Nükleer Güç İstasyonu veya Nükleer Güç Santrali

Elektrik enerjiyi nükleer enerji ile üretebiliriz. nükleer güç istasyonunda, elektrik enerjisi nükleer reaksiyonla üretildiğinde, ağır radyoaktif elementler olarak uranyum (U235) veya toryum (Th232) nükleer fisyon işlemine tabi tutulur. Bu fisyon, reaktör adı verilen özel bir cihazda yapılır.

Nükleer fisyon nedir?

Fisyon sürecinde, ağır radyoaktif atomların çekirdekleri iki neredeyse eşit parçaya bölünür. Bu çekirdeklerin bölünmesi sırasında büyük miktarda enerji salınır. Bu enerjinin salınması, kütlenin eksikliğinden kaynaklanır. Yani, ilk ürünün toplam kütlesi fisyon sırasında azalır. Bu fisyon sırasında kaybedilen kütle, Albert Einstein tarafından kurulan ünlü denklem uyarınca ısı enerjisine dönüştürülür.

Bir nükleer güç istasyonunun temel ilkesi, geleneksel termal güç istasyonununkiyle aynıdır. Tek fark, kömür yanmasından kaynaklanan ısı yerine, burada nükleer fisyondan kaynaklanan ısı, buhar kazanında suyu buhar haline getirmek için kullanılır. Bu buhar, bir buhar türbinini çalıştırmak için kullanılır.

Bu türbin, alternatörün ana motorudur. Bu alternatör elektrik enerjisi üretir. Nükleer yakıt çok fazla mevcut olmasa da, çok az miktardaki nükleer yakıt, büyük miktarda elektrik enerjisi üretebilir.

Bu, bir nükleer güç istasyonunun benzersiz özelliği. Bir kilogram uranyum, 4500 metrik ton yüksek kaliteli kömürle eşdeğerdir. Yani, 1 kilogram uranyumun tam fisyonu, 4500 metrik ton yüksek kaliteli kömürün tam yanmasından elde edilecek kadar ısıyı üretir.

İşte bu yüzden, nükleer yakıt çok daha pahalı olmasına rağmen, birim elektrik enerjisi başına nükleer yakıt maliyeti, kömür ve dizel gibi diğer yakıtlarla üretilen enerji maliyetinden hala daha düşüktür. Günümüzde geleneksel yakıt krizini karşılamak için, nükleer güç istasyonları en uygun alternatifler olabilir.

Nükleer Güç İstasyonlarının Avantajları

1. Dediğimiz gibi, bu güç istasyonlarındaki yakıt tüketimi oldukça düşük ve bu nedenle, tek bir enerji birimi üretmek için gereken maliyet, diğer geleneksel güç üretim yöntemlerinden daha azdır. Gerekli olan nükleer yakıt miktarı da daha azdır.

2. Nükleer güç istasyonu, aynı kapasitedeki diğer geleneksel güç istasyonlarına kıyasla çok daha küçük bir alana sahiptir.

3. Bu istasyon, çok fazla su gerektirmediği için, doğal su kaynaklarına yakın bir yerde inşa edilmesi zorunlu değildir. Ayrıca, çok fazla yakıt gerektirmediği için, kömür madeni veya iyi ulaşım imkanları bulunan bir yerde inşa edilmesi de zorunlu değildir. Bu nedenle, nükleer güç istasyonu yük merkezine çok yakın bir yere kurulabilir.

4. Küresel olarak büyük miktarlarda nükleer yakıt var olduğundan, bu tür tesisler gelecek binlerce yıl boyunca sürekli elektrik enerjisi sağlayabilir.

Nükleer Güç İstasyonlarının Dezavantajları

1. Yakıt kolay bulunmaz ve çok pahalıdır.

2. Bir nükleer güç istasyonunun inşaat maliyeti oldukça yüksektir.

3. Bu tesisin inşası ve komisyonlanması, diğer geleneksel güç istasyonlarından çok daha karmaşık ve sofistike bir işlemdir.

4. Fisyon yan ürünleri radyoaktif doğadadır ve bu durum, yüksek radyoaktif kirliliğe yol açabilir.

5. Bakım maliyeti daha yüksektir ve bir nükleer güç istasyonunu çalıştırmak için gerekli olan personel sayısı, uzman eğitilmiş kişiler gerektiği için daha yüksektir.

6. Yükün ani dalgalanmalarına, nükleer tesisler etkin bir şekilde cevap veremez.

7. Nükleer reaksiyonların yan ürünleri oldukça radyoaktif olduğu için, bu yan ürünlerin atılması çok büyük bir sorundur. Bunlar sadece toprak içinde derinlere veya sahil şeridinden uzak bir denize atılabilir.

Nükleer Güç İstasyonunun Farklı Bileşenleri

Bir nükleer güç istasyonu, genellikle dört ana bileşene sahiptir.

1. Nükleer reaktör

2. Isı değiştirici

3. Buhar türbini

4. Alternatör

Hadi bu bileşenleri tek tek tartışalım:

Nükleer Reaktör

Bir nükleer reaktörde, uranyum 235 nükleer fisyona tabi tutulur. Bu, fisyon yapıldığında başlayan zincir reaksiyonunu kontrol eder. Zincir reaksiyonu kontrol edilmeli, aksi takdirde serbest bırakılan enerji oranı hızlı olacak, patlama olasılığı yüksek olacaktır. Nükleer fisyonda, U235 gibi nükleer yakıtın çekirdekleri yavaş nötron akımıyla bombalanır. Bu bombardımanın sonucunda, uranyum çekirdeği parçalanır, bu da büyük miktarda ısı enerjisinin salınmasına ve çekirdeklerin parçalanması sırasında birçok nötronun salınmasına neden olur.

Bu salınan nötronlara fisyon nötronları denir. Bu fisyon nötronları, daha fazla fisyona neden olur. Daha fazla fisyon, daha fazla fisyon nötronları oluşturur ve bu da fisyon hızını artırır. Bu birikimli bir süreçtir.

Eğer bu süreç kontrol edilmezse, çok kısa bir sürede fisyon hızı o kadar yüksek olur ki, bu, çok büyük miktarda enerjiyi serbest bırakır ve tehlikeli bir patlama olabilir. Bu birikimli reaksiyona zincir reaksiyonu denir. Bu zincir reaksiyonu, fisyon nötronlarını nükleer reaktörden çıkararak kontrol edilebilir. Fisyon hızı, reaktörlerden fisyon nötronlarının çıkarılma oranını değiştirerek kontrol edilebilir.

Bir nükleer reaktör, silindir şeklindeki stüdyum basınç kapıdır. Yakıt çubukları, genellikle grafitten yapılmış olan moderatorlarla kaplanan nükleer yakıt olan uranyumdan yapılmıştır. Moderatorlar, uranyum çekirdekleriyle çarpışmadan önce nötronları yavaşlatır. Kontrol çubukları, nötronları güçlü bir şekilde emen kadmiyumdan yapılmıştır.

Kontrol çubukları, fisyon odasına yerleştirilmiştir. Bu kadmiyum kontrol çubukları, ihtiyaç duyulduğunda aşağıya itilebilir ve yukarı çekilebilir. Bu çubuklar yeterince aşağıya itildiğinde, çoğu fisyon nötronu bu çubuklar tarafından emilir, bu nedenle zincir reaksiyonu durur. Yine, kontrol çubukları yukarı çekildiğinde, fisyon nötronlarının kullanılabilirliği artar, bu da zincir reaksiyon hızını artırır.

Bu nedenle, kontrol çubuklarının konumunu ayarlayarak, nükleer reaksiyon hızı kontrol edilebilir ve sonuç olarak, elektrik enerjisi üretimi yük talebine göre kontrol edilebilir. Pratikte, kontrol çubuklarının itme ve çekme işlemi, yük talebine göre otomatik geri bildirim sistemi tarafından kontrol edilir. Manuel olarak kontrol edilmez. Nükleer reaksiyon sırasında salınan ısı, sodyum metalinden oluşan bir soğutucu aracılığıyla ısı değiştiriciye taşınır.

Isı Değiştirici

Isı değiştiricide, sodyum metali tarafından taşınan ısı, suya salınıp su yüksek basınçlı buhar haline getirilir. Suyada ısı salındıktan sonra, sodyum metali soğutucu devriye pompa aracılığıyla reaktöre geri döner.

Buhar Türbini

Bir nükleer güç santralinde, buhar türbini, bir kömür güç santralindeki gibi rol oynar. Buhar, aynı şekilde türbini çalıştırır. İşini yaptıktan sonra, buhar buhar kondansörüne gelir ve arkasındaki buhar için alan sağlar.

Bahşiş