Nükleer enerji, 1789 yılında Uranyum’un keşfi ile başlayan ve 1934 yılında atomun parçalanması ile devam eden süreçte politikacılar, bilim insanları ve sanayicilerin gündemine girmiştir. Diğer birçok teknolojik gelişmede olduğu gibi önce askeri ve savunma amaçlı başlayan çalışmalar daha sonra ticari olarak devam etmiştir. Birçok ülke nükleer enerjiden faydalanılması yönünde yoğun çalışmalar gerçekleştirmiş, bu çalışmaların neticesinde atomların parçalanması sonucu açığa çıkan ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştürecek sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemler, diğer bir deyişle nükleer santraller, nükleer enerjinin güvenli, kontrollü ve sürdürülebilir bir şekilde elde edilmesini sağlamaktadır.
Nükleer santrallerin kurulumu 1970’li yılların başındaki petrol krizi ile birlikte hızlandı. Petrol ve diğer hidrokarbon kaynaklarına sahip olmayan ülkeler, bu kaynaklara olan bağımlılıklarını azaltmak ve enerji arz güvenliklerini temin etmek için nükleer santrallere yöneldiler. Nükleer santraller tüm dünyada hızlı bir şekilde işletmeye alınırken, 1979 yılında ABD’de yaşanan Three Mile Island (TMI) ve 1986 yılında Sovyet Rusya’da (bugün Ukrayna sınırları içinde) yaşanan Çernobil kazaları ile görece bir yavaşlama olsa da nükleer santraller tüm dünyada kurulmaya devam etti.
Bu kazalardan çıkarılan dersler ışığında “nükleer güvenlik kültürü” kavramı gündeme geldi. Tüm dünyada daha güvenli nükleer santrallerin kurulması ve işletilmesi için hem idari hem de teknik açıdan gelişimler yaşandı. Bir yandan nükleer alanda düzenleme ve denetleme yapacak kurumlar kurularak yürütülen faaliyetlerin takibi ve kontrolü yapılmaya başlandı; diğer yandan daha güvenli malzeme, takım ve sistemlerin üretimi için yeni teknik, teknoloji, standardizasyon ve kalite sistemleri geliştirildi.
Nükleer santraller sahip oldukları kendilerine has özelliklerden dolayı ülkelerin tercih ettiği bir enerji kaynağı olagelmiştir. Çevreyi, toplumu ve gelecek nesilleri göz önüne alan güvenilir, güvenli, rekabetçi, sürdürülebilir ve erişilebilir enerji kaynaklarına olan ihtiyaç, diğer alternatiflere göre nükleer santralleri ön plana çıkarmaktadır.
Nükleer santraller, işletme sırasında karbon salımı yapmazlar. Bu nedenle son yıllarda gündeme gelen ve etkisi yakından hissedilen iklim krizi ile mücadelede nükleer santrallerin katkısı çok önemlidir. Küresel iklim kriziyle mücadele için 196 ülke tarafından imzalanan Paris İklim Anlaşması’na taraf olan ülkemiz, 7 Ekim 2021 tarihinde Cumhurbaşkanı Kararı ile onaylamış ve Ulusal Katkı Beyanı’nda ülkemizin 2053 yılı için net sıfır emisyon hedefi ilan edilmiştir.
Nükleer santraller, enerji arzını sürdürülebilir bir şekilde sağlar iken karbon salımı yapmaması ile bu hedefe ulaşılması yolunda kullanılması elzem olan önemli bir enerji kaynağıdır. Bu özelliği nükleer enerjiyi diğer alternatif enerji kaynaklarına göre tüm dünyada ön plana çıkarmaktadır. İlaveten nükleer santrallerin birim elektrik üretimi başına kurulum alanı diğer tüm santrallere göre oldukça küçüktür. Bu nedenle tarım, yerleşim ve doğal hayata etkisi diğer seçeneklere göre daha azdır.
Nükleer santraller meteorolojik şartlardan etkilenmeden 7 gün 24 saat güvenli bir şekilde elektrik üretimi gerçekleştirir. Elektrik birim maliyet fiyatlandırmasında, nükleer yakıtın maliyeti toplam maliyet içinde çok düşüktür. Dolayısı ile yakıt fiyatlarında yaşanacak dalgalanmalar, elektrik üretim maliyetlerini etkilemez. Ayrıca nükleer yakıtın hammaddesi uranyum dünyada farklı coğrafyalara yayılmıştır.
Nükleer santraller, sahip oldukları güvenlik sistemleri ile doğal radyasyonun sadece %1’i kadar bir etkiye sahiptir. Bu nedenle nükleer santrallerin etrafında yapılan tarım, balıkçılık ve turizm faaliyetleri ve civarda yaşayan halk bu durumdan etkilenmez. Paris, Londra, New York gibi dünyanın en önemli turizm ve yerleşim merkezlerinin yanı başındaki nükleer santraller onlarca yıldır işletmededir.
Yaklaşık 70 yıllık süre içinde yaşanan tecrübeler, iyi örnekler ve gelişen teknoloji ile birlikte günümüzde kurulan nükleer santraller 3 (+) nesil olarak anılmaktadır. Dışarıdan insan müdahalesi olmaksızın 72 saat boyunca soğutma, uçak çarpmalarına karşı koruma, pasif güvenlik sistemleri, dijital kontrol odaları, modüler ekipman ve sistem tasarımları vb. gibi birçok önemli gelişme nükleer santrallerin daha güvenli bir tasarıma sahip olmalarını sağlamıştır.
Temmuz 2023 itibariyle, 31 ülkede 410 nükleer reaktör işletmede, 17 ülkede 57 adet nükleer reaktör de inşa halindedir. Nükleer santrallerde üretilen elektrik dünya elektrik arzının yaklaşık %10’una denk gelmektedir. Ülke bazında bakılırsa Fransa elektrik talebinin %63’ünü, Slovakya %59’unu, Macaristan yaklaşık %47’sini, Belçika yaklaşık %46’sını, Güney Kore %30’unu ve ABD %18’ini nükleer enerjiden karşılamaktadır.
İnşa halindeki nükleer reaktörlerin 21’i Çin’de, 8’i Hindistan’da, 4’ü ise Türkiye’dedir. Bunun yanında Rusya’da 3, Güney Kore’de 3, Birleşik Arap Emirlikleri, ABD ve Fransa’da 1 nükleer reaktör inşa halindedir. Fukuşima kazasının yaşandığı ülke olan Japonya, kaza sonrası tüm nükleer santrallerini güncellenen güvenlik standartlarına göre denetlemek için geçici süre ile durdurmuş durumdaydı. Ancak geçen süre zarfında güvenlik şartları sağlanan reaktörler işletmeye alınmıştır. 2021 yılı sonu itibariyle Japonya’da 10 reaktör faal olarak elektrik üretmiştir.
Türkiye Cumhuriyeti Hükümeti ile Rusya Federasyonu Arasında Akkuyu Sahasında Bir Nükleer Güç Santralinin Tesisine ve İşletimine Dair İşbirliğine İlişkin Anlaşma’nın 12 Mayıs 2010 tarihinde imzalanması, ülkemizin yarım asırlık nükleer güç santrali kurma hedefi açısından son derece önemli bir kilometre taşı olmuştur. Anlaşmanın imzalanmasını takiben 13 Aralık 2010 tarihinde Proje Şirketi kurulmuş ve çalışmalara başlanmıştır. Geçtiğimiz süre zarfında, 1 Aralık 2014 tarihinde Çevre ve Şehircilik Bakanlığından ÇED Olumlu kararı, 15 Haziran 2017 tarihinde de EPDK’dan elektrik üretim lisansı alınmıştır.
3 Mart 2017 tarihinde ilk ünite için inşaat lisansı başvurusunda bulunulmuş ve 19 Ekim 2017 tarihinde alınan sınırlı çalışma izni ile sahada nükleer güvenlikle ilgili olmayan yapıların inşaat faaliyetleri başlamıştır. 2 Nisan 2018 tarihinde ilk ünite için inşaat lisansının verilmesiyle birlikte ilk ünitenin reaktör binasının inşası da başlamıştır. Benzer şekilde ikinci ünite için yürütülen çalışmalarda, 30 Kasım 2018’de sınırlı çalışma izni alınmış ve 26 Ağustos 2019’da ikinci üniteye de inşaat lisansı verilmiştir. İkinci ünitenin temeli 8 Nisan 2020 tarihinde atılmıştır. Proje Şirketi, 28 Mart 2019’da üçüncü ünite için ve 12 Mayıs 2020 tarihinde de dördüncü ünite için inşaat lisansı başvurusunda bulunmuştur.
13 Kasım 2020 tarihinde üçüncü ünitenin inşaat lisansı verilmiş olup 10 Mart 2021 tarihinde de temeli atılmıştır. 28 Ekim 2021 tarihinde Nükleer Düzenleme Kurumu (NDK) tarafından dördüncü ünite için de lisans verilmesiyle dört ünite de inşa aşamasına gelmiştir. Böylelikle Akkuyu NGS sahası Dünya’nın en büyük nükleer santral inşaatı haline gelmiştir.
Nükleer güç santrallerini, sadece elektrik üretim tesisleri olarak değerlendirmemek gerekir. Yaklaşık 550 bin parçadan oluşan nükleer santral projesi, diğer sektörlere de sağlayacağı dinamizmle ve istihdam imkânıyla birlikte ülkemiz sanayisine önemli derecede katma değer sunacaktır. Bunun yanında, Akkuyu Nükleer A.Ş. tarafından Rusya'ya nükleer enerji mühendisliği eğitimine toplam 317 Türk öğrenci gönderilmiştir.
Bu öğrencilerden 291’i eğitimlerini tamamlayarak projede çalışmaya başlamıştır. Buna ek olarak, 71 Türk öğrenci de yüksek lisans eğitimi amacıyla Rusya’ya gönderilmiştir. Ayrıca, MEB tarafından yürütülen YLSY bursu kapsamında ülkemizin çeşitli kurumlarında çalışmak üzere şimdiye dek yaklaşık 500 öğrenci de Dünya’nın en iyi üniversitelerinde eğitim görmeleri amacıyla yurtdışına gönderilmiştir.
10 m/s hızla esen bir rüzgârda, rüzgârla çalışan bir jeneratörden güç çıkışı m2 başına 5.6 kWh kadardır. Güneş enerjisi ile çalışan bir elektrik santralı m2 başına en fazla 1 kWh verebilir.
1 kg Petrolün ısıtıcı değeri: 10.500 kCal = 12.2 kWh
1 kg Kömürün ısıtıcı değeri: 5.000 kCal = 5.8 kWh
Fisyon reaktörde kullanılan U235'in 1 kg'ı (1.000 MWe gücündeki bir santralin, bir günde kullanacağı yakıt miktarıdır) 23.000.000 kWh'lik enerji verebilir. Füzyon reaktörlerinde kullanılacak olan hidrojenin 1 kg'ı 117.500.000 kWh'lik enerji verecektir. Ancak, füzyon hafif çekirdeklerin birleşme enerjisi şimdilik kullanılabilecek durumda değildir. 2050 de ticari manada çalıştırılabileceği tahmin edilmektedir. Nötronun yarı ömrü 1000 s'dir. 1000 sn de 1 elektron atar. 0.025 eV enerjiye sahip 300 K'de ki termal nötronun hızı 2200 m/s 'dir.
Bor (B) nötron zehiri olarak kullanılır. Bor'la termik nötronlar bile reaksiyon verir. Fe'nin nötron geçtiği zaman bol miktarda gaz üretimi olur. Bunun sonucu Fe'nin yapısı bozulur. Atom çekme enerjisi Atom ağırlığı ile orantılıdır. Atom Yarıçapı: R=1.5*Atom ağırlığı'dır. Orta ağırlıklı çekirdeklerde bağ enerjisi en büyük, küçük ağırlıklı çekirdeklerde ise en küçüktür. Yani, çekme enerjisi atom sayısı ile artar. 1 kg U235 parçalanırsa 20 kT'luk bir atom bombası kadar enerji açığa çıkar. Bu ateş topunun çapı 400 m'dir ve 5 km içindeki her şeyi yakabilir.
FÜZYON ENERJİSİ
Nükleer enerjinin bir seçeneği olan füzyon; çevreyi kirletmeyen, temiz, yakıtı hidrojenin izotopları olan Döteryum (H12) ve Trityum (H13) gibi hafif elementler olan bir enerji sistemidir. Döteryum deniz suyundan (su içerisinde 1/6000 oranında), Trityum ise 6Li (n, alfa) T termonükleer tepkimesiyle, füzyon reaktörünün yakıt çevriminden elde ediliyor. Bu nedenle, doğada var olan ulusal enerji üretim yakıtlarından bağımsız, tükenmez (yaklaşık 3000 yıl) bir enerji potansiyeline sahiptir. 4 litre deniz suyundaki Döteryum, D-T füzyon tepkimesinde kullanılması halinde, elde edilen füzyon enerjinin eşdeğeri, 104 kW olarak verilebilir.
D + D ⇒ (T+1.01MeV)+(p+3.03MeV)Â (He3 + 0.82 MeV) + (n + 2.45 MeV)
D + He3 ⇒ (He4 + 3.67 MeV) + (p + 14.67 MeV)
D + T ⇒ (He4 + 3.52 MeV) + (n + 14.06 MeV)
1 gram döteryum (H12) yaklaşık olarak 100 MWh enerji üretebilecek demektir, döteryum izotopunun doğal hidrojen içinde % 0.02 oranında bulunduğu anımsanırsa, 1 gr döteryum'un 50 litre sudan elde edilebileceği görülür. Dolayısıyla, okyanuslardaki suyun dünyanın enerji gereksinmesini 70 milyar yıl boyunca karşılayabileceği görülür. Yukarıdaki denklemlerle gösterilen tüm reaksiyonların son ürünü. enerjinin yanı sıra. Alfa, nötron ve proton tanecikleri olup, bu tanecikler kolaylıkla soğurulabileceklerinden herhangi bir uzun ömürlü, zararlı, radyoaktif artık da oluşturmazlar.
RADYOAKTİF ATIKLAR
Atık Problemi; nükleer yakıt döngüsünde, aşırı radyoaktif maddeler sadece reaktörde uranyumun ışınlanmasından ve kullanılmasından ortaya çıkar. Bu aşırı radyoaktif atıkların hacimleri küçüktür. Nükleer güç tesislerinde, tüm bu atıkların idaresi ve operatörlerin çalıştıkları yerler tehlike teşkil etmeyecek şekilde dizayn edilir. Örneğin, CANDU 6 tipli bir reaktör tesisinden yılda oluşan atık yakıt miktarı çok küçüktür ve yaklaşık 100 metrik tondur. Bu miktar atık ise, yaklaşık 25 m3' lük bir hacimde saklanabilir.. Bir diğer örnek ise, 5 kişilik bir Amerikan ailesinin bir yıllık elektrik tüketimi, ki bu tüketim bir Türk ailesinin yaklaşık 10 katıdır, nükleer kaynaklı olsaydı, yüksek şiddetli radyoaktif atık miktarı baş parmağın yarısı büyüklüğünde bir silindir olurdu.
Özet olarak nükleer güç tesisleri fosil yakıtlı tesislerle kıyaslandığında çevrenin dostu olarak kabul edilirler. Nükleer kapasitelerini arttıran Kanada, Güney Kore, Tayvan, Fransa, Belçika gibi ülkelerin katkıları ile karbondioksit, diğer sera (greenhouse) gazlar ve zehirleyici nitelikte olan asit yağmurlarının önemli ölçüde azaldığı açıkça gözlenmektedir.
