Günümüzde artan enerji ihtiyacı ve fosil yakıtlardan ve yenilenebilir enerjiden elde edilen enerjinin ülkelerinin ihtiyacı olan elektrik gücünü yeteriz kalması ve fosil yakıtların kullanılması sonrasında açığa çıkacak gazların küresel ısınma ozon tabakasının zarar görmesi gibi etkilere sebep olması, II. Dünya savasında denemeleri yapılan ve ilk olarak bir silah olarak Japonya’ya atılan atom bombalarının çok yüksek miktarda güç ürettiği keşfedilmiştir. Yapılan deneylerde nükleer enerjinin elektrik üretimi için kullanılabileceği keşfedilmiş ve dünya genelinde bir çok ülkede ticari amaçlı nükleer santrallerin inşa edilmiştir.
Bu yazıda günümüzde kullanılan nükleer santrallerin temel olarak işleyiş ve çalışma mekanizması detaylandırılmıştır.
Nükleer Santral Bölümleri
Nükleer güç santralleri kullanılan reaktör tipine göre çeşitli şekilde dizayn edilmiştir. Santral tasarımında kullanılan reaktör tipi değiştikçe, santral yapısında değişmektedir. Günümüzde çok tipte ticari, eğitim amaçlı ve geliştirilmekte olan nükleer reaktör bulunmaktadır. Ancak çoğu nükleer reaktör temel olarak aynı şekilde elektrik üretimi yapmaktadır.
1. Nükleer Santrallerde Birinci Döngü
Nükleer reaktör tipine göre değişiklik göstermek ile beraber. Nükleer santrallerde birinci döngü (aşağıdaki resimdeki kırmızı renkli alan) sistem içerisinde yakıtın olduğu kor bölgesi, Soğutucu olarak kullanılan su pompa sistemleri, basınçlandırıncı (Basınçlı Su reaktörü (PWR) tipinde mevcuttur.) ve kontrol çubuklarının yer aldığı sistemlerdir. Kor bölgesinde meydana gelen nükleer reaksiyonlar sonucu açığa çıkan yüksek ısı bu sistemde bulunan soğutucu su ile sistemden çekilmektedir. Soğutucu su aynı zamanda sistemde reaksiyonlar sonucu açığa çıkan nötronların yutulmasını ve nükleer reaksiyonlarının kontrolden çıkarmasının önü geçmekte yardımcı olmaktadır aynı zamanda reaktörde bulunan kontrol çubukları reaksiyonlar kontrolden çıkma ihtimaline veya sistemde bulunan nötron sayılarının artması sonucu sisteme sokarak ortamda buluna fazla nötronları absorbe etmektedir.
Pompa sistemleri döngüde bulunan suyun sirkülasyonunu sağlamaktadır. Son olarak Basınçlandırıncı sistemde bulunan suyun belirli basınç altında tutulması ve kaynamaması gerekmektedir. Bunun için birincil döngüdeki su yaklaşık olarak 15 MPa basınç altında tutulmaktadır.
2. Nükleer Santrallerde İkinci Döngü
Nükleer santrallerde bulunan ikincil çevrim nükleer reaktör tipine göre değişiklik göstermek ile beraber. Nükleer santrallerde ikinci döngü yukarıdaki resimde belirtilen mavi renkli alandır. Bu alanda Buhar üreticisi, Türbinler, yoğuşturucu ve pompa sitemleri bulunur. İkincil çevrimde herhangi bir radyoaktif malzeme bulunmamaktadır.
Buhar üreticisi, birincil çevrimden elde edilen yüksek ısının, ikincil çevrimde suyu buhara dönüştürerek türbine iletilmesini sağlayan önemli bir bileşendir. Bu süreçte, birincil çevrimde dolaşan radyoaktif soğutucu akışkan ile ikincil çevrimdeki su arasında ısı transferi gerçekleşir, ancak bu iki akışkan fiziksel olarak birbirine karışmaz. Türbin, buhar üreticisinde üretilen yüksek basınçlı buharın kinetik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bir bileşendir. Buhar, türbin kanatçıklarına çarparak dönme hareketi oluşturur ve bu sayede jeneratöre bağlı milin dönmesini sağlar, böylece elektrik üretimi gerçekleştirilir. Yoğunlaştırıcı, türbinden çıkan düşük basınçlı buharı tekrar sıvı hale getiren bir ısı değiştiricidir.
Pompa sistemleri döngüde bulunan suyun sirkülasyonunu sağlamaktadır. Son olarak basınçlandırıcı sistemde bulunan suyun belirli basınç altında tutulması ve kaynamaması gerekmektedir.
3. Nükleer Santrallerde Üçüncü Döngü
Bu kısımda yoğuşturucudaki buharın sıcaklığını düşürmek ve tekrardan sıvı forma dönüşmekte için santral inşa alanında bulunan Deniz suyu veya soğutma kulelerinden gelen soğutucu akışkan kullanılarak buhar yoğunlaştırılır ve sıvı hale geçen su yeniden besleme pompaları aracılığıyla buhar üreticisine yönlendirilir. Bu sayede çevrim sürekli olarak devam eder. Deniz suyundan alınan suyun sıcaklığı tekrardan denize verilmeden öncesinde deniz suyun mevcut sıcakla düşmesi beklenmektedir. bu konuda uluslararası atom enerji ajansının (IAEA) katı kuralları mevcuttur ve sürekli ölçümle ile santrallerin mevcut alanındaki deniz suyunun sıcaklığının değişmemesi amaçlanmıştır.
Kaynakça:
- Lamarsh L. John and Baratta J. Anthony, Nükleer Mühendisliğe Giriş. Palme Yayıncılık, 2015.
- M. Şener, “Nükleer Enerji Tarihimiz ve Gerçekler,” Jeoloji Mühendisleri Odası. Accessed: Feb. 27, 2025. [Online]. Available: https://www.jmo.org.tr/resimler/ekler/9dbc1177211571e_ek.pdf?dergi=HABER%20B%DCLTEN%DD
- U.S. Department of Energy and S. and T. Office of Nuclear Energy, “The History of Nuclear Energy.” Accessed: Feb. 27, 2025. [Online]. Available: https://www.energy.gov/ne/articles/history-nuclear-energy
