Fisyon Enerjisinden Nükleer Enerjiye Giriş

Nükleer enerji santralleri, uranyum atomlarının çekirdeklerini kesintisiz olarak parçalayan bir süreç olan kontrollü zincirleme reaksiyon fisyonu oluşturan reaktörler içerir. Bu işlem çok fazla enerji, ışınım ve çok yüksek ısı üretir.

Nükleer santraller fisyon tarafından salınan enerjiyi kullanıyor ve elektrik üreten jeneratörleri çalıştırmak için kullanıyor. Nükleer enerji ABD'de üretilen elektriğin sadece yüzde 20'sine katkıda bulunsa da, ülkenin nükleer kapasitesi diğer herhangi bir ülkenin en yüksek seviyesidir - 2010'da 101 gigawatt.

Nükleer reaktörlerin ortak bileşenleri:

Yakıt

- Radyoaktif, ağır metal cevheri olan uranyum, nükleer reaktörler için en yaygın yakıttır . Zenginleştirme sürecinin ardından uranyum çok yoğun bir yakıt haline geldi.

Ticari bir nükleer reaktör, çalışması için binlerce kilo zenginleştirilmiş uranyum yakıtına ihtiyaç duyar. ABD'deki sivil nükleer enerji santralleri yılda yaklaşık 50 milyon poundluk uranyum (U3O8 eşdeğeri) yakıt satın almaktadır; bunların çoğu yurtdışından geliyor.

Uranyum başta Kazakistan, Kanada, Avustralya ve Afrika olmak üzere dünya çapında madenlerde üretilmektedir. Birleşik Devletler uranyumun ilk 10 üreticisi arasındadır.

Kontrol Çubukları

- Kadmiyum, hafniyum veya bor gibi nötron emici bir maddeden yapılmış kontrol çubukları, reaksiyon hızını kontrol etmek veya gerektiğinde durdurmak için çekirdeğe sokulur veya çekilir.

Moderatör - Reaktör çekirdeğinde, fisyona maruz kalan nötronları yavaşlatacak şekilde daha fisyona neden olan malzeme.

Moderatör genellikle normal (hafif) sudur, ancak ağır su (D20) veya grafit olabilir.

Soğutma sıvısı

- Isıyı ısıdan aktarmak için çekirdeğin içinden dolaşan sıvı veya gaz. Hafif su reaktörlerinde, su moderatörü birincil soğutucu olarak da işlev görür.

Kapsama - Nükleer reaktörler, radyoaktivitenin atmosfere kaçmasını önlemek için ağır betonarme yapılar içerisine konur.

Nükleer Enerjinin Temel Süreci Nükleer fizik çok tekniktir, ancak nükleer enerji ile elektrik üretmek için temel işlem şu şekildedir:

Reaktör çekirdeği fisyon denilen bir süreçte ısı ve radyoaktivite üretir; atomu bölme. Reaktörün içi uranyum nükleer yakıttır. Uranyum parçacıklarının çekirdekleri olarak nötronları serbest bırakırlar. Nötronlar diğer uranyum atomlarına çarptığında, bu çekirdekler de ayrıldı ve nötronlarını serbest bırakarak diğer atomlara çarpmalara neden oldu, bu da daha fazla parçalanmaya neden oldu. Bu sürekli atom ayrımı bir zincir reaksiyonudur.

Kontrollü fisyon reaksiyonlarından kaynaklanan ısı, doğrudan kaynar su reaktöründe (BWR) olduğu gibi sudan buhar üretmek için kullanılır veya dolaylı olarak bir buhar jeneratörü içeren basınçlı su reaktöründe (PWR) olduğu gibi kullanılır.

Buhar bu jeneratörü çalıştıran bir türbin kullanıyor.

Jeneratör elektrik şebekesine dağıtılan elektriği üretir.

Nükleer Reaktör Çeşitleri

Dünya genelinde çeşitli nükleer güç reaktörleri kullanılmaktadır. Bununla birlikte, en yaygın tipler hafif su reaktörleri olarak sınıflandırılan basınçlı su reaktörleri (PWR) ve kaynar su reaktörleri (BWR) 'dir. Amerika Birleşik Devletleri'nde PWR ve BWR, işletmekte olan ticari nükleer santrallerin sadece iki türüdür.

Kaynar su reaktörü (BWR)

- Bu tür reaktörlerde fizyon, reaktör göbeğinde su kaynayan ısı üretir. Kaynayan suyun buharının jeneratörü elektrik üretmek için kullandığı bir türbin enerjisi vardır. Kuzeydoğu Japonya'nın Fukushima Naiishi fabrikasında Mart 2011'de meydana gelen deprem ve tsunamide hasar gören reaktörler BWR'ler.

• Basınçlı su reaktörü (PWR) - Bu tür reaktör, enerji üretmek için en yaygın olanıdır. Soğutma sıvısı ve moderatör olarak suyu, fizyon hızını kontrol etmeye yardımcı olan bir ajan kullanır. Kapalı birincil soğutma sistemi içinde çekirdeğin içinden geçerken fisyondan ısı enerjisi ile ısıtılan su yüksek basınç altında tutulur ve bu nedenle kaynama olmaz. Buhar, ikincil bir soğutma sıvısı halkasında üretilir ve bir elektrik jeneratörünü çalıştıran türbinlere güç sağlamak için kullanılır.
• CANDU ve ağır su moderatörlü reaktörler - Bu tasarımlar ağır suyu moderatör olarak kullanmaktadır. Düdateryum, iki hidrojen atomunu değiştiren ağır su, moderatör olarak fisyon süreci boyunca nötronları yavaşlatmakta ve zenginleştirilmiş uranyum yerine yakıt olarak doğal uranyum kullanılmasına izin vermektedir.
• Çakıltaşı yataklı modüler reaktör - Fisyon ürününün tutulmasını ve eriyebilmesini sağlamak için grafit ve silisyum karbür küreler içine helyum soğutucu ve yakıt kullanan yüksek sıcaklık reaktörü.