7 Kasım 2012 Çarşamba

Nükleer Güç Santralleri ve Nükleer Enerjinin Geleceği

           Nükleer Güç Santralleri ve Nükleer Enerjinin Geleceği


Dünya genelinde elektrik enerjisine olan talebin hızlı şekilde artması, enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesini gerekli kılmaktadır.
Elektrik enerjisi, ülkelerin kalkınmasında temel ve kaçınılmaz unsur olarak kabul edilmektedir. Dünya çapında yoksulluğun azaltılmasından, insan sağlığının en ileri bir düzeye getirilmesine kadar, kalkınma için göz önünde bulundurulan her kıstas da güvenilir, çağdaş elektrik enerjisi temini ve geliştirilmesi zorunlu görülmektedir. Hızlı şekilde değişen gelişmelere kayıtsız kalındığı takdirde, bölgesel ve küresel emniyet ve de huzurun sağlanmasındaki çabalar yoğun bir biçimde etkilenerek, genellikle felâketle sonuçlanan ihtilâfların ve şiddet olaylarının önlenmesi günden güne zorlaşacaktır. Bu bağlamda, küresel düzeyde enerji dengesizliklerini dikkate almak can alıcı öneme haizdir. Dünyada yaklaşık 1.6 milyar kişi elektrikten yoksun yaşamını sürdürmekte, 2.4 milyar insan da modern yakıtlar yerine odun, kömür vb bitkisel ve de tezek gibi hayvansal yakıtları (biomass yakıtlar) kullanmaktadır. Yeryüzündeki dört kişiden birinin çağdaş enerji sistemlerini kullanamadığını düşünürsek, küresel düzeyde enerji arz güvenliği, tüm ülkelerin ve insanların enerji ihtiyaçlarının bütünü ile karşılanmasını kapsamaktadır. Ekonomik İşbirliği ve Kalkınma Teşkilatı ( TheOrganization for Economic Cooperation and Development - OECD ), enerji tüketiminin bu düzeyde sürmesi ve de hükümetlerin politikalarını aynen sürdürmesi halinde, 2030 yılına gelindiğinde küresel ölçekli enerji ihtiyacının %53 artacağını tahmin etmektedir. Diğer taraftan, yine aynı organizasyon tarafından, gelişmekte olan ülkelerden gelecek talebin de %70 oranında büyüyeceği öngörülmektedir. Enerji arz güvenliğinin ve karbon emisyonlarının öne çıktığı ve de hızlı şekilde artan enerji talebinin karşılanmasında, nükleer gücün kullanımı büyük bir önem teşkil etmektedir. Tüm bunlara rağmen, nükleer enerji her derde deva değildir. Ancak gelecekte, küresel düzeyde enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesi konusunda, son derece önemli bir yer işgal edeceği düşünülmektedir. Son zamanlarda nükleer güce ilginin artması ve ülkelerin nükleer enerji programlarını öne alması, bunun bir kanıtı olarak kabul edilmektedir(*).
Son verilerin ışığı altında, 30 ülkede nükleer santraller faaliyet göstermekte olup, işletmede olan nükleer reaktörlerin sayısı 439 civarındadır. Çalışmakta olan nükleer reaktörler, dünyadaki toplam elektrik ihtiyacının yaklaşık %15.2'sini karşılamaktadır. Bugüne kadar nükleer gücün kullanımında sanayileşmiş ülkeler ilk sırada gelmekte idi. Bununla beraber, yeni inşa edilen nükleer reaktörler, mevcut durumu hızlı biçimde değiştirmektedir. İnşa halindeki 30 nükleer reaktörden 16'sı gelişmekte olan ülkelerde olup, bunların çoğunluğu  Asya'da bulunmaktadır. Örneğin, Çin'de halihazırda 4 adet nükleer reaktör inşa edilmekte ve adı geçen ülke, gelecek 15 yıl içinde nükleer enerji üretim kapasitesini beş kat artırmayı planlamaktadır. Hindistan'da 7 nükleer güç reaktörü inşa edilmekte olup, 2022 yılına kadar nükleer güç üretiminin takribi yedi kat artırılması öngörülmektedir. Öte yandan, Japonya, Pakistan ve Güney Kore nükleer güç kapasitelerini yükseltme yollarını araştırmaktadır. Asya Pasifik bölgesinde de yakın bir gelecekte, nükleer enerji seçeneğini kalkınma programlarına alan yeni ülkeler  görülecektir. Örneğin bunlar arasında Vietnam, 2015 yılında, ülkesinde ilk nükleer güç santrali inşa etmeyi hedeflemektedir. Endonezya, merkezi bölgede bulunan Java'da iki adet 1000 megawatt'lık (1000 MW) nükleer reaktör inşa edilmesi konusundaki çalışmalarını yoğunlaştırmıştır. Tayland Enerji Üretim Kurumu ( Energy Generating Authority of Thailand), 2015 yılında inşasına başlaması öngörülen iki büyük nükleer santral planlamıştır. Malezya,  2010 yılında tamamlanacak ve nükleer güç kullanımını da içeren, kapsamlı bir enerji eylem planı ve politikası üzerindeki çalışmalarını sürdürmektedir. Dünya genelinde nükleer enerjiye olan ilginin yoğun şekilde artması, sadece Asya ülkeleri ile sınırlı değildir. Örneğin, Türkiye ve Ürdün gibi ülkeler de ciddi nükleer güç programları yapmaktadır. Arjantin, Bulgaristan, Kazakistan ve Güney Afrika, mevcut nükleer enerji programlarını genişletmeyi planlamaktadır. Nükleer güce olan ilginin yeniden canlanmasında çok sayıda neden bulunmaktadır. Pek çok ülke, nükleer enerjiyi, enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesi ve enerji arz güvenliği konularında can alıcı bir seçenek olarak görmektedir. 1970'li yıllarda dünyada petrol arzının kesintiye uğraması sonucu ortaya çıkan büyük enerji krizi nedeni ile, geçen yüzyılın son çeyreğinde Fransa ve Japonya gibi zengin ülkeler nükleer enerji programlarının geliştirilmesine son derece önem vermiştir. Bugün itibari ile, Fransa elektrik ihtiyacının %78'ini Japonya ise %30'unu nükleer güçten sağlamaktadır. Dünya genelinde enerji arz güvenliği önemini hâlâ muhafaza etmektedir. Ülkelerin enerji arzlarını yada enerji teminlerini ve kaynaklarını çeşitlendirmeleri, fosil yakıtların fiyatlarındaki aşırı ve fahiş artışlara karşı bir emniyet mekanizması oluşturmaktadır. Bazı ülkelerin enerji arz güvenliği kaygıları da büyük oranlarda petrol ve doğal gaz temin eden ülkelerde doğabilecek olası politik kararsızlıklardan kaynaklanmaktadır. Nükleer enerjiye ilginin artmasında başka bir  faktör de, nükleer güç reaktörlerinin çevreye neredeyse hiçbir sera gazı emisyonu yaymamasıdır. Uranyum madenciliğinden, nükleer yakıt olarak üretimine, reaktörün inşasından, işletmeye alınmasına ve oluşan radyoaktif atıkların yok edilmesi veya nihai depolanması işlemine kadar, kW/saat başına karbon emisyon miktarı, sadece 1.6 gram'dır. Bu miktar, rüzgâr ve hidroelektrik santralleri ile karşılaştırıldığında bile, onların yaptığı karbon emisyonlarına göre ihmal edilebilir düzeydedir. Kömür, petrol ve doğal gaz santrallerine nazaran ise, nükleer santrallerin karbon emisyonları hemen hemen sıfırdır. Fosil yakıtların yaygın kullanımından ortaya çıkan karbondioksit emisyonları, son zamanlarda uluslararası düzeyde dünyanın gündemine yoğun şekilde gelmektedir. Örneğin, Haziran 2007'de bir araya gelen G8 zirvesinin ana gündeminde, yakın gelecekte yeni bir uluslararası  karbon emisyonlarının sınırlandırılması ile ilgili çerçeve belirlenmesi konusunda ortak irade ortaya konmuştur. Hedef olarak da 2050 yılına kadar, küresel boyutta sera gazı emisyonlarının yarı yarıya azaltılması amaçlanmaktadır. Gerçeği ifade etmek gerekirse, nükleer enerji yada nükleer güç, düşük karbon emisyonlarının küresel düzeyde temini konusunda  çözümün bir parçası olarak görülmektedir. Nükleer güce ilginin yeniden artmasında diğer bir etkileyici faktör de dünya genelinde elektrik üreten nükleer reaktörlerde izlenen; kusursuz, başarılı ve güçlü performans kayıtlarıdır. Nükleer güç teknolojisi, yarım asırdan fazla olan nükleer güç santrallerini işletme deneyimi ile, emniyetli ve güvenilir bir olgunluğa erişmiştir. Bu bağlamda, son 20 yıl içinde, daha önce vuku bulan nükleer reaktör kazalarından alınan önemli dersler sonucunda, nükleer güç santrallerinin güvenliği hususunda çok önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Bunun bir işareti olarak üçüncü ve dördüncü nesil nükleer güç santralleri konusunda ehemmiyetli adımlar atılmıştır. Diğer taraftan da, nükleer santraller emsalleri olan klasik fosil yakıtlı termik santrallere nazaran, gelişmiş güvenlik kayıtları ve daha düşük işletme maliyetleri sayesinde günümüzde tercih edilir hale gelmiştir. Sonuç olarak özetlemek gerekirse, OECD ülkeleri ile dünyada; yeterli, güvenli ve uygun ekonomik koşullarda enerji sağlanması konusundaki sorunlar, özellikle küresel ısınma ve iklim değişiklikleri bağlamında, kaygılandırıcı biçimde ortaya çıkmaktadır. Uluslararası Enerji projeksiyonları; 2030 yılına kadar, birincil enerji talebinde yaklaşık %50'lik bir artış göstermektedir. Diğer projeksiyonlarda da, 2050'de enerji talebinin iki kat olacağı öngörülmektedir. Bu büyümenin büyük bir kısmının, OECD ülkeleri dışındaki gelişmekte olan ekonomilerde görülür iken OECD ülkeleri de, dünya pazarlarında rekabete gereksinim duyacak şekilde, gittikçe artan oranlarda, enerji ithallerine bağlı kalacaktır. Mevcut olan tahminlere göre de, enerji ithalâtlarının çoğunluğu, politik olarak kararlı olmadığı düşünülen ülke ve bölgelerden sağlanacaktır. Bu yoğun sorunların ışığında, pek çok ülke, enerji programlarında nükleer gücün oynayabileceği rolü, yeniden ciddi şekilde düşünmeye başlamışlardır. Nükleer reaktörlerin büyük bir bölümünün inşa edilip işletmeye alındığı 1970 ve 1980'li yıllardan beri, çoğu ülkelerde elektrik piyasalarının liberalleştirilmesi, yatırım konumunu büyük ölçüde değiştirmiştir. Bu nedenle, yeni nükleer reaktörlerin finans problemleri, daha fazla kurulup kurulmayacakları hususunda önemli bir faktörü oluşturmaktadır. Ancak, yeni nükleer santrallerinin kurulması ve işletilmesi ile enerji satışına ilişkin kanun düzenlemelerini  programlarına alan hükümetler, mevcut yasalarında değişiklik yaparak veya yeni kanunlar çıkararak, çok yönlü teşvikler getirmektedir. Bu şekilde, nükleer güç santrallerinin dünya elektrik enerjisi üretimindeki payının artırılması yada en azından halihazırdaki konumunun korunması sağlanabilecektir.

5 Kasım 2012 Pazartesi

Niçin ? Nükleer Enerji, Nükleer Santraller ve Nükleer Güç


Nükleer santrallerin işletmesinde uzun yıllar boyunca ihtiyaç duyulacak nükleer yakıtı depolamak göreceli olarak kolay ve ekonomik olduğundan, nükleer santraller enerji arz güvenliğinin sağlanmasına önemli katkı 
sağlayacaktır.

Nükleer santrallerin elektrik sistemine entegre edilmesiyle, elektrik üretiminde kullanılacak ithal kaynaklarda 
çeşitlilik sağlanacaktır.

Nükleer santraller, iklim değişikliğine neden olan başta karbon dioksit (CO2) olmak üzere sera gazı emisyonlarına neden olmazlar. Bu itibarla, nükleer santraller artan elektrik talebinin olumsuz çevresel etkilere 
neden olmayacak şekilde karşılanmasında önemli bir seçenek olacaktır.

Nükleer teknolojide, ileri teknolojiye yatırım yapılması suretiyle enerji ithaline olan bağımlılık azaltılacaktır. Bu sayede, yeri geldiğinde, başka yüksek teknolojilere nüfuz edilmesi de mümkün hale gelecektir. Kalite düzeyinin ve insan gücü niteliklerinin artması, güvenlik kültürü ve prosedürlere sadık kalma disiplini ile 
tanışma, sanayi sektörünün elde edeceği en önemli kazanımlar olacaktır.

Nükleer santraller, fosil yakıtlı santrallere oranla göreceli olarak daha yüksek inşaat ve yatırım maliyeti gerektirmektedir. Nükleer enerji programının ilk aşamalarında, ihtiyaç duyulan organizasyonların kurulması için ilave yatırımlar ve ekstra maliyetler söz konusu olacaktır. Bununla beraber, nükleer enerji santralleri, uzun vadede elektrik üretim fiyatlarının kararlılığının korunmasına katkıda bulunacaktır.

Bir nükleer enerji programının başarısı için, sürecin başlamasından önce ulusal düzeyde net ve kesin bir kararlılığa sahip olunması hayati önem taşımaktadır. Bu kararlılığa paralel olarak oluşturulacak politika belgeleri, uzun-vadeli enerji planlama çalışmalarına büyük faydalar sağlayacaktır.

Nükleer santrallerde, tasarım, inşaat ve işletme aşamalarında kalite temini ve kalite kontrol gereklerine ileri düzeyde bağlı kalınmaktadır. Nükleer teknolojinin ilgili bütün kalite gereklerine uyularak geliştirilmesi, sanayileşme sürecini tamamlamış ülkelerde bulunan kalite kültürünün ve bilimsel yönetim sistemlerinin yerli endüstri tarafından kazanılmasına yardımcı olacaktır.

Nükleer Enerji ve Elektrik


NÜKLEER ENERJİDEN ELEKTRİK ÜRETİMİ

Nükleer reaktörler nükleer enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Temel olarak fisyon sonucu açığa çıkan nükleer enerji nükleer yakıt ve diğer malzemeler içerisinde ısı enerjisine dönüşür. Bu ısı enerjisi bir soğutucu vasıtasıyla çekilerek bazı sistemlerde doğrudan bazı sistemlerde ise ısı enerjisini başka bir taşıyıcı ortama aktararak türbin sisteminde kinetik enerjiye ve daha sonra da jeneratör sisteminde elektrik enerjisine dönüştürülür. Malzemelerin çok çeşitli fiziksel, kimyasal ve nükleer özellikleri sebebiyle pek çok değişik nükleer reaktör tasarımı mevcuttur. Aşağıdaki şekilde bir Basınçlı Su Reaktörünün basit şeması verilmiştir. Bu tasarımda reaktör kalbindeki yakıtlardan ısı enerjisi basınç altında tutularak kaynaması engellenen su ile çekilmektedir. Çekilen ısı enerjisi buhar üreteçlerinde ikinci devredeki suya aktarılmakta böylece üretilen buhar ile türbin-jeneratör sistemi döndürülerek elektrik enerjisi üretilmektedir. 

NÜKLEER GÜÇ SANTRALİ
  • Reaktör kalbi
  • Kontrol çubuğu
  • Reaktör basınç kabı
  • Basınçlandırıcı
  • Buhar üreteci
  • Birincil soğutma su pompası
  • Reaktör korunak binası
  • Türbin
  • Jeneratör - Elektrik üreteci
  • Yoğunlaştırıcı
  • Besleme suyu pompası
  • Besleme suyu ısıtıcısı


Bir nükleer santraldeki sistemler konvansiyonel güç santralleri ile aynı mantıkla çalışırlar. Isı enerjisinin üretildiği kısımda elde edilen buharın türbin-jeneratörü döndürerek elektrik üretilmesi felsefesi, temel olarak nükleer santrallerde da aynıdır. Nükleer santraller ısı üretmek için nükleer reaksiyonu kullandıkları ve bunun sonucunda çevreye salınmaması gereken radyoaktif maddeler ürettikleri için, bazı ek sistemler kullanırlar. Örneğin, birçok nükleer santralde nükleer yakıtı barındıran yakıt tüpleri arasından ısınarak geçen su, doğrudan türbine gönderilmeyip, türbin için buhar üretilen ikinci bir çevrimi ısıtmak için kullanılır. Bununla ilgili sistemlere Birincil (Soğutma) Sistem(i) adı verilir. 

İkincil sistem ise birincil soğutma sistemindeki ısıyı alarak türbin-jeneratörü döndürmek için gerekli olan buharın üretilmesi için kullanılan sistemdir. Her iki sistem de kapalı birer döngü oluşturmuşlardır.

Soğutma sistemi ise ikincil sistem içinde yer alan yoğunlaştırıcıyı soğutmak için kullanılır. Bu sistemde sıcaklığı yoğunlaştırıcıya göre daha az olan, deniz, göl veya ırmaklardaki su kullanılır. Suyun bolca bulunmadığı yörelerde ise bu sistemin içinde soğutma kulelerinden faydalanılır.

Nükleer santraller, birincil sistemlerindeki farklılıklara göre değişik şekillerde adlandırılırlar. Şekilde görülen sistem, tipik bir "basınçlı su reaktörü"ne aittir. Dünyadaki 400 den fazla sayıda nükleer santralin yaklaşık olarak yarısı "basınçlı su reaktörü"dür. Basınçlı su reaktörlerinin de, birincil sistem yaklaşık 150 atmosferlik bir basınç altında tutularak, içinde bulunan suyun yüksek sıcaklıklara kaynamadan çıkarılması sağlanmıştır. 

Buna ek olarak "kaynar sulu", "basınçlı ağır sulu" reaktörler de en çok kullanılan nükleer santral tipleridir.

ELEKTRİK NASIL ÜRETİLİR?

Elektrik, bakır gibi iletken bir telin manyetik bir alan içinde hareket ettirilmesi ile üretilir. Elektrik jeneratörü, bir mıknatıs içinde dönen sarılı iletken tellerin bulunduğu, ve bu tellerin mıknatıs içinde dönmesiyle elektrik akımı üreten bir makinedir. Evlerimizde, işyerlerimizde, endüstride gereksinim duyduğumuz büyük miktardaki elektrik enerjisini elde etmek için, elektrik jeneratörlerini döndürecek büyük güç santrallerine ihtiyaç duyarız.
Çoğu güç santrali, jeneratörü döndürmek için ısı üretiminde bulunurlar. Fosil yakıtlı santraller ısı üretimi için doğal gaz, kömür ve petrol yakarlar. Nükleer santraller da uranyum yakıtını parçalayarak ısı üretirler. Ancak bütün bu değişik tip santraller ürettikleri ısıyı, suyu buhar haline dönüştürmek için kullanırlar.

Oluşan buhar ise elektrik jeneratörüne bağlı olan türbine verilir. Su buharı, türbin şaftı üzerinde bulunan binlerce kanatçık üzerinden geçerken daha önce üretilen ısıdan almış olduğu enerjiyi kullanarak, türbin şaftını döndürür. 
İşte bu dönme, jeneratörün elektrik üretmek için gereksinim duyduğu mekanik harekettir. Jeneratörde oluşan elektrik ise iletim hatları denilen iletken teller ile kullanılacağı yere gönderilir.
Türbinden çıkan, enerjisi diğer bir deyişle,basınç ve sıcaklığı azalmış buhar ise yoğunlaştırıcı (kondenser) denilen bölümde soğutulup su haline dönüştürüldükten sonra, tekrar kullanılmak üzere santralin ısı üretilen bölümüne geri gönderilir. Yoğunlaştırıcıda soğutma işini sağlayabilmek için deniz, göl veya ırmaklarda bulunan su kullanılır. Su kaynaklarından uzak bölgelerde ise santralin hemen yanında bulunan ve uzaktan bakıldığı zaman geniş dev bacalara benzeyen soğutma kuleleri kullanılır. Bu kulelerin üzerinde görülen beyaz duman ise su buharıdır.

Güvenlik

NÜKLEER SANTRALLERDE GÜVENLİK NASIL SAĞLANIR?


Nükleer santrallerde, nükleer maddelerin çevreye bırakılmamasını ve aynı zamanda nükleer reaksiyon sonucunda oluşan ısının her durumda reaktörden alınmasını garantiye alacak şekilde birçok güvenlik önlemi alınmıştır. Nükleer maddelerin dışarıya salınmaması için kademeli koruma önlemleri, oluşan ısının alınması için ise yine kademeli ve yedekli sistem ve bileşenler bulunmaktadır. 
Nükleer yakıt, seramik formunda, yaklaşık 1 cm çap ve yüksekliğinde silindirik parçaların arka arkaya dizilmesiyle yine silindirik biçimde kapalı sızdırmaz tüpler içindedir. Bu tüplerin binlercesinin, aralarından soğutucu suyun geçmesine izin verecek şekilde bir araya getirilmesi ile de reaktör kalbi oluşturulmuştur. Bu kalp ise paslanmaz çelikten yapılan bir basınç kabının içinde bulunur (Basınçlı veya Kaynar Sulu reaktörlerde). Basınç kabı ve buna bağlı sistemler ise reaktör korunak binası adı verilen betondan yapılmış kubbemsi yapının içinde bulunurlar. Dolayısıyla, yakıt içinde bulunan radyoaktif maddelerin dışarıya salınmalarını, seramik yakıt, yakıt tüpü, basınç kabı, çelik gömlek ve beton korunak binası, kademeli olarak engellemiş olurlar.

Dünyada Nükleer Enerji

İLK NÜKLEER TEPKİMEYİ KİM BULDU?

Einstein, 1905 yılında E=mc2 formülü ile fisyon sonucu açığa çıkabilecek enerji konusunda öngörüde bulunmuştu. Daha sonra 1930 yılında bu öngörü deneysel olarak Otto Hahn, Lise Meitner ve diğerleri tarafından doğrulandı. Dünyadaki insan yapısı ilk nükleer reaktör 1942 yılında Enrico Fermi’nin yürüttüğü bir proje sonucunda Amerika Birleşik Devletleri' nin Chicago, Illinois kentinde kuruldu. 

Ancak, dünyadaki ilk nükleer reaktörün ortaya çıkışı milyonlarca yıl öncesine dayanmaktadır. Afrika'da Oklo, Gabon’daki bir uranyum madeninde, yeraltı sularının da maden içinde bulunması nedeniyle doğal bir nükleer reaktör oluştuğu ve binlerce yıl ısı ürettiği son yıllarda ortaya çıkarılmıştır. 
Her iki reaktör de fisyonu kullanarak ısı üretmiş fakat hiçbiri elektrik üretmemiştir.

Elektrik üreten ilk ticari nükleer güç santralı Shippingport, Pennsylvania'da (ABD) kurulmuş ve 1957'de işletmeye girmiştir. Fisyon kullanılarak üretilen ilk elektrik ise, Aralık 1951'de Arco, Idaho’daki Deneysel Üretken Reaktöründe elde edilmiştir.

NÜKLEER ENERJİNİN DÜNYADAKİ DURUMU NEDİR?

İşletmede olan santrallerin sayısı: 443 adet 
İşletmede olan santrallerin net gücü: 369,552 MW(e)
Üretilen enerji: 2544 TW saat
Nükleer enerjinin toplam enerjiye oranı: %16
İnşa halindeki santrallerin sayısı: 35 adet
İnşa halindeki santralerin net gücü: 27.743 MW(e),
İşletme deneyimi:10586 reaktör-yıl

Bazı Ülkelerin Elektrik Üretiminde Nükleer Enerjinin Payı

Fransa: %77, Belçika: %58, Slovak Cumhuriyeti: %53, Ukrayna: %46, İsveç: %44, Macaristan: %39, G. Kore: %39, İsviçre: %36, Japonya: %34, Almanya: %31, Finlandiya: %31, İspanya: %27, İngiltere: %23, ABD: %20, Çek Cumhuriyeti: %20, Rusya Federasyonu: %15, Kanada: %13, Arjantin: %8, Güney Afrika Cumhuriyeti: %7, Hindistan: %4.

Nükleer Enerji Nedir?


NÜKLEER ENERJİ NEDİR?

Ağır radyoaktif (Uranyum gibi) atomların bir nötronun çarpması ile daha küçük atomlara bölünmesi (fisyon - parçalanma - bölünme - bozunma) veya hafif radyoaktif atomların birleşerek daha ağır atomları oluşturması (füzyon - birleşme – bir araya gelme) sonucu çok büyük bir miktarda enerji açığa çıkar. Bu enerjiye nükleer enerji denir. Nükleer reaktörlerde fisyon reaksiyonu ile edilen enerji elektriğe çevrilir. Güneşteki reaksiyonlar ise füzyon reaksiyonudur. Bu reaksiyonun yarattığı sıcaklık fisyon reaksiyonundakinden çok daha fazladır (birkaç milyon derece santigrad). Bu yüzden bu sıcaklığı kontrol edebilecek bir füzyon reaktörü henüz kurulamamıştır.

Atom, Fisyon, Füzyon, Zincirleme Tepkime (Reaksiyon) Nedir?

Atom 

Bir elementin kimyasal özelliklerini taşıyan en küçük parçasına atom denir. Evrende bilinen bütün maddeler pozitif yüklü bir çekirdek ve etrafında dönen negatif yüklü elektronlardan oluşan yaklaşık 100 farklı atomdan meydana gelmektedirler. Atomun çekirdeği ise nükleon olarak adlandırılan ve elektronlara göre yaklaşık 2000 kat daha ağır olan, artı yüklü proton ve yüksüz nötronlardan oluşmaktadır. Dolayısıyla bu üç parçacık, etrafımızdaki sonsuz çeşitlilikteki maddenin temel yapı taşlarıdır. Şu andaki bilgilerimize göre elektronlar, kendilerini oluşturan alt parçacıklar olmadığından temel parçacık olarak kabul edilirler. Nükleonlar ise, elektronun "-1" yüklü olduğu varsayıldığında, "+2/3" veya "-1/3"elektrik yükünde olan quark adı verilen üç alt parçacıktan oluşmuşlardır. 

Molekül

Doğada atomlar genellikle daha kararlı enerji seviyelerinde bulunmak amacıyla yörüngelerinde bulunan elektronları başka atomlarla paylaşırlar. Atomların bir araya gelmesi ile moleküller oluşur. Bir elementte aynı cins atomlar tek olarak veya moleküller halinde bir aradadır. 
Kimyasal Tepkime: İki veya daha fazla sayıda madde bir araya geldiğinde, moleküllerdeki atomların aralarında yeniden düzenlenmesine kimyasal tepkime denir. Bu sırada elektronların paylaşılması da değişir. Kimyasal tepkimelerin bir özelliği, ilgili atomların çekirdeklerinde bulunan parçacık sayısının tepkime sırasında değişmemesidir. 
Çekirdek Tepkimesi: Kimyasal reaksiyonların aksine atomların çekirdeklerinde bulunan parçacıkların kendi aralarında veya dışarıdan gelen bir etki sonucunda değişimleri sonucunda çekirdek tepkimeleri oluşur. Çekirdek tepkimesi sonucunda eğer proton sayısı değişiyor ise farklı bir elemente ait bir atom oluşmuş olur.

 

Fisyon (Çekirdek Parçalanması) :
Fisyon bir nötronun, uranyum gibi ağır bir element atomunun çekirdeğine çarparak yutulması, bunun sonucunda bu atomun kararsız hale gelerek daha küçük iki veya daha fazla farklı çekirdeğe bölünmesi reaksiyonudur. Dolayısıyla Fisyon, bir çekirdek tepkimesidir. Parçalanma sonucunda ortaya çıkan atomlara fisyon ürünleri denir. Bunların bazıları radyoaktiftir. Bir nötron yutulması ile başlayan fisyon tepkimesi sonucunda, büyük miktarda enerji ile birlikte, birden fazla nötron ortaya çıkar. Çekirdek tepkimeleri sonucunda açığa çıkan enerji, kimyasal tepkimelere göre yaklaşık bir milyon kat düzeyinde daha fazladır.

Zincirleme Reaksiyon: 

Fisyon sonucunda ortaya çıkan nötronların, ortamda bulunan diğer fisyon yapabilen atom çekirdekleri tarafından yutularak, onları da aynı reaksiyona sokması ve bunun ardışık olarak tekrarlanmasıdır. Kontrolsüz bir zincirleme reaksiyon, anlık bir süre içinde çok büyük bir enerjinin ortaya çıkmasına neden olur. Atom bombasının patlaması bu şekildedir. Nükleer santrallerde ise zincirleme reaksiyon kontrollü bir şekilde yapılır. Bu kontrolün kaybedilerek nükleer yakıtın bir bomba haline dönüşmesi fiziksel olarak olanaksızdır.

Füzyon (Çekirdek Birleşmesi)

Hafif radyoaktif atom çekirdeklerinin birleşerek daha ağır atom çekirdeklerini meydana getirmesi olayıdır. Füzyon tepkimesinde ortaya çıkan sıcaklık çok daha büyüktür. Güneşteki tepkimeler bu gruba girer.

Bir füzyon reaksiyonundan öngörülen enerjinin elde edilmesi için; 


  • reaksiyon düşük sıcaklıkta oluşmalı
  •  yüksek enerji açığa çıkmalı
  •  büyük bir tesir kesitine sahip olmalıdır
  • tepkimeye girecek olan maddeler kolayca bulunabilmelidir
  •  plazmanın yeniden ısıtılması için yüklü parçacıklar elde edilmeli
  • farklı etkileşmeleri önlemek için enerjisi yüksek olan nötronlar açığa çıkmamalıdır.