Nükleer santraller, atom çekirdeklerinin bölünmesi (fisyon) yoluyla enerji üreten tesislerdir. Bu süreçte ortaya çıkan ısı, suyu buhara dönüştürerek türbinleri çalıştırır ve elektrik enerjisi elde edilir. Dünya genelinde elektrik üretiminin yaklaşık %9-11’ini karşılayan nükleer enerji, karbonsuz bir enerji kaynağı olarak dikkat çeker ve özellikle ABD, Fransa, Çin gibi ülkelerde yaygın olarak kullanılır.
Nükleer Santral (Yapay zeka yardımıyla üretilmiştir)
Nükleer Fisyon ve Enerji Üretimi
Nükleer enerji, atom çekirdeklerinin bölünmesiyle açığa çıkan enerjiden elde edilir. Genellikle uranyum-235 (U-235) gibi fisyon yapabilen izotoplar kullanılır. Bir nötronun U-235 çekirdeğine çarpması, çekirdeğin iki küçük çekirdeğe (fisyon ürünleri) ayrılmasına ve ek nötronlar ile büyük miktarda enerji salınmasına yol açar. Bu nötronlar diğer U-235 atomlarını etkileyerek bir zincir reaksiyon başlatır. Reaktörlerde bu reaksiyon, kontrol çubukları (örneğin bor veya kadmiyum içeren) ile düzenlenir. Çubuklar nötronları absorbe ederek reaksiyon hızını kontrol eder veya durdurur.
Reaktör çekirdeğinde üretilen ısı, bir soğutucu (genellikle su) aracılığıyla çekirdekten alınır. Bu ısı, suyu buhara dönüştürür ve buhar, türbinleri döndürerek elektrik üreten jeneratörleri çalıştırır. ABD'de yaygın olarak kullanılan iki ana reaktör tipi, kaynar su reaktörleri (BWR) ve basınçlı su reaktörleridir (PWR). BWR’lerde su doğrudan reaktör çekirdeğinde kaynayarak buhar üretirken, PWR’lerde yüksek basınç altında kaynamayan su bir ısı eşanjörü aracılığıyla ikinci bir su kaynağını buharlaştırır.
Temel Bileşenler ve İşleyiş
Nükleer santrallerin ana bileşenleri arasında şunlar yer alır:
- Reaktör Çekirdeği: Yakıt çubuklarının (genellikle uranyum oksit pelletlerinden oluşan) bulunduğu ve fisyonun gerçekleştiği bölgedir. Bir reaktörde yüzlerce yakıt çubuğu bulunabilir.
- Soğutucu: Isıyı çekirdekten taşıyan sıvı veya gazdır. Su, en yaygın soğutucudur ancak bazı reaktörlerde helyum, sıvı sodyum veya erimiş tuz kullanılır.
- Kontrol Sistemleri: Zincir reaksiyonu düzenleyen kontrol çubukları ve moderatörler (nötronları yavaşlatarak reaksiyonu sürdüren maddeler, genellikle su veya grafit).
- Buhar Jeneratörü ve Türbin: PWR’lerde buhar jeneratörü ısıyı ikinci bir su döngüsüne aktarırken türbin, buhar enerjisini mekanik enerjiye çevirir.
- Kapsama Yapısı: Olası kazalarda radyasyonu içerde tutmak için tasarlanmış beton ve çelikten oluşan yapıdır.
Yakıt ve Atık Yönetimi
Nükleer santrallerde en çok kullanılan yakıt uranyumdur. Doğada bulunan uranyumun %99’dan fazlası fisyon yapamayan U-238 ve %1’den azı fisyon yapabilen U-235 içerir. Bu nedenle zenginleştirme yoluyla uranyumun U-235 oranı %3-5’e yükseltilir. Her bir seramik yakıt peleti, yaklaşık 1 ton kömüre eşdeğer enerji üretir ve bir reaktör yılda ortalama 27 ton yakıt kullanır.
Fisyon süreci radyoaktif atıklar üretir. Düşük seviyeli atıklar (örneğin kontamine olmuş ekipmanlar) geçici olarak santralde saklanır ve genellikle özel tesislerde bertaraf edilir. Yüksek seviyeli atıklar, yani kullanılmış yakıt (spent fuel), oldukça radyoaktiftir ve özel havuzlarda veya kuru kaplarda depolanır. ABD’de henüz kalıcı bir yüksek seviyeli atık deposu bulunmamakla birlikte bazı ülkeler bu atıkları geri dönüştürerek yeniden enerji üretiminde kullanır.
Verimlilik ve Teknolojik Gelişmeler
Nükleer santrallerin termal verimliliği %33-37 civarındadır ki bu, fosil yakıtlı santrallerle oldukça benzerdir. Ancak, yeni nesil reaktörler (örneğin Gen IV tasarımları) %45’in üzerinde verim vaat eder. Küçük modüler reaktörler (SMR’ler) ise 300 MW veya daha az güç üreten kompakt tasarımlarıyla dikkat çekerler. Fabrikada üretilip sahaya taşınabilen SMR’ler, inşaat süresini kısaltabilecek ve uzak bölgelere karbonsuz enerji sağlayabilecek potansiyele sahiptirler. Ayrıca, bazı ileri reaktör tasarımları su yerine sıvı metal veya erimiş tuz kullanarak daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilir ve hidrojen üretimi gibi ek uygulamalara olanak tanır.
Avantajlar ve Zorluklar
Nükleer enerji, düşük karbonlu bir kaynak olarak iklim değişikliğiyle mücadelede önemli bir rol oynar. Dünya genelinde elektrik üretiminin yaklaşık %10’unu sağlayan nükleer santraller, fosil yakıtlı santraller gibi sera gazı salımı yapmazlar. Ayrıca, sürekli enerji (baz yük) sağlayabilme kapasitesiyle yenilenebilir kaynaklarla karşılaştırıldığında güvenilirlik avantajı sunmaktadırlar.
Bununla birlikte, nükleer santraller bazı zorluklarla karşı karşıyadır. İnşaat maliyetleri yüksektir ve projeler genellikle zaman ve bütçe aşımıyla tamamlanır (örneğin, ABD’deki Vogtle santrali). Radyasyon riski, özellikle büyük kazalar (Chernobyl, Fukushima) sonrası güvenlik endişelerini artırmaktadır. Bilimsel modeller (örneğin doğrusal eşiksiz model - LNT), düşük doz radyasyonun bile kanser riskini artırabileceğini öne sürer. Ayrıca, nükleer atıkların uzun vadeli yönetimi çözülmesi gereken bir sorun olup mevcut atıklar binlerce yıl radyoaktif kalabilirler.
Dünya Genelinde Nükleer Enerji
2021 itibarıyla 33 ülkede 413’ten fazla ticari reaktör faaliyet göstermektedir. ABD, 95 GW kapasite ve 778 milyar kWh üretimle liderdir ve elektrik üretiminin %19’unu nükleer enerjiden sağlar. Fransa ise %68 ile en yüksek nükleer paya sahiptir. Yeni reaktör teknolojileri, özellikle gelişmekte olan ülkelerde enerji talebini karşılamak için aktif olarak kullanılmaktadır.
Nükleer santraller, modern enerji sistemlerinin karmaşık bir bileşenidir. Düşük karbonlu, yüksek kapasiteli enerji sunarken; güvenlik, maliyet ve atık yönetimi gibi konularda dikkatli bir yaklaşım gerektirir. Nükleer enerjinin hem potansiyeli hem de sınırlamaları, enerji politikalarında dengeli bir değerlendirmeyi zorunlu kılmaktadır.
Türkiye'de Nükleer Enerji Planı
Türkiye’nin nükleer enerji planı, enerji arz güvenliğini artırmak, dışa bağımlılığı azaltmak ve 2053 net sıfır emisyon hedefine katkıda bulunmak amacıyla şekillenmiştir. İlk somut adım, Mersin’deki Akkuyu Nükleer Güç Santrali ile atılmıştır. 2010’da Rusya ile imzalanan anlaşma çerçevesinde inşa edilen bu santral, 4 adet 1200 MW’lık VVER-1200 reaktöründen oluşacak olup tam kapasitede ülkenin elektrik ihtiyacının yaklaşık %10’unu karşılaması beklenmektedir. İlk reaktörün 2025’te devreye alınması hedeflenirken, kalan ünitelerin 2028’e kadar tamamlanması planlanıyor. Türkiye Ulusal Enerji Planı’na göre, 2025 itibarıyla 2,4 GW olan nükleer kapasitenin 2035’te 7,2 GW’a ulaşması öngörülüyor.
Bunun yanı sıra, Sinop ve İğneada’da ikinci ve üçüncü nükleer santrallerin inşası için çalışmalar devam etmektedir. Sinop Nükleer Güç Santrali için 2023’te Çin, Rusya ve Güney Kore ile görüşmeler başlamış olup İğneada projesi için yer tespiti ve planlama işlemleri devam etmektedir. Türkiye, 2050’ye kadar 20 GW nükleer kapasiteye ulaşma hedefiyle, küresel “Nükleer Enerjiyi Üç Katına Çıkarma Deklarasyonu”na da katılmış bulunmaktadır. Bu plan, yenilenebilir kaynaklarla birlikte nükleer enerjinin, Türkiye’nin enerji dönüşümünde önemli bir rol oynamasını amaçlamaktadır.
