Nükleer enerji, proton ve nötronlardan oluşan atomların merkezi kısmı olan çekirdekten salınan bir enerji türüdür. Bu enerjinin kaynağı iki fiziksel süreç olabilmektedir. Bunlar, atom çekirdekleri birkaç parçaya ayrıldığında füzyon ve çekirdekler bir araya geldiğinde ki oluşan füzyon enerjilerini içermektedir.
Bugün dünya çapında elektrik üretmek için kullanılan nükleer enerji, fisyon yoluyla üretilirken, füzyon tabanlı enerji üretim teknolojisi hala araştırma ve geliştirme aşamasındadır. Bu makalede nükleer füzyon hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.
Nükleer füzyon nedir?
Nükleer füzyon, bir atomun çekirdeğinin iki veya daha fazla küçük çekirdeğe bölünerek enerji açığa çıkardığı bir reaksiyondur.
Örneğin, uranyum-235 atomunun çekirdeği, bir nötron ona çarptığında, bir baryum çekirdeğine ve bir kripton çekirdeğine ve iki veya üç nötrona daha bölünür. Bu ek nötronlar, çevredeki diğer uranyum-235 çekirdekleriyle çarpışır ve onların da bölünmesi ile sonuçlanır. Her çarpan etkisi ile ek nötronlar üretilmekte ve bu da bir saniyede zincirleme reaksiyona neden olmaktadır.
Ayrıca her seferinde bu reaksiyona, ısı ve radyasyon şeklinde enerji salınımı eşlik etmektedir. Kömür, gaz ve petrol gibi fosil yakıtlardan elde edilen ısı nasıl elektrik üretmek için kullanılıyorsa, bir nükleer santralde bu ısı enerjisi elektriğe dönüştürülebilmektedir.
Nükleer santral nasıl çalışır?
Bir nükleer santralin reaktöründe, uygun ekipmanın yardımıyla, çoğu zaman füzyonu ısı üreten uranyum-235’e dayalı nükleer enerji kullanılarak bir nükleer zincir reaksiyonu lokalize edilmektedir. Buda gerekli kontrolün yapılmasına neden olmakta ve ısı üretmektedir. Bu ısı ise, buhar üretmek için reaktör soğutucusunu, genellikle suyu ısıtmak için kullanılmaktadır. Su üzerinde oluşan buhar ise, daha sonra türbinlere yönlendirilmektedir. Bu da Türbinlerin dönmesine ve karbondioksit salmadan elektrik üreten bir elektrik jeneratörünü etkinleştirmesine neden olmaktadır.
Uranyum madenciliği, zenginleştirme ve kullanımı
Uranyum, dünyadaki kayalarda bulunan bir metaldir. Elementin kütle ve fiziksel özellikleri bakımından farklılık gösteren, ancak aynı kimyasal özelliklere sahip formları olan ve doğal olarak oluşan birkaç izotopa sahiptir. Uranyumun iki ana izotopu vardır. Bunlar; Uranyum-238 ve uranyum-235 olarak bilinmektedir. Uranyum-238, dünyadaki uranyumun çoğunu oluşturmaktadır. Ancak bir füzyon zincir reaksiyonuna girme yeteneğine sahip değildir. Uranyum-235 füzyon yoluyla nükleer enerji üretmek için kullanılabilmektedir. Ancak bu tip dünyanın uranyum rezervlerinin yüzde 1’inden azını oluşturmaktadır.
Doğal uranyum füzyon olasılığını artırmak için, uranyum zenginleştirme adı verilen bir işlemle içerdiği uranyum-235 miktarını artırmak gerekmektedir. Uranyum zenginleştirildikten sonra, nükleer santrallerde nükleer yakıt olarak üç ila beş yıl boyunca etkin bir şekilde kullanılabilmektedir. Ardından radyoaktif olarak kalmaktadır. İnsanları ve çevreyi korumak için katı düzenlemelere uygun olarak atılmalıdır. Kullanılmış yakıt, özel nükleer santraller için yeni yakıt olarak kullanılabilecek diğer yakıtlara da işlenebilmektedir.
Nükleer enerji ve nükleer atık
Bir nükleer santralin işletilmesi sırasında, farklı seviyelerde radyoaktiviteye sahip atıklar üretilmektedir. Radyoaktivite düzeyine ve nihai hedefe bağlı olarak farklı yönetim stratejileri kullanılabilmektedir.
Sözde yenilikçi gelişmiş reaktörlere dayanan yeni nesil nükleer santraller, günümüzün reaktörlerinden çok daha az nükleer atık üretmektedir. Bu tür istasyonların inşaatının 2030’a yakın bir tarihte başlaması beklenmektedir.
Nükleer enerji ve iklim değişikliği
Nükleer enerji düşük karbonlu bir enerji kaynağıdır. Çünkü kömür, petrol ürünleri veya doğal gazla çalışan santrallerin aksine, nükleer santraller işletmeleri sırasında neredeyse hiç CO2 üretmezler. Nükleer santraller, dünyanın karbonsuz elektriğinin yaklaşık üçte birini üretmek için kullanılmaktadır. Ayrıca iklim değişikliği hedeflerine ulaşmak için kritik öneme sahip bir teknolojidir.
