Nükleer Enerji

HHAAZZIIRRLLAAYYAANN :: PPrrooff.. DDrr.. VVuurraall AAlltt››nnBBiilliimm vvee TTeekknniikk DDeerrggiissii YYaayy››nn KKuurruulluu ÜÜyyeessii

AA⁄⁄UUSSTTOOSS 22000044 SSAAYYIISSIINNIINN ÜÜCCRREETTSS‹‹ZZ EEKK‹‹DD‹‹RR

Nükleerenerji

NÜkleerenerji

2 A¤ustos 2004B‹L‹M veTEKN‹K

Canl› bir organizma büyümesürecinde, bünyesini oluflturandinamik süreçleri kurupgelifltirmek, gelifltikten sonra dabu süreçleri, bak›m onar›mlaayakta tutabilmek için, gerekenmiktarda hammadde ve enerjiyiçevresinden almak zorundad›r.Aksi halde potansiyeli oran›ndageliflmesi veya geliflmiflse e¤er,bar›nd›rd›¤› süreçleri zaman›ny›k›c› etkisine karfl› koruyupayakta tutabilmesi mümkünde¤ildir. Bünye ne kadarkarmafl›k ve üst düzeyde biryap›ya sahipse, enerji gereksinimide o kadar yüksektir. Bugereksinimin temininde aksamalarbafllad›¤›nda, yaflamsal süreçlerteker teker devre d›fl› kalmaya veyap› hastalan›p ölüme do¤ru yolalmaya bafllar. ‹nsan topluluklar›da böyle...Dolay›s›yla enerji, stratejik olaraknitelendirilen yaflamsal bir girdioluflturur. ‘Temin güvenli¤i’

raslant›lar›nmerhametine

terkedilemez veuzun vadelerle

güvence alt›naal›nmak durumundad›r.

Sonuç olarak toplumlar,dünya kapsam›ndaki insanetkinliklerine, yani medeniyete;ak›lc› kullan›lmas› kayd›yla,tükettikleri enerji oran›ndakatk›da bulunurlar. Örne¤in,asl›nda dünya nüfusunun sadece%5’ini oluflturan, fakat dünyaenerji tüketiminde %25’lik birpaya sahip bulunan ABD, dünyasahnesinde ortaya koydu¤uetkinlikler itibariyle, 6 milyarl›kdünya nüfusunun sanki dörttebirini, 1.5 milyar›n› oluflturuyorgibidir.2000 y›l› itibariyle, dünyadaki 6milyar insan›n enerji tüketim h›z›,y›lda 420 EJ’u (Exa Joule=1018J)aflm›fl durumda. Bu tüketimin%68’i, dünya nüfusunun %15’inioluflturan sanayileflmifl ülkelerin0.9 milyar insan›; kalan %32’siise, dünya nüfusunun %85’inioluflturan geliflmekte olanülkelerin 5.1 milyar insan›taraf›ndan gerçeklefltirilmifl.Dolay›s›yla kifli bafl›na ortalamatüketim, 63 GJ kadar. Fakat bu

rakam geliflmifl ülkeler için 250,ABD için de 400 GJ’ü buluyor.Sonuç olarak, dünya nüfusunun%85'i, kifli bafl›na y›lda ortalamasadece 25 GJ tüketiyor.Türkiye’de, dünya ortalamas›n›nalt›nda, 54 GJ...2000 y›l› itibariyle yaklafl›k 8.6milyar ton petrol eflde¤eri enerjitüketilmifl ve bu tüketimin %75’ifosil yak›tlardan sa¤lanm›fl.Petrol, do¤algaz ve kömürünpaylar› s›ras›yla %39.4, %23.0 ve%22.4. Hidro, nükleer ve 'di¤er'kaynaklardan üretilen elektrik,birincil enerji üretimi içinde %7.1,%6.6 ve %0.7’lik paylarladördüncü, beflinci ve alt›nc› s›radageliyor. Birincil enerji üretimininyaklafl›k %30’u elektriküretiminde kullan›lm›fl ve üretilen12.5 trilyon kWh elektri¤inyaklafl›k %80’i, %15 nüfus pay›nasahip olan sanayileflmifl ülkelerde,%28’i ise ABD’de tüketilmifl.Dünya ekonomisinin y›ldaortalama %3 büyüdü¤ü,ekonomilerin enerji yo¤unlu¤ununy›lda ortalama %1 azald›¤›varsay›m›yla, dünya enerji talebi2023 y›l›na kadar %54 kadarartarak, 650 EJ'a ulaflm›fl olacak.Bu art›fl›n en büyük k›sm›,%60’tan fazlas›, geçmifl 150y›ldakinden farkl› olarak, Asya,Afrika ve Güney Amerika'n›ngeliflmekte olan ülkelerinde yeralacak. Dünya nüfusunun %80'inioluflturan ve enerji arz›n›n üçtebirini tüketen bu ülkelerin ço¤usanayileflmelerini, t›pk› Kuzeyülkelerinin daha önce yapt›¤› gibi,fosil yak›tlara dayand›rmay›

enerji

3A¤ustos 2004 B‹L‹M veTEKN‹K

planl›yor. Dolay›s›yla 2023 y›l›civar›nda bu ülkelerin, toplamenerji tüketiminde vekarbondioksit emisyonlar›nda,sanayileflmifl ülkeleri geçmesibekleniyor.Ekonomilerin fosil yak›tyo¤unlu¤unun flimdiki e¤ilimlerçerçevesinde, y›lda %0.2-0.4civar›nda azalmas› halinde, buyak›tlar 2023 y›l›na kadarkiart›fl›n %95’ini karfl›layacak ve ozamanki talebin üçte ikisinisa¤l›yor olacak. Buna karfl›n,1960’larda hakim olan ‘kaynaklartükeniyor’ endiflesi azalm›fldurumda. Çünkü dünyan›n‘ekonomik rezerv’ olarak, flimdikitüketim h›zlar›yla yaklafl›k 200 y›lyetecek kadar 1 trilyon tonkömürünün, 80 y›l yetecek kadar250-350 milyar ton (2-3 trilyonvaril) petrolünün, 70-80 y›lyetecek kadar 150 trilyonmetreküp do¤al gaz›n›n oldu¤utahmin ediliyor. Bu rakamlarkesin de¤il, daha iyimser veyadaha kötümser olanlar› da var.Fakat geçmiflte oldu¤u gibigelecekte de, bir yandan yenirezervlerin bulunmas›, di¤eryandan yükselen enerji fiyatlar›karfl›s›nda yeni ‘ç›karmateknolojileri’nin devreye sokulmas›sayesinde 'bilinen rezerv'lerinzamanla artaca¤› kesin. K›sacas›,yüzy›l›n ilk yar›s› için dünya enerjiarz›nda yetersizliklerbeklenmemekle beraber, temingüvenli¤i ve fiyatlar›nekonomikli¤i aç›lar›ndan ciddibelirsizlikler var. Yüksek enerjifiyatlar›n›n zarar› ise, geliflmiflülkelerden çok geliflmekte olanlarüzerinde yo¤unlafl›yor. Çünkü buülkeler, gelirlerinin daha büyükbir k›sm›n› enerjiye harc›yorlar veartan enerji faturas›n› karfl›lamakveya enerji verimlili¤ini art›racak

yat›r›mlar aç›s›ndan kapasiteleris›n›rl›. Hem de, ekonomikdurgunluktan daha a¤›retkileniyorlar. Öte yandan, arzyeterlili¤i, fiyat istikrar› ve temingüvenli¤i sorunlar› afl›labilse dahi,bir de fosil yak›t ba¤›ml›l›¤›n›n yolaçt›¤› yerel, bölgesel ve küreselçevre sorunlar› var. Yereldüzeyde en yayg›n ve ciddi sorun,kentlerdeki hava kirlili¤i. Küreselölçekte ise, nedenleriyle ilgilibulgu ve de¤erlendirmeler halentart›fl›l›yor olmakla beraber, iklimde¤iflikli¤i endifleleri a¤›r bas›yor.Dünya genelinde enerji kaynakl›olarak atmosfere, 2000 y›l›nda6.2 milyar ton karbon eflde¤eri,yani 22.5 milyar tonkarbondioksit sal›nm›fl bulunuyor.Petrol, kömür ve do¤al gaz›npaylar› %44, 35 ve 21. Ülkebaz›nda ABD, Çin, Rusya, Japonyave Hindistan bu alanda ilk beflioluflturuyor ve toplam emisyonhacminin %51’inden sorumlular.Arkadan gelen beflli, toplam %12payla; Almanya, ‹ngiltere, Kanada,‹talya ve Fransa. Bu emisyonlar,e¤er hakim beklentilergerçekleflecek olursa; 2010y›l›nda 7.8, 2020 y›l›nda da 9.8milyar ton karbon eflde¤erineyükselecek. Geliflmekte olanülkelerin pay›n›n ise ilk ony›ldakiart›flta %81, ikinci ony›ldakinde%76 olaca¤› tahmin ediliyor.Halbuki, iklim de¤iflikli¤iyle ilgiliKyoto Protokolü ve Bonnuzant›s›na göre, karbondioksitemisyonlar›n›n 1990 y›l›ndakidüzeylere geri çekilmesiöngörülüyor.Atmosfere, iflletme s›ras›nda netolarak kirletici salmayan enerjitürleri; hidro, rüzgar, günefl,jeotermal, biyokütle ve nükleer.OECD ülkelerininhidropotansiyelleri büyük oranda

kullan›ma girmifl durumda. Öteyandan, büyük hidroelektriksantrallerin yap›m›na karfl› sosyalve çevresel itirazlar var.Dolay›s›yla bu alanda fazla birgeniflleme imkan› yok. Di¤eryenilenebilir kaynaklar, maliyetaç›s›ndan ve nitelikleri itibariyle,alternatifleriyle rekabettezorlan›yor. Bu kaynaklardan ortavadede geliflme potansiyelitafl›yanlar; rüzgar enerjisiyle,baflta fotovoltaikler ve yak›thücreleri olmak üzere, çeflitliformlar›yla günefl enerjisi. Hidrove di¤er yenilenebilirkaynaklardan elde edilen elektriküretiminin, 2020’lere kadar hery›l %2 artmas›, buna karfl›n bukaynaklar›n toplam enerji tüketimiiçindeki pay›n›n flimdiki %9’dan%8’e, hatta baz› tahminlere göre%4’e inmesi bekleniyor. Bue¤ilim ancak, kamu müdahalesi vesübvansiyonlar arac›l›¤›ylade¤ifltirilebilir nitelikte olup; budurumda da, 2020 y›l›nda paylar›%12’ye kadar ç›kart›labilecek.(Türkiye’de halen %13).Yenilenebilir kaynaklardan enerjiüretimindeki art›fl›n büyük k›sm›,Çin ve Hindistan gibi geliflmekteolan Asya ülkelerindeki büyükhidroelektrik santralleri fleklinde.OECD ülkelerinde ise ayn›dönemde, baflta rüzgar vebiyokütle olmak üzere, hidro d›fl›yenilenebilir kaynaklar›n, hem dey›lda ortalama %3.3 gibi yüksekoranlarla artmas› hedefleniyor.Atmosferi kirletmeyen enerji türüolarak, geriye nükleer enerjikal›yor...

Nükleer enerji konusu, yenidengüncellik kazand›¤› için, bu ek,

daha önce dergimizdeyay›mlanm›fl yaz›lar derlenerek

haz›rland›.

Nükleer enerji bilindi¤i gibi, atomun çekirde-¤iyle ilgili bir olay olup, iki flekilde elde edilebili-yor. Bunlardan birincisi, iki küçük çekirde¤inbirlefltirilmesi, yani füzyon; ikincisi ise büyük birçekirde¤in parçalanmas›, yani fisyon. Her iki hal-de de, reaksiyondan aç›¤a ç›kan enerji ›s›ya dö-nüfltürülebilir, bu enerji ile su kaynat›l›p buharelde edilebilir. Sonra da bu buhar, t›pk› termiksantrallerde oldu¤u gibi, yüksek bas›nç alt›ndabir türbine gönderilir ve türbin dönerken, kendi-sine ba¤l› bir elektrik jeneratörünü de döndürün-ce, elektrik enerjisi üretilir. Elektrik enerjisi; kö-mür, petrol veya nükleer gibi "birincil" enerjikaynaklar›n›n kullan›m› sonucu elde edildi¤in-den, "ikincil" enerji olarak nitelendirilir. Üretimiço¤u kez kirli, fakat kendi temizdir. Hem de çokamaçl› olup, kullan›m› kolayd›r.

Dünyada halen aktif olan 430’dan fazla nük-leer santral, fisyona dayal› olarak çal›fl›yor vebafllang›ç yak›t› olarak uranyum kullan›yor. Do-¤ada bulunan uranyum, hemen tamamen, iki tipizotoptan oluflur. Bunlardan birisindeki protonve nötronlar›n toplam say›s› 235, di¤erindekile-rin ise 238. U-235 ve U-238 notasyonuyla gös-terilen bu çekirdeklerin her ikisindeki proton sa-y›s› da ayn› ve 92, fakat ikincisindeki nötron sa-y›s›, birincisindekinden üç daha fazla. U-235 izo-toplar›, yavafl bir nötron çarpt›¤›nda parçalanma-

ya çok daha yatk›nd›rlar ve parçaland›klar›nda ikiveya üç de nötron ç›kar›rlar. Bu yüzden, ‘kolay-ca parçalanabilir’ anlam›nda ‘fisil’ olduklar› söy-lenir.

Dolay›s›yla bir uranyum kütlesi al›p, içine bir

avuç nötron salarsak; bu nötronlardan baz›lar› U-235 çekirdeklerine çarp›p, bu izotoplar›n parça-lanmas›na yol açacak, parçalanmalardan aç›¤a ç›-kan nötronlar, gidip baflka fisil çekirdeklere çar-pacak, buradan yine nötronlar ç›kacak vs. Yanikütle uygun flekil ve büyüklükte seçilirse, içindebir zincirleme reaksiyon yer alabilir ve sürekliolarak aç›¤a enerji ç›kabilir. Kütlenin uygun bü-yüklük, flekil ve kompozisyonda seçilmesi önem-lidir. Çünkü santrallerlardan aç›¤a ç›kan nötron-lar›n bir k›sm›, ilgisiz çekirdeklerde yutularak ve-ya kütlenin cidar›ndan d›flar› kaçarak, bir bak›maziyan olmaktad›r. Kütle küçükse, nötron kaçak-lar› çok fazla olur ve zincirleme reaksiyon, dahabafllayamadan durur. Öte yandan yeterince bü-yük bir uranyum kütlesinin içine, d›flardan nöt-ron atmak da gerekmez. Çünkü uranyum çekir-dekleriden baz›lar›, kendilerine çarpan nötronlarbulunmad›¤› zaman dahi, durup dururken parça-lanmakta, çok yavafl bir flekilde de olsa, kendilik-lerinden santrallera u¤ray›p nötron salmaktad›r.

‘Atom bombas›’ da denilen fisyona dayal› pat-lay›c›lar, uranyum parçalar› halinde haz›rlan›pson anda bir araya getirilirler. Orijinal parçala-r›n her biri, zincirleme reaksiyonu bafllatamaya-cak kadar küçük, fakat hepsi bir araya geldi¤in-de oluflan kütle, bunu fazlas›yla baflaracak kadarbüyüktür. Yani ‘süperkritik’tir. Bu ‘süperkritik


Seyreltilmifl uranyum eldesi için gelifltirilen bir düzenek.

Zenginlefltirilmifluranyum(T>1500°K)

Seyreltilmifluranyum(T>1500°K)

Lazer demeti(boyama lazeri)

Elektron demeti

Uranyum buhar›

Erimifl uranyummetali

NÜKLEER

kütle’, orijinal parçalar›n etraf›na yerlefltirilenkonvansiyonel patlay›c›lar›n patlat›lmas› sonucus›k›flt›r›l›p bir araya getirildi¤inde, zincirleme re-aksiyon bafllar. Buradaki olay, saniyenin milyon-da biri kadar k›sa bir süre içerisinde, kütledeki fi-sil çekirdeklerin hemen tamam›n›n parçalanmas›-n› ve sonuç olarak da aç›¤a, yüzlerce kiloton TNTeflde¤erinde enerji ç›kmas›n› sa¤lar. (Bak›n›z:Nükleer Silahlar)

Bir nükleer reaktörde ise bu zincirleme reak-siyon, çok daha yavafl ve kontrollü olarak gerçek-leflir. Reaktörün yap›s› biraz daha karmafl›kt›r veuranyum haricinde, baz› destek unsurlar› da ba-r›nd›r›r. Örne¤in, fisyon sonucu aç›¤a ç›kan nöt-ronlar h›zl›d›r. Halbuki yavafl hareket eden nöt-ronlar, U-235 çekirdeklerini daha kolay parçala-yabilir. Dolay›s›yla h›zl› nötronlar›n yavafllat›lma-s› gerekir ve bunu da, reaktör kalbine konulansudaki hidrojen atomlar› becerir. Hidrojenlerleçarp›flan h›zl› nötronlar yavafllar. Bu durumda,fisyondan yeni ç›km›fl olan h›zl› nötronun, yavafl-lamak için hidrojen atomlar›yla çarp›flmas›, bu-nun için de içinde do¤du¤u uranyumdan ç›k›p,bir süre için su içerisinde dolaflmas› gerekir. Buamaçla uranyum metal veya oksidi, çubuklar ha-linde imal edilip, aralar›ndan su geçirilir ve hid-rojen içeren suyun bir ‘yavafllat›c›’ görevi gördü-¤ü söylenir. Hem, fisyon sonucu aç›¤a ç›kanenerjiyi emmek için zaten bir de so¤utucuya ihti-yaç vard›r ve su, bu ifllevi de üstlenir. Böyleliklebir taflla iki kufl vurulmufl ve hem nötronlar ya-vafllat›l›p, hem de reaktör kalbi so¤utulmufl olur.Su, hem ‘yavafllat›c›’ hem de ‘so¤utucu’ görevigörmektedir. Asl›nda ayn› ifli sudan baflka, kar-bondioksit veya helyum gibi gazlar da yapabilir.Hangi tür yavafllat›c› ve so¤utucunun kullan›ld›¤›,reaktörün tipine göre de¤iflir. Her durumda, fis-yondan ç›kan h›zl› nötronlar›n yavafllat›ld›¤› reak-törlere, ‘yavafl’ anlam›nda, ‘termal’ reaktör de-nir. Bu s›fat asl›nda reaktörün de¤il, kalbin için-de hareket eden nötronlar›n yavafl oldu¤unu ifa-de etmektedir.

Ayr›ca, reaktör kalbine konulan uranyum ço-¤u kez, do¤ada bulunan uranyum de¤ildir. Çün-kü do¤al uranyumda az miktarda fisil izotop bu-lunur. fiöyle ki; do¤al uranyumun her bin ato-mundan sadece, yaklafl›k 7'si fisildir. Hal böyleolunca, zincirleme reaksiyon için gerekli olannötron üretim h›zlar›na eriflmek güçleflir ve do¤aluranyumun zenginlefltirilmesi gerekir. Bu adeta,bir parça do¤al uranyum al›p, içindeki U-238 çe-kirdeklerini ay›klay›p atmaya ve geride, U-238’le-re oranla daha fazla say›da U-235 çekirde¤i b›-rakmaya benzer. Fakat sözkonusu ‘izotop zengi-lefltirme’ ifllemi, o kadar da basit olmay›p, yavaflçal›flan pahal› ifllemler gerektirir.

Demek ki do¤al uranyumun yüzde birindenaz›, nükleer enerji üretimi aç›s›ndan do¤rudanifle yarayan ‘fisil’ çekirdeklerden olufluyor. Buçekirdeklerin 1 gram›, yaklafl›k 2.5 ton kömürün-kine eflde¤er enerji potansiyeline sahiptir. Fakaturanyum, ‘nadir toprak metalleri’ s›n›f›nda yeral›r. Yani yer kabu¤undaki mevcut miktar›, ‘na-dir’ denecek kadar azd›r. Dolay›s›yla, dünyam›-z›n ‘fisil uranyum çekirde¤i’ sto¤u, enerji ihtiya-

c›m›z› uzun bir süre karfl›layabilmekten uzak,yaklafl›k 200 y›l yetecek kadard›r. Yeni santral-lerin kurulmas› halinde, bu süre daha da k›sal›r.

Fakat fisil olmayan U-238 çekirdekleri, tümüy-le ifle yaramaz de¤ildir. Çünü bir nötron yutma-lar› halinde, radyoaktif hale gelirler ve iki ›fl›ma-dan sonra, fisil olan bir plutonyum izotopuna, Pu-239’a dönüflebilirler. Dolay›s›yla, zenginlefltirmeifllemi s›ras›nda ay›klanan U-238 çekirdekleri, birköfleye at›lmay›p, reaktör kalbinde uygun bir yerekonabilir ve nötron yutarak Pu-239’a dönüflmele-ri sa¤lanabilir. E¤er kalpteki nötron üretim h›z›yeterince yüksek ise, hem U-235 çekirdeklerininparçalanmas› sonucu enerji üretmek, bir yandanda U-238’leri, fisil Pu-239’lara dönüfltürmekmümkündür. Hatta uygun bir tasar›mla reaktör,birim zamanda tüketti¤inden daha fazla fisil çekir-dek üretebilir. Bu durumda reaktörün, net olarakyak›t üretmekte oldu¤u söylenir. Yani reaktör‘üretken’dir. Bu ifllem, yavafl nötronlar yerineh›zl› nötronlarla daha kolay baflar›labilir. Bu yüz-den de ‘üretken’ reaktörlerdeki nötronlar,santrallerdan ç›kt›ktan sonra yavafllat›lmazlar.Suyun yavafllat›c› etkisinden kaç›nmak için so¤u-tucu olarak, su yerine s›v› sodyum kullan›l›r veböyle reaktörler ‘h›zl› üretken’ reaktör ad›n› al›r.H›zl› üretken reaktörler sayesinde dünya kabu-¤undaki uranyumun, yüzde birinden az› yerine ta-mam›, nükleer enerji elde etmek amac›yla kullan›-labilir. Ancak h›zl› üretken reaktörlerin yak›tlar›-n›n, önce termal reaktörlerde üretilmesi laz›md›r.Böyle bir ‘termal-h›zl› üretken’ reaktör program›,dünya uranyum rezervlerinin enerji potansiyelini100 mislinden fazla artt›r›r.

Reaktör kalbinde parçalanan uranyum çekir-dekleri, daha küçük iki çekirde¤e yol açar ve‘santraller ürünleri’ denilen bu yeni çekirdekler,yüksek enerjilerle do¤ar. ‹çinde bulunduklar›malzeme taraf›ndan sonunda durdurulur, fakatbu arada, etraftaki çekirdeklerle çarp›flarak epey-ce hasar yarat›rlar. Ayr›ca kendileri istikrars›zolup, oluflumlar›ndan belli bir süre sonra, baflkaçekirdeklere dönüflürler. Bu arada; gama ›fl›nla-r› denilen yüksek enerjili elektromanyetik radyas-yon veya elektron ve pozitron gibi kat› parçac›k-lar ›fl›nlarlar. Bu türden etkinli¤e sahip olan çe-kirdeklerin, ‘radyoaktif’ olduklar› söylenir. Rad-yoaktif çekirdeklerin bozunmas› ço¤u kez, di¤erradyoaktif çekirdeklerin oluflumu ile neticelenir.Bunlar da bozunduklar›nda, daha baflka radyoak-tif çekirdeklere dönüflebilir. K›sacas›; iflletmeyeal›nd›ktan bir süre sonra, bir nükleer reaktörünkalbinde, 800 kadar farkl› radyoaktif çekirdektürü birikir. Bu çekirdeklerin tümünün sahip ol-du¤u ‘›fl›nlama gücü’ne, ‘radyoaktivite envanteri’

denir.Radyoaktif envanter reaktör kapat›ld›ktan,

yani zincirleme santraller reaksiyonlar› durdurul-duktan sonra da ›fl›mas›na devam eder. Gerçi bu›fl›ma zamanla azal›r. Herhangi bir radyoaktifizotopun, bafllang›çtaki say›s›n›n ve dolay›s›yla da›fl›ma gücünün yar›ya inmesi için gereken süreye‘yar› ömür’ denir. Bu süre çekirdekten çekirde-¤e de¤iflir. Baz›lar› için saniyenin küçük bir frak-siyonu, baz› di¤erleri için ise binlerce y›ld›r. Bir-kaç yüzmilyon wat gücündeki bir reaktörde, ka-pat›ld›ktan hemen sonra, saniyede milyarlarcakere milyarlarca bozunum yer almaktad›r. Bu isereaktörün çal›flma halinde üretti¤i enerjinin %10kadar›n›n üretilmeye devam etmesi demektir.Buna ‘bozunum ›s›s›’ denir ve azalmas› için za-man geçmesi gerekir. Bir baflka deyiflle, kömü-re dayal› bir termik santral› kapatt›¤›n›zda, kaza-n›na kömür atmay› durdurur ve enerji üretimineson verirsiniz. Halbuki bir nükleer santral, kapa-t›lsa dahi, normal gücünün %10'u kadar enerjiüretmeye devam eder ve reaktörü so¤utmaya de-vam etmek zorundas›n›zd›r: Ta ki ‘bozunum ›s›s›’önemsiz düzeylere inene kadar... Aksi halde re-aktörün kalbindeki uranyum yak›t elemanlar› eri-yebilir, çok yüksek s›cakl›kta s›v› bir kütle olufl-turup, önüne gelen herfleyi eritebilir. Uranyuma¤›r bir metal oldu¤undan, eritti¤i kütlenin dibi-ne çöker ve yeni konumunda neyle karfl›lafl›rsaeritmeye devam eder. Reaktör binas›n›n betontemelini dahi eritip, topra¤a ulaflabilir. Dolay›s›y-la; bir ‘so¤utucu kayb› kazas›’ sonucu reaktörkalbinin erimesinin olas› sonuçlar›, son derececiddidir.

Çünkü radyasyon parçac›klar›, mikroskopikbirer mermi gibidirler ve önlerine ç›kan malzemeiçerisinde durdurulup so¤urulana kadar, o malze-meye enerji enjekte ederler. Malzeme t›pk›, üze-rine bir tabanca ile defalarca atefl edilen çelik birlevha gibi ›s›n›r. Bundan öte, radyasyon parça-c›klar›, yollar› üzerindeki moleküler ba¤lar› k›ra-rak, maddenin yap›s›nda de¤ifliklikler de yarat›r.E¤er malzeme uzun molekül zincirlerinden oluflu-yor ise, ›fl›n›m›n k›rd›¤› molekül parçalar› bazende, yine radyasyon ›fl›nlar›n›n etkisi sonucu, geli-fligüzel yerlerinden birbirlerine ba¤lan›r. Yaniradyasyon, t›pk› bir oksijen tüpünün ucundakialev gibi; uzun çubuklar› baz› yerlerinden erite-rek kesmekte, di¤er baz› yerlerinden de, parçala-r› kaynak edip birlefltirmektedir. Bu olguya ‘rad-yasyonla polimerizasyon’ denilir ve baz› plastiktürleri bu sayede sertlefltirilir. Ancak bu olay


Zincirleme fisyon

R ENERJ‹

e¤er canl› bir organizmada yer al›yor ise, bu, or-ganizman›n aleyhinedir.

Canl› hücreler ço¤unlukla, uzun protein zin-cirlerinden oluflur ve hücrenin radyasyona maruzkalmas› halinde, daha önce de belirtildi¤i gibi, bumoleküler ba¤lardan baz›lar› k›r›l›r ve ortaya ç›-kan parçalar, gelifligüzel flekilde ba¤lan›r. Bumoleküller art›k ifle yaramaz olmufltur ve tamiredilmeleri gerekir. Çünkü aksi halde, hücredear›zal› molekül yap›lar› birikecek, hücrenin meta-bolizmas› de¤iflecektir. Nitekim hücrenin bu türhasarlar› gidermek için belli bir tamir kapasitesivard›r. Hatta geliflkin organizmalardaki hücreler,molekülleri tek tek kontrol edip rastlanan hasar-l›lar› tamir etmek yerine, tüm molekülleri belliaral›klarla, hasarl› olsun veya olmas›n, parçalay›pyeniden infla etmeyi tercih ederler. Ancak, hüc-renin tamir kapasitesi s›n›rl›d›r ve bu s›n›r afl›ld›-¤›nda, hasarl› moleküller birikmeye, hücrenin ya-flam faaliyetleri etkilenmeye bafllar. Örne¤in k›ldibi hücreleri, d›fl kaynakl› radyasyona karfl› öncephede yer al›rlar ve radyasyona karfl› afl›r› du-yarl›d›rlar. Dolay›s›yla afl›r› radyasyona maruzkalan insanlar›n, saçlar› dahil, vücutlar›ndaki tüy-ler dökülür. Keza gözün kornea tabakas›, rad-yasyona karfl› duyarl›d›r; polimerizasyona u¤raya-rak fleffafl›¤›n› yitirir ve bilindi¤i gibi, buna da‘katarakt hastal›¤›’ denir. Bunlar radyasyonun‘somatik’ etkileridir.

Radyasyonun bir de "genetik" etkileri vard›r.E¤er radyasyon hücre çekirde¤ine ulaflacak olur-sa, buradaki DNA'n›n yap›s›nda baz› de¤ifliklikle-re yol açar ve insan›n özelliklerini belirleyen flif-reyi, adeta yeniden ve gelifligüzel bir flekilde ya-zar. Hücrenin faaliyetlerini yöneten emir komu-ta zinciri de¤iflmifltir. Hücre, aksayan faaliyetle-ri dolay›s›yla ölebilir veya daha da kötüsü, h›zl›bir üreme çabas›na girerek kanserleflir. Öte yan-dan, e¤er çekirde¤i hasar gören hücre, sperm ve-ya yumurtalar› oluflturan ‘haploid’ hücrelerdenbirisi ise, bu hücrenin dölleyece¤i yavru, yap›salbozukluklarla do¤ar.

Bunlar düflük miktarlardaki radyasyonun etki-leridir. Radyasyonun hasar gücünün bir ölçüsü,hedefe enjekte etti¤i enerji miktar›d›r ve bu,‘radyasyon dozu’ ad›yla an›l›r. E¤er doz yüksek

ise, organizma afl›r› miktarda ›s› so¤urur ve yu-muflak dokular›, bir bak›ma pifler. Orta güçte biratom bombas›n›n düfltü¤ü noktay› merkez alan 1mil yar›çap›ndaki bir daire içinde bulunan insan›nise, piflmek gibi bir sorunu yoktur. Çünkü oncak›sa zamanda yanmak için gerekli oksijeni bula-mad›¤›ndan, yanamay›p buharlafl›r. Geride yal-n›zca iskeleti kal›r...

Radyasyonun olas› zararlar›na k›saca de¤in-dikten sonra, tekrar nükleer reaktörlere dönecekolursak; santraller sonucu oluflan baz› radyoaktifizotoplar›n, kalbi so¤utan suya kar›flmas› müm-kündür. Kald› ki; suyun içerisinde nötronlar do-laflmakta, suyu oluflturan çekirdekler taraf›ndanyutulmaktad›rlar. Örne¤in hidrojen, bir nötronyutup döteryum, döteryum bir nötron daha yutuptrityum olabilir. Her iki ürün de radyoaktiftir.Keza, sudaki oksijen bir nötron yutup radyoaktifbir izotopa dönüflebilir. Dolay›s›yla, so¤utma su-yu, reaktör içerisinde dönüp durdukça radyasyonbiriktirir ve d›flar› s›zmamas› gerekir. Halbukiher endüstriyel giriflim, baz› kaza olas›l›klar›n› daberaber getirir. Nükleer reaktörlerin de, ufak te-fek kazalar sonucu radyoaktivite s›zd›rmas›, çev-rede sa¤l›k sorunlar›na neden olmas› kaç›n›lmazgibidir. Nitekim geçmiflte böyle olmufl, en gelifl-mifl ülkelerdekiler de dahil olmak üzere, dünya-n›n muhtelif yerlerinde infla edilen yüzlerce nük-

leer santralde yer alan radyasyon s›z›nt›lar›n›nsay›s›, yüzleri bulmufltur.

1979 y›l›nda ise, ABD'nin "Three Mile ‹s-land" nükleer santral›ndaki ünitelerden birinde,olas› en kötü kaza gerçekleflmifl, so¤utucu kayb›sonucu reaktör kalbi erimifltir. Gerçi kaza esna-s›nda ölen olmam›fl, çevreye fazla radyasyon sa-l›nmam›flt›r. Ancak 1986 y›l›nda, Sovyetler Bir-li¤i'nin Çernobil nükleer santral›ndaki üniteler-den birisi ayn› kazaya u¤ray›nca, bu seferki kazakontrol alt›na al›namam›flt›r. Oluflan radyasyonbulutunun haftalarca, Türkiye dahil Avrupa üze-rinde dolaflt›¤›, ya¤murlarla birlikte besin zinciri-ne ulaflt›¤› ço¤umuzun hat›rlar›ndad›r. Kazadandolay› 30'dan fazla insan›n öldü¤ü bilinmekte,radyasyona maruz kalm›fl olup da kanser riski ar-tanlar, onbinlerle ölçülmektedir. Nükleer endüst-rinin imaj› a¤›r bir yara alm›fl, kamuoylar›n›nnükleer enerjiye güveni sars›lm›flt›r.

Reaktör kalbinde santrallera u¤rayarak enerjiüreten uranyum yak›t, zamanla fakirleflir ve bellibir noktadan sonra, yak›t›n de¤ifltirilmesi gerekir.Bu ‘kullan›lm›fl yak›t’lar, kimyasal yöntemlerleparçalan›p, içindeki ifle yarar izotoplar al›nabilir.Buna ‘yak›t› yeniden iflleme süreci’ deniyor. Ge-ride kalan kimyasal çözeltilerde, ‘üst düzeyde rad-yoaktif’ olan ve fakat ifle yaramayan çekirdeklerkal›r. Bu ‘üst düzeyde radyoaktif s›v› at›klar’,radyoaktif olduklar›ndan gelifligüzel at›lmamalar›,çevreye zarar vermemeleri için özenle z›rhlan›psaklanmalar› laz›md›r: Ta ki radyoaktiviteleri za-rars›z düzeylere inene kadar. Radyoaktif bir mad-denin aktivitesinin yar›lanmas› için gereken zama-na ‘yar› ömür’ demifltik. Böyle bir maddenin ak-tivitesini art›k kaybetmifl oldu¤unu söyleyebilmekiçin, parmak kural› olarak ‘10 yar› ömür’ün geç-mesi gerekir. Nükleer reaktör at›klar› aras›nda;Stronsiyum-90 ve Sezyum-137 gibi çekirdeklerönemli bir yer tutar. Bunlar›n yar› ömürleri ol-dukça uzun olup, s›ras›yla 28 ve 30 y›l civar›nda-d›r. Dolay›s›yla, 300 y›l süreyle, emniyetli bir fle-kilde saklanmalar› laz›md›r. Di¤er baz› çekirdek-lerin yar› ömürleri çok daha uzun olup, örne¤inplutonyumunki 24,000 y›l kadard›r.

Üst düzeyde radyoaktivite içeren s›v› at›kla-r›n, kat› hale getirildikten sonra ‘vitrifikasyon’


Bor katk›l› paslanmaz çelikten yap›lm›fl profiller, nükleersantrallerde kullan›lm›fl yak›t çubuklar›n›n daha büyük

miktarlarda depolanabilmesini sa¤l›yor.

Nükleer at›klar›n okyanustaban›na gömülmesi, akla yak›n

bir seçenek. Çünkü, taban›nderinliklerinde radyasyon

insanlar› ya da çevreyi etkilemez.Sorun, gerekti¤inde yak›t›yeniden yüzeye ç›karman›n

güçlü¤ü. Ayr›ca, 1993 LondraSözleflmesi 2018 y›l›na kadar

denizlere radyoaktif at›kb›rak›lmas›n› yasakl›yor.

1986 y›l›ndan bu yana baz› ABD nükleer santralleri,

at›k depolama kapasitelerini yer üstü kuru depolama tesisleriyle

geniflletme yoluna gittiler. Bu tesislerde at›klar, çelik, beton ve kurflundan

yap›l› a¤›r konteynerlere yerlefltiriliyor. Bunlar da ya kal›n beton platformlar üzerine dikey olarak yerlefltiriliyor,

ya da kal›n beton depolarda yatay olarak saklan›yor.

At›klar›n Antarktika ya daGrönland’da buza b›rak›lmas›: At›k

varilleri, s›cakl›klar›yla buzueriterek dibe inecekler. Varillere

ba¤lanacak kablolarla at›klargerekti¤inde geri al›nabilir. Sorun,gelecekteki iklim de¤iflikliklerinin

buzlar› eritmesi ve at›klar›nçevreye saç›lmas›. Yöntem ayr›ca

pahal› ve 1959 AntarktikaAntlaflmas›’na ayk›r›.

Nükleer At›k Sorunun Çözümü ‹çin Öneriler

Reaktörde 3-4 y›l kullan›ld›ktan sonra ç›kart›lan yak›tçubuklar›, reaktör kompleksindeki bir so¤utma havuzunaaktar›l›r. Bu noktada at›k yak›t, yaln›zca yüksek düzeyderadyoaktif de¤il, ayn› zamanda çok s›cakt›r. Su hem yak›t›so¤utur hem de iflçilerle çevre halk›n› zararl› ›fl›n›mdankorur. fiimdilik ABD’de at›k yak›t›n tümü, nükleersantrallerdeki havuzlarda tutuluyor. Ancak, 2010 y›l›nakadar santrallerin ço¤unda at›k depolayacak yer kalmayacak.

yöntemiyle cam bir bünyeye, homojen bir flekildeemdirilmeleri mümkündür. Böyle bir tasar›mda,d›fl kab›n delinmesi ve radyoaktif çekirdeklerinçevreye yay›larak besin zincirine girmeleri olas›l›-¤›, yok denecek kadar azd›r. Çünkü cam k›r›lsadahi, sadece k›r›lma yüzeyindeki radyoaktif çekir-dekler aç›¤a ç›kar ve cam bünye içindekiler d›fla-r› s›zmaz. Hem de bu cam muhafazalar›n, pas-lanmaz çelikten bidonlara yerlefltirilip, tuz yatak-lar› gibi ‘flok emici’ jeolojik tabakalarda aç›lanyeralt› galerilerinde saklanmas› tasarlanmakta,böylelikle deprem floklar›ndan korunmalar›amaçlanmaktad›r. Bu ‘nihai depolama sistemi’tasar›m›na göre; sözkonusu jeolojiik tabakalargeçmiflte oldu¤u gibi, yüzbinlerce y›l süreyle de-¤iflmeden duracak, radyoaktif at›klar› içlerindesaklayacaklard›r. Ancak, zaman ölçe¤i uzun ol-du¤undan, olas› geliflmeleri tümüyle öngörebil-mek zordur. Dolay›s›yla tasar›m hala tart›fl›lmak-ta olup, henüz hayata geçirilmemifltir. Nihai de-polamaya bafllan›lmay›nca, kullan›lm›fl ‘yenideniflleme süreci’ne de geçilmemifl ve kullan›lm›fl ya-k›tlar, reaktörlerdeki so¤utma havuzlar›nda birik-tirilmifltir. Bafllang›çta k›sa süreli, yaklafl›k 100günlük depolama için tasarlanm›fl bulunan bu ha-vuzlar dolmak üzeredir. Hatta baz›lar›ndan ç›-kart›lan yak›tlar, aktiviteleri art›k görece azalm›floldu¤undan, beton bloklara gömülerek, kulelerhalinde reaktör alan›na dikilmektedir. ‹çerdikle-ri plutonyumun, bomba malzemesi olarak uygun-lu¤u ve kimyasal yöntemlerle ayr›flt›r›lmas›n›n ko-layl›¤› nedeniyle, terörist amaçlara hedef olma-s›ndan korkuluyor. Halbuki termal reaktörlerdebiriken plutonyum, h›zl› üretken reaktörlerde ya-k›t olarak kullan›labilir. Ancak dünya ‘h›zl› üret-ken reaktör program›’ ask›ya al›nd›¤›ndan, buyap›lam›yor.

Nükleer teknoloji adeta, yolda karfl›laflt›¤› ka-zalar nedeniyle, bafllang›çta planlanan flekilde ça-l›flamam›fl, öyle olunca da daha büyük sorunlarlakarfl› karfl›ya kalm›fl gibidir. Bütün bunlara kar-fl›n, OECD ülkelerinin Kyoto Protokolü yükümlü-lüklerini yerine getirmeye karar vermeleri halin-de üzerinde durulmas› gereken en önemli seçe-neklerden biri gibi duruyor. Yenilenebilir enerjikaynaklar›n›n teknolojik sorunlar›n› aflmas› ve

ekonomikli¤i baflarmas›na kadarki geçifl döne-minde önemli bir rol üstlenmek üzere, kendi so-runlar›n› aflmaya çal›fl›yor. Sorunlar›n bir listesive çözüm tasar›mlar› flöyle özetlenebilir...

Nükleer santrallerin iflletme güvenli¤inin art-t›r›lmas› için, iflletme s›ras›nda, isteseniz ve u¤-raflsan›z da kalbini eritemeyece¤iniz ‘ultra güven-likli’ sistemler üzerinde çal›fl›l›yor. Örne¤in bun-lardan birisinin, ufak çapta bir gölün dibine ku-rulmas› tasarlanmakta, bu ‘ultra güvenli reaktö-rün’, ne olursa olsun so¤utucu kayb›na u¤rama-mas› amaçlanmaktad›r. Bir di¤eri gaz so¤utmal›olup, top fleklinde yak›tlar kullan›yor ve ‘geliflkingaz so¤utmal› reaktör’ olarak an›l›yor.

Ayn› paralelde ABD’nin önderli¤inde 10 ülke(Arjantin, Brezilya, Kanada, Fransa, ‹sviçre, Ja-ponya, Kore, Güney Afrika, ‹ngiltere) taraf›ndanyürütülmekte olan IV. Nesil Nükleer Enerji Sis-temleri’yle ilgili çal›flmalar›n (‘A Technology Ro-admap for Generation IV Nuclear EnergySystems’) ilk aflamas› tamamlanm›fl olup; 2030

ve sonras›na yönelik olarak kullan›lmas› uygunbulunan 6 nükleer reaktör tasar›m› belirlenmiflbulunuyor. Bunlardan birisi, gelece¤in enerjikayna¤› olara görülen hidrojenin, suyun elektro-lizi yoluyla eldesine yönelik. (Bak›n›z: IV. Kuflak)

Nükleer silah teknolojisinin yay›lmas›n› veyabomba malzemesinin terörist emellere hedef ol-mas›n› engellemek için, nükleer yak›t döngüsün-de de¤iflilikler tasarlan›yor. (Bak›n›z: Nükleer Si-lahlar) Toryuma yönelifl bunlardan birisi. (Bak›-n›z: Toryuma Dönüfl.) Hatta toryumu do¤rudanyak›t olarak kullanmay› hedefleyen bir tasar›mdahi var. (Bak›n›z: Enerji Yükselteci.)

Radyoaktif at›klar›n uzunca sürelerle kendili-¤inden bozunmalar›n› beklemek yerine, h›zland›r›-c›larda proton bombard›man›na veya nötron ›fl›n-lar›na tabi tutmak suretiyle daha k›sa ömürlü bafl-ka çekirdeklere dönüfltürülmelerini sa¤lamak yö-nünde çal›flmalar var. (Bak›n›z: Transmutasyon.)

P r o f . D r . V u r a l A l t › n


At›klar›n, üzerinde insan yaflamayan uzakadalara gömülmesi de sorunlu: Bir kereat›klar›n okyanuslarda, özellikle kötü

havalarda tafl›nmas› riskli. Ayr›ca, bu adalar›nbirço¤unda yo¤un deprem ve yanarda¤

faaliyeti görülüyor. Bir sorun da adalardas›kça görülen jeolojik yap›da deniz suyunun vetatl› suyun yüzey alt›ndaki kaya katmanlar›na

s›zmas›. Suyun varl›¤› at›k varillerininpaslanmas›na ve sonunda radyoaktif

parçac›klar›n ortama s›zmas›na yolaçabilir. Birbaflka sorun da, ada yak›n›ndaki ülkelerin

buna karfl› ç›kmas›.

At›klar›n, uzaya b›rak›lmas›n›n avantaj› bunlar›ninsanl› ortamdan kal›c› biçimde uzaklaflmas›.Ancak, dezavantajlar daha büyük. F›rlat›l›fl

s›ras›nda, radyoaktif maddeleri çevreye saçacakbir kaza olas›l›¤› bu seçene¤i kabul edilemez

yap›yor. Ayr›ca, çok say›da f›rlatman›ngereksinmesi ve bu konuda uluslararas› biranlaflma sa¤laman›n güçlü¤ü, yöntemi pratik

olmaktan ç›kar›yor.

Yeniden iflleme ve dönüfltürme giderekbenimsenen yöntemler. Yeniden ifllemede,

plütonyum ve parçalanabilir uranyumkullan›lm›fl yak›t çubuklar›ndan

ay›klan›yor. Bu süreç, at›k nükleer yak›t›nhacmini azalt›yor. Dönüfltürme

yöntemindeyse radyoaktif elementler dahak›sa ömürlü maddelere dönüfltürülüyor.

Bu yöntemlerin ikisi de at›klar›n sonundagüvenli bir yeralt› deposuna nakledilme

gereksinimini ortadan kald›rm›yor.Yeniden ifllemeden arta kalan art›k ürün,uzun ömürlü ve camlaflt›r›larak saklanmakzorunda. Yöntemin avantaj›, at›k miktar›n›

düflürmesi. Dönüfltürmeyse, gömülmesüresini büyük ölçüde azaltacak.

ABD, elindeki nükleer at›klar›, enerken 2010 y›l›nda hizmete girecekolan bir yeralt› deposuna nakletmeyi

planl›yor. Tart›flmalar› bitmeyenproje, Nevada’daki Yucca da¤› alt›nda

bir depo inflaas›n› içeriyor. Yerseçiminde etken, iklimin kurakl›¤› ve

topraktaki su tablas›n›n derinli¤i.Depo, yüzeyden 300 m derinde ve sutablas›n›n 300 m yukar›s›nda inflaa

ediliyor. Suya doymam›fl kayakatmanlar› gibi do¤al engellerin

yan›s›ra, beton tüneller gibi yapayengellerin de at›klar›n suya veatmosfere s›zmas›n› önleyece¤i

umuluyor.

Son y›llarda h›zlanan ve radikal bir iklim de¤i-flikli¤i tehdidini yak›nlaflt›ran küresel ›s›nman›n,fosil yak›t kullan›m›ndan kaynakland›¤›n› gösterenkan›tlar›n ço¤almas›, ülkemizin gündeminden ç›k-m›fl görünen nükleer enerjinin yararlar› ve zararla-r› konusundaki tart›flmalar› yeniden dünya günde-mine tafl›yor. ABD’nin endiflelerininse nükleerenerjinin çevre ve iklim konusundaki olumlu ya daolumsuz etkilerinden çok, Kuzey Kore’nin ard›n-dan ‹ran ve baflka baz› ülkelerin de bar›flç› nükle-er enerji programlar› maskesi alt›nda atom silahla-r› gelifltirdikleri kuflkusu ve bu silahlar›n bir günteröristlerin eline geçmesi olas›l›¤› üzerinde odak-land›¤› anlafl›l›yor. Biz de bu say›dan bafllayarak,bu tart›flmalar› ve gelifltirilen yeni tasar›mlar› sizle-re aktaraca¤›z. Tabii, bu alandaki siyasal tart›flma-lar›n ve karfl›l›kl› suçlamalar›n olabildi¤ince d›fl›n-da kalmaya özen göstererek. Konuya, ülkemizdehâlâ fliddetli tart›flmalara konu olan toryum sant-ralleri ile ilgili olarak American Scientist dergisininEylül-Ekim say›s›nda yer alan bir makalenin k›sal-t›lm›fl çevirisi ve toryum santrallerinin iflleyifl biçi-minin anlat›m›yla girmenin uygun olaca¤›n› düflün-dük...

TORYUM elementinin güç reaktörlerinde kulla-n›lmas›, nükleer enerjinin kullan›ma girdi¤i1950’li y›llardan beri üzerinde düflünülen bir ko-nu. Nedeni basit: Toryumun dünya kabu¤u içinde-ki bollu¤u, uranyumun üç kat›. Ne yaz›k ki, toryumatomlar› kendiliklerinden bölünmeye yatk›n de¤il.Oysa bu, nükleer güç reaktörleri için temel gerek-sinim. Ancak toryum 232’nin (bu elementin bafll›-ca izotopu) belli bir miktar› bir nükleer reaktörkalbine kondu¤unda, hemen nötron so¤urmayabafllar ve uranyum-233’e dönüflür. Bu izotop da,nükleer güç için en yayg›n olarak kullan›lan uran-yum-235 gibi parçalanma zincir tepkimelerini des-tekler.

Dolay›s›yla toryum, parçalanabilir (fisil) olmak-

tan çok “do¤urgan” bir madde olarak tan›n›r. Buyönüyle de, reaktörlerde genellikle kullan›lan yak›-t›n %95’ten fazlas›n› oluflturan uranyum-238’ebenzer. S›radan bir reaktör, u-238’den plütonyumelementinin çeflitli izotoplar›n› üretir ve bu plüton-yumun bir k›sm› da reaktör içinde parçalanmayau¤rayarak uranyum-235’in üretti¤i güce katk› ya-par.

Toryumu bir yak›t olarak kullanman›n sorunluyan›, kendisinden enerji elde edilmeye bafllama-dan önce üreme sürecinin (uranyum-233’e dönüfl-me) gerçekleflmesi gere¤i ki, bu da ortamda nöt-ronlar›n varl›¤›n› gerektiriyor. Baz› mühendisler,gerekli nötronlar›n parçac›k h›zland›r›c›lar›ndansa¤lanmas›n› öneriyorlar. Ama bu yöntem oldukçapahal›. Dolay›s›yla günümüzde toryumdan yarar-lanman›n en pratik yolu, bunu plütonyumdan, zen-ginlefltirilmifl uranyumdan ya da ikisinin kar›fl›m›n-dan oluflan ve parçalanmalar› zincirleme tepkime-leri bafllatacak olan s›radan reaktör yak›tlar›ylabirlefltirmek.

Uranyum-238’den plütonyum üretmek yerine,toryumdan uranyum-233 üretmek daha çok verimsa¤l›yor. Nedeni, süreç içinde ortaya ç›kan çeflitliparçalanamaz izotoplar›n say›s›n›n daha az olmas›.Reaktör tasar›mc›lar›, bu görece yüksek verimdenyararlanarak üretilen birim enerji bafl›na kullan›la-cak yak›t› azaltabilir, bu da saklanmas› gerekecekat›k miktar›n› azaltabilir. Bunlar d›fl›nda toryumkullan›m›n›n baflka art›lar› da var: Örne¤in, toryu-mun nükleer güç için kullan›lan biçimi olan tor-yum dioksit, günümüzde reaktör yak›tlar›nda ge-nellikle kullan›lan uranyum dioksite göre daha ka-rarl› bir bileflim. Böyle olunca da yak›t kapsülleri-nin içine konduklar› metal zarflarla, ya da zarfla-r›n yar›lmas› halinde so¤utma suyuyla termal tep-kimeye girme olas›l›¤› azal›yor. Ayr›ca, toryum di-oksitin termal iletkenli¤i, uranyum dioksitinkinden%10-15 daha fazla. Bu da ›s›n›n, reaktör kalbinde

kullan›lan ince yak›t çubuklar›ndan daha kolay ya-y›lmas›n› sa¤l›yor. Dahas›, toryum dioksitin erimenoktas›, uranyum dioksitinkinden 500 °C dahayüksek.. Bu fark, geçici bir afl›r› güç yüklenmesi yada so¤utucunun kayb› gibi durumlarda ek bir gü-venlik marj› oluflturuyor.

Bu avantajlar›n bilinmesi, nükleer mühendisle-ri b›k›p usanmadan güç için toryum kullan›m›nayönelik deneyler yapmaya yönlendirdi. Hatta baz›gruplar, toryum temelli yak›tlarla çal›flan ticarisantralleri iflletme konusunda deneyim bile kazan-d›lar. Örne¤in, ABD’nin Pennsylvania eyaletindePeach Bottom Nükleer Santral›’n›n birinci ünitesiolan gaz so¤utmal›, grafit yavafllatmal› bir reaktör,1960’l› y›llarda yüksek ölçüde zenginlefltirilmifluranyumla, toryum bileflimi bir yak›t kulland›.

Colorado eyaletindeki Fort St. Vrain kasabas›n-da baflka bir gaz so¤utmal› reaktör de 1976 ve1989 y›llar› aras›nda benzer bir toryum temelli ya-k›tla çal›flt›r›ld›.Toryum oksitle, yüksek düzeydezenginlefltirilmifl uranyumun görece basit kar›fl›m-lar› ve su so¤utmal› reaktörlerle deneyler de1960’l› y›llarda yine ABD’deki “BORAX” ve Elk Ri-ver nükleer tesisleriyle, Indian Point güç santralin-de gerçeklefltirildi. 1977-1982 y›llar› aras›ndaysa,toryumla, uranyum-235 ya da uranyum-233’ün da-ha karmafl›k bileflimleri, tüketti¤inden daha fazlaparçalanabilir madde üreten bir yak›t gelifltirmeamac›na yönelik bir deney çerçevesinde Shipping-port’ta (Pennsylvania) su so¤utmal› bir reaktördekullan›ld›.

Toryum tabanl› nükleer yak›t kullan›m› yaln›z-ca ABD ile s›n›rl› de¤il. Örne¤in Alman mühendis-ler toryumla, yüksek düzeyde zenginlefltirilmifluranyum ya da toryum ile plütonyum kar›fl›mlar›n›hem gaz, hem de su so¤utmal› güç santrallerindekulland›lar. Toryum tabanl› yak›tlar ayr›ca ‹ngilte-re, Fransa, Japonya, Rusya, Kanada ve Brezilya’dada denendi. Ancak bafllang›çtaki bu yo¤un çabala-ra karfl›n, bu ülkelerin neredeyse hepsi nükleerenerji santrallerini çal›flt›rmak için toryum kullan-ma düflüncesini uzun süre önce terk ettiler. Bu ya-k›ta karfl› ilgisini sürdüren tek ülkeyse, güç reak-törlerinden baz›lar›n› 1990’lar›n ortalar›nda tor-yum içeren yak›t demetleriyle besleyen Hindistan.Toryum kullanman›n temel nedenlerinden birisi-nin, reaktör kalbindeki güç da¤›l›m›n› eflitlemekolmas›na karfl›n, Hintli mühendisler f›rsattan ya-rarlan›p toryumun bizzat bir yak›t kayna¤› olaraknas›l çal›flaca¤›n› da denediler. Elde ettikleri olum-lu sonuçlar, günümüzde yap›m› sürmekte olan da-ha ileri tasar›mdaki reaktörlerde toryum tabanl›yak›t kullanma planlar›na temel oluflturdu.

Toryum tabanl› yak›tlar›n Hindistan’a çekicigelmesinin nedenlerinden biri, bu elementin ülke-deki bollu¤u. Hindistan, 290,000 ton olarak he-saplanan toryum rezervleriyle, Avustralya’n›n ar-d›ndan ikinci s›rada bulunuyor. Ancak Hindistan’›nbu yak›ttan yararlanma konusundaki kararl›l›¤›n›nalt›nda yatan temel nedenin, ülkeyi yabanc› uran-yum kaynaklar›na ba¤›ml› olmaktan kurtararak d›flticaret dengesini düzeltme iste¤i olmad›¤›n› önesürenler de var. Hindistan, reaktörlerinden baz›la-r›n› atom bombalar› yapmak üzere plütonyum

toryuma


üretmek için kullan›yor. Dolay›s›yla Kanada gibi ti-cari uranyum satan ülkelerin flart kofltuklar› yü-kümlülüklerle ba¤lanmak istemiyor. Bu ülkeleruranyum sat›fl›n›, al›c› ülkenin bunu ya da bundanüretilecek plütonyumun nükleer silah yap›m›ndakullanmad›¤›n› belirleyecek denetlemelere izin ver-mesi kofluluna ba¤l›yorlar.

Hindistan’›n d›fl›ndaki ülkelerdeyse daha önce-ki toryum deneylerinin bu elementin yak›t olarakbenimsenmesini sa¤lamamas›n›n bafll›ca nedeni,su so¤utmal› reaktörlerdeki performans›n›n bek-lentilerin alt›nda kalmas›.

Neden bu olunca da, toryum tabanl› nükleeryak›tlar›n yeniden ilgi çekmeye bafllamas›, üsteliknükleer silahlar›n yay›lmas›n› önleyecek bir araçolarak de¤erlendirilmesi hayli flafl›rt›c›. Ancak tor-yumun, plütonyumun birikmesini önlemek için kul-lan›m›, yak›t›n geçmifl y›llardaki deneylerde kulla-n›landan daha farkl› biçimde oluflturulmas›n› ge-rekli k›l›yor. Geçmifl deneylerde yak›t bileflenler-den biri olarak zenginlefltirilmifl uranyum kullan›l-maktayd› ki, bugün nükleer silahlar›n yay›lmas›nayol açaca¤› endiflesiyle bu yöntem teflvik edilmi-yor. Yine geçmifl deneyler, içindeki parçalanabilirmalzemenin al›nabilmesi için kullan›lm›fl yak›t›nyeniden ifllenece¤i varsay›m›na dayal›yd›. Günü-müzde tasarlanmakta olan toryum tabanl› yak›tdüzenekleri, baflka yönlerden de eskilerden farkl›.Örne¤in, bir reaktörün kalbi içindeki s›cakl›k ve›fl›n›ma daha dayan›kl› olarak tasarlan›yorlar. Böy-lelikle, do¤urgan toryum-232, daha büyük miktar-larda uranyum-233’e dönüflecek. Özetle bugüntoryum tabanl› yak›t konusunda konuflulanlar›n,eski uygulama ve deneyimlerle alakas› yok.

Daha önce de belirtildi¤i gibi, uranyum-233’ündo¤ada bulunmay›fl›, toryumla çal›flan bir reaktörüharekete geçirmek için uranyum-235 (ya da plü-tonyum-239) gibi baflka bir parçalanabilir malze-menin varl›¤›n› gerektiriyor. Ancak, uranyum-235bak›m›ndan fazlaca zenginlefltirilmifl ticari yak›tla-r›n do¤urdu¤u kuflku ve bu yak›tlara getirilen s›-n›rlamalar da göz önünde tutuldu¤unda, tetikleyi-cinin aras›na önemli miktarda parçalanamaz uran-yum-238 eklenmesi gere¤i aç›k. Günümüzde bumiktar›n alt s›n›r› %80, ama genellikle bu mikta-r›n hayli üzerine ç›k›l›yor. S›radan reaktörler içinoldu¤u gibi, bu durum sat›n al›nan reaktör yak›t›-n›, teknik aç›dan güç olan zenginlefltirme aflamas›-n› atlay›p do¤rudan bomba yap›m› için kullanmay›olanaks›z k›l›yor.

Bir toryum ve uranyum kar›fl›m›n› yak›t olarakkullanman›n temel avantaj›, kullan›lm›fl yak›ttakiplütonyum oran›n›n, al›fl›lm›fl yak›t kar›fl›m›yla ça-l›flan bir reaktörden ç›kan art›ktakine göre haylidüflük olmas›. At›k yak›ttaki plütonyum oran› nekadar düflüyor? Yan›t, uranyum ile toryumun nas›lkar›flt›r›ld›¤›na ba¤l›. Örne¤in, uranyum ve toryumher yak›t çubu¤u içinde eflit miktarlarda kar›flt›r›l-m›fl olabilir. Bu durumda, oluflacak plütonyumunmiktar› afla¤› yukar› yar›ya iner. Ancak eflit miktar-larda kar›flt›rmak, bu iki elementi bir araya getir-menin tek yolu de¤il.

Gerçekten de, bugün en çok incelenmekteolan yaklafl›m, uranyumca zengin bir “tohumu”,

toryumca zengin bir “battaniye” den ay›rmak üze-rine kurulu.

Bu yaklafl›m›n en hararetli savunucusu,1950’lerde donanman›n nükleer reaktörler prog-ram›n›n bafl araflt›r›c›s› olarak ABD’nin nükleer de-nizalt› filosunun kurulmas›na yard›mc› olan ve ar-t›k hayatta bulunmayan Alvin Radkowsky idi. Rad-kowsky 1960 ve 1970 y›llar›nda ticari nükleer en-düstrinin geliflmesine de önemli katk›lar yapt›. Da-ha sonra, nükleer silahlar›n yanl›fl ellere düflmesi-ni engelleyecek bir yol bulunmas›na yard›mc› ol-mas›n› isteyen eski hocas› Edward Teller’in telki-niyle, zaten daha önce nükleer art›klar›n azalt›lma-s›ndaki potansiyelini keflfetmifl oldu¤u toryum ta-banl› yak›tlar üzerinde yo¤unlaflt›. 1992 y›l›ndaThorium Power Inc. adl› flirketin kurucular› aras›n-da yer alan Radkowsky, rüyas›n›n gerçekleflmesinigöremeden 2002 y›l›nda 86 yafl›nda öldü.

Radkowsky’nin düflüncesi, çok küçük de¤iflik-liklerle s›radan su so¤utmal› reaktörlerde kullan›-labilecek özel yak›t üniteleri oluflturmakt›. Bu üni-telerin merkezinde, reaktör düzeyinde uranyum(yani, parçalanabilir uranyum-235 izotoplar›n›nmiktar› %20’yi geçmeyen) ile doldurulmufl bir “to-hum” bulunuyor. Bu tohumun çevresindeyse, bü-yük ölçüde toryum ve bir miktarda uranyum dol-

durulmufl yak›t çubuklar›ndan oluflan bir “battani-ye bölgesi” yer al›yor. Battaniyede yaln›zca uran-yum-238 bulunmas›, birinin bu çubuklar› yerlerin-den ç›kar›p içinde zamanla oluflmufl parçalanabiliruranyum 233’ü kimyasal yöntemlerle ay›r›p alma-s›na olanak tan›m›yor.

ABD Enerji Bakanl›¤›’n›n deste¤i ve Brookha-ven Ulusal Laboratuvar›’n›n teknik yard›mlar›ylaThorium Power flirketi, flimdi Moskova’daki Kurc-hatov Enstitüsü’yle iflbirli¤i halinde bu stratejiyidaha ayr›nt›l› biçimde irdeliyor. Gelifltirilen kon-sept, metalik bir bileflimin tohum yak›t› olarak kul-lan›lmas› ve tohum ünitelerinin, bir Rus reaktörün-de üç y›l tutulmas› temelinde tutuluyor. Battaniyeçubuklar›ysa reaktörde 10 y›l süreyle kalacak. An-cak, elde edilen sonuçlar, öteki ülkelerin ço¤unda-ki nükleer reaktörlere do¤rudan uygulanabilecekgibi de¤il. Nedeni, hem yak›t malzemesinin Ba-t›’da tercih edildi¤i gibi oksit formunda olmamas›,hem de deneyde kullan›lan Rus reaktörlerinde heryak›t ünitesi için alt›gen biçiminde dizilmifl yak›tçubuklar› kullan›lmas›. Bat›daki reaktörlerdeysegenellikle kare biçiminde dizilmifl çubuklar kullan›-l›yor..

Radkowsky ve meslektafllar›, yöntemin ayn›enerji ç›kt›s›n› sa¤layan s›radan bir reaktöre göre

Geleneksel nükleer yak›t hem parçalanabilir (235u) ve hem de parçalanamaz (238u) izotoplar› içerir. 235u çekirde¤inin bir nötron çarpmas› sonunda parçalanmas› 2 ya da 3 nötronun serbest kalmas›na yol açar.

Bunlar da bir baflka 235u çekirde¤ini parçalar ya da 238u atomlar›n›n plütonyum-239’a dönüflmesine yol açarlar. Bu element de parçalanabilir oldu¤undan reaktörün güç üretme sürecine katk›da bulunur. Toryum tabanl›

nükleer yak›tlarsa (altta) büyük ölçüde ayn› biçimde ifllev yapar. Aradaki fark, 238u’dan plütonyum üretilmesiyerine bir baflka parçalanabilir uranyum izotopu (233u) üretimi.

Geleneksel yak›t

Toryum tabanl› yak›t

nötron

nötron

parçalanmaürünü

parçalanmaürünü

235u

238u

235u

233u

235u

232Th

239pu

235u

a yönelifl mi?


%80 oran›nda daha az plütonyum üretece¤ini he-saplam›fllard›. Ayr›ca, “tohum” yak›t›nda zamanlaoluflan plütonyum izotopu kar›fl›m›n›n da askeribak›mdan fazla tercih edilmeyece¤ini, çünkü bun-larla yap›lacak bir bomban›n fazlaca bir patlamagücü yaratmayaca¤›n› da keflfetmifllerdi. Dahas›,çubuklarda oluflan plütonyum içinde öyle yo¤unmiktarda 238Pu bulunur ki, bunun bozunmas›ylaortaya ç›kacak s›cakl›k bir silah yap›m›nda kullan›-lacak di¤er malzemeleri eritir ya da hasara u¤ra-t›r.

Bir terörist grubun battaniye plütonyumundançok güçlü olmasa da, çok ürkütücü bir bomba yap-maya kalk›flmas› halinde, bunu Radkowsky’ninherhangi bir toryum yak›t›ndan elde etmesi, günü-müz reaktörlerinden ç›kan art›ktan sa¤lamaktandaha zor. Kullan›lm›fl battaniye yak›t›, uranyum-232 içerir ve bu da birkaç ay içinde yüksek ener-jili gama ›fl›nlar› yayan izotoplara dönüflür. Dolay›-s›yla plütonyumu at›k yak›ttan çekip almak, önem-li ölçüde güçlendirilmifl radyasyon kalkanlar› ve ye-niden iflleme tesisinde ifl görecek çok say›da uzak-tan kumandal› ekipman gerektirir ki, bu da zatengüç olan bir ifli iyice içinden ç›k›lmaz hale getirir.Ayr›ca, at›k yak›tta uranyum-232 ve yüksek düzey-de radyoaktif ürünlerin yo¤unlu¤u, (bomba yap›-m›nda kullan›labilecek) uranyum-233’ü, uranyum-238’den ay›rma giriflimlerini engeller.

Nükleer at›k miktar›n› düflürmek ve bomba ya-p›m›nda kullan›labilecek malzemenin yay›lmas›n›önlemek konusundaki potansiyel göz önünde tu-tuldu¤unda, toryum tabanl› yak›tlara olan ilgininyeniden canlanmas› o kadar flafl›rt›c› de¤il. Özellik-le ABD Enerji Bakanl›¤› bu alandaki araflt›rmalar›teflvik etmeye istekli. Radkowsky’nin flirketi ve or-taklar›n›n Rus reaktörleriyle gerçeklefltirdikleri de-neylerin finansman›n› üstlenmekle kalmayan Ener-ji Bakanl›¤›, son zamanlarda bafllat›lan üç ayr› gi-

riflime de destek sa¤l›yor. Bunlar›n biri, iki ABDresmi araflt›rma kurumunu, Idaho Ulusal Mühen-dislik ve Çevre Laboratuvar› ile, Argonne UlusalLaboratuvar›’n› nükleer yak›t üreten iki büyük flir-keti, Framatome Technologies (Fransa) ve Wes-tinghouse’u (ABD) ve üç üniversiteyi, Florida Üni-versitesi, Purdue Üniversitesi ve MassachusettsTeknoloji Enstitüsü’nü (MIT) bir araya getiren birkonsorsiyum. Hedef, reaktörlerde toryumun Rad-kowsky’nin önerdi¤i gibi tohum ve battaniye üni-teleri için ayr› yak›t dizgeleri kullanmaya gerekkalmadan kullan›lmas›n› sa¤layacak bir yöntemgelifltirmek.

Brookhaven Ulusal Laboratuvar› ve MIT’deki‹leri Nükleer Enerji Sistemleri Merkezi (CANES)araflt›rmac›lar›n› bir araya getiren bir baflka çal›fl-ma da, ayr› tohum ve battaniye ünitelerinin tasar›-

m›n› basitlefltirmenin bir yolunu bulmaya yönelik.“Bölünmemifl Dizimli Tohum ve Battaniye Kalbi”adl› bu düzenekte farkl› bileflimdeki yak›t dizgele-rinin bir rektör kalbi içine bir dama tahtas› örün-tüsünde yerlefltirilmesini öngörüyor.

Üçüncü araflt›rma ekibindeyse BrookhavenUlusal Laboratuvar› ile Purdue Üniversitesi’ndennükleer mühendisler, plütonyum tetiklemeli toryu-mun kaynar su reaktörlerinde yak›t olarak kullan›l-mas›n› araflt›rd›lar. Bu tür nükleer reaktörler, da-ha yayg›n olarak kullan›lan bas›nçl› su reaktörle-rinden farkl›. Bas›nçl› su reaktörlerinde so¤utmasuyu sürekli olarak yüksek bas›nç alt›nda tutularaks›v› durumda kalmas› sa¤lan›yor. Bu sonuncu arafl-t›rman›n hedefiyse, silah üretiminden arta kalanplütonyumu, yeni kuflak bir plütonyum at›¤› soru-nu yaratmadan ekonomik bir biçimde kullanmak.

Toryum tabanl› yak›tlar, suyun hem kalpten ›s› transferi için ve parçalanma tepkimesinde ortaya ç›kan nötronlar›yavafllatmak için kullan›ld›¤› bas›nçl› su reaktörleri (üstte), hem de ›s› transferi için helyum gibi gazlar ve nötronlar›

yavafllatmak için de grafit kullan›lan yüksek s›cakl›k gaz reaktörleri (sa¤da) için uygun.

bas›nç kayna¤› buharjeneratörü

yak›t

kontrolçubuklar›

reaktörkab›

türbin

yo¤uflturucu

jeneratör

so¤utmakulesi

beton güvenlik k›l›f›

Toryum-232 tabanl› yak›t kullan›m›yla elde edilen parçalanabilir uranyum-233’ün güç üretimi için tafl›d›¤› avantajlar›n çekicili¤i karfl›s›nda, Carlo Rubbiaad›nda bir fizikçi, toryum temelli ve kendi ad›yla an›lan bir enerji santral› ta-sar›m› gelifltirmifl. Bu tasar›mda Th-232, nötron yerine yüksek enerjili protonbombard›man›yla U-233’e dönüfltürülüyor:

90Th232 + 1p1 _ 91Pa233 _ 92U233 + -1_0Tabii bir de, ortaya ç›kan U-233’ü fisyona u¤ratacak nötronlar laz›m. Rub-

bia’n›n tasar›m› bunu, hiç de¤ilse bafllang›çta, kurflun gibi a¤›r çekirdeklerin,yine protonlarla bombard›man› sonucu parçalanarak nötron üretmesi temelin-den yararlanarak baflarmay› hedefliyor. Buna ‘primerleme’ deniyor ve proton›fl›n› kesildi¤inde, ortada dolaflan nötronlardan baz›lar›Th-232 çekirdekleri taraf›ndan yutularak bunlar› U-233’e dönüfltürürken, di¤er baz›lar› mevcut U-233’lereçarparak bunlar›n fisyonuna yol aç›yor. Ancak U-233fisyonundan;

92U233 + 0n1 _ fisyon ürünleri + 2 0n1yaln›zca iki nötron ç›k›yor olmas›n›n önemli bir so-

nucu var: Proton ›fl›n› kesildikten sonra, bir zincirlemereaksiyon devam edemiyor. Çünkü bunun mümkün ola-bilmesi için, iki nötrondan birinin bir Th-232 çekirde¤i-ni U-233’e çevirirken, di¤erinin de mevcut bir U-233 çe-kirde¤ini fisyona u¤ratmas›; yani her iki nötronun da%100 verimle kullan›labilmesi laz›m. Oysa bu olanak-s›z. Çünkü, nötronlardan baz›lar›n›n sistemin d›fl›na kaç-mas›, baz›lar›n›n da fisil olmayan çekirdekler taraf›ndanyutulmas› kaç›n›lmaz. Dolay›s›yla, proton ›fl›n› kesildi-¤inde, fisyonlar duruyor. Ancak bu arada meydana gel-mifl olan çekirdek parçalanmalar› sonucu, protonlar›n

ivmelendirilmesi için harcanan enerjinin 60 kat› kadar enerji elde edilmifl olu-yor. Bu yüzden de Rubbia’n›n tasar›m›na ‘enerji yükselteci’ deniyor. Hem de,tasar›mda yak›t hammaddesi olarak sadece toryum kullan›ld›¤›ndan ve do¤altoryum %100 Th-232 izotopundan olufltu¤undan, uranyumda oldu¤u gibi birzenginlefltirme ifllemine gerek kalm›yor.

‘Toryum Temelli Enerji Yükselteci’nin kalbi, flekilde görüldü¤ü gibi; toprakdüzeyinin alt›na yerlefltirilmifl, 30 m yüksekli¤inde ve 6 m yar›çap›nda, çelikbir silindir kap biçiminde tasar›mlan›yor. ‹çi yaklafl›k 10,000 ton kurflunla do-lu olan kab›n alt k›sm›nda, yak›t hammaddesini oluflturan toryum bulunuyor.Yukar›dan afla¤›ya, bu toryum malzemesine do¤ru, bir proton ivmelendiricisiuzan›yor. Protonlar ‘parçalanma bölgesi’ne vard›klar›nda, bir yandan Th-232’yi U-233’e çeviriyor, bir yandan da kurflun çekirdeklerini parçalayarak, U-

233’ün fisyonu için gerekli nötronlar› üretiyor. Ço-¤unlukla fisyon ürünlerinin kinetik enerjisi olarakaç›¤a ç›kan enerji, kurflunu ›s›t›p eritiyor. Is›nankurflun, çelik kap içerisinde, do¤al konveksiyonlayükseliyor. Dolay›s›yla, bir yandan da so¤utucu gö-revi görüyor. Kab›n kendisiyse d›fl›ndan, havan›nzorlamal› konveksiyonuyla so¤utuluyor.

Tasar›m çekici görünmekle birlikte; örne¤in çe-lik kab›n, 1200 santigrad dereceye kadar ›s›nankurflunun içinde erimesi gibi; ciddi baz› mühendislikproblemlerinin afl›lmas›n› gerektiriyor. fiimdilik, bil-gisayar benzetiflimleri ve küçük ölçekli baz› testleriyap›lm›fl. CERN’den baflka, ABD, Japonya ve Rus-ya’da da laboratuar ölçe¤inde çal›flmalar planlan›-yor. Ama sistem, çal›flan bir prototip olarak henüzortada yok. Ekonomikli¤i de meçhul...

Prof. Dr. Vural Alt›n

Enerji Yükselteci


MIT ve CANES araflt›rmac›lar›, toryum uran-yum bileflimi yak›t kullan›m› için öne sürülen tasa-r›mlar üzerinde geçti¤imiz y›llarda yapt›klar› ince-lemelerin sonuçlar›n› flöyle aç›kl›yorlar.

Tasar›mc›lar S›navdaFarkl› tiplerdeki yak›t ünitelerinin kendi

içlerinde homojen bir yap›ya sahip olduklar›Bölünmemifl Dizimli Tohum ve Battaniye Kal-bi tasar›m›nda bile yak›t›n oluflturulmas› vereaktör kalbi içinde kontrol edilmesinin, al›-fl›lm›fl yöntemlere k›yasla daha karmafl›k ola-ca¤› aç›k. Tipik bir nükleer güç reaktöründeyak›t ünitelerinin yerleri belirli zaman aral›k-lar›yla de¤ifltirilir ve böylece hepsinin ortala-ma olarak ayn› ›s› ve radyasyon koflullar›namaruz kalmalar› sa¤lan›r.

Bir tohum ve battaniye kalbindeyse, to-humlar›n ortalaman›n oldukça üzerinde güçdüzeylerinde kalmas› beklenirken, battaniyebirimleri çok daha az stresli koflullar alt›ndabulunurlar. Böylece, tohum çubuklar› içinde-ki yak›t daha yüksek s›cakl›klara t›rman›r,gaz halindeki parçalanma ürünlerini, çubukiçinde kendilerine ayr›lm›fl s›n›rl› alana dahabüyük miktarlarda salar ve dolay›s›yla da bat-taniye bölgelerinde kullan›lan yak›ta göre da-ha fazla so¤utma gerektirir.

Bu gereksinimler, çeflitli yollarla karfl›la-nabilir. Örne¤in, tohum düzenekleri içindendaha fazla so¤utucu akmas›n› sa¤layarak yada yak›t malzemesini ›s› ak›fl›na daha az di-rençli biçimde üreterek.

Radkowsky-Kurchatov yaklafl›m›nda, to-hum çubuklar› Rus denizalt›lar›nda denenmifltasar›mlara uygun olarak metalik bir uran-yum bilefliminden yap›l›yor ve bu da termaliletkenliklerini art›r›yor.

MIT-Brookhaven tasar›m›nda, tohum çu-buklar›n›n içindeki uranyum oksit kapsülleri-nin ortalar› bofl. Bu da, s›cakl›klar›n›n düfl-mesine yard›mc› oluyor. Battaniye çubuklar›bu bak›mdan daha az sorunlu olsa da, bunla-r›n da d›fl k›l›flar›n›n reaktör kalbindeki ko-flullara dayanabilmesi için titiz bir mühendis-lik ürünü olmalar› gerekiyor. Çünkü baz› ta-sar›mlarda bu çubuklar›n kullan›m ömürleri-nin 13-14 y›l olmas› öngörülüyor.

Farkl› tasar›mlar› mühendislik ölçütlerinegöre incelemenin d›fl›nda CANES araflt›rmac›-lar›, tohum-ve battaniye tasar›mlar›n›, bomba

yap›m›nda kullan›labilecek malzemelerin yay›lma-s›n› ne derece önleyebilecekleri ölçütüne göre dede¤erlendirdiler. Çal›flmada üzerinde durulan birk›stas da, bunlar›n ekonomik art› ve eksileri.

Sonuçlar, tohum-ve-battaniye tasar›mlar›n›n,uranyum ve toryumun rakip konseptlere k›yasla

daha az plütonyum ürettiklerini ortaya koyuyor.Yine de sonuçlar, Radkowsky’nin daha önceki ça-l›flmalar›n›n beklentileri kadar iyimser de¤il. Rad-kowsky’nin tohum-ve-çekirdek düzeneklerinin plü-tonyum üretimini ne kadar düflürece¤i konusunda-ki tahmini, %80. CANES sonuçlar›ndaysa bu oran,bölünmemifl tasar›mdaki tohum-çekirdek düzene¤iiçin %60, her yak›t ünitesinde tohum ve battaniyeçubuklar›n›n bir arada yerlefltirildi¤i tasar›mlariçinse, %70 olarak ç›k›yor.

‹nceleme ekibinin plütonyum üretimi konusun-daki hesaplar›, Radkowsky’nin at›k yak›t›n, yüksekdüzeyde bir radyoaktif izotop olan ve bu nedenlebüyük ölçüde ›s› üreten plütonyum-238’i önemlimiktarlarda içerece¤i konusundaki öngörüsünüdo¤ruluyor. Gerçekten de at›k yak›ttaki Plütonyum-238 miktar›, yayg›n kullan›ml› uranyum yak›tlar›nagöre üç-dört kat fazla. Bu durumda, Radkowsky’ninde belirtti¤i gibi bu izotopun yayd›¤› ›s›, bir nükle-er silah yap›p depolamay› son derece güç, hatta ola-naks›z bir giriflim olmaya mahkum ediyor.

Plütonyum-238’in böylesine büyük miktarlar-da ç›kmas›n›n nedeni, uranyumla çal›flan gelenek-sel tasar›mdaki reaktörlere k›yasla toryum santral-

lerinin daha fazla yak›t “yakmalar›” yanienerjiye dönüfltürmeleri.

Yaln›zca uranyumdan oluflan bir yak›tlada ayn› miktar plütonyum-238 oluflturmaktabii ki mümkün. Ancak, bunun için bafllan-g›çtaki yak›ttaki parçalanabilir uranyum-235oran›n›n, günümüzde benimsenmifl oranlar-dan daha yüksek olmas› gerekiyor. Bununmaliyetiyse, böyle bir yak›t› ekonomik ol-maktan ç›kar›yor.

Sonuç olarak, teknik aç›dan ele al›nd›-¤›nda inceleme, çeflitli mühendislik sorunla-r›n›n üzerinden gelinebilece¤ini ve reaktörle-ri toryumla çal›flt›rman›n nükleer at›klardansilah gelifltirmeyi amaçlayan gizli programla-r› bofla ç›kartaca¤›n› do¤ruluyor.

Ancak toryumun ekonomik getiri ve gö-türüsü konusundaki sonuçlar o kadar net de-¤il: CANES ekibinin hesaplar›na göre tor-yum-tabanl› yak›tlar, s›radan nükleer yak›tla-r›n maliyetinin yüzde 10 üzerinde ya da al-t›nda olabilir. Aral›¤›n geniflli¤i, tohum ola-rak kullan›lan yak›t›n uranyum-235 içeri¤i-nin, s›radan santral yak›t›ndakinden dört katfazla olmas›n›n, yak›t üniteleri üretiminin veaz at›k üretilmesinin gelecekte depolamamaliyetlerinde sa¤layaca¤› düflüflün hesap-lanmas›ndaki güçlüklerden kaynaklan›yor.

Toryum yak›tlar›n›n benimsenip benimsen-meyece¤i, elbette yaln›zca maliyet hesaplar›y-la belirlenecek bir fley de¤il. Önemli olan, de-¤erlendirme yap›l›rken toryuma geçifli engelle-yecek afl›lmaz teknik sorunlar›n olmad›¤›n›nbilinmesi. Gerçi toryuma geçifl için, eldeki ti-cari nükleer santrallerde bir tak›m de¤ifliklik-ler yap›lmas› zorunlu; ama yepyeni yeni birteknoloji de gerekmiyor. Ayr›ca, gerekli mal-zemenin (toryum ve zenginlefltirilmifl uran-yum) reaktörlerde uzun süre deneysel olarakkullan›lm›fl olmas› da, siyasetçilerin nükleerendüstriye o yönü göstermeleri halinde tor-yum santrallerinin k›sa sürede yayg›n kulla-n›m kazanabilece¤i görüflünü inan›l›r k›l›yor.Mujid S. Kazimi, “Thorium Fuel for Nuclear Energy”, Ameri-can Scientist, Eylül-Ekim 2003

Ç e v i r i : R a fl i t G ü r d i l e k

helyum kontrol çubuklar›

buharjeneratörü

jeneratörüso¤utmakulesi

yo¤uflturucubeton güvenlik k›l›f›

yak›t toplar›

türbin

grafit

Toryum tabanl› nükleer yak›tlar farkl› biçimlerde tasarlanabilir.Radkowsky taraf›ndan önerilen bir düzenek, her nükleer yak›t

ünitesinin (kareler) uranyumca zengin “tohum” çubuklar›yla bunlar›netraf›na dizilmifl toryumca zengin “battaniye” çubuklar›ndan oluflmas›n›öngörüyor (üstte). %20 kadar› parçalanabilir 235u izotopundan oluflanuranyum çevresindeki “do¤urgan” toryumu bir baflka parçalanbilir

uranyum izotopu olan 233u’ya dönüfltürüyor. Bir yak›t ünitesi içinde buflekilde farkl› yak›tlar kullanmak bir nükleer reaktörde yak›t de¤ifltirme

ifllemini karmafl›klaflt›r›yor. Çünkü tohum çubuklar›n›n, battaniyeçubuklar›na k›yasla çok daha s›k de¤ifltirilmesi gerekiyor. Bölünmemifl

ünite tohum ve battaniye kalbi denen alternatif yaklafl›m (altta),yaln›zca zenginlefltirilmifl uranyum dolu tohum çubuklar› ve toryum

tabanl› yak›t doldurulmufl battaniye çubuklar›n› yan yana kullan›yor. Buyak›t ünitelerinin yerleri belirli aral›klarla kolayca de¤ifltirilebiliyor ve

çubuklar vakti geldi¤inde ayn› kolayl›kla kalpten ç›kar›l›p yerlerineyenileri konuyor.

tohum yak›t birimi

battaniye yak›t birimireaktör kalbi

tazetohum

bir kerekullan›lm›fltohum

iki kezkullan›lm›fltohum

battaniye


Nükleer endüstri, çevreci lobi ile on y›llard›rsüren mücadelede s›k›flt›¤› köfleden ç›kmak içinsessiz sedas›z bir haz›rl›k içinde. Nedeni küresel›s›nman›n giderek yads›namaz bir olgu halinegelmesi ve bunda insan parma¤›n›n, daha do¤ru-su fosil yak›t kullan›m›n›n güçlü izinin belirlen-mifl olmas›. Nükleer endüstri bu f›rsattan yarar-lanmak üzere nükleer enerjinin “temiz enerji”kategorisinde say›lmas› için bir yandan lobi faali-yeti yürütürken, bir yandan da iki zay›f noktas›n-dan biri olan santral güvenli¤i sorununun çözü-müne yönelik “4. kuflak” santral tasar›mlar› ge-lifltirmifl bulunuyor. Günümüzde yayg›n olarakkullan›lan bas›nçl› su reaktörlerine alternatif ra-dikal tasar›mlar, reaksiyona girmeyen helyum ga-z›yla so¤utulan ve en az alt› y›l yak›t yenileme ge-rektirmeyen reaktörlerden bafll›yor. So¤utma su-yu dolafl›m ve ›s› de¤ifltirgeç sistemlerini reaktörkab›n›n içine yerlefltirip atmosfere s›zma tehlike-sinin ortadan kald›ran sistemlerden tutun da; su-yu “süperkritik” noktaya kadar ›s›tan, ya da kalp-

teki reaksiyonlarda ortaya ç›kan nötronlar›, yak›-t› yeniden ifllemekte kullanan tasar›mlara kadarde¤ifliyor.

Nükleer endüstriyi y›llar süren hareketsizlik-ten ç›kartan etkenler aras›nda kuflkusuz ABDbaflkan› George W. Bush’un, geçti¤imiz y›l nükle-er endüstrinin canland›r›lmas› ve ülkede 20 y›l-dan bu yana kurulacak ilk nükleer santrallerin in-flas› için direktif vermesi. Gerçi Bush gelece¤inenerji vizyonu olarak hidrojen enerjisini göster-miflti. Ama aslan pay›n›n (14-16 milyar dolar)yap›lmas› hedeflenen alt› ya da yedi yeni nükleersantrale sübvansiyon olarak ayr›lmas› bekleni-yor. Bu yeni santrallerin üretece¤i 8400 mega-watt güç, halen ABD’de faaliyet halinde bulunanve ülkenin enerji gereksiniminin beflte birini kar-fl›layan 103 nükleer santralin üretti¤i toplam gü-cün yaln›zca %1’ini oluflturacak. Yine de nükle-er endüstri bunun sera gazlar› sal›m›n›n ciddi bi-çimde azalt›lmas›na katk›da bulunabilmek içingerekli binlerce yeni santral için ilk ad›m olaca¤›

konusunda umutlu. Bu umutlar›n s›n›rs›z, ucuzve her fleyden öte temiz bir enerji vaadeden füz-yon teknolojisinin önümüzdeki on y›llar içerisin-de ‘ticari maliyetler çerçevesinde kesintisiz üre-tim’ hedefini yakalayamamas›, hidrojen yak›t pil-lerinin büyük ölçekli üretimini engelleyen tekno-lojik sorunlar›n ya da otomobillerde s›v› hidrojenkullan›m›n› engelleyen üretim, depolama ve alt-yap› sorunlar›n›n k›sa sürede afl›lamamas› halin-de yeflerece¤i aç›k. Ancak, öyle görünüyor ki,nükleer endüstri, “temiz” kategorisine, bu niteli-¤i tart›fl›lmaz öteki enerji türlerinin s›rt›nda gir-menin yollar›n› da ar›yor. Nitekim ABD hüküme-tinin destekleyece¤i santrallerden 1,1 milyar do-lar fiyat etiketli bir tanesi de bu amaca yönelik.Idaho eyaletinde kurulmas› planlanan bir deneysantrali, üretece¤i enerjiyi kullanarak suyu ayr›fl-t›racak ve yak›t hücreleri için gerekli hidrojeniüretecek. Nükleer enerjinin hidrojen enerjisinesa¤lad›¤› bu deste¤in ard›nda yatan hedef aç›k.Günümüzün petrol yakan araba motorlar› için en

dördünc


gerçekçi alternatif hidrojen yak›t hücreleri oldu-¤undan, dolayl› yoldan da olsa nükleer enerji,petrolün yerini alabilecek. Uzmanlar, bununnükleer enerji için en iddial› uzun dönem hedefiolabilece¤ini söylüyorlar.

Nükleer endüstri, fosil yak›t kullan›m›ndankaynaklanan karbondioksit sal›mlar›na ciddi birtemiz enerji alternatifi olma iddias›n›n içini dol-durmak için büyük düflünmek ve güç s›navlar›geçmek zorunda. Massachusetts Teknoloji Ensti-tüsü’nden nükleer enerji uzman› Neil Todreas’agöre karbondioksit sal›mlar›n› önemli ölçüdeazaltabilmek için 2050 y›l›na kadar 1000-1500gigawatt (milyar watt) nükleer güç üretim kapa-sitesi gerekiyor. Bu da halen dünyada faal du-rumda bulunan 400’ün üzerinde nükleer enerjisantralinin üretebildi¤inin 3 ila 5 kat› güç anla-m›na geliyor. Todreas, bu hedefi tutturman›n, gü-nümüzde bilinen uranyum rezervlerinden çok da-ha fazlas›n› gerektirece¤ini de kabul ediyor. An-cak, uzmana göre bu durum nükleer enerji içinbir darbo¤az de¤il. Ne zaman bir madenin fiya-t› iki kat›na ç›ksa, yeni rezerv aray›fl›n›n h›zlan-mas› sonucu arz›n›n 10 kat artt›¤›n› vurguluyor.

Yine de nükleer lobi bu hedefi dünya kamu-oyuna satabilmekte zorlanaca¤a benziyor.ABD’deki Üç Mil Adas› ve Ukrayna’daki Çerno-bil kazalar›n›n külleri henüz s›cakl›¤›n› korurken,

flimdi bir de felaket senaryolar›na nükleer sant-rallere terörist sald›r›s› ya da radyoaktif santralat›klar›n›n teröristlerin eline geçme olas›l›¤› ek-lendi. Tabii bir de nükleer santral at›klar›n›nuzun süreyle güvenli bir biçimde depolanmas› so-

runu var.Terörizm tehdidine karfl› nükleer santral tasa-

r›mc›lar›n›n inceledikleri bir kulvar, toryum ta-banl› yak›tlarla çal›flan reaktörler. Nükleer en-düstrinin imaj kabusu olan nükleer at›k sorunuiçin de Bush yönetimi, Nevada eyaletinden gelenprotestolar ve aç›lan davalara karfl›n, Yucca Da¤›alt›nda haz›rlanan bir deponun inflas›nda kararl›görünüyor. Bu arada ABD’nin yan›s›ra Avrupave Japonya’da da resmi ya da devlet destekliaraflt›rma kurumlar›, uzun vadeli bir çözüm ola-rak nükleer santral at›klar›n› zarars›z hale getire-cek ya da uzun ömürlü radyoaktif at›klar› dahak›sa ömürlü hale getirecek dönüfltürme (transmu-tasyon) reaktörleri üzerinde çal›fl›yorlar.

Kaza olas›l›¤›na karfl›ysa, baflta ABD flirketle-ri olmak üzere çeflitli ülkelerdeki nükleer santralyap›mc›lar›, farkl› yöntemlerle güvenli¤i öne ç›ka-ran dördüncü kuflak reaktörlerle, piyasa kapmayar›fl›na haz›rlan›yorlar. Nükleer reaktörler, par-çalanabilir yak›ttan sa¤lanan ›s›n›n buhara dö-nüfltürülmesi ve buhar›n da elektrik üreten tür-binleri çevirmesi temelinde çal›fl›yor. S›radan re-aktörlerin çok büyük bölümü, suyu ayn› zamandaparçalanma tepkilerinin gerçekleflti¤i reaktör kal-bini so¤utmak için de kullan›yor. Yeni tasar›m-lardaysa reaktörü so¤utmak için gaz, kurflun, eri-mifl tuz, sodyum ve hatta süperkritik s›cakl›kta sukullan›lmas› da öngörülüyor. Bu dördüncü kuflakreaktör tasar›mlar›n›n önemli bir avantaj›; uran-yumun de¤iflik izotoplar›n›n, hatta toryumu daiçeren karma yak›tlar›n kullan›m›na izin vermele-ri. Bir di¤er yarar›ysa, kullan›lm›fl yak›t içindekiradyoaktif ürünlerin miktar›n›n azalt›lmas› ve te-röristlerin eline geçmesinden korkulan parçala-nabilir plütonyum çekirdeklerinin at›k içindekimiktar›n› en aza indirmek.

Aman Dikkat!..Dördüncü kuflak reaktörlerin, nükleer enerji

karfl›tlar›n›n üzerinde odakland›klar› bir özelli¤i,

3,5. Kuflak: “Çak›l Yata¤›” Reaktörü Klasik reaktörlerde, uranyumoksit yak›t çubuklar›, hem nötronlar›yavafllatan, hem de reaktör kalbini so¤utan su içinde tutuluyor.Çak›l yata¤› reaktöründe, uranyumoksit topakç›klar›, bilardo topubüyüklü¤ünde grafitten bir k›l›f içine yerlefltiriliyor. Bu “çak›l”lar,grafitle çevrelenmifl, helyumla so¤utulan reaktör kalbinedolduruluyor. Otomatik sak›z makinelerinde oldu¤u gibi, ortadakibir kanaldan afla¤› düflen yak›t toplar›, bir boru arac›l›¤›yla tekrarçevrime al›n›yor. Bir yak›t topu, bu flekilde üç y›l içinde 10 turyapabiliyor. Çak›llardan ç›kan nötronlar›n ›s›tt›¤› helyum gaz›, birtürbin arac›l›¤›yla elektrik enerjisine dönüfltürülüyor. Tasar›m›nklasik hafif su reaktörlerine üstünlü¤ü, kullan›lm›fl yak›t›n grafittoplar içinde uzun süre güvenli bir biçimde depolanabilmesi veyeralt› suyunun afl›nd›r›c› etkilerine karfl›, çok daha dirençli olmas›.

Yak›t toplar›n›n tekrarafla¤› düfltü¤ü kanal

reaktörkab›

taze yak›t tank›

kullan›lm›fl yak›t kab›hasarl› çak›l kab›

s›cak helyum

yak›t toplar›

düz grafit toplar

yak›t “çak›l”›(çap 60 mm)

büyütülmüfl kesit

grafit katman

k›l›flanm›fl tanecik grafit küre içindekik›l›flanm›fl tanecikler

geçirgen karbontabaka

iç pirolitik karbon tabaka

d›fl pirolitikkarbon tabaka

silikon karpit engeluranyum dioksityak›t taneci¤i.(çap 0,5 mm)

reaktörkab›n›çevreleyengrafit örtü

grafittoplar›n›ngeridöndü¤üboru

so¤uk helyum

cü kuflak


s›radan reaktörlere göre daha yüksek s›cakl›klar-da çal›flmalar›. Nükleer karfl›t› lobinin sözcüleri,bu s›cakl›klar›n kullan›lan malzeme ve ekipman-da önceden öngörülmeyen baz› hasarlara yol aç-mas› olas›l›¤›n› dile getiriyorlar. Görece daha dü-flük s›cakl›klarda çal›flan günümüz reaktörlerin-de, özellikle ABD’de olanlarda ortaya ç›kanönemli bir sorun, bu korkunun tümüyle temelsizolmad›¤›n› gösteriyor. ‹lk kez 1991 y›l›nda Fran-sa’da ortaya ç›kan bir hastal›k, ABD’deki nükle-er reaktörlerin önemli say›daki bir bölümünü et-

kiler görünüyor: Reaktör kapaklar›n›n üzerindebulunan ve içlerinden reaksiyonu durduran ya dayavafllatan kontrol çubuklar›n›n geçti¤i yuvalarüzerindeki çatlaklar ve bunlardan s›zan borik asi-din yol açt›¤› korozyon. ‹ki y›l önce Ohio’dakiDavid-Besse reaktöründe böyle bir çatlaktan y›l-lard›r s›zd›¤› anlafl›lan asidin, reaktörün 138 at-mosfer bas›nca dayanmas› gereken karbon çeli¤ikapa¤›nda futbol topu büyüklü¤ünde bir delikoluflturdu¤u anlafl›lm›fl. Reaktör içinde yüksekbas›nç alt›ndaki radyoaktif suyun delikten d›flar›-

ya f›flk›rmas›n› önleyen; karbon çeli¤inden yap›l-m›fl kapa¤›n taban›nda bulunan, yaln›zca 1 cmkal›nl›¤›ndaki paslanmaz çelik astarm›fl ki, olayfarkedildi¤inde bu astar›n da balonlaflmaya bafl-lad›¤› görülmüfl. Reaktör içinde so¤utma ve ya-k›t›n parçalanma verimini art›rmak için nötronla-r› yavafllatma görevi yapan suyun reaktörden kaç-mas›, reaktörün afl›r› ›s›narak erimesi ve yüksekderecede radyoaktif maddelerin atmosfere s›zma-s› demek. 1979’da, ABD’nin en büyük nükleerkazas›nda olan da bu idi. David-Besse reaktörün-de yeni bir felaketin son anda önlenmesi üzerineh›zland›r›lan denetimler sonucu, 14 baflka reak-törde çatlaklar bulunmufl. Nükleer santralleri ifl-leten flirketler, flimdi her biri 25 milyon dolarmaliyetle 29 reaktörün kapa¤›n› de¤ifltirmeyiplanl›yor. Santraller yaflland›kça, bu hastal›¤›ndaha da yay›laca¤›, nükleer karfl›tlar›nca vurgula-n›yor.

Dördüncü kuflak reaktör tasar›mlar›n›n baz›-lar›, özellikle bu soruna yan›t getirme iddias›nda.Ancak, yeni tasar›mlar demek, arkalar›nda devletdeste¤i bile olsa bunlar hemen yar›n devreye gi-recek demek de¤il. Nedeni, radikal tasar›mlar›nhenüz ka¤›t üzerinde olmas› ve ekonomik sorun-lar bir tarafa b›rak›lacak olsa bile, gerçekleflme-leri için baflka baz› teknik sorunlar›n üzerindengelinmesi gere¤i. Tabii bunlar›n ekonomik iflle-tim için gerekli koflullar› da sa¤lamalar› gereki-yor. Tüm bunlarsa, radikal tasar›mdaki reaktör-lerin 20 y›ldan önce faaliyete geçmesinin güç ola-ca¤›n› gösteriyor.

Fisyon Reaktörü Nas›l Çal›fl›yor?

helyum kontrol çubuklar›

buharjeneratörü

jeneratörso¤utmakulesi

yo¤uflturucubeton güvenlik k›l›f›

yak›t toplar›

türbin

grafit

Davis - Besse’de Ucuz Atlat›lan FelaketBoron kontrol çubuklar›n›n reaktörün içine indirildi¤i yuvalardan birinin üst kenar›nda meydanagelen çatlaktan s›zan borik asit zamanla kapak üzeinde bir delik oyuyor. Radyoaktif suyun d›flar›f›flk›rmas›n› önleyen yaln›zca ince çelik k›l›f.

Afl›nm›flyuvan›n üstten

görünüflü

Kontrol çubuklar›n›niçinden geçirildi¤i yuva

Reaktör kab›n›n kapa¤›(karbon çeli¤i)

Çatlam›fl yuva

Asidin oydu¤u delik

Boron kontrolçubu¤u

Reaktör kab›nda uranyumyak›t çubuklar› ve yüksek

bas›nç alt›ndaki radyoaktif subulunuyor

Paslanmazçelikten k›l›f

Koruyucu beton kalkan

Kontrolçubuk sürgümekanizmas›

Bas›nç kab›kapa¤›

Paslanman›ntipik olarakolufltu¤ubölge

Güç üreten çevrim

Yafllanmadan kaynaklananÖnemli sorunlar

Paslanma-metal yorgunlu¤u

K›r›lganlaflma

Türbin

Ana so¤utmaçevrimi

Bas›nçl›reaktör

kab›

Buharüreteçsistemi

Buharüreteçsistemi


Ara S›caklar...Ancak, geleneksel reaktör yap›s›na görece

yak›n bir tasar›m, flimdiden ringe atlam›fl görünü-yor. Bu, küçük ölçekteki modelleri Almanya veÇin’de denenmifl olan “çak›l yatakl› reaktör”.Güney Afrika hükümeti, deneme amaçl› de¤il, ilkkez büyük ölçüde güç üretecek olan 1200 mega-watt kapasiteli “çak›l yatakl›” santralinin inflas›n›bafllatm›fl durumda. Çak›l yatakl› reaktörlerinönemli bir özelli¤i, modüler yap›da olmalar›. Bu-nun anlam›, her biri 120 megawatt güç üretmeküzere tasarlanm›fl reaktörleri, gereksinimlerinizegöre istedi¤iniz say›da yan yana koyarak, dahaküçük ya da daha büyük santraller kurabilmeniz.

Dünyada halen çal›flan santrallerin büyük ço-¤unlu¤unda kullan›lan bas›nçl› su reaktörlerindeyak›t, uzun çubuklar içine yerlefltirilmifl tablet bi-

çimli kapsüllerden oluflur. ‹çinde çok say›da kap-sülün dizili oldu¤u binlerce çubuk, reaktör kalbi-ne yerlefltirilir. Yak›tta meydana gelen nükleertepkimelerin üretti¤i ›s›, reaktör içinde yüksekbas›nç alt›nda dolanan so¤utma suyunca al›n›r vereaktör d›fl›ndaki bir ›s› de¤ifltirgecinde, daha dü-flük bas›nçl› buhara aktar›l›r. Buhar da bir tür-bin içinde genifller ve bir jeneratörü çevirerekelektrik üretir. Geleneksel reaktörlerdeki yak›tçubuklar›n›n her iki y›lda bir, bir bölümünün de-¤ifltirilmesi gerekir. Bu da nükleer santralin birsüre devre d›fl› kalmas› anlam›na gelir.

Çak›l yatakl› reaktörse yüksek s›cakl›kta çal›-flan bir gaz so¤utmal› reaktör. Reaktöre ad›n›veren “çak›llar” da, ikide bir yak›t yükleme soru-nunu ortadan kald›r›yor. Bir kere, bu çak›llarplajda gördüklerimize benzemiyorlar. Yaklafl›kbir bilardo topu büyüklü¤ünde (6 cm çap›nda)

grafit küreler. Grafit kabu¤un içindeyse herbiribir haflhafl tohumu büyüklü¤ünde 15.000 adetküçük uranyum dioksit taneci¤i bulunuyor. Ta-neciklerin özelli¤i, herbirinin, parçalanma(santraller) ürünlerini hapseden yüksek yo¤un-lukta karbondan yap›l› birkaç kat k›l›fla çevrili ol-malar›. Bu “pyrolitik” k›l›flar, (s›k›flt›r›lm›fl kar-bon) üzerine metal atomlar› püskürtülerek haz›r-lan›yor. Böylece hem dayan›kl›l›k hem de esnek-lik kazanan k›l›flar, birbirinin üzerinden kay›p du-rurken kolayca afl›nmad›klar› gibi, yüksek s›cak-l›kta biçimlerini de¤ifltirebiliyor ve çatlay›p içle-rindeki yak›t› saçm›yorlar.

Bir reaktör modülüne, grafit kapl› ve içi t›ka-basa tanecik dolu toplardan ya da “çak›llardan”330.000 tane konuyor. Bunlara ek olarak185.000 tane de içi bofl “çak›l” konuyor. Bun-lar›n göreviyse reaktör içindeki ›s› da¤›l›m›n› eflit-

Sistem, h›zl› nötron spektrumlu helyum so¤utmal› bir reaktör ve kapal›yak›t döngüsüne sahip. Termal spektrumlu helyum-so¤utmal› reaktörlerdeoldu¤u gibi, so¤utucu helyum gaz›n›n yüksek ç›k›fl s›cakl›¤›, elektrik, hidro-jen ya da iflletme ›s›s›nda yüksek verim sa¤l›yor. Tasar›mdaki reaktör, 288-megawatt’l›k bir helyum-so¤utmal› sistem. Yüksek termal verim için direktBrayton döngülü gaz türbini kullanarak 850°C ç›k›fl s›cakl›¤›yla çal›fl›yor.Çok yüksek s›cakl›klarda çal›flma ve parçalanma ürünlerini etkili biçimdetutma kapasitesine sahip çeflitli yak›t formlar›yla çal›flabilir. Örne¤in; kom-pozit seramik yak›t, ileri tasar›mda yak›t karfl›mlar›, ya da seramikle kaplan-m›fl aktinid bileflimleri gibi. Kalp, prizmatik bloklar ya da i¤ne veya plakatabanl› yak›t bloklar› kullan›m›na göre tasarlanabilir. Tasar›mda ayr›ca sant-ral sahas›nda at›k iflleme ve yeniden üretme tesisi de bulunuyor.

GFR, elektrik üretimi için do¤rudan döngülü bir helyum türbini kullana-bilir, ya da isteme ba¤l› olarak, süreç ›s›s›n› hidrojenin termokimyasal yollaüretimi için kullanabilir. H›zl› bir spektrum ve aktinidlerin yeniden ifllen-mesi sayesinde, GFR uzun yar›lanma ömürlü nükleer at›k üretimini en azaindiren bir tasar›m. GFR’nin h›zl› spektrumu, (seyreltilmifl uranyum da da-hil) mevcut parçalanabilir ya da üretken yak›tlar›, tek kullan›ml› yak›t dön-gülerine sahip termal spektrum gaz reaktörlerine k›yasla çok daha verimlikullanma olana¤› sa¤l›yor.

Helyum

Jeneratör Elektrik gücü

Türbin

Genlefltirici

Kompresör

Kompresör

Is› ç›k›fl›

Reaktörkalbi

Kontrolçubuklar›

ReaktörAraso¤utucu

Önso¤utucu


Gaz-So¤utmal› H›zl› Reaktör Sistemi Gas-Cooled Fast Reactor System - GFR

Üretken uranyumun ifllenmesi ve aktinidlerin etkin biçimde azal-t›lmas› için h›zl›-spektrumlu, kurflun ya da kurflun/bizmut ve yüksekerime yetenekli metalle so¤utulan bir reaktörle, kapal› bir yak›t dön-güsünden olufluyor. Sistem, merkezi ya da yerel yak›t döngü tesisle-riyle aktinidlerin tümüyle yeniden ifllenmesini sa¤layan bir yak›t dön-güsüne sahip. Reaktörler, isteme ba¤l› olarak 50-150 megawatt’l›k,uzun süre yeni yak›t gerektirmeyen bir güç kayna¤›, 300-400 mega-watt gücünde bir modüler sistem (flekilde) ya da tek üniteli 1200 me-gawatt’l›k büyük bir santral olarak infla edilebiliyor. Üretken uran-yum ya da transuranik elementler içeren yak›t, metal ya da nitrid te-melli olabilir. LFR, do¤al konveksiyon yoluyla so¤uyor. So¤utucu-nun 550 °C olan reaktör ç›k›fl s›cakl›¤›, daha ileri teknolojideki mal-zeme kullan›m›yla 800 °C’ye kadar yükselebilir. Yüksek s›cakl›k,hidrojenin termokimyasal yoldan eldesi için gerekli.

LFR güç kayna¤›ysa, çok uzun yak›t yenileme aral›klar›yla (15-20y›l) ve kapal› bir yak›t döngüsüyle çal›flan, bir kaset kalp ya da yeni-lenebilir reaktör modülüne sahip bir güç üretim düzene¤i. Perfor-mans özellikleri; küçük a¤lara elektrik üretimine yönelik olmas›, yada nükleer enerji sistemlerinde entegre bir yak›t döngü altyap›s› dakurmak istemeyen geliflme yolundaki ülkelerin gereksinmelerine ya-n›t vermek üzere tasarlanm›fl bulunmas›. Bu güç kayna¤›, da¤›t›mamaçl› elektrik ya da, örne¤in hidrojen gibi öteki di¤er enerji kaynak-lar›n›n veya içme suyunun üretiminde kullan›labilir.

Kurflun So¤utmal› H›zl›Reaktör Sistemi

Lead-Cooled Fast Reactor System - LFR


lemek ve uranyumun parçalanmas› sonucu ser-best kalan nötronlar› yans›t›p yavafllatarak tepki-melerin fliddetini azaltmak.

Çak›l yatakl› reaktörler, 900 °C gibi, bas›nç-l› su reaktörlerinin çal›flma s›cakl›¤›ndan çok da-ha yüksek bir s›cakl›kta çal›flmak üzere tasarlan-m›fl. Bu nedenle, termal verimi iyi ve enerjisininbüyük bölümünü elektri¤e dönüfltürebiliyor. So-¤utma için helyum gaz› kullan›l›yor. Helyum, s›-ca¤› iyi ileten bir element ve suyun aksine, öte-ki malzemelerin paslanarak afl›nmas›na yol açm›-yor.

Bu reaktörlerin önemli bir avantaj› da, reak-törün kapat›lmas›na gerek olmaks›z›n yak›t›n sü-rekli olarak yenilenebilmesi. Yak›t yand›kça, “ça-k›llar” bir ciklet makinesinde oldu¤u gibi yavafl

yavafl afla¤› do¤ru iniyor ve dakikada bir tane ol-mak üzere reaktör kalbinin alt›ndan d›flar› ç›k›p,sonra yeniden reaktörün tepesinden içeri giriyor-lar. Her top, reaktör kalbi içinden on kez geçe-cek flekilde tasarlanm›fl ve çak›l yataml› reaktör-lerin üreticisi Eskom flirketi, reaktörün yeni yak›tyüklenmeksizin 6 y›l kadar çal›flabilece¤ini söylü-yor.

Nihayet, çak›l yatakl› reaktörün tasar›mc›lar›-n›n üzerine basa basa vurgulad›klar› bir baflkaözellik de, “pasif güvenlik” sistemi. Yukar›da dade¤inildi¤i gibi, geleneksel bas›nçl› su reaktörle-rinde en büyük tehlike, herhangi bir su kayb› ne-deniyle reaktörün afl›r› ›s›nmas› ve çevreye rad-yasyon saçmas›. Oysa, çak›l yatakl› reaktördekihelyumun tümü kaçsa bile reaktör yaln›zca du-

rup, do¤al bir biçimde s›cakl›¤›n› yitirmeye bafll›-yor. Bu nedenle de reaktörün, geleneksel reak-törlerde oldu¤u gibi betondan bir kubbe içineyerlefltirilmesine gerek olmuyor. Acil bir durumnedeniyle ya da bak›m için reaktörü kapatmakgerekti¤inde reaktör kalbine kontrol çubuklar›-n›n sokulmas› yeterli.

Tüm bu çekici özelliklerine karfl›n çak›l yatak-l› reaktörlerin, nükleer endüstrinin haz›rland›¤›gelece¤e birinci mevki biletle gitmesi zor gibi gö-rünüyor. Önemli bir sorun, reaktörün fiyat›. Uz-manlar, Güney Afrikal› flirket bu reaktörü, örne-¤in ‹ngiltere’deki reaktörlerin yar› fiyat›na maletse, güvenlikte dünya standartlar›n›n üzerineyükselse ve santrali iflletme masraflar›n› Ameri-ka’dakilerin seviyesine düflürse bile, bunlar›n hâ-


Sistem içinde dolaflan eriyik tuz kar›fl›m›yla besle-nen bir ‘termal üstü spektrum’ (epitermal) reaktörüy-le (afla¤›daki flekil) nükleer güç üretmek için tasarlan-m›fl. Sistem aktinidleri tümüyle yeniden iflleyen biryak›t döngüsü içeriyor. MSR sisteminde kullan›lan ya-k›t, sürekli dolanan sodyum ile, zirkon ve uranyumfloridlerinden oluflan bir kar›fl›m. Eriyik tuz yak›t›kalp içindeki grafit kanallardan geçerek epitermal birspektruma yol aç›yor. Eriyik tuzda oluflan ›s›, bir ara›s› de¤ifltirgeciyle ikincil bir so¤utma sistemine, dahasonra da üçüncü bir ›s› de¤ifltirgeciyle güç çevrim sis-temine aktar›l›yor. Güç santrali 100 megawatt güçüretim kapasitesine sahip. Sistem, istenirse800°C’ye kadar yükseltilebilen, 700°C’lik bir so¤utu-cu ç›k›fl s›cakl›¤›yla çal›fl›yor. Kapal› yak›t döngüsü,plütonyum ya da küçük aktinidlerin etkin biçimde ya-k›lmas› için de ayarlanabiliyor. MSR’nin s›v› yak›t›,plütonyum gibi aktinidlerin eklenmesine uygun ve ya-k›t›n fabrikada yap›m›na gerek b›rakm›yor. Aktinid-ler ve parçalanma ürünlerinin büyük ço¤unlu¤u, s›v›so¤utucu içinde floridler oluflturuyor. Erimifl floridtuzlar›, mükemmel ›s› transfer yetene¤ine sahip. Ay-r›ca bunlar›n düflük buhar bas›nçlar›, reaktör kab› veborulardaki gerilim düzeylerini de azalt›yor.

Eriyik Tuz Reaktör Sistemi Molten Salt Reactor System – MSR

Kontrolçubuklar›

Reaktör

Saflaflt›r›lm›fltuz

Yak›t tuz

Kimyasaliflleme tesisi

Durdurmafifli

Acil durumda yak›t›nboflalt›laca¤› tanklar

Pompa

PompaIs›de¤ifltirgeci Is›

de¤ifltirgeci

So¤utma tuzu

Is› ç›k›fl› Is› ç›k›fl›

Ara so¤utucu

Kompresör

Kompresör

Türbin

Jeneratör Elektrik gücü

Ön so¤utucu

Genlefltirici

H›zl› spektruma sahip sodyum so¤utmal› bir reaktör ve kapal› ya-k›t devresinden olufluyor. Aktinidlerin kontrolü ve üretken uranyu-mun çevrimi için uygun. Yak›t döngüsü, iki seçenekle aktinidleri ye-niden iflliyor. Birinci seçenek, uranyum-plütonyum-küçük aktinid-zir-kon metal bileflimi yak›tla çal›flan ve reaktörle entegre edilmifl bölme-lerde pirometalurjik süreçlere dayanan bir yak›t döngüsüyle destekle-nen 150 –500 megawatt aras› güç üretmek için tasarlanm›fl orta öl-çekte bir reaktör. ‹kinci seçenekse, birden çok reaktöre hizmet ve-ren ileri s›v› iflleme süreçleriyle çal›flan merkezi bir yak›t döngüsüyledesteklenen, yak›t olarak uranyum-plütonyum oksitlerinin kar›fl›m›n›kullanan, sodyum so¤utmal›, orta-yüksek ölçekli (500-1500 mega-watt) bir reaktör. Her iki tipte reaktörün so¤utucu ç›k›fl s›cakl›¤›550°C.

SFR, baflta plütonyum ve di¤er aktinidler olmak üzere yüksek dü-zeyde radyoaktif at›klar›n yok edilmesi ya da azalt›lmas› için geliflti-rilmifl bir tasar›m. Sistemin önemli güvenlik avantajlar› aras›nda;uzun bir termal tepki süresi, so¤utucunun kaynama noktas›na varma-s›n› önleyecek bir çal›flma s›cakl›¤›, atmosfer bas›nc› civar›nda çal›flanbir ana sistem ve ana sistemdeki radyoaktif sodyum ile güç üretici-sindeki su ve buhar aras›nda dolanan bir ara sodyum sistemi say›la-bilir. Yat›r›m maliyetini düflürecek yeniliklerle, sistem elektrik üreti-mi için pazar bulabilir görünüyor. SFR’nin h›zl› spektrumu, (seyrel-tilmifl uranyum da dahil) mevcut parçalanabilir ya da üretken yak›tla-r›, tek kullan›ml› yak›t döngülerine sahip termal spektrum gaz reak-törlerine k›yasla çok daha verimli kullanma olana¤› sa¤l›yor.

Sodyum-So¤utmal› H›zl› Reaktör SistemiSodium-Cooled Fast

Reactor System - SFR

So¤uk kütle

S›cak kütle

Kontrolçubuklar›

Birincilsodyum(s›cak)

Birincilsodyum(so¤uk)

Pompa

Pompa

Pompa

Kalp

Is›de¤ifltirgeci

‹kincilsodyum


Yo¤uflturucu

Elektrikgücü

JeneratörTürbin

Buharüretici

lâ do¤al gaz santrallerinden daha pahal› olaca¤›-n› vurguluyorlar. Santralin yüksek teknolojisi de,ifl maliyet hesaplar›na geldi¤inde pazarlamac›la-r›n karfl›s›na dikiliyor. Nedeni, 10 reaktör modü-lünden oluflan bir enerji santrali için her y›l, herbiri kusursuz haz›rlanm›fl 10 milyar yak›t taneci-¤inin gerekmesi. Bu, ayn› kapasitede bir bas›nç-l› su reaktörü için gerekli yak›t kapsülü say›s›n›nbin kat›.

IV. Kuflak Art›lar›yla, eksileriyle çak›l yatakl› reaktörün,

geleneksel bas›nçl› su reaktörlerinden radikal öl-çüde farkl› özelliklere sahip oldu¤unu gördük.Yine de bu tasar›m, IV. Kuflak Uluslararas› Foru-mu (Generation IV International Forum – GIF) di-ye adland›r›lan uluslararas› bir uzmanlar komite-since belirli ölçütlere göre seçilen 6 de¤iflik tasa-r›m aras›na girebilmifl de¤il.

Komitenin seçimini yaparken üzerinde durdu-¤u ölçütler aras›nda; yarat›c› çözümlerle sa¤lana-cak uzun iflletme ömrü, kabul edilebilir iflletmemaliyetleri, proje riskini azaltacak modüler tasa-r›m gibi ekonomik ögelerin yan›s›ra, “sürdürüle-bilirlik” ve “güvenlik” a¤›rl›kl› önem tafl›yor. Ko-mite, sürdürülebilir nükleer enerjinin, kirleticienerji kaynaklar›na alternatif olarak çevreyeolumlu bir etki yapmas› gerekti¤inin alt›n› çizmiflbulunuyor. Bu arada, nükleer enerjiyle üretilmiflhidrojen de önemli hedefler aras›nda say›l›yor.Ayr›ca, nükleer at›klar›n uzun sürelerle (1000 y›lve ötesi) yer alt› depolar›nda güvenli biçimdesaklanabilmesi ve at›klar›n, depolanmadan önce(dönüfltürme yoluyla) yar›lanma ömürlerinin vezehirliliklerinin önemli ölçüde azalt›lmas› da vur-gulanan öncelikler aras›nda. Nükleer enerjidengelecek kuflaklar›n da yararlanabilmesi için yak›tkaynaklar›n›n h›zl› tükenmesini engellemek üze-re, kullan›lm›fl yak›t›n yeniden ifllenmesi ve U-238’in parçalanabilir yak›ta dönüfltürülmesi de“sürdürülebilirlik” için gereken ad›mlar olaraksay›l›yor.

Komite ayr›ca, reaktör ve santrallerin güven-li biçimde iflletilebilmesi için tasar›mlar›n içsel

güvenlik mekanizmalar›n›n, konunun uzman› ol-mayanlara da güven verici biçimde gelifltirilmesi,böylece kamuoyunun nükleer enerjiye güvenininart›r›lmas› gere¤ine de iflaret ediyor. Nihayet 4.kuflak için konulan ölçütler aras›nda parçalanabi-lir radyoaktif malzemenin nükleer silah yap›m›için kullan›lmas› ya da teröristlerin eline geçme-sini önlemek için reaktör tasar›mlar›nda içsel en-geller ve santrallerin harici güvenli¤iyle ilgili et-kili önlemler de yer alm›fl bulunuyor.

Bu gereksinimlere yan›t verdi¤i sonucuna va-r›lan 6 adet IV. kuflak tasar›m, çerçevelerde özet-leniyor.

D e r l e y e n : R a fl i t G ü r d i l e kKaynaklarDurrani, M., “New Designs on Nuclear Energy”, Physics World,

Temmuz 2002Chandler, D., “America Steels Itself to Take the Nuclear Plunge”,

New Scientist, 9 A¤ustos 2003Overview of Generation IV Technology Roadmap, Roadmap Backgro-

under RQ07-01, 18 Eylül 2002http://www.spectrum.ieee.org/WEBONLY/publicfeature/nov01/nre-

cof1.html


Grafit yavafllatmal›, helyum so¤utmal›, tek kul-lan›ml› uranyum yak›t döngüsüne sahip bir reak-tör (afla¤›daki flekil). Kalp ç›k›fl s›cakl›¤› 1000°Colan ›s› sa¤lad›¤›ndan, hidrojen üretimi ya da pet-rokimya ve benzeri sanayiler için çal›flma ›s›s› ola-rak kullan›m alanlar› var. Standart reaktör, 600megawatt’l›k, çal›flma ›s›s› sa¤lamak için bir ara›s› de¤ifltirgecine ba¤lanm›fl bir kalp. Reaktörkalbi, halen Japonya’da kullan›lan HTTR gibi birprizmatik blok reaktörü, ya da Çin’de deneyamaçl› kullan›lan HTR-10 gibi bir çak›l yatakl› re-aktör olabilir. Hidrojen üretimi için sistem, ter-mokimyasal iyot-kükürt sürecinde etkin biçimde

kullan›labilecek ›s› sa¤layabilir. VHTR sistemi,çok çeflitli bir yelpazede elektrik kullan›m›na da-yanmayan, yüksek s›cakl›k gerektiren enerji yo-¤un süreçlere çal›flma ›s›s› sa¤lamak üzere tasar-lanm›fl bir yüksek verim sistemi. Ama sisteme,istenirse ›s›n›n yan›nda elektrik üretecek sistem-ler de eklenebiliyor. Sistem ayr›ca U/Pu yak›tdöngülerini de kullanabilecek kadar esnek veat›k miktar›n› önemli ölçüde azalt›yor. Ayr›ca,yüksek s›cakl›kta çal›flan gaz so¤utmal› modülerreaktörlerin tafl›d›¤› güvenlik mekanizmalar›n› datafl›yor.

Çok Yüksek S›cakl›k Reaktör SistemiVery-High-Temperature Reactor System – VHTR

Kontrolçubuklar›

Grafit reaktörkalbi

Grafityans›t›c›

Pompa

Üfleyici

Reaktör Helyumso¤utucu

Is›de¤ifltirgeci

Is› ç›k›fl›Hidrojen

Oksijen

Su

Hidrojen üretim tesisi

üksek s›cakl›kta, yüksek bas›nçta suyla so¤utulan reak-tör (flekilde), suyun termodinamik kritik noktas›n›n (374°C,22,1 megapascal) üzerindeki (süperkritik) s›cakl›kla çal›fl›-yor. Süperkritik so¤utma suyu, günümüzde kullan›lan hafifsu reaktörlerininkinden üçte bir daha fazla termal verim sa¤-lamas›n›n yan›s›ra, santralin kararl›l›¤›n›n basitlefltirilmesinede olanak tan›yor. Santral kararl›l›¤›n›n basitleflmesinin ne-deni, so¤utucunun reaktör içinde faz de¤iflikli¤ine u¤rama-mas› ve do¤rudan güç çevrim sistemine ba¤lanabilmesi.Standart sistem, 1700 megawatt gücünde bir reaktör. Ça-l›flma bas›nc› 25 Mpa. 510°C’lik reaktör ç›k›fl s›cakl›¤›,550°C’ye yükselebilir. Kullan›lan yak›t, uranyum oksit. Ba-sitlefltirilmifl kaynar su reaktörlerindekilere benzer pasif gü-venlik özellikleri tafl›yor.

SCRW sistemi, temel olarak verimli elektrik üretimi içintasarlanm›fl. Ancak, kalp tasar›m›nda iki ayr› seçenekle ak-tinid azaltmak için de kullan›labiliyor. SCRW termal ya dah›zl› bir spektruma sahip olabilir. Bu nedenle de iki yak›tdöngü seçene¤iyle çal›flabilir. Bunlardan birincisi, h›zl›spektrum reaktörüyle çal›flan aç›k yak›t döngüsü, ikincisiyse,h›zl› spektrum reaktörüyle çal›flan ve aktinidleri yeniden iflle-mek için merkezi konumlu s›v›sal iflleme tesisi içeren kapal›yak›t döngüsü.

Süperkritik Su So¤utmal› Reaktör SistemiSupercritical-Water-Cooled Reaktör Sistemi - SCWR

Kontrolçubuklar›

Süperkritiksu

Reaktörkalbi

Reaktör

Türbin

Yo¤uflturucu


Jeneratör

Elektrik gücü

Pompa

Glasgow’daki Strathclyde Üniversitesi’ndenKen Ledingham, 2003 yaz›n›n ortalar›nda gurur-la aç›kl›yordu: “Geçen gün bir deney gerçeklefl-tirdik ve alt›n› c›vaya dönüfltürdük!..” ‹skoç la-zer uzman› marifetini ortaça¤da duyursayd›, lon-cas›ndan kovulaca¤›ndan kuflku olmazd›. Çünküsimyac›lar›n yüzy›llard›r yapmaya çal›flt›klar› bu-nun tam tersiydi ve bu hedef bir türlü gerçeklefl-tirilemedi¤i için meslek zamanla gözden düfltü vesonunda tümüyle yok oldu.

fiimdiyse simya, sürpriz bir dönüflün iflaretle-rini veriyor. Günümüz simyac›lar› art›k bodrum-lardaki atölyelerde engizisyon soruflturmac›lar›n-dan kaçmak ya da halktan büyücü damgas› ye-mek korkusu flöyle dursun, pahal› ayg›tlarla do-nat›lm›fl devlet laboratuvarlar›nda büyük bütçe-lerle çal›fl›yorlar. Üstelik simyay› gerçek anla-m›nda uygulayarak.

Geçmiflteki simyac›lar, tüm çabalar›na karfl›nalt›n elde edemezlerdi. Nedeni basit: Yapt›klar›simya de¤il kimyayd›!.. Kimyaysa, yaln›zca atom-lar›n yüzeyindeki elektronlar› etkiler. Gerçeksimya, yani bir elementi baflka bir elemente dö-nüfltürmek ya da do¤ada bulunmayan yeni birelement yaratmaksa, atomlar›n çekirdeklerini de-¤ifltirmeyi gerektiriyor. Yani, çekirdeklere yafazladan proton ya da nötron eklenecek, ya dabunlardan baz›lar› çekirdekten kopar›l›p ç›kart›la-cak. Çekirdekteki protonlar›n say›s›n› de¤ifltir-mek, bir elementi baflka bir elemente dönüfltü-rür. Nötronlar›n say›s›yla oynamaksa, atomlar›nkararl›l›k derecelerini etkiler, yani kararl› bir izo-topu karas›z hale getirir ya da bunun tam tersiniyapar.

‹flte ça¤dafl simyan›n y›ld›z›n›n parlamas›na

yol açan da vadetti¤i büyük potansiyel. Alt›n kül-çeleri, simyac›lar›n a¤›r metalleri baflka a¤›r me-tallere dönüfltürmeleri için kesenin a¤z›n› açma-ya bafllayan hükümetlerin ak›llar›ndaki belki enson fley. As›l hedeflenen, dönüfltürme (transmu-tasyon) denen modern simya yöntemleriyle tehli-keli nükleer at›klar› bir ç›rp›da zarars›z hale ge-tirmek.

At›klar› bu derece önemli bir sorun yapan,baz›lar›n›n tehlikeli ›fl›n›m yayma özelliklerini çokuzun y›llar sürdürmeleri. Örne¤in, teknetyum-99: Bu izotop, uranyumun parçalanmas›yla orta-ya ç›kan radyoaktif bir yan ürün. Dünyadaki re-aktörler bu izotoptan her y›l toplam alt› ton üre-tiyorlar. Yar›lanma ömrü (tafl›d›¤› ›fl›n›m düzeyi-nin yar›ya inmesi için gereken süre) 200.000 y›l.Suda çözüldü¤ünden g›da zincirine de h›zla bula-flabiliyor. Nükleer endüstri yüzünden okyanus-lardaki birikimi, 1960’lardan bu yana 100 kat-tan fazla artm›fl.

Bunlar›n d›fl›nda nükleer silahlar için üreti-len, ya da silahs›zlanma antlaflmalar› sonucu dev-reden ç›kar›lan silahlardan al›n›p depolanmas›gereken plütonyum ve uranyum gibi binlerce tonyüksek düzeyde radyoaktif madde var. BafltaABD olmak üzere birçok ülke ellerindeki bu at›k-lar› yeralt›nda infla edilecek depolarda saklama-n›n planlar›n› yap›yorlar. Uzmanlara göre buat›klar›n saklanmas› gereken süreleri, yar›lanmaömürlerinin onlarca kat›yla çarpman›z gerekiyor.Örne¤in, Avrupa Parçac›k Fizi¤i Laboratuvar›CERN’de dönüfltürme uzman› Robert Klapisch,“E¤er elinizde yar›lanma ömrü 10.000 y›l olanbir fley varsa, bir kere bunu 1 milyon y›l güvenlibiçimde saklaman›n yollar›n› bulman›z gerekir”

diyor. “Üstelik, bunlar›n yeniden biyosfere (ya-flam küreye) dönmelerini istemiyorsan›z, depremolas›l›¤›n› da ciddi biçimde hesaba katmal›s›n›z.”

A¤›r çekirdeklerin k›sa ömürlü radyoaktifürünlere bölünmeleri, uzun ömürlü izotoplar›nda kararl› elementlere dönüfltürülmesiyse bir ye-ralt› at›k saklama deposunun dayanmas› gerekensüreyi birkaç milyon y›ldan, birkaç yüz y›la indi-riyor.

Modern simyan›n büyük potansiyelini daha iyianlamak için teknetyum-99’a geri dönelim. Diz-ginlenemez gibi görünen bu canavar›n hakk›ndangelen, tek bir nötron. Teknetyum-99’a bir nöt-ron ilave edince teknetyum-100 elde ediyorsu-nuz. Bu izotopun yar›lanma ömrüyse yaln›zca15,8 saniye! Yani siz daha radyoaktivite düzeyi-ni ölçmeye f›rsat bulamadan tümüyle kararl› vezarars›z bir madde olan rutenyum-100’e bozunu-yor. Dönüfltürmenin bir yolu da, elementlere ila-ve bir nötron yutturup baflka bir elemente dönüfl-türmek yerine, a¤›r ve karars›z çekirdekleri ki,bunlara aktinid ya da trans-uranik elementler(TRU) deniyor (Ör: plütonyum, uranyum, amerik-yum), bir nötronla parçalay›p kararl›, daha küçükçekirdeklere bölmek.

Bu yöntem, nükleer enerjinin istenmeyen yanürünlerini ortadan kald›rman›n çekici bir yoluolarak bir süredir gündemde. Elektrik enerjisi-nin %80’ini nükleer güç santrallerinden sa¤layanFransa’da araflt›rma kurumlar›, yasayla dönüfltür-me teknolojisini incelemekle yükümlü k›l›nm›flbulunuyorlar. ABD de, bu tür bir simya progra-m›n› aktif biçimde sürdürüyor. ‹ngiltere de böylebir program bafllat›p bafllatmama konusunda ka-rar aflamas›nda. Ayr›ca Avrupa’da ve Japonya’da


simyan›n

da dönüfltürme araflt›rmalar› yürütülüyor ve yeni-leri planlan›yor.

Çetrefil Bir SorunNükleer at›k sorununa çözüm, özellikle ABD

için acil. Nedeni 2003 y›l› itibariyle ülkedeki nük-leer enerji santrallerinde 40.000 ton kullan›lm›flat›k yak›t birikmifl olmas›. Bu miktar›n 2035 y›-l›nda 105.000 tona yükselmesi bekleniyor. Hü-kümetin, kat› yak›t çubuklar› biçimindeki bu at›k-lar› depolamak için bir yol bulmas› gerekiyor.Çünkü bu at›klar geçici olarak nükleer santralle-rin so¤utma havuzlar›nda tutuluyor ve ülkede bu-lunan 131 nükleer santralin so¤utma havuzu dahemen hemen dolmufl gibi. Ülke nüfusunun yak-lafl›k yar›s›, bu nükleer tesislere 120 kilometre-den daha yak›n yerleflim birimlerinde yafl›yor. Ti-cari santral at›klar›na ek olarak ABD’nin güvenlibir biçimde saklamak zorunda oldu¤u yüksek dü-zeyde radyoaktif at›klar da var. 1970’l› y›llar›nsonlar›ndan itibaren ABD, nükleer silah yap›m›n-da kullanmak üzere, resmi kurumlar›nca iflletilennükleer reaktörlerin at›k yak›tlar›n› yeniden iflle-mekteydi. Yeniden iflleme, kullan›lm›fl nükleer ya-k›t› kimyasal ifllemlere tabi tutarak içindeki parça-lanabilir uranyum ve plütonyumu ay›rma iflleminedeniyor. Yeniden ifllemenin yan ürünüyse, olduk-ça yüksek düzeyde ›fl›n›m yayan, c›v›k çamur k›va-m›nda bir at›k. Bunlar›n ancak özel olarak haz›r-lanm›fl, paslanmaz çelikten varillerde depolanma-s›na izin veriliyor. Ayr›ca, devre d›fl› kalm›fl nük-leer silah fabrikalar›ndan, ya da silahs›zlanma ant-laflmalar› gere¤i yok edilmifl ya da edilecek savaflbafll›klar›ndan gelen yüksek düzeyde at›k da var.Bunlar, güvenli ve uzun süreli depolanmay› gerek-tiren 22.000 varil dolusu tehlikeli at›k anlam›nageliyor. ABD’de üretilen tüm nükleer at›klar› biraraya getirip depolamaya kalksan›z, bunlar birfutbol sahas› büyüklü¤ünde bir alan› kaplar veyaklafl›k 5 metre yüksekli¤inde bir yap› oluflturur.

Bu nükleer at›klar›n, patlama tehlikesi yok.Örne¤in, bunlar› tafl›yan bir trende ya da tanker-de bir patlama meydana gelse bile, bunlar›n birzincirleme tepkime oluflturmalar› mümkün de¤il.Ayr›ca, ço¤u metal formunda oldu¤u ve uzun dö-nemli saklama için seramik ya da cam haline ge-tirildi¤i için yanma tehlikesi de yok. As›l tehlike,bunlar›n içinde tutulduklar› kal›n beton, çelik vekurflun k›l›flar› afl›nd›rarak, ya da bunlar›n kazaeseri parçalanmas› sonucu yer alt› sular›na ve do-lay›s›yla ›rmaklara, denizlere, hatta içme suyu fle-bekelerine s›zmalar›.

Nükleer mühendisler ve hükümet yetkilileri,bu at›klar›n güvenli biçimde ortadan kald›r›lmas›için çeflitli seçenekler üzerinde durmufl, ancaksonunda tek çözümün, yeryüzünün derinliklerin-de, kaya katmanlar›n›n alt›nda saklamak oldu¤utoprak alt›nda saklanmas› gerekti¤i üzerinde bir-leflmifl bulunuyorlar. (Bkz: Çerçeve).

Dönüfltürme tekni¤i, toprak alt›nda saklanmazorunlulu¤unu ortadan kald›rm›yor. Ancak tehli-keli at›klar›n miktar›n› ve yar›lanma ömürlerinik›salt›yor.

Umut Kaf Da¤›n›n Ard›nda m›?Dönüfltürmenin ilk olumlu deneyleri bir süre-

dir gerçeklefltiriliyor. Ancak, teknoloji henüz de-neme aflamas›nda. Ayr›ca ölçek ve maliyet so-runlar›n›n afl›lmas›na çal›fl›l›yor. Dönüfltürmealan›ndaki araflt›rmalar iki rakip kulvarda yürü-yor: Birincisi, lazer teknolojisi; ikincisiyse radyo-aktif at›klar›n proton ya da nötronlarla bombar-d›man›.

Her iki yöntemin de sorunlar› var. Genel birsorun, uzun ömürlü parçalanma ürünlerinin birnötron yakalay›p dönüflüme u¤ramalar›n›n rast-lant›ya ba¤l› olmas›. Ama her izotopun sahip ol-du¤u rezonans denen uygun enerji düzeylerindenötron yakalama ve dönüflüm geçirme flans› da-

ha yüksek oldu¤undan, araflt›rmac›lar bu rezo-nans düzeylerini yakalaman›n yollar›n› ar›yorlar.

Ledingham ve ekibi, lazer yolunu seçenler-den. Ekip, milyonlarca y›l radyoaktif kalan iyot-129 izotopunu, yaln›zca birkaç dakika içinde ka-rarl› bir hale bozunan iyot-128’e dönüfltürmeyibaflarm›fl. Ancak, sorun bu iflin en az›ndan flim-dilik güçlü lazerler gerektiriyor olmas›. NitekimStrathclyde ekibinin deneylerde kulland›¤›, Ox-fordshire’eki Rutherford Appleton Laboratuva-r›’nda bulunan dünyan›n en güçlü lazeri Vulcan.Boyutlar›, bir otelin boyutlar› kadar! Dönüfltür-meyi gerçeklefltirmek için araflt›rmac›lar bir piko-saniye (saniyenin trilyonda biri) süreli lazer at›m›-n› alt›n bir hedef üzerine göndermifller. Lazerdemetinin yo¤un enerjisi alt›n atomlar›n›, serbestçekirdeklerden ve elektronlardan oluflan bir plaz-ma haline getiriyor. Bu parçac›klar da hedefingeri kalan› içinden geçerken gama ›fl›nlar› yay›-yorlar. Bu yo¤un gama ›fl›nlar› iyot-129 atomla-r›yla çarp›fl›yorlar ve çekirdeklerini öyle fliddetlibir biçimde sars›yorlar ki, çekirdek içinden birnötron d›flar› f›rl›yor.

Ledingham ve ekip arkadafllar› lazerle dönüfl-türme konusunda iyimserler. Lazer teknolojisi-nin h›zla ilerledi¤ini ve befl y›l içinde koskocaVulcan kadar güçlü lazerlerin, bir masa üstüneyerlefltirilebilecek kadar küçülece¤ini söylüyor-lar. Ama sorun, yaln›zca ölçek sorunu de¤il: La-zer ›fl›¤›n›n önce gama ›fl›nlar›na dönüfltürülmesi-nin gerekmesi, bunlar›n da ancak çok küçük birbölümünün hedef atomlar›yla çarp›flmas› nede-niyle Ledingham’›n uygulad›¤› yöntem son dere-ce verimsiz. Deneylerde yaln›zca 3 milyon kadariyot-129 atomu iyot-128’e dönüflmüfl. Bu mik-tar, bir mikrogram›n milyarda birinden daha az.Deneyde kullan›lan ve yaln›zca 2 cm geniflli¤inde-ki hedefin tümünü dönüfltürmek için, saatte tekbir at›m yapabilen Vulcan’›n 100 katrilyon kezateflleme yapmas›, bunun için de muazzam mik-tarda enerji harcamas› gerekiyor. Londra Impe-rial College’dan lazer fizikçisi ve Ledingham’›nekip arkadafl› Karl Krushelnick, bu enerjiyi sa¤la-mak için büyük bir güç santral› kurulmas› gere-kece¤ini kabul ediyor.


Dönüfltürme: Teknetyum 99 son derece uzun ömürlü ve tehlikeli bir parçalanma ürünü. Ancak, birnötron eklenmesiyle tümüyle zarars›z hale geliyor. Bu ifllem, s›v› kurflunla so¤utulan dönüfltürmereaktöründe gerçeklefltiriliyor (sa¤da).

Hidrojen-3 (trityum) 12 y›lBerilyum-10 1.600.000 y›lKarbon-14 5.700 y›lFosfor-32 14 günPotasyum-40 1.000.000.000 y›lKobalt-60 5 y›lSelenyum-79 65.000 y›lRubidyum-87 47.000.000.000 y›lStrontiyum-90 29 y›lNiobyum-94 20.000 y›lMolibdenum-93 3.500 y›lTeknetyum-99 200.000 y›lRutenyum-106 1 y›l‹yot-129 15.700.000 y›lSezyum-135 2.300.000 y›lHafniyum-182 9.000.000 y›lTantalum-182 100 günRenyum-187 50.000.000.000 y›lKurflun-205 14.300.000 y›lPolonyum-210 138 günRadyum-224 37 günRadyum-226 1.600 y›lAktinyum-225 10 günToryum-228 2 y›lToryum-231 1 günToryum-232 14.000.000.000 y›lUranyum-233 200.000 y›lUranyum-234 200.000 y›lUranyum-235 700.000.000 y›lUranyum-236 23.000.000 y›lUranyum-238 4.000.000.000 y›lNeptünyum-237 2.000.000 y›lPlütonyum-238 88 y›lPlütonyum-239 24.100 y›l Plütonyum-240 6.500 y›l Plütonyum-241 14 y›l Plütonyum-242 400.000 y›l Amerikyum-241 400 y›l Amerikyum-242 100 y›l

Nükleer yak›t at›klar›ndaki baz› radyoaktif zehirlerİZOTOP YARILANMA ÖMRÜ

dönüflü

fiimdilik ‹fl Nötronlarda Buna karfl›l›k dönüfltürme için lazer d›fl›nda

önerilen teknolojilerin aya¤› daha çok yere basardurumda. Bunlardan biri, halen kullan›mda olanbir nükleer reaktörde de¤ifliklikler yaparak, ato-mun parçalanmas› (fisyon) sürecinde ortaya ç›-kan nötronlar›n istenmeyen izotoplarla çarp›fla-rak bunlar› dönüfltürmesi. Ancak, prototipleriüzerinde çal›fl›lan bu yöntemin sorunu da, nükle-er enerji karfl›tlar›nca, nükleer enerjiyi canland›r-mak için bir hile olarak de¤erlendirilmesi.

Yine de, parçac›k bombard›man›yla dönüfltür-me araflt›rmalar› h›zlanarak ve yeni önerilerlezenginleflerek sürüyor. Bu önerilerden bir tane-si de dönüfltürme için parçac›k h›zland›r›c›lar›n-dan dolayl› yolla yararlanmak. Ancak, bu ifl içingerekli olan parçac›k h›zland›r›c›lar›n›, temel fi-zik araflt›rmalar›nda kullan›lan milyarlarca dolar-l›k, kilometrelerce uzunlukta halka biçimli tünel-ler ve dev süperiletken m›knat›slara sahip parça-c›k çarp›flt›r›c›lar›yla kar›flt›rmamak gerek. Bun-lar daha küçük ebatl›, örne¤in, bir odaya, hiç ol-mazsa bir laboratuvara s›¤abilecek ölçeklerdeh›zland›r›c›lar.

Bir de, bu tür dönüfltürme için, kritik olma-yan (zincirleme tepkimeye olanak tan›mayan) birreaktör gerekiyor.

Dönüfltürmede hükümetlerin temel önceli¤i,at›klarda oran bak›m›ndan daha büyük yer tutanve dolay›s›yla depolanma sorununa çözüm gere¤idaha acil olan TRUlar. Bunlar, yukar›da gördü-¤ümüz gibi bir nötron yakalay›p dönüflüm geçir-mek yerine daha kararl› çekirdeklere bölünerekradyoaktif özelliklerini yitiriyor, ya da azalt›yor-lar. Bunlar› parçalanmaya “teflvik eden” de yük-sek enerjili nötronlar. 1990’l› y›llar›n sonunado¤ru ortaya ç›kan ve eskilerine göre daha kü-çük ve daha güvenli olan yeni kuflak parçac›k h›z-land›r›c›lar›, enerjik nötron üretme güçlü¤ününüzerinden gelmifl görünüyorlar. Eski h›zland›r›c›-lar, elektrik flebekesinden sa¤lad›klar› gücün an-cak %5’ini bir parçac›k demeti haline dönüfltüre-bilirken, yeni modeller bu oran› %50’ye yükselt-mifl bulunuyorlar.

Yine 1990’lar›n sonunda gelifltirilen tasar›m-larda, dönüfltürme makinelerinin flöyle çal›flmas›öngörülmekteydi. Radyoaktif izotoplar uzun bo-rulara doldurulacak ve bunlar da büyük bir kur-flun blok içinde haz›rlanm›fl yuvalara indirilecek.Daha sonra bir parçac›k h›zland›r›c›s›ndan gelenyüksek enerjili proton demeti kurflun blok üzeri-ne niflanlanacak. Çarp›flan protonlar, TRU’lar›

parçalayacak kadar yüksek enerjilerde nötronya¤muruna yol açacak. Nötronlar da kurflun çe-kirdekleriyle çarp›flt›klar›nda enerji yitirecek.Enerji düzeyleri teknetyum-99 gibi izotoplar›n re-zonant enerji düzeylerinden geçerken, nötronlarbüyük olas›l›kla dönüflüme yol açacak.

Kurflun bloksa, sisteme nötron üretmesininyan› s›ra, so¤utucu ifllevi de görecek. Çekirdekparçac›klar›n›n yarataca¤› ›s›, kurflunu eriterekreaktör kalbi içinde yükselmesini sa¤layacak.Yükselen kurflun, bir ›s› de¤ifltirgecinden geçer-ken so¤uyarak tekrar afla¤›ya çökecek. At›k ›s›y-sa elektrik enerjisine dönüfltürülecek.

Tasar›mc›lar, bu yöntemin etkin so¤utma ye-tene¤ine karfl›l›k tafl›d›¤› önemli bir sorunu dadaha o tarihlerde Ruslar sayesinde aflm›fllard›.Kurflunun olumsuz yan›, son derece afl›nd›r›c› birmetal olmas›. Ruslar kurflunla çal›flmaya al›fl›kt›-lar ve so¤utucu olarak kurflun kullanan reaktör-lerle çal›flan bir nükleer denizalt› filolar› vard›.Sorunu flöyle çözmüfllerdi. Kurfluna bas›nçl› ok-sijen kar›flt›r›yorlar ve böylece reaktör duvarlar›n-da, sürekli olarak kendini tamir eden bir oksit ta-baka oluflmas›n› sa¤l›yorlard›. Ruslar teknik yar-d›m karfl›s›nda bu s›rlar›n› Bat›’ya açm›fllard›.

ABD’nin Los Alamos Ulusal Laboratuvar› mü-hendisleri, kurflun sorununun böylece giderilme-sinden sonra, dönüfltürme ifllemini yapacak maki-ne için bir tasar›m gelifltirdiler. Makine, santral

at›klar› ve plütonyumdan oluflan yükünü üç y›l sü-reyle “piflirecek”. Bu ifllemden sonra radyoaktifözelliklerini sürdürebilen at›klar, ‘s›cak kimyasalayr›flt›rma’ (pyrochemical separation) denen birteknikle yeniden ifllenecekleri yerlere gönderile-cek. Bu ikinci süreçte at›k erimifl bir elektrolithaline getirilecek ve parçalanmam›fl TRU parça-c›klar›, son derece yüksek s›cakl›ktaki bir elekt-rotta toplanacak. Kapandan kurtulabilen TRUlar,eriyikte kalm›fl olabilecek uzun ömürlü izotoplarve yeni at›klarla bilefltirilerek, yeniden piflirilmeküzere dönüfltürme makinesine gönderilecek.Böylece her turda radyoaktif izotoplar›n en az%20’sinin yokedilece¤i hesaplanmaktayd›. So-nuçta geriye kalan k›sa ömürlü radyoaktif izotop-lar›nsa yeralt› depolar›nda saklanmas› öngörül-mekteydi.

Amerika bu tasar›m üzerinde çal›fl›rken, Av-rupa’da Carlo Rubbia taraf›ndan gelifltirilen“enerji yükselteci” projesi üzerinde durulmaktay-d›.

2000’li y›llarda, nükleer enerjinin yenidenciddi bir alternatif olarak gündeme gelmesiylebirlikte dönüfltürme makineleri için çal›flmalar dah›z kazand›. Yeni yaklafl›mlar›n ortak görünenözelli¤i, h›zland›r›c›lar›n reaktörlerle birlikte kul-lan›lmas›.

Örne¤in Japonya’n›n Kyoto Üniversitesi’nde30 y›ll›k bir araflt›rma reaktörüyle birlikte çal›flt›-r›lmak üzere bir proton senkrotronu infla edili-yor. 2005 y›l› sonbahar›nda bitirildi¤ine senk-rotron, reaktör kalbine proton gönderecek. Pro-tonlar, nükleer yak›tla sar›lm›fl bir a¤›r metal si-lindirin ekseni boyunca hedefle etkileflecek. He-deften f›rlayan nötronlar da yak›ttaki atomlaraçarparak bunlar› parçalayacak. ‘H›zland›r›c›ylaÇal›flan Sistem’ (accelerator-driven system –ADS)denen düzene¤in çeflitli türleri, farkl› merkezler-de deneniyor.

Örne¤in, 10 milyon dolara malolmas› bekle-nen Kyoto Üniversitesi’ndeki ‘Kumatori H›zland›-r›c›yla Çal›flan Reaktör Deney Tesisi’nin (KART)ard›ndan, Rusya’n›n Dubna kentindeki OrtakNükleer Araflt›rmalar Enstitüsü de (JINR), halenfaaliyette olan bir proton h›zland›r›c›s›nda nükle-


Japonya’n›n Kyoto Üniversitesi’nde bir proton h›zland›r›c›s› eklenmekte olan emektar reaktör.

2000 Megawattgücünde tipik bir at›k dönüfltürmereaktörü önerisi

Protondemeti

Pompa

S›v› kurflunso¤utucu

Dönüfltürme bölgesi(kat› aktinit yak›t)

Nötron saçmakayna¤›

Pencere

Demetkanal›

Is› de¤ifltirgeci (%40 verimle buhargücüyle elektirik üretimi için)

er tepkimeler için 1,75 milyon dolarl›k bir deneyodas›n›n inflaat›na girifliyor. ‹talya’n›n ‘Yeni Tek-nolojiler Ulusal Ajans›’ (ENEA), Fransa AtomEnerjisi Komisyonu (CEA) ve Almanya’n›n Fors-hungzentrum Karlsruhe araflt›rma kurumu, 22milyon dolar fiyat etiketli TRIGA H›zland›r›c›ylaÇal›flan Deney (TRADE) adl› araflt›rma için güçbirli¤i yapm›fl bulunuyorlar. Üç araflt›rma kuru-mu, bu parayla ENEA’n›n Roma’daki CasacciaAraflt›rma Merkezi’ndeki deney reaktörüne birproton h›zland›r›c›s› ekleyecekler. Avrupa’danbu y›l içinde beklenen ek fonlarla inflaat›n 2005y›l›nda bafllamas› bekleniyor. Bu arada tasar›mçal›flmalar›na kat›lan ABD’nin Los Alamos UlusalLaboratuvar›’n›n da kat›l›m›n› resmilefltirmesibekleniyor.

‹lk plandaki bu giriflimlerin ard›n-dan ufukta yeni projeler de var: Ja-pon araflt›rmac›lar, halen Tokai’deinflaat› süren Japonya Proton H›zlan-d›r›c› Araflt›rma Kompleksine bir re-aktör odas› eklenmesi için siyasetçi-leri s›k›flt›r›yorlar. Avrupa’da daaraflt›rmac›lar, TRADE’in ard›ndanba¤›ms›z bir h›zland›r›c›yla çal›flandeney sisteminden söz etmeye baflla-d›lar.

‘H›zland›r›c› Temelli Sistemler’ingelifltirilmesi için harcanan paralar,maliyetleri yüzlerce milyon, hattamilyarlarca dolar› bulan büyük fizikprojeleriyle karfl›laflt›r›l›nca flimdilikoldukça önemsiz kal›yor. Ancak, de-neyler s›rtlar›n› sa¤lam ve devaml›bütçelere dayam›fl görünüyorlar.Bunda en az›ndan Avrupa’da nükleerenerjinin k›ta çap›nda kabulünün,nükleer at›k sorununa ba¤l› olmas›-n›n önemli rolü var.

Nitekim, Japonya’daki KART veDubna’daki kritik düzey alt› düzenek(2006 y›l›nda devreye girecek) h›zlan-d›r›c› temelli sistemlerin temel fizi¤iile ilgili deneyler yürütürken, bu düze-neklerin en kapsaml›s› olan TRADE,daha da öteye giderek genifl çapl›nükleer at›k dönüfltürümüyle ilgilipratik sorunlar› ve çözümleri üzerindeyo¤unlaflacak. KART ve Dubna düze-ne¤i, son derece düflük güçle çal›fl›r-

ken, TRADE yüzlerce kilowatt güç üretecek. Buda, araflt›rmac›lara reaktör kalbindeki ›s› düzeyiniart›rman›n tepkimeyi nas›l etkiledi¤ini incelemeolana¤› sa¤layacak. Araflt›rmac›lar ayr›ca, hedefiso¤utmak, bafllatma, kapatma ve düzenli yanmaaflamalar›nda tepkimeyi izlemek ve kontrol etmekgibi pratik sorunlarla ilgili deneyler de yürütecek-ler. Bunlar, 2015 y›l› için planlanan, yüzlerce mil-yon dolar maliyetli büyük ölçekli bir at›k dönüfltür-me gösteri projesi için gereken ilk ad›mlar.

H›zland›r›c› temelli dönüfltürme sistemleri,tüm bu s›navlar› baflar›yla geçseler bile, bu uygu-lama için para musluklar›n›n sonuna kadar aç›la-ca¤› anlam›na gelmiyor. Örne¤in, ABD TRADEprojesine kat›l›m konusunda istekli görünmeklebirlikte, yüksek düzeyde radyoaktif at›k sorunu-

nu tümüyle, Nevada’daki Yucca Da¤› alt›nda ha-z›rlamakta oldu¤u at›k depolama tesisiyle çözme-ye karar verebilir.

Yan Ürünler Gerçi h›zland›r›c› temelli çözümler, nükleer

at›k sorununun çözümü için mevcut seçenekler-den bir tanesi. Ancak, etkinli¤inin yan›s›ra önem-li bir ekonomik avantaj tafl›d›¤› da kuflkusuz.Tam ölçekli bir h›zland›r›c›l› at›k dönüfltürme tesi-si, önemli miktarda termal güç oluflturacakt›r. Buyan ürünü elektrik ya da hidrojen üretmek içinkullanmak isteyecek hükümetlerin ya da flirketle-rin say›s›ysa herhalde az olmayacakt›r.

Yan ürünler konusunda lazerli simya teknolo-jisi de iddial›. Genel kullan›ml› yan ürünler içinarananlar listesinin bafl s›ralar›nda da, eski sim-yac›lar›n da gelifltirmeye çal›flt›klar› hastal›k sa-¤alt›m araçlar› geliyor. Modern simya, t›p kulla-n›ml› radyoizotoplar›n üretimi için özellikle uy-gun bir araç. Bu ürünler, genellikle t›bbi görün-tülemede kullan›l›yor. Örne¤in flor-18, pozitrondenen bir karfl›madde (elektronun, + elektrik yü-kü tafl›yan karfl›t›) yay›nlayarak bozunur. Pozit-ron da bir elektronla çarp›fl›nca, her iki parçac›kenerjik bir patlamayla yok olur. Bu olay e¤er vü-cut içinde meydana gelirse, d›flar›da dizilmifl olandetektörler, yay›nlanan fotonlar› saptayarak florizotopunun yerini belirleyebilir. Bu teknik, Pozit-ron Yay›n Tomografisi ya da PET taramas› olarakadland›r›l›yor ve genellikle tümörlerin aranmas›n-da kullan›l›yor.

Flor-18 ve t›pta kullan›lan öteki radyoizotop-lar›n; hem tarama s›ras›nda belirlenebilmesi,hem de vücutta fazla kalmamas› için h›zla bozun-

mas› gerekiyor. Bu da, kullan›mdanbirkaç saat önce yap›lmalar›n› zorunluk›l›yor. Ancak, bunlar› üretmek içingereken küçük parçac›k h›zland›r›c›lar›s›n›rl› say›daki hastanede bulunuyor.Ayr›ca, hastalar›n ve hastane personeli-nin üretilen radyasyondan korunabil-mesi için bu h›zland›r›c›lar›n kal›n be-ton duvarlarla çevrili mahzenlerde tu-tulmas› gerekiyor.

Lazerli simyan›n tafl›d›¤› potansiyelde burada ortaya ç›k›yor. Ledingham,5 y›l içinde ortaya ç›kmas›n› bekledi¤igüçlü “masaüstü” lazerlerin, radyoizo-top üretim iflini çok daha ekonomik ko-flullarda parçac›k h›zland›r›c›lardan dev-ralaca¤›na inançl›. ‹skoç simyac›lar,Vulcan gibi dev bir lazer kullanm›fl olsa-lar da ilk s›nav› baflar›yla geçmifller.Ledingham ve ekibi oksijeni flor-18’edönüfltürmüfl ve radyoizotop Manches-ter’daki Patterson Kanser Araflt›rmala-r› Enstitüsü’nde hastalar›n tedavisindekullan›lan flekerli bileflimlere afl›lanm›fl.Ledingham, flimdilik Vulcan’›n tek biratefllemesiyle, bir doz için gerekli flo-rin-18 miktar›n›n onda birinin elde edil-di¤ini söylüyor.

R a fl i t G ü r d i l e kKaynaklarScience, 17 Ekim 2003New Scientist, 23 A¤ustos 2003New Scientist, 16 Ocak 1999http://www.ocrwm.doe.gov/factsheets/do-eymp0338.shtmlhttp://inisjp.tokai.jaeri.go.jp/ACT95E/11/1103.htm


Proton h›zland›r›c›s›

Proton demeti

Demet penceresi

Tungsten hedef

TRU (y›lda 250 kg)

Kritik düzeyinalt›nda radyoaktif

battaniye Ana pompa Destekleyici pompa Girifl pompas›

Yo¤unlaflt›r›c›

AlternatörBuhartürbini

246 MWeBuhar

Buhar jeneratörüAra ›s› de¤ifltirgeçi

1,5 GeV, 39 mA148 MWe

820 MWt

100 MWe

Elektrik flebekesine

Ana pompa

Proton demet kanal›

Kurflun-bizmutso¤utucu havuzu

Demetpenceresi

Kalp

Kalp destekbloku

Buharjeneratörü

Sarmal bobintüpleri

Buhar vanas›

Su girifl vanas›

Reaktör kab›

Bir dönüfltürme tesisi konsepti

Kyoto Üniversitesi’ndeki KART dönüfltürme düzene¤i konsepti.

Gizli nükleer silah program›kuflkular›, nükleer endüstrininzay›f karn›. Bu konuda nükleermühendis Prof. Dr. VuralAlt›n’la ilk kez Temmuz 2001say›m›zda yer alan bir söylefliyik›salt›lm›fl ve güncellenmiflbiçimiyle yeniden yay›ml›yoruz.

NNüükklleeeerr ssaannttrraalllleerrddeekkii ppllüüttoonnyyuumm,,aattoomm bboommbbaass›› yyaapp››mm›› iiççiinn uuyygguunn nniitteelliikktteemmii??

Nükleer bir santralde üretilen plütonyum Pu-239, Pu-240, Pu-241, Pu-242 izotoplar› halinde or-taya ç›kar. Bunlardan çift say›l› izotoplar kolay fisyo-na u¤ramayan, dolay›s›yla parçalanabilir olmayan izo-toplar. Tek say›da olanlarsa, yani Pu-239 ve Pu-241,fisyona yatk›n izotoplar. Ama nükleer reaktörde buiki tür bir arada bulundu¤undan, yak›t kirlidir. Bom-ba malzemesi yapmak için çift say›l› izotoplar›n ay›k-lanmas› gerekir. Bu da oldukça teknik ve bir hayli pa-hal› zenginlefltirme ifllemleri gerektirir. Öte yandanayn› yak›t kompozisyonunu, araflt›rma reaktörlerininyak›t›ndan elde etmek de mümkün. Dolay›s›yla bom-ba malzemesi yapmak amac›yla nükleer güç santral-lerine yönelmek hiç de ak›lc› bir yol de¤il.

NNüükklleeeerr eenneerrjjii rreeaakkttöörrlleerrii vvee aarraaflfltt››rrmmaa rreeaakkttöörrllee--rrii aarraass››nnddaakkii nniitteelliikk ffaarrkk›› nneeddiirr??

Nükleer enerji santralleri boyut olarak daha bü-yük olduklar›ndan, görece az düzeyde zenginlefltiril-mifl uranyum kullan›rlar. Bunun anlam›, yak›t›n çokbüyük k›sm›n›n parçalanamaz U-238 izotopundan,yaln›zca %1,5-%3lük k›sm›n›n parçalanabilir U-235izotopundan olufluyor olmas›. Halbuki araflt›rma re-

aktörleri çok daha küçük hacimli olduk-lar›ndan, çok daha zengin yak›t kullan-mak zorundad›rlar. Yani yak›t›n yakla-fl›k %98-%99’a varan bir k›sm› par-çalanabilir U-235 izotopundan olu-flur. Böyle bir reaktörün yak›t›n› do¤-

rudan uranyuma dayal› bir bomba yap-mak üzere kullanmak mümkün olabilir. ÜÜrreettkkeenn ((bbrreeeeddeerr)) rreeaakkttöörr nneeddiirr??

Üretken reaktör, tüketti¤inden fazla parçala-nabilir çekirdek üretebilen reaktör anlam›na geliyor.Bir çeliflki gibi geliyor ilk anda. Tüketti¤inden fazla-s›n› nas›l üretir? Bunun bir örne¤i, üretken reaktöryak›t› uranyum-235/uranyum-238 kar›fl›m›d›r. U-235 çekirde¤i, parçalanabilir yap›dad›r. Bir nötronisabet etti¤inde, parçalan›p enerji aç›¤a ç›kar›r. U-238 çekirde¤i parçalanamaz. Bir nötron yuttu¤undaU-239 olur, daha sonra da iki beta bozunmas›na u¤-rayarak elektron at›p, plütonyum-239’a dönüflür.Plütonyum-239 çekirde¤i de parçalanabilir yap›dad›r.Yani parçalanabilir olmayan U-238, parçalanabilirolan Pu-239’a dönüflür. Öte yandan parçalanabilirolan U-235, parçalan›p kaybolur. E¤er kulland›¤›n›z,yani parçalad›¤›n›z, U-235’den çok Pu-239 üretebili-yorsan›z birim zaman içinde, yak›t›n›z sürekli olarakart›yor demektir. Üretken reaktör bu. Baflka yak›t po-zisyonlar› örnekleri de mevcut.

ÜÜrreettkkeenn rreeaakkttöörrddee üürreettiilleenn PPuu--223399,, bboommbbaa yyaapp››--mm››nnddaa kkuullllaann››llaabbiilliiyyoorr mmuu?? YYaannii bbuu PPuu--223399,, eenneerrjjiissaannttrraalllleerriinnddeekkii kkiirrllii PPuu--223399’’aa ggöörree ddaahhaa mm›› tteemmiizz??

fiimdi burada üretken santrallerin ön plana geç-mesinin nedeni flu: H›zl› üretken santrallerde yak›t›nkendisi bafllang›ç itibar›yla zaten uranyumla plüton-

yumun kar›fl›m›d›r. Harman üretken reaktörde plü-tonyumun yan›na biraz da uranyum kat›p h›zl› üret-ken reaktöre koyuyorsunuz. H›zl› üretken reaktördebomba malzemesi olarak plütonyuma yönelirseniz ya-paca¤›n›z fley kimyasal ayr›md›r. Bu kolay birfley. ‹zo-top zenginlefltirme de söz konusu. Nerede söz konu-su? O plütonyumun hepsi “bomb-grade”dir, yanibomba yap›m›na uygun zenginliktedir. Ama kalitefark› vard›r. E¤er içinde çift say›l› izotoplar az veyaçoksa, kalitesi düflük veya yüksektir. Hatta çift say›l›izotoplar›n bollu¤u, plütonyumu bomba malzemesiolarak kirli hale getirir denir. Kirlidir; temizlenmesigerekir. Yani o çift say›l› izotoplar›n ayr›lmas› lâz›mki, bomba “puf” demesin, “bum” diye patlas›n.

BBiirr üüllkkeeddeenn flflüüpphheelleenniillddii¤¤iinnddee,, iillkk oollaarraakk aarraaflfltt››rr--mmaa rreeaakkttöörrlleerriinnee bbaakk››ll››yyoorr.. AArraaflfltt››rrmmaa rreeaakkttöörrüünnddee nneekkuullllaann››ll››yyoorr??

Araflt›rma reaktörleri küçük boyutlu olduklar›için, çok daha zengin yak›t kullanmak durumundad›r.Ya fakir yak›t kullan›p büyük kalp (core-tepkime oda-s›) yapars›n›z, ya da zengin yak›t kullan›p, küçük ka-lp yapars›n›z. Araflt›rma reaktörleri enerji üretmeye-cekleri için zaten küçük olmak durumunda. O zamankritik kütleyi sa¤lamak için zengin yak›t kullanmakdurumundas›n›z. Örne¤in %99 U-235, %1 de U-238diyelim. U-238 zaten zamanla plütonyuma dönüfle-cek. O plütonyumu al›p kullanabilece¤iniz gibi, %99oran›ndaki U-235’i kullanarak uranyum bombas› dayapabilirsiniz. E¤er sizin akl›n›zda bomba fikri varsa,gidip bir enerji santrali kurmazs›n›z; bu birkaç milyardolarl›k ifl. Bir araflt›rma reaktörü peflinde olursunuz;yani birkaç 10 milyon dolarl›k ifl. Maliyeti daha dü-


Nükleer silahlar nükleer enerjinin, büyük miktarlarda ve ani denilebilecek k›sasürelerde, kontrolsüz flekilde üretimine dayal›d›r. Nükleer enerjise, ya çekirdek par-çalanmas› ya da fisyon, ya da çekirdek birleflmesi ya da füzyon yoluyla elde edilir.

Fisyon olay›nda, örne¤in U-235 gibi bir çekirdek, nötron bombard›man›na tabitutuldu¤unda, bir nötron yutarak parçalan›r ve 2 ya da 3 nötron ç›kar›r. Böyle çe-kirdeklerin, parçalanabilir ya da ‘fisil’ oldu¤u söylenir. Aç›¤a ç›kan nötronlardan ba-z›lar›, ortam›n d›fl›na kaçarak ya da ilgisiz çekirdekler taraf›ndan yutularak ‘ziyan’olurken, baz›lar› di¤er U-235 çekirdeklerine çarp›p yeni fisyonlara yol açar. E¤erbir uranyum kütlesinde ortalama olarak, fisyona yol açan her nötron bafl›na aç›¤aç›kan nötronlar›n; ‘birden fazlas›, biri ya da birden az›’ tekrar fisyona yol açabili-yorsa, o uranyum kütlesinin ‘süperkritik, kritik ya da altkritik’ oldu¤u söylenir. Ge-ometrisine ve kimyasal bileflimine ba¤l› olarak, olas› en küçük kritik kütle 7-8 kgdüzeyindedir. Uygun bir flekilde haz›rlanmas› gereken böyle bir kütlede, her fisyonbir yenisine yol açar ve ‘zincirleme reaksiyon,’ ayn› düzeyde devam eder. Süperki-ritik bir kütledeyse, her fisyon birden fazla yenisine yol açt›¤›ndan, fisyonlar›n say›-s› ç›¤ gibi artar. Büyüyen bir ‘zincirleme reaksiyon’ oluflur ve fisyon bafl›na aç›¤a,200 milyon elektronvolt enerji ç›kar. Kömürün yanmas›ndan elde edilen enerjiyse,karbon atomu bafl›na 4 elektronvolt kadar. Dolay›s›yla 1 gram U-235’in fisyonu,2.5 ton kömüre eflde¤er.

Fakat do¤ada bulunan uranyumun, sadece %0.71 kadar› U-235’ten, kalan›ysa,parçalanmayan bir izotop olan U-238’den oluflur. Dolay›s›yla do¤al uranyumdaki235 bilefleninin, hele bomba yap›lmak isteniyorsa, %90’lar düzeyinde zenginleflti-rilmesi gerekiyor. Zenginlefltirme yöntemlerinden birisi, ‘gaz diffüzyonu’ yöntemi.Normal flartlar alt›nda metal olan uranyum, UF6 gaz› haline getirilir ve bir kab›n,aralar›nda gözenekli bir zar bulunan iki bölmesinden birine konup, yüksek bas›nçalt›nda s›k›flt›r›l›r. Gaz moleküllerinden U-235 içerenler, di¤erlerine göre daha ha-fif olduklar›ndan, herhangi bir s›cakl›kta daha h›zl› hareket eder ve zar›n di¤er ta-raf›na s›zmakta daha baflar›l› olurlar. Dolay›s›yla, di¤er bölmedeki U-235’li molekülkonsantrasyonu, az biraz artar. Kayda de¤er bir zenginlefltirme için bu sürecin bin-lerce kez tekrarlanmas›, böylesi kaplardan binlercesinin art arda kullan›lmas› gere-kir. Böyle bir tesiste, y›lda tonlarca zenginlefltirilmifl uranyum üretilebilir. Fakat ba-s›nçlaman›n gerektirdi¤i güç binlerce MW, kap sisteminin tesis maliyeti milyar do-lar düzeyindedir. Oysa, bir nükleer bomban›n yap›m› için onlarca kilogram zenginuranyum gerekir. Zengin uranyumu az miktarlarda elde etmenin daha ucuz yollar›

NÜKLEER S‹LAH Nas›l yap›l›r?

nükleer enerjinin karanl›k y

Lityum-6 döterittritid

H›zl› patlay›c›“mercekler”

Yavafl patlay›c›“mercekler”

Elektriklipatlat›c›lar D›fl kaplama

Çukur

Ayardüzene¤i

Birincilbölme

merkezidüzenek

Aliminyumkoniler

D-T nötrondemeti

jeneratörü

‹kincil bölme

Pentan gaz›yladoyurulmufl strafor

Elektrik ak›myolu

Güç ayartablosu

Trityum ve döteryumgaz haznesi

Yüksekli¤e ayarl›fünye kontrolu

Plütonyum-239

Uranyum-235

fiok emici grafitkatman

Yans›t›c› Berilyumastar

Vakum (havas› al›nm›fl boflluk)

Uranyum-238

Uranyum patlama›s› kalkan›

Balpete¤i biçimlifiber destek

Uranyum-238

Lityum-6 döterit

Plütonyum-239ateflleyici

Yans›t›c› berilyumastar

D›fl kaplama

Tetiklememekanizmas›

D›fl ba¤lant›lar

Berilyum

Nükleer Bomba fiemas›

TAfiIMAPu’YLABOMBAOLMAZ

flük olur, bir de alaca¤›n›z yak›t zatendo¤rudan kullan›ma yatk›n bile olabilir.

PPeekkii aarraaflfltt››rrmmaa rreeaakkttöörrlleerriinnddee üürreettiilleennüürrüünn nneeddiirr?? ‹‹zzoottooppllaarr mm››??

Genellikle mühendislik kollar›nda, güç düzeyis›f›ra yak›n bir reaktör nas›l çal›fl›r, onu araflt›r›yor-lar. Nötron da¤›l›mlar›, radyoizotop üretimi inceleni-yor. T›bbi uygulamalara yönelik olarak radyoizotopüretilebiliyor. Fizik deneyleri yap›l›yor, nötron kayna-¤› olarak kullan›l›yor, çünkü di¤erlerinden s›z›yor.Nötronlar›n sonuçta belli bir ömrü var. Örne¤in ser-best nötronun mesela dakika düzeyinde bir ömrüvar.

En düflük enerji grubundaki nötronlardan olantermal nötronlar›n bile h›z› 2200 m/s. Yani bu nöt-ronlar 25°C s›cakl›kta, saniyede 2,2 km yol katedi-yor. Yani gözünüzü aç›p kapay›ncaya kadar o Çekme-ce’den ç›k›p Yeflilköy’e gidiyor. Duvar dedi¤im de ta-bii havuzun içindeki duvar. Yoksa reaktörün duvar›de¤il. Reaktörün duvar›n›n d›fl›ndaki radyasyon düze-yi, yol üzerindeki korunma tedbirleri, yutucu çekir-dekler nedeniyle normal radyasyon düzeylerinde ol-mak zorunda. Bu duvar kurflun a¤›rl›kl› beton, yanikurflun kar›flt›r›lm›fl beton olabilir. Reaktörün kendiiçinde, zincirleme reaksiyonu kontrol alt›na almakiçin kobalt kullan›l›r. Güçlü bir yutucudur ama, paha-l› oldu¤u için duvarlara konmaz. Daha çok kurflunkullan›l›r. Reaktör yak›t kafesinin etraf› kurflundur.Reaktör binas›n›n d›fl›ndaki nötron düzeyi izin verile-bilir s›n›rlar›n alt›nda olmak zorundad›r. Ama havu-zun içindeki reaktörün duvar›nda, hat›r› say›l›r mik-tarlarda nötron düzeyi ak›fl› vard›r. Hatta havuzun

mavi rengi de nötronlar›n çarp›flt›¤›protonlar›n, yani hidrojen çekirdeklerininyayd›¤› radyasyondan oluflur. Konik konik maviler...Asl›nda o koninin ucunda bir proton seyahat ediyor-dur; ivmelenmeye tabi oldu¤u için de zorunlu olarakradyasyon yay›yordur. Bu o ›fl›kt›r. Herbir konininucunda bir proton vard›r.

Özetle, bomba yapmak istiyorsan›z araflt›rma re-aktörü tavsiye edilir. Yak›t› daha zengindir, kendisidaha ucuzdur. Bir bomba yapmak için gereken mik-tarlar 7-8 kg d›r. Tabii araflt›rma reaktörünüz ciddibir denetim alt›nda. Toplam yak›t› ne kadar? Diyelim100 kg. 100 kg’dan çakt›rmadan 7 kg çalmak zor-dur. Ama bunu 10 y›l boyunca yapabilirsiniz, günde1-2 gram bir köfleye saklayarak. Çünkü bu maddele-rin fire paylar› da var; olmak zorunda. Gerçekten de,yak›t› bir yere koyuyorsunuz, al›yorsunuz, koydu¤u-nuz yere az miktarlarda yak›t bulafl›yor, dolay›s›ylaa¤›rl›ktan bir kayb› var. Ancak bu fire paylar› içine 7kg’› k›sa süre içinde gizlemek, 100 kg’ l›k bir yak›tstokunda ya da birkaç yüz kiloluk yak›t stokunda,çok zor.

TTüürrkkiiyyee,, ‹‹rraann yyaa ddaa IIrraakk ggiibbii üüllkkeelleerriinn ““bbooddrruu--mmddaa”” bbiirr aarraaflfltt››rrmmaa rreeaakkttöörrüü yyaappmmaallaarr›› mmüümmkküünn mmüü??

Amac›n›z “bodrumda” bir araflt›rma reaktörüyapmaksa, o zaman CANDU yapacaks›n›z. Bu tip re-aktörlerde zenginlefltirilmemifl yak›t kullan›l›r: do¤aluranyum. Yani e¤er ben zenginlefltirmeden yak›t ya-

pay›m derseniz,CANDU tipi bir reaktör uygun. Çünkü bir enerji sant-rali için, hatta bir araflt›rma reaktörü için zenginlefl-tirme yapmak zorundas›n›z. Kilolarca yak›t› zengin-lefltirmek, çok pahal› bir ifltir. Miktar artt›kça, gaz di-füzyon (ayr›flt›rma) tekniklerine yönelmek durumun-das›n›z. Bu da çok büyük tesisler gerektirir. Yaklafl›k4000 MW elektrik gücüyle desteklenmesi gerekir.Yok ben zenginlefltirmeden do¤al uranyumdan (flanseseri var do¤al uranyumunuz) yapay›m derseniz CAN-DU tipi reaktöre yönelmeniz flart. O zaman da a¤›r suteknolojisine sahip olman›z gerekiyor. Orada da ozorluk var. A¤›r su da nedir? Hidrojen yerine döter-yum kullan›m›. Orada da izotop zenginlefltirme iflivar. O da kolay ifl de¤il. Ama kafaya koyduktan son-ra, e¤er do¤al uranyum kaynaklar›n›z varsa, yapars›-n›z. Örne¤in, ZZiiyyaa üüll HHaakk bbuu iiflfl iiççiinn,, ““hhaallkk››mm oott yyeesseeddee bbeenn bbuu bboommbbaayy›› yyaappaaccaa¤¤››mm”” ddeeddii.. Ot yedirdi, yap-t›. ‹yi mi etti, o tart›fl›l›r. Ama yan›bafl›n›zda öyle cid-di bir tehdit olunca, paranoya içinde yafl›yorsan›z,halk da ot yemeye raz› oluyor. Bir de üzerine alk›fll›-yor.

Bir de saçma sapan gurur sembolleri var dün-ya’da. Yani geçmifl yüzy›l›n kamuoyu psiklojisinde ya-ratt›¤› tahribat o kadar derin ki, olmayacak fleyleristatü sembolü olarak görüyoruz.


vard›r.Bir baflka zenginlefltirme yöntemi, uranyum izotoplar›n›n, ayn› frekanstaki lazer

at›mlar› karfl›s›nda verdikleri farkl› tepkiye dayan›r. Buysa zahmetli ve yavafl çal›flanbir yöntem. Malzemeyi küçük miktarlarda ve yavafl yavafl elde etmenin bir di¤er yo-lu, uranyum izotoplar›n› iyonlaflt›r›p bir manyetik alan›n üzerinden geçirmek. Ayn›h›zla hareket etmekte olan iyonlar manyetik alandan geçerken, daha a¤›r olanlardaha küçük, hafif olanlarsa daha büyük yar›çapl› daireler üzerinden sapt›r›l›r ve kar-fl›daki bir ‘toplay›c› levha’n›n farkl› yerlerine düflerler. Bu, fakirin zenginlefltirmeyöntemidir. Ancak sab›r gerektirir. Çünkü gün boyunca hedef levhas›nda, gram dü-zeyinde az ürün birikir.

Parçalanmaya yatk›n bir di¤er ‘fisil’ çekirdekse, Pu-239 izotopu. Ancak, pluton-yum do¤al bir element de¤il. Nükleer reaktörlerde, U-238 izotopunun bir nötron yut-tuktan sonra bozunmas› sonucu oluflur. Farkl› bir element oldu¤undan, uranyumdankimyasal yöntemlerle ayr›flt›r›labilir ve zenginlefltirme ifllemi gerektirmez. Fakat el-desi için, haz›rda çal›flan bir nükleer reaktörün bulunmas› ve yak›t›na uygun zaman-lamalarla müdahale edilmesi gerekir. Halbuki, bomba malzemesi olarak zenginleflti-rilmifl uranyum ya da plutonyum elde etmenin en kestirme yolu, bu malzemeyi, nük-leer santrallara hizmet veren yak›t iflleme tesislerinden almak ya da çalmak.

Fisil malzeme elde edildikten sonra bomba yapmas›, görece kolay bir ifl. ‹lkelbir nükleer bomba, bir araya geldiklerinde süperkritik olacak olan iki altkritik uran-yum kütlesini bir topun namlusuna yerlefltirip, birini di¤erine do¤ru atefllemekle ya-p›labilir. Sonuç, büyük bir patlamaya yol açan süperkritik bir kütledir ve aç›¤a ç›-kan toplam enerjiye ‘bomban›n verimi’ denir. Hiroflima’ya at›lm›fl olan bomba böy-le bir düzenekten oluflmufltur. Ancak ‘top tipi bomba’ fazla uranyum gerektirir; a¤›rve hantal, hem de düflük verimlidir. Bir di¤er yöntem; süperkritik bir fisil malzemeküresinin etraf›na güçlü patlay›c›lar yerlefltirip, bu patlay›c›lar› fevkalade simetrikve eflzamanl› biçimde patlatarak, küreyi homojen bir flekilde, çok daha süperkritikküçük bir küreye ‘göçertmek’. Bu tip bir ‘göçertme ayg›t›’nda, Pu-239 tercih edil-mekle birlikte, U-235 de kullan›labilir. Yöntemin, fisil malzeme sa¤lamadan sonra-ki en zor taraf›, patlamalar›n eflzamanl›l›¤›n› sa¤layan elektronik devre elemanlar›-n›n yap›m› ya da ele geçirilmesi. Fakat zahmetine de de¤er: Bomba küçük, verimiyüksek olur.

Füzyon olay›ysa, hidrojen ya da hidrojenin izotoplar› olan döteryum ve trityumçekirdeklerinin birleflmesine dayal›d›r. Bu çekirdeklerin kaynaflmas›, birim a¤›rl›kbafl›na fisyondan bile daha fazla enerji aç›¤a ç›kar›r. O kadar ki, 1 gram hidrojenyaklafl›k 50 ton kömüre eflde¤erdir. Ancak, çekirdeklerin kaynaflt›rabilmeleri için,çok yüksek h›zlarla çarp›flt›r›lmalar› gerekir. Yeterince yüksek s›cakl›ktaki hidrojen

gaz›nda, her bir yöne do¤ru hareket etmekte olan atomlar, yeterince yüksek h›zlar-la çarp›fl›p kaynaflabilirler. Nitekim, güneflin merkezindeki s›cakl›k 15 milyon °C’yibuluyor ve buradaki hidrojen çekirdekleri, yüksek bas›nc›n da yard›m›yla füzyonau¤rayarak, günefle ›fl›d›¤› enerjiyi sa¤l›yorlar. Ancak, yeryüzünde bas›nç çok dahadüflük oldu¤undan, hidrojenin füzyonu için gereken s›cakl›k çok daha yüksek ve100 milyon °C’nin üstüne ç›k›lmas› gerekiyor. Bu yüzden ‘hidrojen bombas›’n›n ya-p›m›nda, füzyonu biraz daha kolay olan döteryumla trityum tercih edilir. Döteryumnormal sudaki hidrojen atomlar› aras›nda, 1/666 oran›nda bulunuyor ve fizikokim-yasal yöntemlerle ayr›flt›r›labiliyor. Trityumsa, Li-6 (lityum) izotopunun nötron bom-bard›man›na tabi tutularak, helyum ve trityuma parçalanmas›yla elde edilebilir. An-cak trityum; normal flartlar alt›nda uçucu, kaç›c› bir gaz. Hem de, görece k›sa biryar›lanma ömrüyle kendili¤inden bozunuyor. Dolay›s›yla, önceden üretilip saklan-mas› yerine, kullan›m›n›n hemen öncesinde ve s›ras›nda üretimi tercih ediliyor. Buamaçla döteryum lityumla kar›flt›r›l›r ve her ikisi birlikte, strofor ambalaj malzeme-siyle kaplan›r. Patlama an› geldi¤inde, lityum nötron bombard›man›na tabi tutula-rak trityum üretilir, bu trityumlar da, içerdeki döteryumlarla çarp›fl›p füzyona yolaçacarlar. Ancak; Lityumun bombard›man› için nötronlar, füzyon için de yüksek s›-cakl›klar gerekir. Bunlarsa, ‘birincil’ denilen bir uranyum ya da plutonyum bomba-s›n›n patlat›lmas›yla elde edilir. Bu bomban›n üretti¤i ›s›nma etkisi, yani termal flok,görece yavafl yay›l›r ve füzyon düzene¤ine ulaflana kadar, düzene¤in da¤›lmas› ola-s›l›¤› belirir. Halbuki, yay›nlanan gama ›fl›nlar› ›fl›k h›z›yla hareket eder ve stroforbunlar› emerek, içindeki kar›fl›m›n ›s›nmas›n› sa¤lar. Bir yandan da, birincil bomba-n›n bas›nç floku füzyon kar›fl›m›n› d›flardan ve her yandan homojen bir flekilde s›-k›flt›r›r, yayd›¤› nötronlar lityumu parçalay›p trityum aç›¤a ç›kar›rlar. Kar›fl›m›n s›-cakl›¤› 100 milyon °C’nin üstüne ç›kt›¤›nda, ‘ikincil’ füzyon bombas› devreye gir-mifltir.

Nötron bombas›, küçük bir hidrojen bombas›d›r. Di¤er nükleer silahlardan far-k›, as›l öldürücü etkisinin, yayd›¤› nötronlar›n yol açt›¤› radyasyon hasar›ndan kay-naklan›yor olmas›. Bu özelli¤iyle, ‘güçlendirilmifl radyasyon silah›’ olarak da adlan-d›r›l›r. Patlamas›n›n yol açaca¤› bas›nç ve ›s› etkisi düflük olacak flekilde tasarland›-¤›ndan, civardaki binalar ve sanayi tesisleri gibi fiziksel yap›lar, patlamadan dahaaz etkilenir. Öte yandan, nötronlar fazla uzaklara yay›lamad›¤›ndan, bu silah›n öl-dürücü menzili ötekilere göer k›sa. So¤uk Savafl döneminde NATO kuvvetlerinin,Do¤u Avrupa’daki nüfus yo¤un bölgelerde savafla haz›rl›kl› olma gereksiniminegöre, ‘k›sa menzilli bir antipersonel silah›’ olarak üretildiler.

Prof. Dr. Vural Alt›n

yüzü

Documents

Nükleer Enerji