Nükleer Enerji Nedir? Nükleer Enerji Santralleri Nasıl Çalışır?

Nükleer enerji hiç şüphesiz günümüz enerji sistemlerinde önemli bir yere sahiptir. Tabi nükleer enerjinin atom bombası dışında da en insancıl kullanımı nükleer tıp ve nükleer enerji santralleriyle birlikte gerçekleştirilmiştir. Bu içeriğimizde de sizlere nükleer enerji santralleri ile ilgili bilmeniz gerekenleri derledik.

Nükleer Enerji Santrali Nedir?

Nükleer enerji santralleri, bir istisna dışında standart termik elektrik santrallerine benzer. Nükleer enerji santralleri ısı kaynağı olarak bir nükleer enerji reaktörünü kullanır. Bütün tipik konvensiyonel termik elektrik santrallerinde ısı enerjisi buhar türbinine bağlı jeneratör ile elektrik enerjisi üretebilmek için buhar elde etmede kullanılır.

Buhar türbini, tüm termik elektrik santrallerinin ortak özelliğidir. Buhar türbini, Sir Charles Parsons tarafından 1884 yılında icat edilmiştir, ilk prototip bir dinamoya bağlanarak 7,5 kW gücünde elektrik enerjisi üretmiştir. Nükleer enerji santralleri, istisnai özelliği ise içerisindeki nükleer reaktör ve bu nükleer reaktör için emniyet ve yardımcı sistemlerdir.

Yukarıdaki resimdede görüldüğü üzere nükleer enerji santralleri iki ana yapıdan oluşmaktadır:

1. Nükleer reaktör bölümü
2. Türbin bölümü

Nükleer reaktör bölümü, nükleer santralin kilit yapısıdır. Bu bölüm, bir nükleer reaktör ve reaktör basıncı, reaktör soğutma suyu pompaları, buhar jeneratörü ve diğer ekipmanların bulunduğu hava sızdırmaz yapıdadır, aksi takdirde bir kaza durumunda fisyon tepkimesi sonucu ortaya çıkan radyoaktif ürünler atmosfere salınabilir. Bu tür yapılar, çelik takviyeli betondan imal edilir.

Türbin binası, bir türbin, jeneratör, kondenser ve diğer ekipmanların bulunduğu basınçlı buharın termal enerjisini türbin vasıtasıyla mekanik enerjiye ve türbine bağlı jeneratör ilede elektrik enerjisine dönüştürüldüğü yapıdır. Ayrıca bir soğutma kulesi de nükleer enerji santralleri için bir bileşen olabilir.

Nükleer Enerji Santralleri Bileşenleri

Nükleer enerji santralleri bazı ortak bileşenlere sahiptir. Bunlar:

• Nükleer Reaktör: Bir nükleer reaktör, nükleer enerji santralleri için kilit parçadır. Nükleer reaktörün görevi, Uranyum 235 gibi nükleer yakıtları nötron ile fisyon reaksiyonuna sokarak sürekli bir zincirleme nükleer reaksiyon başlatmak ve bunu kontrol altında tutmaktır.
• Buhar Jeneratörü: Buhar jeneratörü bir ısı değiştiricisidir. Nükleer reaktörün çekirdeğinden elde edilen ısı enerjisi ile besleme suyunu buharlaştırır. Basınçlı su reaktörlerinde birincil ve ikincil soğutma sıvısı halkaları arasında kullanılırlar.
• Basınçlandırıcı: Birincil devredeki basıncı, devreye bağlı ve kısmen su içerisinde bulunan dalgıç elektrikli ısıtıcılar tarafından istenen doyma sıcaklığına ulaşmasını sağlayan ve muhafaza eden bir basınçlandırıcı cihazdır. Basınçlandırıcı içerisindeki sıcaklık ortalama 345 °C muhafaza edilebilir, bu da 30 °C’lik bir soğutma soğutma marjı ( basınçlandırma sıcaklığı ve reaktör göbeğindeki en yüksek sıcaklık arasındaki fark) verir.
• Reaktör Soğutucu Pompaları: Reaktör soğutma suyu pompaları, birincil soğutucuyu birincil devrenin etrafında pompalamak için kullanılır. Bu pompalar çok güçlü yapıya sahiptirler, her biri 6 MW güce kadar enerji tüketebilirler ve reaktör çalışmadan önce birincil soğutucunun ısıtılması içinde kullanılabilirler.
• Güvenlik Sistemleri: Nükleer reaktör güvenlik sistemlerinin birincil görevi reaktörü kapatmak ve kapalı konumda kalmasını sağlamaktır ve radyoaktif maddelerin serbest kalmasını önlemektir. Reaktör güvenlik sistemleri aşağıdakilerden oluşur:

1. Reaktör Koruma Sistemleri
2. Temel su sistemi
3. Acil durum çekirdek soğutucu sistemler
4. Acil durum güç sistemleri

• Buhar Türbini: Buhar türbini, basınçlandırılmış buharın termal enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren cihazdır.
• Jeneratör: Buhar türbininden elde edilen mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren cihazdır.
• Kondenser: Kondenser bir ısı değiştiricidir. Türbinin son bölümünde buharın yoğunlaşmasını sağlar.
• Kondens – Su Besleme Sistemi: Bu sistemler iki önemli işleve sahiptir. Buhar türbinine yeterli miktarda yüksek kaliteli su sağlamak ve suyu yoğuşma sıcaklığına yakın bir sıcaklığa ısıtmak.

Nükleer Enerji Santralleriyle Elektrik Üretimi

Isı enerjisi bir nükleer reaktörde fisyon tepkimesi ile elde edilir ve bu ısı birincil soğutma suyuna geçer. Sıcaklığı artan soğutma suyu buhar jeneratörüne gönderilir. Buhar jeneratöründe yüksek basınçlı buhara dönüştürülür. Daha sonra basınçlı buhar genellikle çok kademeli bir buhar türbinini besler. Buhar türbini basınçlandırılmış buhar vasıtasıyla mekanik enerji elde eder. Türbine bağlı olan jeneratör vasıtasıyla da elde edilen mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülür. Nükleer elektrik santralleri temel parçalarının çalışma prensibi bu şekildedir. Yazının başında söylediğimiz gibi nükleer elektrik santralleri bir istisnai durum dışında termik elektrik santrallerine benzerler. Termik, hidroelektrik, nükleer, vb. elektrik santrallerinde mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülerek elektrik üretimi yapılır. Sadece kullanılan enerji kaynağı değişir.