Nükleer Güç Santralleri

[boxcigar]

Nükleer Güç Santralları ile Termik Santraller birbirleri ile benzerözellikler taşırlar. Her iki santral tipinde de elde edilen buharınısıl enerjisi türbinde mekanik enerjiye ve mekanik enerji dedejeneratörlerde elektrik enerjisine dönüştürülerek elektrik üretilir.Bu santraller arasındaki temel fark buharın elde ediliş yöntemidir.Bütün nükleer reaktör tiplerinde bölünmeden açığa çıkan enerji buharüretiminde kullanır ve bu buhar üretimi doğrudan reaktörün korunda yada buhar üreteçlerinde yapılır. Bu nedenle nükleer reaktörlerdekibölünme reaksiyonu termik santrallarda fosil yakıt yakmakla aynı işlevesahiptir.

İlk olarak nükleer güç santrallerini tanıtmadan önce bölünme (fisyon)reaksiyonu mekanizmasını anlatmakta yarar vardır. Nükleer reaksiyondaaçığa çıkan enerji, temelde U235 izotopunun ya da herhangi birbölünmeye yatkın (fisil) izotopun (Pu239, U233) nötronlaetkileşmesinden ötürü parçalanması olayı sonucunda açığa çıkan fazlalıkbağlanma enerjisidir.

Nötronla etkileşen U235 çekirdeği kararsız hale geçerek, kendisindendaha hafif iki çekirdeğe ayrılır ve bu esnada da ortalama olarak ikinötron açığa çıkarır. Bu reaksiyon sonucu açığa çıkan bölünme enerjisiyaklaşık 200 MV'dir. Bu enerji buhar üretimi için soğutucuya aktarılırve açığa çıkan nötronlardan biri bölünmeye yatkın başka bir izotopuparçalayarak zincirleme reaksiyonuna sebep olur. Diğer nötron isereaktör içindeki diğer malzemeler tarafından yutulur ya da sistemdenkaçar. Nükleer reaktörler bu zincirleme bölünme reaksiyonunun kontrollüolarak yapıldığı sistemlerdir. Bölünme reaksiyonunun önemini anlamakiçin 1 kg U235 izotopunun yanması sonucu açığa çıkan enerjinin yaklaşık1.3 milyon kg kömürünkine eşdeğer olduğunu belirtmek yeterli olacaktır.

Bölünme reaksiyonu sonucu açığa çıkan nötronların etkili bir şekildekullanılabilmesi için bölünmeye yatkın izotoplarla etkileşmeolasılıklarını arttırmak gerekir. Bu nedenle bölünme reaksiyonlarındanaçığa çıkan hızlı nötronlar moderatör adı verilen yavaşlatıcımalzemeler yardımı ile yavaşlatılarak bölünmeye yatkın malzemelerleetkileşim olasılıkları arttırılır. Diğer bir malzeme de yansıtıcı(reflector) dır. Bu malzeme korun etrafına yerleştirilerek nötronlarınsistemden dışarı kaçma olasılıklarını azaltmak için kullanılır.Moderatör malzemesi aynı zamanda yansıtıcılık işlevini de görebilir.

İlk kontrollü bölünme reaksiyonu 1942 yılında Amerika BirleşikDevletlerinde inşa edilen CPI Reaktöründe gerçekleştirilmiştir. Bureaktörde yakıt malzemesi olarak doğal uranyum ve moderator olarakgrafit kullanılmıştır. İlk nükleer reaktörde olduğu gibi nükleerreaktör tasarımcılarının reaktör yakıtı için seçimleri doğal uranyum(%0.71 U235, %99.27 U238) ya da %3, %4 oranında zenginleştirilmişuranyumdur. Eğer yakıt doğal uranyum seçilirse moderator olarak grafitya da ağır su kullanılmalıdır.

Günümüzde, elektrik üretimi için kullanılan santralların büyük birbölümü Basınçlı Su Reaktörü (PWR), Kaynar Su Reaktörü (BWR), veBasınçlı Ağır Su Reaktörüdür (PHWR). Bunlardan ilk ikisi, hafif susoğutmalı termal reaktör sınıfına girer, moderator ve reflektörmalzemesi olarak da hafif su kullanılır. Üçüncü reaktör tipi isedünyada ilk olarak Kanada'da elektrik üretimi için kurulan ve soğutucuolarak ağır su kullanan Basınçlı Ağır Su Reaktörüdür.

BASINÇLI SU REAKTÖRÜ (PWR)

Basınçlı su reaktörleri ticari olarak elektrik üretimi için ABD'dekullanılan ilk reaktör tipidir. Bu tür reaktörlerde korda üretilenenerji birincil devre soğutucu vasıtasıyla kordan çekilir. İkincildevrede buhar üreteçlerinden alınan buhar türbinlerinde genişletilerekjeneratörde elektrik üretilir. Birincil devre basıncı, soğutucu suyunkaynamasını engellemek için, 15-16 MPa civarındadır.

Soğutucunun kora giriş sıcaklığı 290-300 C, çıkış sıcaklığı ise 320-330C civarındadır. Reaktör korundan çıkan soğutucu türbinlerde kullanılanbuharın üretimi için buhar üreteçlerine gönderilir. Reaktörlerinbirincil soğutucu devreleri iki, üç ya da dört tane benzer döngüdenoluşur. Her bir döngüde bir buhar üretici, bir reaktör soğutucu pompasıve bağlantı boruları bulunur. Ayrıca reaktör basıncını kontroledebilmek için bir basınçlayıcı bu döngülerden biri üzerinde bulunur.

Yakıt içinde fisyondan açığa çıkan nötronlar soğutucuda yavaşlatılarakzincirleme fisyon reaksiyonunu sağlarlar. Aynı anda açığa çıkan kinetikenerjinin büyük bir kısmı yakıt içinde ısıl enerjiye dönüşür ve buenerji ısı iletimi ile soğutucuya aktarılır, bir kısmı ise hızlınötronlar tarafından moderasyon anında moderator vazifesi de görensoğutucuya aktarılmıştır.

Reaktör koru dayanıklı bir çelikten yapılmış silindirik bir basınç kabıiçerisinde yerleştirilmiştir. Basınç kabı bu tip reaktörlerin ömrünükısıtlayan en önemli bileşendir. Hemen hemen bütün reaktör tiplerindereaktör basınç kabı ve soğutucu sistemleri koruma kabı adı verilençelik bir kabuğun içindedir. Bu çelik kabuk betondan yapılmış ikincibir koruyucu yapının içerisinde yer alır. Bu sistem dış etkilerdenreaktör sistemini korumak ya da reaktörden bir kazadan dolayı açığaçıkabilecek radyasyonun çevreye sızmasını önlemek için tasarlanmıştır.

KAYNAR SU REAKTÖRÜ (BWR)

Kaynar su reaktörü dünyada basınçlı su reaktöründen sonra en yaygınolarak kullanılan reaktör tipidir. Kaynar su reaktörleri (BWR) birçokyönden PWR reaktörüne benzemekle birlikte, temel fark reaktör koruiçinde kaynama olayına izin verilmesidir. BWR tipi reaktörlerin diğerhafif sulu reaktörlere göre üstünlüğü reaktör koru içinde doğrudan eldeedilen buharın türbinlere gönderilmesidir. Bu nedenden dolayı BWRreaktörleri doğrudan çevrim ile çalışır. Basıncın PWR tipi reaktörleregöre daha düşük olması nedeniyle (7 MPa) basınç kabı et kalınlığı dahadüşüktür.

BASINÇLI AĞIR SU REAKTÖRÜ (PHWR)

Basınçlı Ağır Su Reaktörleri, Basınçlı Su Reaktörleri ile benzerözellikler taşırlar. Ağır su reaktörü olarak adlandırılmalarının nedenimoderator ve soğutucu için ağır su (D20) kullanmalarıdır. Bu türreaktörlerin en yaygın olarak kullanıldığı ülke Kanada'dır. Kanadalılarson 40 yılda CANDU (CANada Deuterium Uranium) adını verdikleri Kanadareaktörünü tasarlayıp geliştirerek Basınçlı Ağır Su Reaktörüteknolojisinde lider olmuştur.

CANDU reaktörlerinde yakıt olarak doğal uranyum kullanıldığı içinzenginleştirme tesislerine ihtiyaç yoktur. Düşük basınçta moderator,ağır su (D20) ve yatay silindir şeklinde bir reaktör kabı vardır.Reaktör kabının içinde yatay şekilde geçen 380 adet yakıt kanalıbulunur. Yakıt kanalları doğal uranyum yakıt ve ağır su soğutucusundanoluşur. Yakıt kanalındaki yakıt elemanları basınç tüpü içindedir.