Nükleer Reaktörler Nasıl Çalışır? Nükleer Reaktör Tipleri
Nükleer reaktör bir nükleer enerji santralinin kalbidir. Reaktör, içerisinde fisyon ile gerçekleşen ve büyük miktarda ısı üreten zincirleme reaksiyonu kontrol eder. Açığa çıkan ısı enerjisi ile de kızgın buhar oluşturulup elektrik üretilir.
Dünya genelinde bulunan 450 ticari nükleer reaktör karbonsuz elektrik üretimi yapan en büyük enerji kaynağıdır.
Nükleer Fisyon ve Isı Üretimi
Nükleer Fisyon Nedir?
Fisyon, ağır atom çekirdeğinin nötron bombardımanı ile parçalanmasına fisyon denir. Bu parçalanma zincirleme bir reaksiyondur yani reaksiyon bir kere başladığı zaman diğer atomlarda otomatik olarak parçalanır. Çekirdek parçalanması sırasında da açığa çıkan yüksek miktardaki enerji de ısı olarak kullanılmaktadır. Daha ayrıntılı bilgiye “Nükleer Enerji Nedir?” adlı yazımızdan erişebilirsiniz.
Nükleer Reaktör ile Isı Üretimi
Nükleer reaktör, atomun enerjisini açığa çıkaran nükleer fisyona ev sahipliği yaparak bu reaksiyonu kontrol eder. Nükleer reaktör, uranyumu nükleer yakıt olarak kullanır. Uranyum, küçük seramik paletler şeklinde işlenir ve yakıt çubuğu olarak adlandırılan metal tüplerin içerisine yerleştirilir. Tipik olarak bu çubuklardan 200 adetten fazlası, yakıt sistemi oluşturmak için bir araya getirilir. Bir nükleer reaktör çekirdeği, güç düzeyine göre birkaç yüz yakıt sisteminden meydana gelebilir.
Reaktör kanalı içerisinde, yakıt çubukları bir soğutucu ve yavaşlatıcı görevi gören su içerisinde batırılır. Bu soğutucu zincirleme reaksiyonun devamı için fisyon ile üretilen nötronları yavaşlatır.
Kontrol çubukları reaktör çekirdeğine, reaksiyon oranını arttırmak için çekirdekten çekilir veya azaltmak için çekirdeğe doğru indirilir. Kontrol çubuklarının bu hareketi nükleer reaksiyonu dengede tutup gücün ayarlanması için önemlidir. Çekirdekteki nükleer reaksiyonun tamamen durdurulması isteniyorsa, kontrol çubuklarının hepsi çekirdeğe indirilir ve reaksiyon durdurulur. Tam güçte bir enerji üretimi isteniyorsa da kontrol çubuklarının hepsi çekirdekten çekilir.
Fisyon ile üretilen ısı, suyu buhar fazına dönüştürür ve bu buhar da türbin-jeneratör sisteminde elektrik üretir.
Nükleer Reaktör Tipleri
Hafif su reaktörlerinde, normal su hem yavaşlatıcı, hem de soğutucu olarak kullanılır.
En yaygın kullanılan nükleer reaktör tiplerine ise Basınçlı Su Reaktörü (PWR) ve Kaynar su reaktörü (BWR) örnek verilebilir.
Basınçlı Su Reaktörü (PWR)
Dünya genelindeki nükleer enerji santrallerinin yaklaşık yarısı basınçlı su reaktörü PWR’ı kullanıyor. PWR, İngilizce ismi olan “Pressurized Water Reactor” kelimelerinin baş harflerinden oluşmaktadır. Bu reaktörler de su basınçlandırılarak çekirdeğe pompalanır ve burada fizyon ile ısınır. Basınçlı su reaktörü 3 farklı soğutucu su döngüsü içerir.
Hafif su ilk olarak reaktör çekirdeğinde, yakıtlardan ısıyı çekerek basınçlandırma ünitesi ile basıncı arttırılır bu birinci döngüdür. İkinci döngü ise yüksek enerjili akışkan buhar üreteci görevi yapan bir ısı değiştiricisi ile suyu buhara dönüştürür. Bu buharla da türbin-jeneratör sistemiyle elektrik üretilir. Üçüncü ve son döngüde ise türbine enerjisini aktaran akışkan buhar-su karışımı haline gelir. Bu karışımda soğutma kuleleri veya başka bir yoğuşturucu ile soğutularak tamamen sıvı fazına getirilerek çevrime tekrar kazandırılır.
Kaynar Su Reaktörleri (BWR)
Kaynar su reaktörleri, basınçlı su reaktörlerinden sonra en çok kullanılan reaktör tipidir. Kaynar su reaktörleri İngilizce “Boiling Water Reactor” baş harfleri olan BWR olarak kısaltılmıştır.
Kaynar su nükleer reaktörü, PWR reaktörlere göre suyu daha düşük basınçta tutar ve iki farklı soğutma suyu döngüsü içerir. Birinci döngüde Su doğrudan reaktör çekirdeğine pompalanır ve fizyon ile açığa çıkan ısı ile burada buharlaşarak türbin-jeneratör sistemiyle elektrik üretilir. İkinci döngü de ise türbine enerjisini aktararak soğuyan buhar-su karışımı, deniz veya nehirden alınan su ile soğutma kuleleri veya bir kondenserle soğutularak tamamen sıvı fazına getirilir.
Diğer Nükleer Reaktör Tipleri
PWR ve BWR reaktörlerinin yanında birçok farklı reaktör tipi de kullanılmaktadır. Bunlar;
- Basınçlı Ağır Su Reaktörleri (PHWR)
- Rus Basınçlı Su Reaktörleri (VVER)
- Rus Kaynar Su Reaktörleri (RBMK)
- Gaz Soğutmalı Reaktörler (GCR)
- Hızlı Üretken Reaktörler (FBR)
- İleri Tasarım Reaktörler
Kaynak: Energy.Gov
Nükleer reaktör tipleri ayrı ayrı detaylı olarak farklı yazılarda tekrar ele alınacaktır. Sizinde nükleer reaktörler ile ilgili sorularınız veya eklemek istediğiniz şeyler varsa yorum olarak belirtmeyi unutmayınız.
