NÜKLEER ENERJİ NEDİR?. uranyum Ağır radyoaktif (Uranyum gibi) atomların bir nötronun çarpması ile daha küçük atomlara bölünmesi (fisyon) veya hafif radyoaktif.

... konulu sunumlar: "NÜKLEER ENERJİ NEDİR?. uranyum Ağır radyoaktif (Uranyum gibi) atomların bir nötronun çarpması ile daha küçük atomlara bölünmesi (fisyon) veya hafif radyoaktif."— Sunum transkripti:

1 NÜKLEER ENERJİ NEDİR?

2 uranyum Ağır radyoaktif (Uranyum gibi) atomların bir nötronun çarpması ile daha küçük atomlara bölünmesi (fisyon) veya hafif radyoaktif atomların birleşerek daha ağır atomları oluşturması (füzyon) sonucu çok büyük bir miktarda eneji açığa çıkar. Bu enerjiye nükleer enerji denir. Nükleer reaktörlerde fisyon reaksiyonu ile edilen enerji elektriğe çevrilir. Güneşteki reaksiyonlar ise füzyon reaksiyonudur. Bu reaksiyonun yarattığı sıcaklık fisyon reaksiyonundakinden çok daha fazladır (birkaç milyon derece santigrad). Bu yüzden bu sıcaklığı kontrol edebilecek bir füsyon reaktörü henüz kurulamamıştır. toryum

3 İLK NÜKLEER TEPKİMEYi KİM BULDU? Einstein, 1905 yılında E=mc 2 formülü ile fisyon sonucu açığa çıkabilecek enerji konusunda öngörüde bulunmuştu. Daha sonra 1930 yılında bu öngörü deneysel olarak Otto Hahn, Lise Meitner ve diğerleri tarafından doğrulandı.

4 Otto HahnLise Meitner

5 Chicago, Illinois Dünyadaki insan yapısı ilk nükleer reaktör 1942 yılında Enrico Fermi’nin yürüttüğü bir proje sonucunda Amerika Birleşik Devletleri' nin Chicago, Illinois kentinde kuruldu.

6 Ancak, dünyadaki ilk nükleer reaktörün ortaya çıkışı milyonlarca yıl öncesine dayanmaktadır. Afrika'da Oklo, Gabon’daki bir uranyum madeninde, yeraltı sularının da maden içinde bulunması nedeniyle doğal bir nükleer reaktör oluştuğu ve binlerce yıl ısı ürettiği son yıllarda ortaya çıkarılmıştır.

7 Elektrik üreten ilk ticari nükleer güç santralı Shippingport, Pennsylvania'da (ABD) kurulmuş ve 1957'de işletmeye girmiştir. Fisyon kullanılarak üretilen ilk elektrik ise, Aralık 1951'de Arco, Idaho’daki Deneysel Üretken Reaktöründe elde edilmiştir.

8

9

10

11 Kimyasal Tepkime ve Çekirdek Tepkimesi Kimyasal Tepkime: İki veya daha fazla sayıda madde bir araya geldiğinde, moleküllerdeki atomların aralarında yeniden düzenlenmesine kimyasal tepkime denir. Bu sırada elektronların paylaşılması da değişir. Kimyasal tepkimelerin bir özelliği, ilgili atomların çekirdeklerinde bulunan parçacık sayısının tepkime sırasında değişmemesidir. Çekirdek Tepkimesi: Kimyasal reaksiyonların aksine atomların çekirdeklerinde bulunan parçacıkların kendi aralarında veya dışarıdan gelen bir etki sonucunda değişimleri sonucunda çekirdek tepkimeleri oluşur. Çekirdek tepkimesi sonucunda eğer proton sayısı değişiyor ise farklı bir elemente ait bir atom oluşmuş olur.

12

13 Fisyon (Çekirdek Parçalanması) Fisyon bir nötronun, uranyum gibi ağır bir element atomunun çekirdeğine çarparak yutulması, bunun sonucunda bu atomun kararsız hale gelerek daha küçük iki veya daha fazla farklı çekirdeğe bölünmesi reaksiyonudur. Dolayısıyla Fisyon, bir çekirdek tepkimesidir. Parçalanma sonucunda ortaya çıkan atomlara fisyon ürünleri denir. Bunların bazıları radyoaktiftir. Bir nötron yutulması ile başlayan fisyon tepkimesi sonucunda, büyük miktarda enerji ile birlikte, birden fazla nötron ortaya çıkar. Çekirdek tepkimeleri sonucunda açığa çıkan enerji, kimyasal tepkimelere göre yaklaşık bir milyon kat düzeyinde daha fazladır.

14 Zincirleme Reaksiyon Zincirleme Reaksiyon: Fisyon sonucunda ortaya çıkan nötronların, ortamda bulunan diğer fisyon yapabilen atom çekirdekleri tarafından yutularak, onları da aynı reaksiyona sokması ve bunun ardışık olarak tekrarlanmasıdır. Kontrolsuz bir zincirleme reaksiyon, çok çok kısa bir süre içinde çok büyük bir enerjinin ortaya çıkmasına neden olur. Atom bombasının patlaması bu şekildedir. Nükleer santrallarda ise zincirleme reaksiyon kontrollu bir şekilde yapılır. Bu kontrolun kaybedilerek nükleer yakıtın bir bomba haline dönüşmesi fiziksel olarak olanaksızdır.

15

16 RADYASYON VE RADYOAKTİVİTE NEDİR? Radyasyon, dalga, parçacık veya foton olarak adlandırılan enerji paketleri ile yayılan enerjidir. Radyasyon, daima doğada var olan ve birlikte yaşadığımız bir olgudur. Radyo ve televizyon iletişimini olanaklı kılan radyodalgaları; tıbta, endüstride kullanılan x-ışınları; güneş ışınları; günlük hayatımızda alışkın olduğumuz radyasyon çeşitleridir.

17 RADYASYON VE RADYOAKTİVİTE NEDİR? Atom numarası 83 ‘den büyük olan ağır elementler kararsız oldukları için daha küçük atomlara dönüşürler. Bu parçalanma sırasında, çekirdekten parçacıklar ve enerji dalgaları ortaya çıkar. Bu yolla enerji veren elementlere radyoaktif elementler adı verilir.

18 Nükleer Reaktör

19 NÜKLEER GÜÇ SANTRALI / REAKTÖRÜ NEDİR? Bir nükleer santraldeki sistemler diğer güç santralleri ile aynı mantıkla çalışırlar. Isı enerjisinin üretildiği kısımda elde edilen buharın türbin jeneratörünü döndürerek elektrik üretilmesi felsefesi, temel olarak nükleer santrallerde de aynıdır. Nükleer santraller, ısı üretmek için nükleer reaksiyonu kullandıkları ve bunun sonucunda çevreye salınmaması gereken radyoaktif maddeler ürettikleri için, bazı ek sistemler kullanırlar. Örneğin, bir çok nükleer santralde nükleer yakıtı barındıran yakıt tüpleri arasından ısınarak geçen su, doğrudan türbine gönderilmeyip, türbin için buhar üretilen ikinci bir çevrimi ısıtmak için kullanılır. Bununla ilgili sistemlere Birincil Sistem adı verilir.

20 Çalışma prensibi Reaktörün kalbinde, elde edilen ısıl enerji suya aktarılır, su almış olduğu bu enerji sebebiyle faz değiştirir ve kızgın buhar haline dönüşür. Elde edilen bu buhar daha sonra elektrik jeneratörüne bağlı olan buhar türbinine verilir. Su buharı, türbin mili üzerinde bulunan türbin kanatları üzerinden geçerken daha önceden almış olduğu ısıl enerjiyi kullanarak, türbin milini döndürür. Bu mekanik dönme hareketi sonucunda alternatörlerde elektrik elde edilir. Jeneratörde oluşan elektrik ise iletim hatları denilen iletken teller ile kullanılacağı yere gönderilir. Türbinden çıkan, ısıl enerjisi yani sahip olduğu basınç ve sıcaklığı düşmüş olan buhar, tekrar kullanılmak üzere yoğuşturucuda (kondenser) yoğuşturulup su haline dönüştürüldükten sonra, tekrar reaktörün kalbine gönderilir. Yoğuşturucuda su buharının faz değişimini yapabilmek için çevrede bulunan deniz, göl gibi su kaynaklarını soğutucu olarak kullanır.

21

22

23

24 İkincil sistem ise birincil sistemdeki ısıyı alarak türbin jeneratörünü döndürmek için gerekli olan buharın üretildiği sistemdir. Her iki sistem de kapalı birer döngü oluşturmuşlardır. Soğutma sistemi ise, ikincil sistem içinde yer alan yoğunlaştırıcıyı soğutmak için kullanılır. Bu sistemde, sıcaklığı yoğunlaştırıcıya göre daha az olan deniz, göl veya ırmaklardaki su kullanılır. Suyun bolca bulunmadığı yörelerde ise soğutma kulelerinden faydalanılır.

25 ELEKTRİK NASIL ÜRETİLİR? Oluşan buhar ise elektrik jeneratörüne bağlı olan türbine verilir. Su buharı, türbin şaftı üzerinde bulunan binlerce kanatçık üzerinden geçerken daha önce üretilen ısıdan almış olduğu enerjiyi kullanarak, türbin şaftını döndürür. İşte bu dönme, jeneratörün elektrik üretmek için gereksinim duyduğu mekanik harekettir. Jeneratörde oluşan elektrik ise iletim hatları denilen iletken teller ile kullanılacağı yere gönderilir. Türbinden çıkan, enerjisi diğer bir deyişle basınç ve sıcaklığı azalmış buhar ise yoğunlaştırıcı (kondenser) denilen bölümde soğutulup su haline dönüştürüldükten sonra, tekrar kullanılmak üzere santralın ısı üretilen bölümüne geri gönderilir.

26 ELEKTRİK NASIL ÜRETİLİR? Yoğunlaştırıcıda soğutma işini sağlayabilmek için deniz, göl veya ırmaklarda bulunan su kullanılır. Su kaynaklarından uzak santrallerde ise, uzaktan bakıldığı zaman geniş dev bacalara benzeyen soğutma kuleleri bulunur. Bu kulelerin üzerinde görülen beyaz duman su buharıdır.

27 NÜKLEER SANTRALLER VE GÜVENLİK TEDBİRLERİ Nükleer santrallerde, nükleer maddelerin çevreye bırakılmamasını ve aynı zamanda nükleer reaksiyon sonucunda oluşan ısının her durumda reaktörden alınmasını garantiye alacak şekilde birçok güvenlik önlemi alınmıştır. Nükleer maddelerin dışarıya salınmaması için kademeli koruma önlemleri, oluşan ısının alınması için ise yine kademeli ve yedekli sistem ve bileşenler bulunmaktadır.

28 NÜKLEER SANTRALLER VE GÜVENLİK TEDBİRLERİ Nükleer yakıt, seramik formunda, yaklaşık 1 cm çap ve yüksekliğinde silindirik parçaların art arda dizilmesiyle yine silindirik biçimde kapalı sızdırmaz tüpler içindedir. Bu tüplerin binlercesinin, aralarından soğutucu suyun geçmesine izin verecek şekilde bir araya getirilmesi ile de reaktör kalbi oluşturulmuştur. Bu kalp ise paslanmaz çelikten yapılan bir basınç kabının içinde bulunur (Basınçlı veya Kaynar Sulu reaktörlerde). Basınç kabı ve buna bağlı sistemler ise reaktör korunak binası adı verilen betondan yapılmış kubbemsi yapının içinde bulunurlar.

29 NÜKLEER SANTRALLER VE GÜVENLİK TEDBİRLERİ Dolayısıyla, yakıt içinde bulunan radyoaktif maddelerin dışarıya salınmalarını, seramik yakıt, yakıt tüpü, basınç kabı, çelik gömlek ve beton korunak binası, kademeli olarak engellemiş olurlar. Nükleer santrallerin güvenliği için çok büyük paralar harcanır. Mesela Akkuyu’da kurulması planlanan nükleer santralin güvenliği, santralin maliyetinin % 40’ı kadardır.

30

31 Nükleer enerji, çevre göz önüne alındığında birçok üstünlüğe sahiptir. Karbondioksit üretmediği için çevresel olarak en önemli problemlerden biri olan sera gazlarının(CO2, SO2, NOx,...) artmasına katkıda bulunmaz. Örneğin, 40 yıl boyunca çalışan 1000 MW elektrik kapasitesindeki bir nükleer santralin yerine kullanılacak bir kömür santrali, yaklaşık 300 milyon ton sera gazının atmosfere bırakılmasına neden olur.

32 Nükleer Santrallerin Etrafında Yaşayan İnsanlar Ne Kadar Radyasyon Alır? Dünyada yaşayan her insan, topraktan, uzaydan, kullandığımız elektronik aletlerden kaynaklanan doğal radyasyona maruz kalmaktadır. Bu radyasyonun miktarı, yaşadığımız yöre ve koşullara bağlı olarak yılda yaklaşık 2-3 mSv civarındadır. Buna ek olarak, Nükleer Santrallerden alacağımız radyasyon ise doğal radyasyona göre çok çok küçük seviyede kalmaktadır. Örnek olarak Dünyada en fazla nükleer santralın olduğu Amerika Birleşik Devletleri’nde bu tür santrallerden dolayı halkın doğal radyasyona ek olarak aldığı miktar yılda 0,05 mSv’in altındadır.

33 Eşdeğer Doz: Vücutta toplanan enerjinin ifadesidir. Düşük doz düzeylerinde radyasyonun tipine ve enerjisine göre biyolojik hasarlarını da içeren bir kavramdır.. Birimi; Sievert (Sv) = 1 Joule/kg Radyasyon korunmasında kullanılan bir birimdir.

34 Nükleer Reaktörler Enerji Dışında Bir Şey Üretir mi? Nükleer reaktörler, tıp ve endüstride kullanılan yararlı radyoizotopların üretilmesinde de kullanılırlar. Kanser tedavisinde, boru kaynaklarının tahribatsız muayenesinde kullanılan kobalt-60, tiroit bozukluklarının teşhis ve tedavisinde kullanılan İyot-131, doktorların vücut içini görme amacıyla kullandıkları çeşitli tarayıcı cihazlarda kullanılan teknesyum-99, akciğer havalanmasının ve kan akışının ölçülmesinde yararlanılan ksenon-133, bu izotoplara örnek olarak verilebilir.

35 Nükleer santrallerde elde edilen fazla enerji ise, ev ve seralarımızın ısıtılması, tuzlu sudan içilebilir su elde edilmesi, petrol üretimi gibi alanlarda kullanılmaktadır.

36 NÜKLEER SANTRALLER VE DEPREM Nükleer santraller, Richter ölçeğine göre 8-8,5 şiddetindeki depremlere dayanıklı olarak inşa edilirler. Nitekim Türkiye’nin Akkuyu’da kurmayı kararlaştırdığı nükleer santral 8 şiddetindeki bir depreme dayanıklı olarak planlanmıştır. Türkiye’de şimdiye kadar olan en büyük deprem 7,8 şiddetindeki 1939 Erzincan depremidir.

37 RADYOAKTİF ATIKLAR 1 000 MWe gücündeki bir nükleer güç santrali yılda yaklaşık 30 ton (7 m3) yakıt tüketerek 27 ton kullanılmış yakıt üretmektedir. Nükleer güç santrallerinin en önemli problemlerinden biri bu radyoaktif atıklarıdır. 238U’in nötronlarla reaksiyonundan oluşan 239Pu’un yarılanma süresi 24 bin yıldan fazladır ve 235U gibi fisyona uğrar.

38

39 235U’in fisyonuyla 200’den fazla radyoaktif ürün oluşur. Bu fisyon parçaları zamanla reaktör kalbinde birikir. Reaktörün işlemesi sırasında tehlikesiz düzeyde radyoaktivite bulaşan elbise, ayakkabı, eldiven gibi eşyalarla bu fisyon parçaları, aktivitelerinin % 98’inden fazlasını kaybetmek üzere santrallerde 10-20 yıl süre ile bekletilir, uzun ömürlü olanlar camlaştırılır, çoğunlukla sıvı olan bu atıklar kademeli olarak kurşun, beton ve korozyona dayanıklı kaplar içine konur ve bu kaplar da jeolojik olarak kararlı bölgelerde, Uluslar Arası Atom Ajansı’nın denetiminde binlerce metre derinlerde hazırlanan beton zırhlı galerilerde saklanır.

40 NÜKLEER SANTRAL KAZALARI İnsan yapısı tesislerin arıza ve kaza yapmaları doğaldır. Nükleer güç santrallerinin tarihinde, yani 44 yılda (1957-2001) önemli sayılabilecek üç kaza gerçekleşmiştir. Bunlardan ikisi kısmi (Three Mile Island ve Tokaimura), biri de tam (Çernobil) kazadır.

41 Ukrayna’daki Çernobil nükleer güç santralindeki kaza, reaktör güvenliği ile ilgili bir test sırasında gerçekleşmişti. Yapılan test, bu tür reaktörlerin kararlı çalışamadığı çok düşük güç seviyesindeydi ve bu seviyede reaktörün güvenlik sistemlerinin devreye girmemesi için, sorumlu operatörler, normalde yapmamaları gerektiği halde acil durum kapama sistemini devre dışı bırakmışlardı. Deney sırasında kalp içi sıcaklıklar güvenli seviyenin üstüne çıktığında ise reaktörü kapatacak ve soğutma sağlayacak sistemler devre dışındaydı. Bu affedilmez hata, buhar basıncının artmasına ve bu yüzden oluşan buhar patlamasıyla birlikte çatının çökmesine yol açtı.

42

43 NÜKLEER ENERJİNİN DÜNYADAKİ DURUMU NEDİR? İşletmede olan santralların sayısı: 442 adet İşletmede olan santralların net gücü: 356.746 MW(e) Üretilen enerji: 2544 TWsaat Nükleer enerjinin toplam enerjiye oranı: %16 İnşa halindeki santralların sayısı: 35 adet İnşa halindeki santralların net gücü: 27.743 MW(e), İşletme deneyimi:10586 reaktör-yıl (Kaynak: Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı)

44 NÜKLEER ENERJİ VE TÜRKİYE Türkiye’de 1956 yılında “Atom Enerjisi Komisyonu Genel Sekreterliği” kurulmuş, 1982 yılında yeniden yapılanarak “Türkiye Atom Enerjisi Kurumu”na dönüştürülmüştür. Görevi, nükleer teknolojinin, barışçıl amaçlar için, sağlıklı bir biçimde kullanılmasına ve transfer edilmesine yönelik araştırma, geliştirme ve işbirliği faaliyetlerini yürütmektir

45 1970 yılında Güney Kore ile Türkiye’nin nükleer alandaki potansiyeli aynıydı. Türkiye 2001 yılında bir tane bile nükleer santral kuramamışken Güney Kore’de 14 nükleer santral işlemekte, toplam elektrik üretiminin % 41,4’ünü nükleer santrallerden sağlamakta, 3 santralin de inşası devam etmektedir

46

47 Ülkemizde 1999 yılında kişi başına tüketilen elektrik enerjisi 1840 kWh olup dünya ortalaması olan 2200 kWh’ın bile çok altındadır. Dünya ülkeleri enerji ihtiyaçlarını büyük ölçüde fosil yakıtlardan (kömür, petrol, doğal gaz) veya su gücüyle karşılamaktadır. Gelecek 100 yıl içinde yenilenemez enerji kaynakları olan kömür, petrol ve doğal gazın tükeneceği öngörülmektedir.

48 Türkiye’nin enerji ihtiyacını şimdi ve gelecekte kendi öz kaynaklarıyla karşılaması mümkün görülmemektedir. Ülkemiz nükleer enerjiye baş vurmadan hedeflerine ulaşamaz. Bu nedenlerle 2008 yılında 7 017 GWh ve giderek artacak şekilde 2020 yılında 63 159 GWh nükleer enerji üretilmesi planlanmışsa da, son erteleme kararından sonra bu hedeflere ulaşılamayacağı, üzüntü verici de olsa kabul edilmelidir.

49

50

51 İnşa Halindeki Nükleer Santraller

52 Bazı Ülkelerin Elektrik Üretiminde Nükleer Enerjinin Payı

53

54 SONUÇ Enerji stratejik bir nesnedir. Türkiye’nin jeopolitik durumu ve gelişmekte olan bir ülke oluşu, nüfusu, tarihinden miras kalan Ortadoğu, Balkanlar, Kafkasya ve Türk Cumhuriyetlerine yönelik görevleri, nükleer teknoloji alnında dünyadaki gelişmeler, ülkemizin bir an önce nükleer teknolojiye geçmesini zorunlu kılmaktadır. Bunun birinci adımı ise nükleer santraller kurmaktan geçer.