Nükleer Reaktörler

Nükleer reaktörler ,’yeterli miktarda fizyon verebilen malzemeye sahip olan,kendi kendini besleyen nükleer fizyon zincir reaksiyonu veren ve kontrol edilebilir bir şekilde düzenlenmiş bulunan,bir cihaz’ olarak tanımlanır.

Kısaca nükleer parçalanmalardan kaynaklanan ısıl enerjiyi kontrollü biçimde kullanıma sokan aygıttır.Nükleer reaktörler, içerisinde nükleer reaksiyonların kontrollü bir şekilde yürütüldüğü ortamlardır. Çok büyük enerjiler açığa çıkaran iki tür nükleer reaksiyon vardır. Bunlar büyük atom çekirdeklerinin parçalanması (fizyon) veya küçük atom çekirdeklerinin birleşmesi (füzyon) reaksiyonlarıdır. Bu yüzden nükleer reaktörler, içerisinde gerçekleşen reaksiyon türüne göre iki gruba ayrılabilirler: 1. Fizyon reaktörleri, 2. Füzyon reaktörleri
Hâlihazırda füzyon reaksiyonu ile çalışan bir nükleer reaktör mevcut değildir. Fikir olarak Haziran 1942’de ortaya atılan füzyon olayı ancak 1952’de bomba olarak denenebilmiştir. Bu büyük gücün kontrol altına alınması, başka bir deyişle füzyona dayanan bir nükleer reaktörün yapılması ise henüz gerçekleştirilememiştir. Ancak, bu konudaki çalışmalar bütün hızıyla devam etmektedir. Günümüzde farklı şekillerde tasarlanmalarına rağmen temel olarak fizyon reaksiyonuna dayanan yüzlerce nükleer reaktör mevcuttur. Atom bombasında çok kısa sürede gerçekleşen fizyon reaksiyonu, nükleer reaktörlerde daha uzun sürede gerçekleştirilerek olay kontrol altına alınır. Nükleer reaktörü oluşturan en önemli elemanlardan birincisi uranyum yakıttır. (239Pu’da yakıt olarak kullanılabilir.)Uranyum radyoaktif özelliği düşük olan bir elementtir. Reaktörde reaksiyona girmeden önce lastik bir eldivenle bile tutulabilir. Ancak, fizyon reaksiyonu sonucunda oluşan ürünlerin çoğu oldukça radyoaktiftir. Nükleer reaktör çalışmaya başladıktan sonra ne içine girmek ne de reaktörden çıkan yakıt atıklarına yaklaşmak imkansızdır. Yakıt olarak kullanılacak uranyumun reaktöre girmeden önce her türlü safsızlıktan arındırılması gerekir. Ayrıca yapısındaki 235U oranı %3 dolayına yükseltilmiş yani izotopik olarak zenginleştirilmiş uranyum daha kullanışlıdır. Günümüzde yakıt olarak UO2 tercih edilmektedir. Uranyumdioksit önce toz haline getirilip sonra 1 cm çap ve yüksekliğinde küçük silindirler şeklinde sıkıştırılır. Daha sonra fırında pişirilerek seramik yakıt lokması haline getirilen bu silindirler 4 m uzunluğunda ince bir metal zarf içine yerleştirilerek yakıt çubukları elde edilir. Büyük bir reaktörde bu yakıt çubuklarından yaklaşık 50.000 tane vardır. Reaktörün ikinci temel elemanı nötron yavaşlatıcısıdır. Bunun için ise su(AĞIR SU) kullanılır. Uranyum yakıt reaktörde bir su banyosuna daldırılmış çubuklar şeklindedir. Fizyon reaksiyonu sonucunda oluşan nötronlar yakıt çubuklarından su banyosuna geçerler. Su tarafından yavaşlatılan nötronların fizyon yapma yeteneği artar. Bu yavaş nötronların yeniden uranyum yakıt ile çarpışmaları ise fizyon olayının zincirleme reaksiyon şeklinde sürmesini sağlar. Fizyon reaksiyonu sonucunda oluşan büyük ısının, yakıtın kızışmasını önlemek için ortamdan transfer edilmesi gerekir. Bunun için ise nötronları yavaşlatmak için ortamda bulunan suyun bir pompa ile devredilmesi sağlanır. Yaklaşık 300°C’de olan sıcak su borular yardımı ile soğuk su içeren bir hazneden geçirilir. Bu esnada ısı transferi ile soğuk su ısınarak buhar oluşur. Elde edilen buhar bir buhar türbininden geçirilerek ısı enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür. Nükleer reaktörlerin en önemli elemanlarından bir diğeri ise kontrol çubuklarıdır. Reaktörün kontrolü ortamdaki nötron sayısının kontrolü ile mümkündür. Eğer, fizyondan doğan nötronların oluşma hızı uranyum yakıt tarafından yakalanma hızına eşit ise reaktör aynı güçte çalışmaya devam eder. Ortamdaki nötronların sayısı arttıkça güç yükselir, azaldıkça güç düşer. Ortamda nötron kalmazsa reaksiyon durur. Bunun için, reaktöre kadmiyum veya bordan yapılan ve nötronları soğuran kontrol çubukları yerleştirilir. Bu çubuklar reaktörde istenilen derinliğe indirilerek reaksiyon kontrol altında tutulur.
Sonuç itibariyle bir nükleer güç reaktörü, temelde fizyon reaksiyonundan oluşan ısıyı yayan bir su ısıtıcısıdır. Aynen termik santrallerde olduğu gibi elde edilen ısı ile sudan buhar; buharın türbinleri döndürmesinden ise elektrik enerjisi elde edilir. Prensip olarak birbirine çok benzeyen termik santrallerle nükleer santraller arasında çok önemli farklar vardır. Öncelikle nükleer santraller, termik santrallerde olduğu gibi dışarı CO2 ve SO2 gibi gazlar salmazlar, kül bırakmazlar. Bundan dolayı çevreyi kirletmedikleri söylenebilir. Ancak, nükleer reaktörden çıkan kullanılmış yakıt yüksek radyoaktiviteye sahip bir çok madde içerir. Yüksek aktiviteli bu nükleer atıkların çevreye ve insana zarar vermeden tasfiye edilmesi çok önemli bir problemdir. Bu atıkların dış ortamla irtibatı telafisi mümkün olmayan sorunlara yol açabilir. Bu konudaki en büyük gelişme nükleer atıkların yeryüzünün 500 ile 1200 m altında inşa edilen özel depolara gömülmesidir. Yer altında gömülü olan nükleer atıkların yeryüzüne çıkmasını sağlayacak tek mekanizma yeraltı suyu ile teması olacaktır. Bunun için, atıkların gömüleceği yer seçiminde jeolojik ve çevresel faktörler dikkate alınır. Ayrıca, bu atıklar yüksek sıcaklıkta cam eriyiği ile karıştırılıp metal silindirler içine boşaltılır ve soğuduğunda camsı bir yapı oluşturur. Cam suda çözünmeyen, uygun mekanik özelliklere sahip bir malzeme olduğundan yer altındaki nükleer atıkların yeryüzüne çıkma ihtimalini daha da azaltmaktadır. Aslında nükleer atıkların tehlikesi, kurşun, cıva ve arsenik gibi zehirli atıklara kıyasla daha azdır. Çünkü, nükleer atıkların radyoaktivitesi zamanla azalırken, zehirli atıklar çevreye atıldıkları ilk günkü gibi kalırlar.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.
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.

Nükleer santraller birincil sistemlerindeki farklılıklara göre değişik şekillerde adlandırılırlar. Şekilde görülen sistem, tipik bir “basınçlı su reaktörü”ne aittir. Dünyadaki 400 den fazla sayıda nükleer santralın yaklaşık olarak yarısı basınçlı su reaktörüdür. Basınçlı su reaktörlerinde, birincil sistem yaklaşık 150 atmosferlik bir basınç altında tutularak, içinde bulunan suyun yüksek sıcaklıklara kaynamadan çıkarılması sağlanmıştır. Buna ek olarak “kaynar sulu”, “basınçlı ağır sulu” reaktörler de en çok kullanılan nükleer santral tipleridir.

Başlıca reaktör tipleri

Bugüne kadar gerçekleştirilmiş olan elektronükleer santraların hemen hepsi beş reaktör türünü kapsar:

1.Santrallerin yaklaşık %70 i bu türler arasında normal suyu yavaşlatıcı ve ısıtaşıyıcı olarak kullananlardır.

2.basınçlı sulu reaktörlerde kalpte dolaşan su 150 bar ın üstünde bir basınçta tutulur ve reaktörden 300 C derece ın üzerinde bir sıcaklık çıkar.buhar üreteçlerine gönderilen bu su ikincil devrede dolaşan suya ısısını aktarır ve onu kaynatır.böylece üretilen ve karakteristikleri 280 C ve 70 bar olan bu buhar,türbinin yüksek basınçlı kademesine gönderilir.bu reaktörlere dolaylı soğutma çevrimli denir.

3.kaynar sulu reaktörler de buhar reaktör kalbinin içinde üretilir.sıcaklık ve basınç karakteristikleri basınçlı sulu reaktörlerde buhar üreteçlerinde üretilen buharın karakteristikleriyle hemen hemen aynıdır.bu reaktörlere dolaysız soğutma çevrimli denir.gemilerde kullanılan nükleer kazan reaktörleri basınçlı sulu reaktörler türüne girer.

4.temel ve uygulamalı araştırmalarda geniş ölçüde havuz tipi reaktör denen ve yakıt elemanları ağı ile bunlara ait kumanda organlarının su dolu bir havuzun içine daldırılmasıyla gerçekleştirilen bir reaktör tipi kullanılır.su hem yavaşlatıcı hem de ısıtaşıyıcı rolünü oynar,aynı zamanda araştırmacıları ışımalardan koruyan bir ekran oluşturur.bu reaktörlerin maliyeti düşüktür ve çalışmaları da güvenli ve bastittir.

5.hızlı nötronlu reaktörler in gerçekleştirilmeleri henüz az sayıda olmakla birlikte bu tür ,üst üretkenlik sayesinde dünya nükleer yakıt kaynaklarını büyük ölçüde artırma imkanı sunduğundan çok sayıda ülkede büyük bir ilgi çekmektedir.

Dipnot:bugün en çok kullanılan ve abd nin de öne çıkardığı sistemlerden biri sodyum soğutmalı reaktörlerdir (LMFBR)(sıvı metal hızlı üretici reaktör) :kalp çıkışında sıvı sodyumun yüksek sıcaklığı ,sıcaklığı 500C dolayında olan buhar ile türbini beslemeyi sağlamakta,bu da ısıl enerjinin elektrik enerjisine dönüşmesinde %40 a varan mükemmel bir verim sağlamakta.

Nükleer enerji atomun çekirdeğiyle ilgili bir olay olup,iki şekilde elde edilebilir.Bunlardan birincisi iki küçük çekirdeğin birleştirilmesi,yani füzyon, ikincisiyse büyük bir çekirdeğin parçalanması ,yani fisyondur.Aslında nükleer enerjinin,kendiliğinden oluşması nedeniyle insan müdahalesine olanak tanımayan bir üçüncü şekli daha var ve bu,yapısı kararsız olan ‘radyoaktif’ çekirdeklerin daha kararlı yapılara dönüşmeleri sırasında açığa çıkan ‘bo zunma ısısı’. Halen ticari olarak enerji üreten nükleer santrallerin işleyişi,çekirdek parçalanmasına,yani fisyona dayalı.Yakıtları uranyum.Doğada bulunan uranyum neredeyse bütünüyle proton sayıları aynı(92),nötron sayılarıysa farklı olan U-235 ve U-238 izotoplar ın

dan oluşur.Hızlı ya da yavaş nötron
ürünleri ‘denilen orta büyüklükte iki çekirdek,ayrıca bazı radyasyon parçacıkları ve iki ya da üç de hızlı nötron çıkar.Eğer bu hızlı nötronlar yavaşlatılabilir ve bu arada yutulmazlarsa,diğer U-235 çekirdekleri tarafından yutulup yeni fisyonlara,buradan çıkan Hızlı nötronlar yavaşlatılıp,yine yeni fisyonlara yol açabilir.Böylelikle bir ‘zincirleme tepkime ‘ortamı kurulmuş olur.Bunu başarabilmek için ortamın kimyasal kompozisyonunu,geometrisini ve boyutlarını uygun şekilde seçmek gerekir.Söz konusu ortama,nükleer reaktörün kalbi denir.Bir nükleer santrali diğer termik santrallerden farklıkılan,bu kalptir.Diğer bileşenler hemen hemen aynıdır.Hızlı nötronlar en iyi,küçük kütleli çekirdeklerle çarpıştırılarak yavaşlatılabilir.Bu amaçla,hidrojen ve hidrojenin tek nötronlu izotopu olan döteryum,karbon gibi çekirdekler kullanılabilir.Örneğin suda hidrojen,’ağır su ‘da da döteryum boldur.Dolayısıyla yavaşlatıcı olarak kullanılabilirler.Fisyon ürünleri fisyondan çıktıklarında büyük kinetik enerjiye sahiptirler ve yolları üzerindeki çekirdeklere çarparak sonunda durur,bu arada ortamın ısınmasına yol açarlar.Bu ısının ortamdan emilmesi gerekir.Aksi halde
kalp erir.Ama zaten bu ısı,elektrik enerji üretiminde kullanılacaktır.Eğer yavaşlatıcı olarak su kullanılıyorsa,bu su aynı zamanda soğutma işini de yapar ve bir taşla iki kuş vurulmuş.olur. Uranyum yakıt genel olarak kapsüller
halinde üretilip zirkonyum alaşımından oluşan tüpler içine yerleştirilir ve soğutma suyu bu çubuklar çevresinde gezdirilir.Suyun,mevcut yüksek sıcaklıklarda buharlaşmaması için yüksek basınç altında tutulması gerekir.Bu yüksek basınçlı su,daha düşük basınçlı ikinci bir devredeki suyun ısıtılmasında kullanılır ve ikinci devrenin sıcak suyu bir buhar üretecine,buharda bir türbine gönderilir.Türbin kanatlarına çarpan yüksek basınçlı buhar türbini çevirir,türbine bağlı bir jeneratör de elektrik üretir.

Dolayısıyla nükleer reaktör tipleri, kullandıkları soğutucu ya da yavaşlatıcının türüne göre adlandırlırlar:Basınçlı Su Reaktörü (‘PWR ‘),Basınçlı Ağır Su Reaktörü (‘PHWR ‘),ileri Gaz Soğutmalı Reaktör (‘AGCR ‘)gibi. Fisyon ürünleri kararsız çekirdeklerdir ve oluşumlarından başlayarak bozunma eğilimindedirler.Bozunma sırasında gama ışınları gibi yüksek enerjili elektromanyetik ya da alfa parçacığı denilen helyum çekirdeği ile, elektron,pozitron gibi parçacık radyasyonları ışınlarlar.Dolayısıyla ‘radyoaktif ‘tirler.Bozunma sonucu ortaya çıkan çekirdeklerin bazıları da radyoaktiftir.Kısacası,birkaç ay süreyle çalıştırılan bir reaktörün kalbinde 800 kadar farklı çekirdek oluşur ve kalpte, çalışma gücünün her megawat ‘ı için 1 megaCurie (1 Curie=saniyede 37 milyar bozunum)düzeyinde bir radyoaktivite stoğu birikir.Bu aktivite,enerji üretiminin reaktörün kapatılmasından sonra da devam edeceği anlamına gelir.Yani,bir kömür santralinde kazana kömür küreklemeye son vermekle enerji üretimine son verilmiş olurken, bir nükleer reaktör kapatılmış,yani kalpteki zincirleme reaksiyon durdurulmuş olsa bile,,enerji üretimi,kapatmadan önceki güç düzeyinin yaklaşık %10 ‘uyla başlayıp,eksponansiyel biçimde azalarak devam eder.Bu ‘bozunma ısısı’nın emilmesi gerekir ve bir kaza durumunda bunun yapılamaması,bir nükleer santral için düşünü- lebilecek en ciddi kaza senaryosunu oluşturur.1979 ‘daki ‘Three Mile Island ‘ ve 1986 ‘daki Çernobil kazalarında böyle birer durum yaşanmış,bu ikincisinde kalbin koruma zırhı olmadığı için radyoaktivite stoğu çevreye dağılarak,çevre ülkeleri de etkileyen ciddi sorunlara yol açmıştır.Çünkü radyoaktivitenin canlı organizmalar üzerinde,olumsuz genetik ve bedensel etkileri vardır.Öte yandan,reaktör kalbindeki uranyum yakıt zamanla fakirleşir ve belli bir noktadan sonra değiştirilmesi gerekir.’Kullanılmış yakıt’lar kimyasal yöntemlerle parçalanıp,içlerindeki işe yarar izotoplar alınır.Geride kalan kimyasal çözeltilerde,’üst düzeyde radyoaktif’ olan,ancak işe yaramayan çekirdekler kalır.Bu ‘üst düzeyde radyoaktif sıvı atıklar’ın gelişigüzel atılmaması,çevreye zarar vermemeleri için özenle zırhlanıp saklanması gerekir.Ta ki radyoaktiviteleri zararsız düzeylere inene kadar. Radyoaktivite,dünyamızın yabancı olduğu bir konu değil.Yerküreyi oluşturan madde,bu maddenin yıldızlardaki oluşum sürecinden kalma büyük miktarlarda radyoaktivite içeriyor.Bu radyoaktivitenin bozunma ısısı,magmadan yerkabuğuna doğru yükselerek,diğeri güneş ışınları olmak üzere, yerkabuğunun iki ana ısı kaynağından birini oluşturuyor.Yerkabuğu bir yandan da, ısınan her cismin yaptığı gibi,ışınım yoluyla uzaya enerji yayıyor.Bu ışıma kaybının şiddeti sıcaklığın küpüyle orantılı olup,sıcaklıktan çok daha hızlı artıyor.Sonuç olarak,radyoaktif bozunmanın içeriden,güneş ışınlarının dışarıdan ısıtma katkıları ve ışınımla ısı kaybının toplamı,yerkürenin net olarak ısı kaybetmesi yönünde.Yani dünyamız,radyoaktivitenin ısıl katkısı olmamış olsaydı şimdiye kadar çoktan soğuyup kaskatı

hale gelmiş olacakken,oluşumundan 4,5 milyar yıl sonra hâlâ soğumaya devam ediyor.Radyoaktif bir madde

Uranyum Zenginleştirme, fisyon bombaları veya nükleer santrallerde kullanılmak amacıyla Uranyum yakıtındaki U235
izotopunun konsantrasyonunun arttırılmasıdır.

Doğada bulunan Uranyum’un sadece %0.7’si fisil U235 izotopundan oluşur. Uranyum’un geri kalan kısmını oluşturan U238 fisil değildir, yani az enerjili nötronlarla parçalanamaz. Uranyum yakıtının, nükleer santral ve bombalarda istenildiği gibi, zincirleme çekirdek tepkimesinden geçmesi için U235 konsantrasyonunun en az %3’e çıkarılması gerekir.

Fisil izotop, yavaş nötronlarla da parçalanabilen izotoplara denir. Fisil izotoplar, fisyon reaktörlerinde ve nükleer silahlarda yakıt olarak kullanılırlar. Fisil izotoplardan en yaygın kullanılanları U235 ve Pu239‘dur.

Uranyum: Dünyada halen aktif olan 430’dan fazla nükleer santral, fisyona dayalı olarak çalışıyor ve başlangıç yakıtı olarak uranyum kullanıyor. Doğada bulunan uranyum, hemen tamamen, iki tip izotoptan oluşur. Bunlardan birisindeki proton ve nötronların toplam sayısı 235, diğerindekilerin ise 238. U-235 ve U-238 notasyonuyla gösterilen bu çekirdeklerin her ikisindeki proton sayısı da aynı ve 92, fakat ikincisindeki nötron sayısı, birincisindekinden üç daha fazla. U-235 izotopları, yavaş bir nötron çarptığında parçalanmaya çok daha yatkındırlar ve parçalandıklarında iki veya üç de nötron çıkarırlar. Bu yüzden, ‘kolayca parçalanabilir’ anlamında ‘fisil’ oldukları söylenir.
Dolayısıyla bir uranyum kütlesi alıp, içine bir avuç nötron salarsak; bu nötronlardan bazıları U-235 çekirdeklerine çarpıp, bu izotopların parçalanmasına yol açacak, parçalanmalardan açığa çıkan nötronlar, gidip başka fisil çekirdeklere çarpacak, buradan yine nötronlar çıkacak vs. Yani kütle uygun şekil ve büyüklükte seçilirse, içinde bir zincirleme reaksiyon yer alabilir ve sürekli olarak açığa enerji çıkabilir.
Kritik kütle: Kütlenin uygun büyüklük, şekil ve kompozisyonda seçilmesi önemlidir. Çünkü santrallerden açığa çıkan nötronların bir kısmı, ilgisiz çekirdeklerde yutularak veya kütlenin cidarından dışarı kaçarak, bir bakıma ziyan olmaktadır. Kütle küçükse, nötron kaçakları çok fazla olur ve zincirleme reaksiyon, daha başlayamadan durur. Öte yandan yeterince büyük bir uranyum kütlesinin içine, dışardan nötron atmak da gerekmez. Çünkü uranyum çekirdeklerinden bazıları, kendilerine çarpan nötronlar bulunmadığı zaman dahi, durup dururken parçalanmakta, çok yavaş bir şekilde de olsa, kendiliklerinden santrallere uğrayıp nötron salmaktadır.
‘Atom bombası’ da denilen fisyona dayalı patlayıcılar, uranyum parçaları halinde hazırlanıp
son anda bir araya getirilirler. Orijinal parçaların her biri, zincirleme reaksiyonu başlatamayacak
kadar küçük, fakat hepsi bir araya geldiğinde oluşan kütle, bunu fazlasıyla başaracak kadar
büyüktür. Yani ‘süperkritik’tir. Bu ‘süperkritik kütle’, orijinal parçaların etrafına yerleştirilen
konvansiyonel patlayıcıların patlatılması sonucu sıkıştırılıp bir araya getirildiğinde, zincirleme reaksiyon başlar. Buradaki olay, saniyenin milyonda biri kadar kısa bir süre içerisinde, kütledeki fisil çekirdeklerin hemen tamamının parçalanmasını ve sonuç olarak da açığa, yüzlerce kiloton TNT eşdeğerinde enerji çıkmasını sağlar.Nükleer reaktörler: Bir nükleer reaktörde ise bu zincirleme reaksiyon, çok daha yavaş ve kontrollü olarak gerçekleşir. Reaktörün yapısı biraz daha karmaşıktır ve uranyum haricinde, bazı destek unsurları da barındırır. Örneğin, fisyon sonucu açığa çıkan nötronlar hızlıdır. Hâlbuki yavaş hareket eden nötronlar, U–235 çekirdeklerini daha kolay parçalayabilir. Dolayısıyla hızlı nötronların yavaşlatılması gerekir ve bunu da, reaktör kalbine konulan sudaki hidrojen atomları becerir. Hidrojenlerle çarpışan hızlı nötronlar yavaşlar. Bu durumda, fisyondan yeni çıkmış olan hızlı nötronun, yavaşlamak için hidrojen atomlarıyla çarpışması, bunun için de içinde doğduğu uranyumdan çıkıp, bir süre için su içerisinde dolaşması gerekir. Bu amaçla uranyum metal veya oksidi, çubuklar halinde imal edilip, aralarından su geçirilir ve hidrojen içeren suyun bir yavaşlatıcı’ görevi gördüğü söylenir. Hem, fisyon sonucu açığa çıkan enerjiyi emmek için zaten bir de soğutucuya ihtiyaç vardır ve su, bu işlevi de üstlenir. Böylelikle bir taşla iki kuş vurulmuş ve hem nötronlar yavaşlatılıp, hem de reaktör kalbi soğutulmuş olur.
Uranyum zenginleştirme işlemi: Ayrıca, reaktör kalbine konulan uranyum çoğu kez, doğada bulunan uranyum değildir. Çünkü doğal uranyumda az miktarda fisil izotop bulunur. Öyle ki; doğal uranyumun her bin atomundan sadece, yaklaşık 7’si fisildir. Hal böyle olunca, zincirleme reaksiyon için gerekli olan nötron üretim hızlarına erişmek güçleşir ve doğal uranyumun zenginleştirilmesi gerekir. Bu adeta, bir parça doğal uranyum alıp, içindeki U–238 çekirdeklerini ayıklayıp atmaya ve geride, U-238’lere oranla daha fazla sayıda U–235 çekirdeği bırakmaya benzer. Fakat söz konusu ‘izotop zenginleştirme’ işlemi, o kadar da basit olmayıp, yavaş çalışan pahalı işlemler gerektirir.
Demek ki doğal uranyumun yüzde birinden azı, nükleer enerji üretimi açısından doğrudan
işe yarayan ‘fisil’ çekirdeklerden oluşuyor. Bu çekirdeklerin 1 gramı, yaklaşık 2.5 ton kömürünkine eşdeğer enerji potansiyeline sahiptir. Fakat uranyum, ‘nadir toprak metalleri’ sınıfında yer alır. Yani yer kabuğundaki mevcut miktarı, ‘nadir’ denecek kadar azdır. Dolayısıyla, dünyamızın ‘fisil uranyum çekirdeği’ stoğu, enerji ihtiyacımızı uzun bir süre karşılayabilmekten uzak, yaklaşık 200 yıl yetecek kadardır. Yeni santrallerin kurulması halinde, bu süre daha da kısalır.
Fakat fisil olmayan U-238 çekirdekleri, tümüyle işe yaramaz değildir. Çünkü bir nötron yutmaları halinde, radyoaktif hale gelirler ve iki ışımadan sonra, fisil olan bir plutonyum izotopuna, Pu-39’a dönüşebilirler. Dolayısıyla, zenginleştirme işlemi sırasında ayıklanan U–238 çekirdekleri, bir köşeye atılmayıp, reaktör kalbinde uygun bir yere konabilir ve nötron yutarak Pu-239’a dönüşmeleri sağlanabilir. Eğer kalpteki nötron üretim hızı yeterince yüksek ise, hem U–235 çekirdeklerinin parçalanması sonucu enerji üretmek, bir yandan da U-238’leri, fisil Pu-239’lara dönüştürmek mümkündür. Hatta uygun bir tasarımla reaktör, birim zamanda tükettiğinden daha fazla fisil çekirdek üretebilir. Bu durumda reaktörün, net olarak yakıt üretmekte olduğu söylenir.Yüz yıIlar boyu camlara renk verici madde olarak kullanılmış olan uranyum,günümüzde yaygın olarak nükleer santrallerde enerji üretiminde kullanılmaktadır.Uranyum temel nükleer yakıt hammaddesidir. Doğadaki uranyumun binde yedisi(%0.71) bölünebilen (fisil) Uranyum-235 izotopu içerir. Doğal uranyumdan imal edilen yakıt ağır sulu (D2O, döteryum hidrojenin bir izotopudur) reaktörlerde kullanılmakta iken, hafif sulu reaktörler ve gaz soğutmalı reaktörler için uranyumun, Uranyum-235 izotopu yönünden zenginleştirilmesi gerekmektedir.Buna ek olarak, uranyumun zırh kaplamalarında ve büyük hava taşıtlarının kanatlarında ağırlık olarak da kullanımı vardır.

URANYUM NÜKLEER REAKTÖRLERDE OKSİT,METAL ALAŞIMI,HATTA KARBÜR BİÇİMİNDE YAKIT OLARAK KULLANILIR.KİMİ REAKTÖRLERDE DOĞAL URANYUM DAN YARARLANILIR.BUNLAR FRANSIZ UNGG TÜRÜ REAKTÖRLER İLE AĞIR SUYLA YAVAŞLATILIP SOĞUTULAN KANADA TÜRÜ REAKTÖRLERDİR.ANCAK REAKTÖRLERİN BÜYÜK ÇOĞUNLUĞUNDA YAKIT OLARAK ZENGİNLEŞTİRİLMİŞ URANYUM DENEN BİR URANYUM KULLANILIR;235 KÜTLE SAYILI İZOTOPUN BU ZENGİNLEŞTİRİLMİŞ URANYUM İÇİNDEKİ ORANI,NORMAL SUYLA YAVAŞLATILIP SOĞUTULAN VE ELEKTRONÜKLEER SANTRALLARIN AŞAĞI YUKARI ÜÇTE İKİSİNİ KAPSAYAN REAKTÖRLERDE YAKLAŞIK %3 E DEK ÇIKARILIR.ARAŞTIRMA VE DENEME REAKTÖRLERİNDE YAKIT OLARAK ORTA DERECEDE YA DA ÇOK ZENGİNLEŞTİRİLMİŞ URANYUM(235 URANYUM ORANI %93 E ULAŞIR) KULLANILIR.URANYUM,BÜYÜK SANAYİ TESİSLERİNDE GAZ YAYINIMI VE AŞIRIMERKEZKAÇLAMA OLMAK ÜZERE 2 TEMEL YÖNTEMLE ZENGİNLEŞTİRİLİR.HIZLI NÖTRONLU BU REAKTÖRLERDE KALP ÇEVRESİNE,GEREKTİĞİNDE KALP İÇİNE,VERİMLİ OLARAK NİTELENEN VE BİRLEŞİMİNDE DOĞAL YA DA FAKİRLEŞTİRİLMİŞ URANYUM OKSİT PELETLERİ BULUNAN ELEMANLAR YERLEŞTİRLİR.BÖYLECE URANYUM 238 ÜZERİNE NÖTRONLARIN ETKİMESİYLE PLÜTONYUM ELDE EDİLİR.VERİMLİ ELEMANLARDAN ÖZÜTLENEN PLÜTONYUM,REAKTÖR KALBİ YAKITI ÜRETİMİNDE KULLANILIR.

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir