Amerika’da nükleer güç reaktörleri ile ilgili yapılan bir araştırmada, yeni nesil reaktörlerin, radyoaktif atıklarının en az düzeyde, güvenlikleri yükseltilmiş, son derece ekonomik ve aynı zamanda da “nükleer silahların yayılmasını önleyecek” tarzda tasarlandığı iddia edilmektedir [1]. Ancak, bu iddia ne yazık ki henüz nükleer enerji ile ilgili kamuoyu endişesini yok etmek için yeterli olmamaktadır.
Amerika; 1979’da meydana gelen tarihindeki en büyük nükleer güç reaktör kazasını, hiçbir can kaybı olmaksızın, oldukça zararsız bir şekilde atlatmıştır. Pennsylvania’da “Three Mile Island” nükleer güç santralında, reaktörün aşırı ısınmasından meydana gelen bu kaza, reaktörün koruyucu kabı (containment building) bulunması nedeni ile, çevreye bir radyoaktif sızıntı olmadan, sadece maddi hasarla geçiştirilmiştir. Avrupa ise, 1986 yılında Çernobil (Chernobyl) Ukrayna’daki nükleer reaktör kazasında, 30 civarında can kaybı meydana gelmiş ve reaktörün koruma kabı olmaması sebebiyle, on binlerce kisi “iyonlastırıcı radyasyon”un zararlarından etkilenmiştir. Hatta, nükleer silahlarla, nükleer santrallerin bir ilişkisi olmadığına inanan insanları bile endişelendirecek şekilde, kamuoyunda, reaktörlerin güvenlikleri konusunda, silinmesi zor olan bir kanaat oluşturmuştur. Tüm bunlara rağmen, küresel ısınma ve enerji arz güvenliği nedeni ile, dünyada, nükleer güce politik ilgi artan şekilde, yeniden canlanmaktadır. Şu anda, 31 ülkede 441 nükleer santral ticari olarak faaliyet göstermekte ve dünya elektrik ihtiyacının %17’sini karsılamaktadır. Bu reaktörlerin yaklasık olarak 350’si; Türkiye’ninde üye oldugu OECD (Organization for Economic Co-operation and Development) ülkelerinde olup, bu ülkeler; tüm elektrik üretiminlerine oranla, %24’ünü nükleer güçten temin edecek sekilde elektrigini saglamayı sürdürmektedir. En yüksek nükleer pay, %78 ile Fransa’ya aittir. Çevreciler tarafından Fransa, model ülke olarak örnek gösterilmektedir. Fransa; çevreye karbondioksit (CO2) salınmaları açısından, dünyanın en düsük oranda yogunluguna sahip ülkesidir. Ülkelerin CO2 emisyonları oranları, GDP basına verilmektedir. GDP (Gross Domestic Product); bir ülkede yurt içinde üretilen mal ve hizmetlerin tümünü kapsamakta olup, bir tür takribi ulusal gelir olarak ifade edilmektedir. Dünyadaki tüm CO2 emisyon oranları, Fransa düzeyine indirildigi takdirde, küresel ısınmaya neden olan karbondioksit emisyonları yarı yarıya azaltılmıs olacaktır. Ülkelerin elektrik üretimindeki nükleerin payı, aşağıda bir tablo halinde verilmektedir. Sadece Tayvan tabloda gösterilmemistir. Tabloda, nükleer elektrik üretiminde payı gözükmeyen diger önemli ülke Avustralya, genis uranyum yataklarının bulunması ve öte yandan zengin fosil kaynakları olmasına rağmen, yoğun sekilde fosil yakıtlara bağımlılığını giderebilmek, bu suretle küresel ısınmaya neden olan sera gazları emisyonlarını azaltabilmek için, ciddi bir nükleer sanayi programı planlamaktadır. Tabloda; ülkelerin toplam elektrik üretimlerindeki nükleerin payı % olarak ifade edilmektedir.
Kaynak: Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (International Atomic Energy Agency-IAEA-2005)
Dünya genelinde; herbir sektörün, yüzde olarak ortalama elektrik üretim payları, takribi sekilde asagıda verilmektedir:
% 17 Nükleer Güç Santralları
% 63 Termik Santrallar (fosil yakıtlar; petrol, kömür, dogal gaz vb.)
% 19 Hidroelektrik Santrallar
% 1 Jeotermik Santrallar, Rüzgar Santralları vb.
Daha son zamanlara kadar, dünya genelinde nükleer santraların güvenli biçimde devreden çıkarılması düsünülürken, günümüzde de ömürlerinin nasıl uzatılabileceği araştırılmaktadır. Örnegin İngiltere son olarak, gelecek 50 yıl için yeni nesil reaktörlerin gerekliliği ve rüzgar, güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına daha fazla yatırım yapılması konusunda bir strateji belgesi yayınladı. Önceleri nükleer reaktörlere muhalefet eden İngiliz Hükümeti, küresel ısınma ve hızla değisen arz güvenligi karsısında, son hazırlanan enerji tasarısını Mayıs-2006 yeniden gözden geçirerek, enerji stratejisi seklinde yayımlanmasına karar verdi. Yayımlanan belge; rüzgar, günes, met cezir, dalga vb. yenilenebilir enerji kaynaklarını kapsamakta olup, daha fazla enerji verimliligine öncülük etmeyi, aynı zamanda İngiltere’nin yaşlanan ve devreden çıkarılacak olan nükleer güç santrallarının yerine yenilerinin kurulmasını amaçlamaktadır. Su anda İngiltere’de 23 nükleer güç santralı çalışmakta ve ülkenin takribi %20 elektrik ihtiyacını karşılamaktadır. Bununla beraber, İngiltere’nin elektrik gereksiminin yaklaşık beşte birini temin eden bu santraların hemen hepsinin ömürlerini tamamlamak üzere olmaları sebebi ile, 2023 yılı civarında kapatılmaları gerekmektedir. Öte yandan, İngiltere’nin doğusunda bulunan Sizewell’deki ikinci nükleer santral bunların dışındadır. 1995 yılında faaliyete geçen bu santral, İngiltere’de insa edilen en son nükleer güç reaktörüdür. Soğutması gaz yerine basınçlı su olan 1188 megawatt’lık bu reaktör, gelecekteki nükleer güç santralları için, ülkede bir örnek olarak gösterilmektedir.
Fransa, Amerika Birlesik Devletleri ve Çin’in yeni nükleer güç santral planlarını önceden yürürlüğe koyması, bir noktada İngiltere’nin bu fırsatı kaçırdığı ve her halükarda yeni nesil reaktörlerde çalışacak uzman kadrolarında bir eksiklik duyacağı düsünülmektedir. Avrupa’nın önemli bir sanayisine sahip Almanya, 2020 yılına kadar tüm reaktörlerini kapatma kararı almasına rağmen, şu andaki hükümet hızla değisen koşullar karşısında, nükleer santralları devreden çıkarmama konusunu yeniden müzakere etmeye başlamıştır. Nükleer güce bir alternatif bulmak için yoğun bir çaba harcayan diğer bir Avrupa ülkesi İsveç; 2010 yılına kadar kademe kademe nükleer güç santrallarını kapatmaktan vazgeçerek, 2050 yılına kadar bu güçten yararlanmayı kararlastırmıstır.
Dünyada çalışmakta olan 441 (370 gigawatt kapasiteli) nükleer santrala ilaveten, 32 santral inşa halinde olup, bunların çoğunluğu da, ekonomik büyümenin yüksek olduğu, Hindistan, Çin ve Dogu Asya ülkelerinde bulunmaktadır. İnşa halindeki bu santrallar, üçüncü nesil reaktörler olarak adlandırılmakta ve tasarımcıları tarafından, daha da gelistirilmiş güvenlik sistemlerinin olduğu belirtilmektedir. Bununla beraber, üçüncü nesil santrallar, eskilerine nazaran ne ölçüde güvenli dir? Bu makalede, ilgili soruya bir yanıt bulmaya çalışılmaktadır.
Açık ve kesin şekilde ifade etmek gerekirse, çağdaş, bir başka deyişle, yeni nesil nükleer reaktör tasarımlarında, kaza riski hemen hemen, en alt düzeydedir. Yeni tip santral dizaynlarında, güvenlik ve emniyet sistemlerinin en çarpıcı özellikleri, herhangi bir arıza anında bu reaktörlerin kendiliklerinden, yani, dışarıdan insan müdahalesi olmadan, çalışmalarını emniyetli biçimde durdurulabilmelerine olanak sağlanacak şekilde tasarlanmış olmalarıdır. Böylelikle, insan hatalarının minimuma indirilmesi amaçlanmaktadır. Örneğin, kontrol sisteminin çalışması en düşük olasılıkla durduğunda bile, reaktör kalbindeki oluşan ısının emniyetli şekilde atılması için, santral otomatik kapatılmakta ve nükleer etkileşmelerle meydana gelmiş yakıt ve radyoaktif atığın her ikisinin de, reaktör koruyucu kabında tutularak dışarıya sızmaları önlenmektedir. Bu tip kuralları izleyen reaktörler, “pasif reaktörler” olarak adlandırılmaktadır. Çogu çağdas tasarımlar bir dereceye kadar pasif olup, bazı yeni olanlar ise, gerçekten de öyledir. Bununla beraber, hakiki pasif reaktörlerin işletim masrafları çok daha yüksek olmaktadır.
Nükleer enerji, çekirdek bölünmesi sonucu oluşmaktadır. Genellikle, uranyum veya plütonyum gibi ağır elementler, nötronlarla birlikte enerji açığa çıkararak, daha küçük atomlara parçalanmaktadır. Bu reaksiyon başlatıldıktan sonra oluşan nötronlar, diğer atomlarla etkileşerek, daha fazla bölünmeye neden olmakta ve bu reaksiyonlar zincirleme şekilde devam etmektedir. Bu zincir reaksiyonlar kontrol edilebildiği takdirde, açığa çıkan enerji, reaktörün kalbinde bulunan suyu, bir noktaya kadar kaynatmak için kullanılmakta ve buhar üretilmek sureti ile, elektrik elde edilecek olan türbinlerin çalışmasını sağlanmaktadır.
Diger taraftan, nükleer reaksiyonların kontrolden çıkması halinde, yakıt çubuğu erimesi (meltdown) seklinde bir kaza veya daha önceleri de, vuku bulması asla mümkün olmayan nükleer patlama senaryosu öngörülmekte idi. Böyle bir durumda meydana gelecek vakaya “Çin Sendromu” adı verilmis ve dünyamızı bir bastan bir basa delecek olayın olacagı varsayılmıstı. Bu durum; ne “Three Mile Island” ne de “Çernobil” gibi yakıt erimelerinin vuku buldugu en ciddi nükleer reaktör kazalarında kesinlikle gerçeklesmemistir ve gerçeklesmesi de olanaksızdır. Öte yandan, bir atom bombası gibi, nükleer patlamanın gerçeklesmemesi, tamamı ile reaktör kalbinde bulunan yakıtın daha az zenginlestirilmis yada zenginlestirilmememis (dogal) uranyum olmasından kaynaklanmaktadır. Yeni tasarımlarda hızlı nötronlar, su içerisinden geçirilmek sureti ile yavaşlatılmakta ve bu şekilde, zincir reaksiyonları kontrol altında tutulmaktadır. Öte yandan, yavaş nötronlar, hızlı nötronlara göre, daha fazla nükleer bölünme yada parçalanma baslatmaktadır. Takribi 150 atmosferlik bir basınç’a maruz bırakılan bu su, kaynama noktasına ulasılmıs çok yüksek sıcaklıklara ragmen, söz konusu basınç altında, sıvı halini muhafaza etmektedir. Nükleer reaksiyonlar suyu ısıttıgı zaman, suyun yogunlugu düsmekte olup, böylece yogunlugu azalan su içinden geçen nötronlar, daha fazla nükleer reaksiyon baslatmak için, artık yeterince yavaslatılamamaktadır. Olusan negatif geribesleme (feedback) reaksiyon hızını kararlı kılmakta, bir baska deyisle, stabilize etmektedir. Amerika Birlesik Devletlerinde faaliyet gösteren nükleer güç santrallarının büyük bir çogunlugu, yukarıda anlatılan basınçlı-su reaktörleri (Pressurized Water Reactor – PWR) tipindedir.
Ayrıca, bugüne kadar tasarlanmıs en büyük bu tip bir nükleer güç santralı, Avrupa’nın en çevreci ülkelerden biri olan Finlandiya’da Olkiluoto’da insa edilmektedir. 2009 yılında devreye alınacak santral 1600 megawatt gücünde olup, yaklasık 2 milyon ailenin elektrik ve
ısınma gereksinmelerini karsılayacak sekilde planlanmıstır. Olkiluoto nükleer güç santralı, esas tasarımına ilaveten, pek çok koruyucu güvenlik önlemleri ile donatılmıstır. Örnegin, santralın çalısması durduruldugunda, herbiri reaktörün ısısını bertaraf etmeye yönelik yetenegi olan 4 adet birbirinden bagımsız faaliyet gösteren acil sogutma sistemi ve ayrıca da uçak düsmesi veya kazasına karsı kalın, aynı zamanda dayanıklı kuvvetlendirilmis betonla reaktörün çevresi örülmüstür. Benzer tasarımdaki bir nükleer reaktörün, Fransa’da Flamanville kentinde insası düsünülmektedir. İlgili devlet kuruluslarından gerekli olan müsaadeler alındıgı takdirde, bu reaktör 2012 yılında elektrik üretmeye baslayacaktır. Ayrıca anlatılan tip reaktörlerden 4 adetinin Çin’de de insa edilmesi planlanmıstır. Kanada; diger ülkelerden farklı, kendine has bir nükleer tasarım yapma yolunu seçmistir. CANDU olarak adlandırılan bu tasarım, basınçlı agır sulu reaktör olup, su yerine döteryum ihtiva eden agır
suyu kullanmaktadır. Agır su pahalı olmakla beraber, bu tip reaktörün kullandıgı yakıt oldukça ucuzdur. Hafif sulu reaktörlerin yakıtı zenginlestirilmis uranyumdur (U-235’dir). Uranyum-235; çok az elde edilen ve son derece fisil, yani, bölünme veya parçalanmaya egilimi olan bir radyoizotop olup, bunun zenginlestirme islemi gerçekten zor ve büyük yatırım gerektiren tekniktir. CANDU tipi reaktörlerde dogal uranyum kullanıldıgından, çalıstırılma maliyetleri düsük olmaktadır. Agır suyun harcama kaleminin yüksek olusu, yakıtın ucuzlugu ile dengeli bir bilanço olusturmaktadır. Diger taraftan, yakıtlar; tek bir büyük koruma kabı (containment vessel) yerine, yüzlerce basınç’a dayanıklı tüpler içinde tutulmak suretiyle, aynı zamanda da yakıt ikmali esnasında, reaktörün çalıstırılması sürdürüldügünden, hafif sulu reaktörlere nazaran CANDU tipi reaktörler daha verimli elektrik üretmektedirler. Hızlı sekilde gelismekte olan iki büyük ülke, Hindistan ve Çin, nükleer güç santrallarını CANDU tipi reaktörlere dayandırmıstır. Diger bir gelismekte ülke olan Romanya’da da 1996 yılında faaliyete geçmis ve 2007 yılında faaliyete geçecek iki ünite CANDU reaktörü bulunmaktadır. Son on yılda, Güney Kore’de sırası ile 1997, 1998 ve 1999’dan beri, üç ünite CANDU tipi reaktör faaliyet göstermektedir. Bunlara ilaveten, Çin’de 2002 ve 2003 yıllarında temeli atılan iki ünite CANDU reaktörlerinin insası devam etmektedir. CANDU tipi nükleer güç santralları, reaktörü durdurmak için gerekli nötron absorblayıcı çubukları, yer çekimi yada agırlıkları ile, reaktör kalbine indirecek sekilde tasarlanmıs pasif santrallardır. Çakıl-yataklı (pebble-bed) olarak adlandırılan Güney Afrika tasarımı nükleer reaktörler, tamamı ile pasiftir. Nötron akısını kontrol etmek için su yerine; grafit ve türbinleri çalıstırmakta faydalanılan buhar yerine; kimyasal reaksiyonlara girmeyen, helyum, azot ve karbondioksit gibi, asal (soy) yada yarı-asal gazlar, nükleer reaksiyonlarla ısıtılmak sureti ile kullanılmaktadır. Bu dizaynın ismi, nükleer yakıtın kaplanmasında kullanılan grafitin çakılı andıran bir yapıya benzemesinden kaynaklanmaktadır. Çakıl-yataklı reaktörlere, CANDU reaktörleri gibi, çalısırlarken yakıt ilavesi yapılabilmektedir. Çin’de de, çakıl-yataklı nükleer reaktörlerin gelistirilmesi için, çaba gösterilmektedir.
Dördüncü nesil reaktörlerin tasarımlarında; Amerika, İngiltere, Çin, Fransa, Japonya, Güney Afrika, Güney Kore dahil olmak üzere on ülkeden ibaret bir arastırma programı yürütülmekte olup, bu tip yeni dizayn santralların 2030-2040 yıllarında isletmeye alınmaları düsünülmektedir. Anlatılan ve kullanılmakta olan üç tasarım da, nötronların yavaslatılmasına gerek duyulmayan, hızlı reaktörleri kapsamaktadır. Bu tasarımlar, uranyumun bölünme yetenegi olmayan (fisil olmayanparçalanmayan) izotoplarının, son derece bölünme yetenegine sahip plutonyuma çevirebilen hızlı nötronları da kendi yakıtında üreten oldukça akıllıca bir teknigi içerecek sekilde planlanmıslardır. Hızlı üretken reaktörler (fast breeder reactors), karmasık dizaynları nedeni ile, ilk yatırım maliyetleri yüksek olmaktadır. Bu reaktörler; sodyum yada kursun gibi sıvı metal sogutucular ile çalıstırılmakta olup, bunun nedeni sıvı metallerin hızlı nötronları yavaslatabilme kabiliyetlerinin düsük olmasıdır. Böylece, plutonyum üretimi hızlanmakta ve reaktör tükettiginden daha çok bölünebilir madde üretmektedir. Bu reaktörlerin her yönü ile emniyetli olup olmadıgı farklı bir sorundur. Öte yandan, 2030’lu yıllara gelinceye kadar uzunca bir süre vardır. Geçecek olan bu süre zarfında, her geçen gün mevcut reaktörlere de karsı, kamuoyunda olusan pek çok önyargı ve kaygının, çagımızın hızla gelisen kosullarında olumlu yönde degiseceginden hiç bir süphe yoktur.
Sonuç olarak, IAEA’nın bir projeksiyonuna göre 2020 yılına kadar nükleer gücün %13 büyüyerek daha sonra talebin düz bir seyir izleyecegi, diger bir IAEA senaryosuna göre ise, 2030 yıllarında nükleer gücün mevcut kapasitesinin %75 artarak 640 gigawatt’a ulasacagı varsayılmaktadır.
Ahmet Cangüzel Taner
Fizik Yüksek Mühendisi
Radyasyondan Korunma Derneği Üyesi
(*) Kaynak: The Economist Dergisi ( 3 Haziran-9 Haziran 2006 ).