Nükleer enerjiyi atomun çekirdeğinde var olan enerji olarak tanımlayabiliriz. Maddeyi oluşturan en küçük yapı taşları atomlardır. Atomların çekirdeğini bir arada tutan güç ise nükleer enerjidir.
Nükleer enerji teknolojisinde, plütonyum, uranyum gibi ağır atomların bölünmesiyle açığa çıkan atom enerjisinin ve çekirdek tepkimesi sırasında açığa çıkan radyoaktif enerjinin yardımıyla üretilen ısı enerjisi, buhar türbinini döndürür ve türbine bağlı jeneratörden elektrik üretilir.
1940’lı senelerde geliştirilmiş ve 2. Dünya Savaşı sonrasında da ticari elektrik üretmek için kullanılmıştır. İlk yıllarda ucuz ve kurtarıcı bir enerji kaynağı olarak görülse de zaman içerisinde yüksek radyasyon tesislerinde çalışmanın zorluğu anlaşılmıştır. Günümüzde ihtiyaç duyduğu enerjinin en az yüzde yirmi beşini nükleer enerjiden karşılayan yaklaşık on altı ülke bulunmaktadır.
Ana madde olan uranyumun parçalanması sonucunda yüksek bir enerji açığa çıkar ve bu sayede fisyon tepkimesi gerçekleşir. Oluşan enerji, su buharını yüksek derecelerde ısıtır. Isınma sonucu çıkan buhar, elektrik jeneratörü türbinlerine iletilir. Böylelikle türbin şaftı çevrilir ve elektrik üretimi sağlanır. Elektrik, iletim hatları ile kullanılacağı yerlere gönderilir. Türbinden çıkan basınç ve sıcaklığı düşmüş olan buhar, yeniden kullanmak için yoğuşturucuda su haline dönüştürülür ve reaktörün kalbine gönderilir.
Nükleer enerji, üç nükleer reaksiyon ile oluşabilir:
Nükleer enerji kaynakları uranyum-238 ve uranyum-235 izotoplarıdır. Nükleer enerji fisyonla oluşabildiğinden, doğada var olan ve parçalanabilen tek madde uranyum-235 izotopudur. Fisyon sonucunda uranyum-235, uranyum-238’e, uranyum-238 de plütonyum-239 izotopuna dönüşür. Böylelikle bazı nükleer enerji santrallerinin yakıtları “plütonyum-uranyum” izotoplarının karışımıyla sağlanmış olur.
Fisyon tepkimesinde uranyumun bölünmesiyle yüksek miktarda enerji açığa çıkmaktadır. Bölünmenin gerçekleşmesi için nötronlar uranyumun çekirdeğine güçlü bir hızla çarparlar. Çarpışma sonrası çekirdek kararsız hale geçer. Ardından büyük enerji açığa çıkaran fisyon tepkimesi gerçekleşir. İlk fisyon tepkimesinin gerçekleşmesiyle nötronlar ortama yayılır. Fisyon, her atom çekirdeğinde gerçekleşene kadar nötronlar uranyum çekirdeklerine çarpmaya devam eder. Eğer açığa çıkan enerji kontrol edilmezse sonuç ölümcül olabilir. Fazla nötronları tutan ünitelerin kullanımı sayesinde kontrollü fisyon tepkimesi gerçekleşmiş olur.
Nükleer santraller, nükleer reaktörlerin radyoaktif maddeleri yakıt formunda kullanarak ısı enerjisi ve bu enerjiden de elektrik enerjisi ürettiği tesislerdir. Radyoaktif maddelerin kullanılması sebebiyle bu tesislerde çok sıkı güvenlik önlemleri alınmaktadır.
Elektrik üretimini gerçekleştiren ilk ticari nükleer güç santrali İngiltere Calder Hall'da açılarak 17 Kasım 1956'da faaliyet göstermeye başlamıştır. Fisyon ile üretilen ilk elektrik ise, Arco, Idaho’daki Deneysel Üretken Reaktöründen Aralık 1951 yılında sağlanmıştır.
Nükleer santraller kullandıkları yakıta, soğutucuya, moderatöre ve nötron kaynaklarına göre sınıflandırılabilir. Bu çeşitli sınıflandırma, kendi içlerinde de alt gruplarla ifade edilebilir.
Nükleer enerji santrallerinde üretim miktarı, pek çok faktöre göre değişebilmektedir. Dünyanın en fazla nükleer enerji üreten ülkesi, 95 santral ve 97,000 MW/sa kurulu gücüyle 810,000 GW/sa elektrik üretimi gerçekleştiren ABD’dir.
Nükleer reaktörler, zincirleme çekirdek tepkimesinin başlatıldığı, devamlı ve kontrollü bir şekilde sürdürüldüğü aygıtlardır. Nükleer reaktörler, genel olarak nükleer enerjiyi elektrik enerjisine çevirmede rol oynarlar. 2005 yılı itibarıyla dünyada toplamda 1100 civarında nükleer reaktör çalışmaktadır. 2017 yılı itibari ile 31 ülkede yaklaşık 450 ticari nükleer reaktör, küresel anlamda elektrik arzının %15’ini, genel enerji tüketiminin %6,5’unu ve nihai enerji kullanımının %2’sini karşılamaktadır.
Nükleer santrallerde, reaktörlerin yaydığı radyasyonu kontrol altında tutmaya dayanan güvenlik önlemleri mevcuttur.
Bu çevresel risk faktörlerinden dolayı, nükleer enerjiye alternatif olarak gösterilen yenilenebilir enerji kaynakları için sayfamızı ziyaret edin.
Nükleer enerji üretimi sonrasında oluşan maddelerin durumuna “nükleer atık” denir. 1 GW üretim kapasitesine sahip bir nükleer reaktör, bir yılda yaklaşık 30 ton nükleer atık üretir. Nükleer atıklar, radyoaktivite nedeniyle özel tesislerde toplanır, tesislerdeki asfalt, beton ve camdan oluşan özel depolarda saklanır. Bu işlem ile tesisteki radyoaktivitenin insan ve çevre üzerindeki olumsuz etkisinin önüne geçmek hedeflenir.
Günümüzde nükleer enerji birçok farklı alanda kullanılmaktadır. En önemli kullanım alanı ise elektrik üretimidir. Nükleer santraller sayesinde günümüzde dünya elektrik ihtiyacının %17’si karşılanmaktadır.
Elektrik ihtiyacı için daha çevre dostu olmasıyla öne çıkan diğer bir kaynak da güneş enerjisidir.
Güneş Enerjisi Hakkında Kapsamlı Bilgi Al
12 Mayıs 2010 tarihinde Rusya Federasyonu ile Türkiye Cumhuriyeti arasında Türkiye’nin güney kıyısındaki Mersin ilinin Gülnar ilçesinde VVER-1200 reaktörlü dört güç ünitesine sahip, toplam 4800 MW kurulu güç kapasiteli Akkuyu Nükleer Güç Santralinin inşa edilmesini öngören işbirliği anlaşması imzalandı. Yapım ve yönetiminin Rusya tarafından üstlenildiği nükleer santralin temelleri atıldı.
13 Aralık 2010’da anlaşmanın koşulları uyarınca Rus tarafı, Türkiye Cumhuriyeti’nde "Akkuyu Nükleer Anonim Şirketi" ismiyle projeden sorumlu şirketi kurdu. ROSATOM'un projedeki payı %99,2 oldu. Projenin toplam maliyeti ise 20 milyar ABD doları seviyesine geldi.
Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı Fatih Dönmez, 9 Mart'ta yaptığı açıklama ile Akkuyu Nükleer Santralinin ilk reaktörünün 2023 yılında devreye gireceğini açıkladı. Türkiye’nin ilk nükleer santrali olması özelliği taşıyan projenin tamamen işlev kazandığı takdirde ülke elektrik ihtiyacının %10’unu karşılayabileceği ön görülüyor. Projenin ilk reaktörünün 2023 yılında devreye alınması bekleniyor. Sonraki her yıl da diğer bir reaktörün aktif hale getirilmesi planlanıyor.
Dünyada 31 ülkede işler durumda 454, 17 ülkede inşaat halinde bulunan 55, ülkelerin enerji taleplerini karşılamak amacıyla 5 yıl içerisinde kurulacak ve işletmeye alınacak 10 ve gelecek 15-30 yıl içerisinde işletmeye alınacak 113 nükleer reaktör vardır.
Var olan nükleer santrallerin büyük bir bölümünü kaynar su ve basınçlı su reaktörleri oluşturmaktadır. Bu reaktörler genel olarak hafif su reaktörleri (LWR) olarak isimlendirilir. Bunun nedeni, reaktörde yavaşlatıcı ve soğutucu olarak normal su kullanılmasıdır. Ağır su reaktör tasarımlarında ise yavaşlatıcı olarak ağır su (D2O) kullanılmaktadır. Buna benzer olarak, gaz soğutmalı reaktör tasarımlarında soğutucu helyum gibi gazlar, yavaşlatıcı ise grafit gibi karbon tabanlı katı bileşiklerdir.
Nükleer reaktörlerin çalışma ömrü 25 ile 60 yıl arasında değişmektedir.
1954’ten bu zamana dünyada 623 nükleer santral işletmeye alındı. Bunlardan 169’u ömrü dolduğu için kapatıldı. Kurulu güç itibariyle dünya elektrik üretiminin %11’i nükleer santrallerden sağlanıyor. Dünyanın nükleer elektrik üretim miktarı (2.487 TW/sa), Türkiye’ye 8.5 kez yetebilir zira ülkece elektrik tüketimimiz 297 milyar kW/sa.
Enerji konusunda dışa bağımlı olan ülkemizde nükleer santral yokken, net enerji ihracatçısı 5 ülkede (Güney Afrika, Rusya, İran, Kanada ve Meksika) 59 nükleer enerji santrali bulunmaktadır.
28 üyesi bulunan Avrupa Birliği içerisindeki 14 ülkede, 126 santral işler durumda ve 5 santral de inşa halindedir. AB’ de nükleerin enerjinin, elektrik üretimine katkısı %26 oranındadır.
2019 Ocak ayı verilerine göre, elektrik ihracatı yapan ülkelerde işletme ve inşa halindeki nükleer santral sayıları aşağıdaki gibidir:
Nükleer enerji mühendisliği, santrallerin tasarlanmasını ve birçok yönden geliştirilmesini sağlayan, kurulan santralin sorunsuz işletilmesinden sorumlu olan bir meslek dalıdır. Bu görevlerinin yanı sıra nükleer enerji ve radyasyondan yarar sağlamak için gereken süreçleri, araçları ve sistemleri araştırmakla da yükümlüdür. Nükleer enerji mühendisleri, radyasyondan korunma, nükleer enerji güvenliği, nükleer reaktör fiziği ve teknolojisi, sürdürülebilir enerji dönüşüm teknolojileri gibi alanlarda da destek verirler. Nükleer santrallerde üretilen enerjinin güvenli bir şekilde kullanılabilir hale gelmesi konusunda çalışmalar yaparlar.
Bir nükleer mühendisin görev tanımını şu şekilde özetlemek mümkündür:
Ülkemizde nükleer enerji mühendisliği bölümünde lisans eğitimi veren üniversiteler Hacettepe Üniversitesi ve Sinop Üniversitesidir.
Dünyamızda 2050 yılına kadar nüfusun ve teknolojik unsurların artmasıyla, enerji talebinde de ciddi artışların yaşanması öngörülür. Hayatımızın her alanında ihtiyaç duyduğumuz enerjiye dair sorunların çözümünde en cazip yollardan biri, sürdürülebilir olarak nitelendirebileceğimiz nükleer enerjidir. Bu durumda en kötümser tahminlerde bile nükleer enerjinin bulunduğu konumdan daha geri bir plana atılması mümkün görünmemekte.
Nükleer enerji, küresel ekonomide ve siyasi anlamda da büyük etkilere sahiptir. Bunu, nükleer üretimde ilk sıralarda yer alan ülkelerin uluslararası ilişkilerde güçlü ülkeler olmasından anlayabiliriz. Bu ülkeler arasında ortaya çıkabilecek muhtemel çatışmalar, dünya piyasasını sarsacak biçimde yıkıcı etkilere sahip olabilir. Bu yıkıcı etki her ülkeyi fazlaca olumsuz etkileyeceğinden, nükleer enerjinin böyle bir çatışmadan uzak durmayı gerektiren caydırıcı bir güce de sahip olduğunu söyleyebiliriz.
Nükleer enerji ve buna bağlı olarak geliştirilen teknolojiler, günümüzde elektrik üretiminin yanı sıra tarım, savunma sanayisi, endüstri, tıp, çevre koruma gibi pek çok alanda aktif olarak kullanılmaktadır. Bu da nükleer enerjinin gelecekte daha da önemli bir konuma gelmesine zemin hazırlamaktadır.
Fosil kaynakların tükenmeye başladığı, karbon emisyonunun sorunlara yol açtığı bir dünyada giderek artmakta olan enerji ihtiyacını karşılamak için özellikle gelişmiş ülkelerin nükleer enerji üretimine yoğunlaştığı görülmektedir. Sadece elektrikli araç gereç endüstrisinin enerji talebini karşılayabilmek için bile Avrupa Birliği’nin gelecekte elli adet daha nükleer santrale gereksinim duyacağı tahmin edilmektedir. Bu koşullarda nükleer enerjinin en az yarım asır daha bizimle olması beklenir ancak nükleerin çevreye etkileri konusunda olumsuz görüşler de yaygındır.
Nükleer enerjiye alternatif olarak değerlendirilebilecek yenilenebilir enerji kaynakları ve avantajları için yenilenebilir enerji kaynakları sayfamızı ziyaret edin. Tüm yenilenebilir enerji türleri ile ilgili detay bilgiye aşağıdaki sayfalardan ulaşabilirsiniz:
