Nükleer Enerji Ve Nükleer Santral Kazalari

Nükleer enerji üretiminin temel ilkeleri

Tüm maddeler atomlardan, ve her bir atom da etrafını bir elektron bulutunun sarmaladığı bir çekirdekten oluşur. Bu çekirdekte, (+) yüklü proton ile elektrik yükü olmayan nötron adı verilen iki ayrı türden temel tanecik bulunur. Örneğin, nükleer reaktörlerin yakıtını oluşturan Uranyum-235 (U-235) atomlarının çekirdeğinde 92 adet proton ile 143 adet nötron vardır. Nükleer enerji, çekirdekteki bu 235 temel taneciği bir arada tutan, bağ enerjisi adı verilen, enerjinin bir bölümünün açığa çıkmasıyla oluşur.

Bu enerjinin açığa çıkmasında temel etken nötronlardır. Bir U-235 çekirdeğine çarpan düşük hızlı bir nötron bu çekirdekteki bağ kuvvetlerinin dengesini bozarak çekirdeği birkaç parçaya böler (fisyon olayı). Bu tepkimede 2-3 nötron da açığa çıkar. Bu nötronlarda ortamdaki diğer U-235 çekirdeklerini fisyona uğratır. Bunlardan çıkan yeni nötronlar da başka U-235 çekirdeklerini parçalar ve bu şekilde devam eden olay bir zincirleme tepki sürecini oluşturur.

Böylece açığa çıkan bağ enerjisi, fisyon olayında parçalanan çekirdeklerin parçalarına ve açığa çıkan nötronlara kinetik enerji kazandırır. Bu kinetik enerji de reaktör ortamındaki soğutucu akışkanın (genelde su) ısınmasına yol açar. Bu ısınma sonucu sıcaklığı artan soğutucu akışkanın bir bölümü su buharına dönüşür. Bu su buharıda türbojeneratörlere gönderilerek elektrik enerjisi elde edilir.

Atom bombası ile nükleer enerji üretimi arasındaki fark

Atom bombasıyla nükleer enerji üreten reaktör arasındaki tek ortak nokta, her ikisinin de fisyon olayına dayanmasıdır. Ancak, bir atom bombasında kontrolsüz bir şekilde ve çok kısa zamanda (mikro saniye düzeylerinde) gelişen fisyon süreci, reaktörlerde tümüyle kontrol altında tutulur. Yani, reaktörü işleten mühendisler ve operatörler bu tepkimeyi:
1. başlatabilir,
2. istedikleri süre kadar ve istedikleri enerji düzeyine kadar çıkarabilirler,
3. istedikleri anda yavaşlatır ve durdurabilirler.

Atom bombasında saniyenin milyonda biri gibi çok kısa bir sürede açığa çıkan güçle birlikte çok yüksek düzeylerde radyasyon salınmasıda vardır. Bombanın gücü, nükleer reaktörün gücünden milyarlarca defa büyüktür. Oysa, maksimum gücünde çalışan bir Reaktörde meydana gelen zincirleme reaksiyonlar yıllarca kontrollü bir biçimde istenen güç düzeylerinde sürdürülür. Batı Standartlarında Nükleer Güvenlik Normları’na göre tasarlamış olan koruyucu zırhlama sistemleri dolayısıyla, reaktörün kalbinden ve içinde bulunduğu, uçak çarpmalarına bile dayanıklı olarak inşa edilmiş olan reaktör binasından dışarıya radyasyon sızmaz.

Bir nükleer reaktörde enerji üretimi, kadmiyum ve bor gibi nötron yutucu maddeler içeren “kontrol çubukları” sayesinde kontrol altında tutulur. Zincirleme reaksiyonları ayakta tutan nötronların bir bölümü, kontrol çubuklarının bunları yutmasıyla, fisyona yol açamazlar. Reaktörde üretilen gücün düzeyi kontrol çubuklarının reaktörün yakıtları arasına indirilerek çıkartılarak sağlanır.

Kontrol çubuklarını hareket ettiren mekanizmalarda bir sorun olsa ve zincirleme tepkimeler başını alıp gitse dahi bir nükleer reaktör asla bir atom bombası gibi patlamaz. Çünkü bir reaktörün kalbindeki zincirleme tepkimelerin kontrolden çıkması durumunda açığa çıkacak olan büyük ısı reaktör kalbinin (yakıtın bulunduğu bölümü) eriyerek boyutlarının değişmesine neden olur. Bu ise reaktörün “kritiklik” denilen durumundan uzaklaşmasına, yani zincirleme tepkilerin doğal olarak azalmasına ve sonunda sönmesine yol açar.

Nükleer santralların güvenlik ve güvenirlikleri

Nükleer santralların güvenli ve güvenilir biçimde, çevreye de zarar vermeden enerji üretebilmeleri, bunların: yapısal niteliklerinden kaynaklanan özellikleri ile aktif ve pasif koruma sistemleri sayesinde olmaktadır.

Nükleer yakıt, genellikle, reaktör kalbindeki sıcaklığa dayanan ve yüksek ergime sıcaklığına dayanan uranyum dioksittir. Yakıtta oluşarak dışarı sızan fisyon ürünlerinden gaz halinde olanlarının soğutucu akışkana karışması, yakıt çubuğunu saran yakıt zarfı tarafından önlenir. Soğutucu akışkan ise basınç altındaki bir kapalı devre içinde dolanıp durduğu için , bu da, fisyon ürünlerinin kontrol altında tutulması bakımından bir koruma teşkil eder. Ayrıca:
1. bütün reaktörü içüne alan ve dışarı radyasyon sızmasını önleyen biyolojik zırh,
2. santralın, türbin ve jeneratör (elektrik üretim bölümü) hariç olmak üzere, tümünü içine alan ve reaktörde bir kaza olsa bile dışarıya radyasyon sızıntısını önleyen dış güvenlik kabuğu, ve
3. tüm santralı çevreyelen yasak bölgenin varlığı bu güvenliği pekiştirir.

Batı Standartlarında Nükleer Güvenlik Normları’na göre nükleer santrallarda kullanılan tüm parçalarda uygulanan tasarım ve kalite ölçütleri en az uzay teknolojilerindekiler düzeyindedir. Bunun için Kalite Kontrolü v Kalite Temini nükleer santralların yapımında ön planda gelir ve santral yapımı, sırf bu önlemlere uyulmasından dolayı, uzun zaman almaktadır. Ayrıca, nükleer santralların tüm güvenlik sistemlerinin yeterli sayıda yedeklenmiş olması ve bu yedeklerinden birbirinden farklı ilkelere göre çalışacak şekilde tasarlanmış ılması sağlanmaktadır.

Aktif ve pasif korunma sistemleri ise bir kaza anında devreye giren soğutma sistemleri ile kimyasal kontrol sistemini içerir.

Nükleer Santral kazaları

Yukarıda konu edilen sistemler bir nükleer santralın güvenli ve güvenilir bir biçimde işletilmesi için gerekli olan sistemlerdir. Ancak, bütün önlemlere karşın, teknik , teknolojik ve ekonomik açılardan hesaba katılmayan veya katılması mümkün olmayan doğal afetler ve insan hataları (reaktör operatörü hataları) sonucu nükleer kazanın meydana gelmesi olasıllığı vardır. Bu durumun, her türlü teknik ve teknolojik yapıda var olduğu, kontrol edilemeyen kazaların olması olasıllığının hiçbir zaman sıfıra indirilemeiyeceği açıktır. Bu konuda çalışanların yaklaşımı, kaza sonuçlarının olumsuz ettkilerini en düşük düzeyde tutacak önlemleri almaktır.

Nükleer kazalar Uluslar Arası Atom Enerji Ajansı’nın 1996 yılında ortaya koyduğu Uluslararası Nükleer ve Radyolojik Kazalar Ölçüt’üne (INES) göre, en büyüğü 7 olmak üzere azalan bir skalaya göre değerlendirilir. Bu skalaya göre değerlendirilen, “Büyük”, “Ciddi” ve “Yerel” nükleer kazalara üç örnek verilebilir:

Three Miles Island Nükleer Santral kazası: 1979 yılında ABD’de, Pensilvanya Eyaleti’ndeki Three Miles Island nükleer santrali insan hatası, soğutma sistemindeki bazı vanaların kapalı unutulması, yüzünden kazaya uğrayınca koruyucu dış güvenlik kabuğunun sızdırmaz kapısı kapatılarak ergiyen reaktör kalbinden sızan çok yüksek radyasyon bu kabuk içine hapsedilmiştir. Bu kazanın sonucunda Çernobil’de olduğu gibi bir çevre felaketi yaşanmamış, kimse radyasyon hastalığına uğramamıştır. Bu kaza “Ciddi kaza” sınıfında olup INES’de 6 derecesindedir.

Çernobil Nükleer Santral kazası: Rusya’da 1986 yılında olan nükleer kazada, Batı Standartlarında Nükleer Güvenlik Normları’na göre inşa edilmemiş olan, dış güvenlik kabuğundan yoksun Çernobil Reaktöründe, yine insan hatasından dolayı oluşan kaza sonucu açığa çıkan radyasyon yerel ve Dünya ölçeğinde çevre problemlerine yol açmıştır.

Günümüzde elektrik üretiminde kullanılan, Çernobil tipinde hiçbir reaktör bulunmamak ve yapılması da düşünülemez. Bu kaza, “Büyük kaza” olup INES’de 7 derecesindir.

Fukushima Santralı Kazası: 11 Mart 20011’de yerel saat ile 14:46’da, Tokyo’nun 250 km kuzeyindeki Sendai kentinin yaklaşık 250 km doğusunda deniz altında meydana gelen, Richter ölçeğinde 8.9 olarak değerlendirilen, tarihte biline en büyük 7. deprem ve sonucunda oluşan tsunami dalgalarının etkisiyle meydana gelmiştir.

Japonya’nın kuzeydoğu kıyısında yer alan Fukushima Daiichi Nükleer santralı, söz konusu deprem ve buna bağlı oluşan Tsunamiden ciddi derecede etkilenmiştir Olay günü, kaynamalı su reaktörü (BWR) tipinde 6 üniteye sahip olan bu santralda, 1., 2. ve 3. üniteler işletmede, 4., 5. ve 6. üniteler ise periyodik bakımda olmalarından ötürü kapalı durumda (sıfır güçte) bulunuyordu.

Deprem ve tsunamiden dolayı santralda, dışarıdan alınan elektrik gücü kaybı yaşandığından ve acil durum dizel jeneratörlerinin de su baskını nedeniyle çalıştırılamaması sonucu, özellikle 1 numaralı reaktör ünitesinde yakıtların soğutulmasında sorunlar ortaya çıkmıştır. 1970 yılı sonunda devreye alınan 460 MWe (1300 MWtermik) gücündeki ünite, Fukushima Daiichi santralının 6 reaktörünün en eskisi ve en düşük güçlü olanıdır. Ayrıca, bu santralın 7-8 güneyinde herbiri 1000Mwe gücünde olan 4 uniteli Fukushima Daiini santralıda yer almaktadır. Bu reaktörlerle ilgili herhangi bir olumsuz durum rapor edilmemiştir.

En olumsuz durum Fukushima Daiichi’nin 1 numaralı reaktörü için söz konusudur. Bu ünitede yetersiz soğutma sonucu sıcaklık yükselmiş, dolayısıyla buhar basıncı artmış ve aynı zamanda kızgın metalle temas eden su buharının oksijen ve hidrojene ayrışması* sonucu 12 mart günü bir “Hidrojen Patlaması” meydana gelmiştir. Bunun bir atomik patlama olmadığı ve böyle bir patlamaya yol açmayacağını söyleyebiliriz.

. En olumsuz durum bu 1 numaralı reaktör için söz konusudur. Bu ünitede yetersiz soğutma sonucu sıcaklık yükselmiş, dolayısıyla buhar basıncı artmış ve kızgın (~1000 derece) metalle temas eden su ve su buharının oksijen ve hidrojene ayrışması sonucu 12 mart günü bir “Hidrojen Patlaması” meydana gelmiştir. Bu patlamanın bir atomik patlama yol açmayacağını söyleyebiliriz.

15 mart günü, 2. ünitede de, büyük bir olasıllıkla, hidrojen patlaması olmuş, 4. ünitedeki kullanılmış yakıt havuzu bölümünde yangın çıkmış, bunun sonucunda, santral alanında 400 millisievert / saat düzeyinde oldukça yüksek bir radyoaktif doz ölçülmüştür. Yangının bir kaç saat içinde söndürüldüğü aynı gün Japon ilgililer tarafında UAEA’ya rapor edilmiştir.

Fukushima’daki tüm reaktörle BWR tipinde olup, güvenlik ve güvenirlilik açısından Three Miles Island Nükleer Santrali ile karşılaştırılabilir. Three Miles Island Nükleer Santrali kazasının 6 derece olarak “Ciddi kaza” olarak sınıflandırılmasına karşın, bu kaza “Yerel kaza” sınıfında olup INES’de 4 derecesindedir.

Depremin, özellikle Japonya’daki nükleer santrallar üzerinde etkisi ile ilgili olarak şu hususları da göz önünde bulundurmak gerekir:
1. 1995’deki büyük Kobe-Osaka depreminde, Kobe’nin 110 km kuzeyinde olan nükleer santralarda kayda değer nükleer bir olay yaşanmamıştı.
2. 2004, 2005, 2007 ve 2009 da mmeydana gelen depremlerde Japon reaktörleri , otomatik olarak problemsiz bir şekilde kapanmışlardı.
3. 1999’da Tayvan’da olan çok yıkıcı depremde reaktörler yine otomatik olarak kapanmış ve 2 gün sonra güç üretimine yeniden başlamışlardı.

Olayın ilk günden itibaren santral bölgesindeki halka sodyum iyodür hapları dağıtılmış olmasına rağmen henüz içmeleri için bir tebliğ çıkarılmamış olması ve INES değerinde bir değişikliğin yapılmamış olması durumun yavaş yavaş normalleşmeye gittiğine işarettir. Uzman gözüyle, ‘nükleer kıyamet’in kopmayacağını söyleyebilirim.

Kıssadan hisse: doğal afetler veya insan hataları sonucu meydana gelen kazaların etkileri mümkün olan en düşük düzeylere indirmek için gerekli şart, bilimin ve teknolojinin gereklerini yerine getirecek, yeterli sayıda, bilgi ve beceri düzeyinde uzmanların yetiştirilmiş olması ve daima emre amade durumda hazır bulundurulmasıdır.

• (850 derece santigrat ve üzerindeki sıcaklıkta olan kızgın bazı metaller ve carbonla temas eden su veya su buharı şekilde oksijen ve hidrojene ayrılır. Açığa çıkan hidrojen gazı çok patlayıcı bir maddedir)

Dr. Necmi DAYDAY
UAEA Nükleer Müfettişi (E.)
TASAM (Türk asya Stratejik Araştırmalar Maerkezi)
Yönetim Kurulu Üyesi