Atom Bombasının Temeli Nükleer Reaktörler ve İki Büyük Kaza: TMI – Çernobil

 Atom Bombasının Temeli Nükleer Reaktörler ve İki Büyük Kaza: TMI – Çernobil

En temelinde nükleer enerji, fisyon yani ağır atom çekirdeklerinin parçalanmasıyla açığa çıkan çok güçlü enerjilerdir. Bunları günlük yaşamımızda kullandığımız, elektrik enerjisine çevirme aracı ise nükleer enerji santralleridir.

Nükleer Reaktörler

Nükleer reaktörler, zincirleme çekirdek tepkimesinin başlatılıp sürekli ve denetimli bir şekilde sürdürüldüğü aygıtlardır. Nükleer reaktörler, bazen nükleer enerjiyi başka bir tür enerjiye (genelde elektrik enerjisine) çevrilen santraller olarak kullanılırlar.

Yeterli miktarda fisyon (çekirdek parçalanması) reaksiyonu verebilen maddenin, uygun biçimde yerleştirildiği ve denetim altında zincirleme bir fisyon reaksiyonunun başlatılıp sürdürülebildiği aygıttır. Ağır çekirdeklerin bölünme ürünleri büyük miktarlarda enerji içerirler. Bu enerji ısıya dönüşerek birçok yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilebilen işlemler için yararlı olur. Bu ısıdan aşırı ısınmış ve yüksek basınçlı su buharı elde etmede yararlanılır. Bununla buhar türbini döndürülerek elektrik üretilir. Reaktörlerin çoğu elektrik üretimi için çalışırlar. Bazı küçük boyutlu reaktörler nükleer denizaltılar ve gemilerde kullanılır. Reaktör son derece kusursuz biçimde yalıtılmış ve dışarıya radyasyon sızması önlenmiş olmalıdır.

Nükleer Reaktörler Bir Bomba Gibi Patlamazlar!

235U bölünmesinde, fisyon (bölünme) başına ortalama 205 nötron açığa çıkar. Bu nötranlar da 2 ya da daha fazla bölünmeye neden olurlar. İkinci bölünmeden sonra açığa çıkan nötronlar da dört ya da 5 bölünmeyi sağlarlar ve olay böyle devam eder. Sonuç ise bir zincir tepkimesidir. Eğer tepkime kontrol edilmezse, açığa çıkan enerji bir patlamaya neden olur. İşte bu atom bombasının temelidir.

Açığa çıkan enerji olağanüstü büyüktür!

235U + 10n → 235U →Fisyon ürünleri + nötronlar + 3,20×10-11 J

3,20×10-11 J enerji küçük görünmektedir. Ancak, bu enerji tek bir 235U çekirdeğinin fisyonu içindir. 1 g 235U için işlem yapıldığında 8,20×107 kJ çıkar. (8200000000 kJ) Bu miktarda enerji çıkarılması için, yaklaşık 3 ton kömürün tam yakılması gerekir.

Bir nükleer reaktörde fisyon enerji kontrol altındadır. Bu yönde yaygın olarak kullanılan tasarım basınçlı su reaktörü (PWR) dür.

Bu reaktörde, zenginleştirilmiş uranyum çubukları su içerisine asılmış durumda ve 70 – 150 atm basınç altındadır. Su iki amaçla kullanılır;

  1. Fisyon sonucu oluşan nötronları yavaşlatarak normal ısıl enerjiye sahip olmalarını sağlamaktır. Isıl enerjileri azaltılmış bu nötronlar fisyon olayını yüksek enerjili olanlara göre daha iyi başlatırlar. Su burada bir yavaşlatıcıdır.
  2. Isı transfer ortamı oluşturmaktır. Fisyon enerjisi suyu yüksek bir sıcaklıkta tutar. ( Yaklaşık 300 °C ) Çok sıcak olan bu su, ısı değiştiricide soğuk su ile temas ettirilir. Böylece soğuk su buhara dönüşür. Buhar da elektrik üreteçlerini döndüren türbinleri çalıştırır. Nükleer reaktörlerin son bileşeni, genellikle kadmiyum metalinden yapılan ve kulanım amacı nötronları soğurmak olan kontrol çubukları Bu çubuklar, reaktörün içine indirildiklerinde fisyon işlemi yavaşlar.

Nükleer Güç İstasyonlarında İki Büyük Kaza

İlk kaza, 1979 Pensilvanya’da Middlenton yakınlarındaki  ”Three Mile Island” (TMI) meydana gelmiştir. TMI reaktörü suyun yavaşlatıcı ve soğutucu olarak kullanıldığı hafif su reaktörüdür. Bu kazada bir miktar soğutucu (aynı zamanda yavaşlatıcı) kaybolmuştur ve çok az yavaş nötron kaldığı için reaktördeki zincir tepkimeleri durmuştur. Bununla birlikte fisyon parçacıkları yakıt çubuklarının aşırı ısınmasına neden olarak bozunmaya devam etmiştir. Kısmen erime olmuş ve bundan dolayı reaktörlerden birisi çatlamıştır. Çatlama az miktarda radyoaktif buharın atmosfere yayılmasına sebep olmuştur. Reaktör kapatılmış, ancak elektronik robotlar, yakıt çubuklarında önemli ölçüde hasar olduğunu tespit etmiştir.

İkinci kaza, 1986 yılında Ukrayna’da Çernobil’de olmuştur. Bu reaktörde yavaşlatıcı olarak grafit kullanılmaktaydı. Soğutucu yanlışlıkla kapatılınca zincir tepkimeleri kontrolden çıkmış ve sıcaklık muazzam şekilde artmış dolayısıyla erimeye neden olmuştur. Erime sonucu çubukları çevreleyen grafit yavaşlatıcılar yanmış ve radyoaktif dumanlar reaktör dışına taşmıştır. Radyoaktif maddeler; Avrupa, Kanda ve Amerika’nın birçok yerine dağılmıştır. Çernobil kazasında sadece birkaç düzine insan ölmesine rağmen sonraki yıllarda radyasyonun neden olduğu kanser nedeniyle daha fazla kişi ölmüştür ve ölmeye devam edecektir. Çernobil’deki gibi bir kaza, soğutucunun yavaşlatıcı olduğu hafif – su reaktörlerinde meydana gelmez.

Kaynakça

  1. Petrucci, Herring, Madura, Bissonnette. Genel Kimya İlkeler ve Modern Uygulamalar. Onuncu Baskıdan Çeviri. 2011. Cilt 2. syf 1131-1132.
  2. Nükleer Reaktör
  3. Kadir Yıldız. Nükleer Enerji. Aksaray Üniversitesi.
  4. Azmi Aktacir. Nükleer Reaktörler. 2018
  5. Nükleer Parçalanma(Fisyon) Ve Kaynaşma(Füzyon)

İrem Bayram

Hacettepe Üniversitesi Kimya Bölümü mezunuyum. Ankara'da yaşıyorum. Araştırıp, öğrenip, paylaşmaktan keyif alıyorum. Mail: irembayram40@gmail.com

İlginizi Çekebilir

Cevap yaz

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir