NÜKLEER REAKTÖRLER

Nükleer rektörler; içersinde nükleer reaksiyonların yürütüldüğü ortamlardır. Çok büyük enerji 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 reaksiyonlara göre ikiye ayrılabilirler :

1. Fizyon Reaktörleri

2. Füzyon Reaktörleri

Halihazırda füzyon reaksiyonuyla çalışan nükleer bir reaktör mevcut değildir. Fikir olarak 1942‘de ortaya atılan füzyon olayı ancak 1952‘de bomba olarak1942‘de ortaya atılan füzyon olayı

ancak 1952‘de bomba olarak denenebilmiştir. Bu yüzden gücün kontrol altına alınması başka bir deyişle nükleer füzyona dayanan bir nükleer reaktör yapılması ise henüz gerçekleşememiştir. Ancak bu konudaki çalışmalar bütün hızıyla devam etmektedir. Günümüzde farklı şekillerde tasarlanmasına rağmen temel olarak fizyon  reaksiyonuna dayanan yüzlerce nükleer reaktör mevcuttur. Atom bombasında çok kısa sürede gerçekleşen fizyon reaksiyonu nükleer reaktörlerde çok daha kısa sürede gerçekleştirilerek olay kontrol altına alınır. Nükleer reaktörü oluşturan entegre önemli elemanlardan  birincisi uranyum ;yakıttır.   (₂₃₉Pu   ‘da yakıt olarak kullanılabilir.)

Uranyum radyoaktif  özelliği düşük olan bir elementtir. Reaktörde reaksiyona girmeden önce lastik eldivenle bile tutulabilir. Ancak fizyon sonucunda oluşan ürünlerin çoğu oldukça radyoaktiftir. Nükleer reaktör çalışmaya başladıktan sonra ne içine girmek nede reaktörden çıkan yakıt atıklarına yaklaşmak imkansızdır.

Yakıt olarak kullanılacak uranyumun reaktöre girmeden önce her türlü safsızlıktan arındırılması gerekir. Ayrıca yapısındaki   ₂₃₅U oranı % 3 dolayın yükselmiş olan izotopik olarak zenginleştirilmiş uranyum daha kullanışlıdır. Günümüzde yakıt olarak UO₂ tercih edilmektedir. Uranyumdioksit  önce toz haline getirilip sonra 1 cm çap ve yüksekliğinde 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 kullanılır. Uranyum yakıt reaktörde bir su banyosuna daldırılmış cubuklar şeklindedir. Fizyon reaksiyonu sonucunda oluşan nötronlar yakıt çubuklarından su banyosuna geçerler. Su tarafından yavaşlatılan nötronların fizyon yapma yeteneği artar. bu yavaş nötronların yeniden uranyum yakıtı ile çarpışmaları ise fizyon olayını zincirleme reaksiyon şeklinde sürmesini sağlar.

Fizyon reaksiyonu sonucunda oluşan büyük ısınım yakıtın kızışmasını önlemek için ortamdan transfer edilmesi gerekir. Bunun için ise nötronları yavaşlatmak için ortamda bulunan suyun bir pompa ile devredilmesi sağlanır. Yaklaşık 300⁰C ‘de olan sıcak su borular yardımıyla 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 entegre önemli elemanlarında bir diğeri ise kontrol çubuklarıdır. Reaktörün kontrolü ortamdaki nötron sayısını kontrolü ile mümkündür. Eğer fizyondan dolayı nötronların oluşma hızı uranyun yakıtı tarafından yakalanma hızına eşit ise reaktör aynı güçte çalışmaya devam eder. Ortamdaki nötronların çalışma sayısı arttıkça güç yükselir , azaldıkça düşer. Ortamda nötron kalmaz ise reaksiyon durur. Bunun için reaktöre kadminyun 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. Aynı termik santrallerde de oluğu 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 vermez. Kül bırakmazlar . Bundan dolayı çevreyi kirletmezler ancak nükleer reaktörden çıkan yakıt yüksek radyo aktiviteye sahip bir çok madde içeriri. Bu nükleer atıkların çevre ve insana zarar vermeden tasfiye edilmesi çok önemli bir problemdir. Bu atıkların dış ortamla irtibatı mümkün olmayan sorulara yol açabilir. Bu konudaki en büyük gelişme nükleer atıkların yeryüzünü 500 ile 1200 metre  altında inşaa edilen özel depolara gömülmesidir. Yer altında gömülü olan nükleer atıkların yeryüzüne çıkmasını sağlayacak tek mekanizma yer altı suyu ile teması olacaktır. Bunun için atıkları 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 olasılığını azaltır. Aslında nükleer atıkların tehlikesi kurşun , civa ve arsenik gibi zehirli atıklara kıyasla daha azdır. Çünkü nükleer atıkların radyoaktivitesi zamanla azalırken ,zehirli atıklar çevreye atıldıkları ilk günkü gibi kalırlar.                            

Kaynak: Kimya 1, Sürat yayınları, Altın seri, Necdet Çelik, Ali Rıza Erdem, Ayhan Nazlı, Varol Gürler, Hulusi Patlı, Hasan Karabürk, 1997, İstanbul