Radyoaktivite ve Nükleer Enerji

Radyoaktivite Nedir?

Radyoaktiflik(radyoaktivite) kararsız atom çekirdeklerinin atom altı parçacık yayımlama eğilimidir. Radyoaktiflik, uranyum gibi ağır elementelerde görülür. Fransız bilimci Henri Becquerel'in, uranyum tuzunun yayımladığı parçacıkların karanlıkta fotografik bir levhada çizdiği karalamaları gözlemlemesi sebebiyle SI birim sisteminde radyoaktivite birimi Becquerel olarak adlandırılmıştır. Unutmadan, Becquerel çekmecesine bıraktığı filme sarılı uranyumu Güneş'e maruz bırakabilmek için yağmurlu havanın geçmesini bekliyordu ve 1 mart günü hiçbir sebebi olmadan filmi banyo edince güneş ışığı olmaksızın ışıma olduğunu keşfetti. Yani bu da bir tesadüf eseri ortaya çıkan bir buluştur. Becquerel çalışmalarına devam ederken Marie Curie de uranyumun yaydığı ışınlar üzeridne ki sonradan Radyoaktivite olarak adlandırılacaklar, çalışmaya başladı. 1898 başlarında sadece Uranyum değil, Toryumun da bu ışımayı yaptığını keşfeden Marie Curie akabinde Uranyum'un bozunmasından meydana gelen Polonyumu keşfettiklerini de duyurdular. (Madam Curie çalışmalarını eşi Pierre Curie ile yürütmüştür) 1903 yılında nobel fizik ödülü ve 1911 de nobel kimya ödülünü bu çalışmaları sayesinde kucakladı. 

Biraz detaya girecek olursak;  atom çekirdeği kararsız haldeyken rastgele biçimde bozunarak kararlı bir çekirdeğe dönüşür. Radyoaktivite, ağır elementlerin kararsız çekirdeklerinin bu bozunmasıdır. Bozunma işlemi sonucunda çeşitli parçacıklar ve enerji yayımlanır. Kararsız bir atomun çekirdeği kararlı olmak için bozunmaya uğrar. Bu bozunma sonucunda radyasyon enerjisi yayımlanır. Radyoaktivite, nükleer fisyonla da yaratılır. Fisyon, gelişigüzel veya enerji üreten nükleer reaktörlerde kontrollü olarak ağır çekirdeklerin çatlaması olayıdır. Daha kararlı atomlar oluşturmak için bozunan ve enerji yayan atom çekirdeğine radyoaktif element denir.

Uranyum, potasyum ve toryum gibi radyoaktif elementler aynı zamanda karbon, bizmut ve stronsiyum gibi elementlerin izotopudurlar.

Radyoaktiflik gelişigüzel bir olaydır ve radyoaktif bir elementin atom çekirdeklerinin yarı ağırlığa düşmesi için geçen süreye bu elementin yarı-ömrü denir.

Nükleer Enerji Nedir, Nasıl Üretilir?

Nükleer enerji elde etmenin bir yolu zamanımızda da kullanılan fisyon (çekirdek bölünmesi) metodudur.  Bir diğer metod da füzyon (çekirdek birleşmesi) metodudur ancak çalışmalar füzyonu verimli bir düzeye getirememiştir. Nötron alınca izotoplar bölünür, bölünme sonucucu oluşan ürünler o noktadan bölünme sonucu kazandıkları kinetik enerji ile (bu toplam enerjinin 6/7 si demektir) kaçmaya çalışırlar. Bu hareket katının katı içerisinde hareketidir, bu hareket sonucunda nükleer enerji, ısı enerjisi olarak belirir.

Nükleer enerjinin düzenli ve kontrol altında üretilebilmesi için geliştirilen makinelere "Nükleer Reaktör" adı verilir. Reaksiyonlar sonucu üretilen ısınn ortamdan uygun ve güvenilir biçimde çekilmesi ve fisyon reaksiyonunun konrol altında sürdürülebilmesi, düzenli üretimin devamı için gerek duyulan en önemli iki maddedir.

Nükleer Reaktörler fisyon reaksiyonlarının bire bir gerçekleşmesini sağlamak üzere tasarlanmıştır. Her bir fisyon sonucu 2-3 nötron açığa çıkar ve eğer ortamdaki fisil izotop (fisil: düşük enerjili ya da enerjisiz) sayısı her yeni nötronun yeniden fisyon yapmasını sağlayabilecek düzeydeyse bu kontrolsüz bir reaksiyon oluşturacaktır ki bu atom bombasının temel mantığıdır. 

Nükleer Reaktörlerde "reaktör kalbi" adında bir düzenek vardır ve bu düzenek fisyon sonucu oluşan fazla nötronları sistemden çıkararak ya da yutulmasını sağlayarak yalnızca bir nötronun tekrar fisyon yapmasınını sağlayıp, ısı üretimini sürekli hale getirmek üzere tasarlanmıştır.

Nükleer reaktörlerin esas amacı enerji üretmektir ve bu gereksinimi reaksiyon sonucu ortaya çıkan ısı enerjisini ortamdan çekerek karşılarlar. Üretilen ısı bir soğutucu (çoğunlukla su) ile sürekli olarak ortamdan çekilir. Çekilen ısının elektrik üretiminde kullanılması buhar türbinleri ile sağlanır. Buhar (sıcak gaz) ile elektrik üretimi nükleer enerjiye özgü değildir, tipik bir kömür veya doğal gaz santralinde nasıl ise nükleerde de aşağı yukarı aynıdır. Elektrik üretim sisteminde nükleer reaktör ısı üreteci görevini  üstlenmiştir; yani ısı, kömür veya doğal gaz yakarak değil de fisyon yolu ile üretilir.

Son olarak şu an işler halde 435 sivil nükleer enerji santrali bulunuyor bunun yanısıra 71 reaktör de inşaa halinde.

Elektrik Üretimi Dışında Kullanım Alanları

En önemli kullanım alanı elektrik üretimi olsa da nükleer enerji, direkt ısı enerjisi kaynağı olarak da  ihtiyaç duyan endüstrilerce kullanılabilir. Sağlıkta tanı ve tedavide,sanayide, pek çok izotopun üretiçi için, kalp pillerinden uydu ve uzay araçlarının enerji üreteçlerine kadar geniş bir yelpazede kullanılabilir. Deniz altılar ve uçak gemileri yakıt olarak özellikle nükleer enerjiyi tercih etmektedir. ABD'nin sahip olduğu tüm uçak gemileri nükleer reaktörlerden güç sağlamaktadır.

Nükleer Yakıt

Çalışmakta olan reaktörlerin yaklaşık yedide altısı hafif sulu reaktörlerdir ve tasarım gereği %3-5 oranında fisil izotop içerirler aksi halde fisyon zinciri gerçekleşmez. Diğer %10luk CANDU tipi ağır -sulu reaktörler de doğal uranyum kullanırlar.

Doğadan alınıp, fisil izotop olarak kullanılan element: Uranyum-235'dir. Uranyum-235'in doğal uranyum içindeki oranı, binde 7'dir. Geri kalan kısmını U-238 oluşturur. Hafif-Sulu Reaktör (HSR) düzenlenirken doğal Uranyum kullanarak HSR yakıtı yapılmalıdır ki bunun için binde 7 olan U-235 oranını %3-5 aralığına sabitlemek gerekmektedir. "Buna zenginleştirme" adı verilir.

Bir HSR yakıtının % 95-97’lik kısmını oluşturan U-238 fisil değildir.

nükleer reaktörde plütonyum-239’a dönüşür, bu özelliğinden dolayı "doğurgan" denir. Pu-239 fisil bir izotoptur ve reaktörde bir yandan ortaya çıkarken bir yandan da fisyon yaparak enerji üretir. Element olarak doğada bulunmaz ve enerji üretimine katkısı %40'dır.

Çevreye Salınan Atıklar, Risk ve Kazalar

1000 Mwe gücündeki bir reaktör yılda 30 ton kullanılmış nükleer yakıt bırakır. Aynı Güçteki bir kömür santraline 3 milyon ton kömür kullanır 7milyon ton baca gazı üretir. Nükleer enerji bu kıyasla çok daha masum görünse de en ufak bir ihmal, hata ya da kaza (ki ihmalkarlık disipline edilse bile hata yapmak gibi insanların doğasında olan şeylerdir) sonucu geri edinimi çok zor ve uzun sürecek bazıları telafisi dahi bulunmayan sonuçlara yol açacaktır. Şöyle ki radyoaktivite her yerden geçebilir, yalnızca kaya, toprak ve özellikle kurşunun(Pb) içinden rahat geçemez. İnsan DNA'sına nüfuz ederek niteliğini değiştirebilecek riski dahi elinde tutan bu üretim tüm ekosistemi de olumsuz etkileme riskine sahiptir. 

Marie Curie, Pierre Curie ve Becquerel gibi bilim insanları yıllarca alternatif, kömür gibi çevreye zarar vermeyecek bir enerji türü üretmenin, bilinmeyen bir gücü açığa çıkarmanın tutkusuysa çalışmışlardı. Madam Curie radyoaktif maddelerin canlılar üzerinde ki etkisini yeni yeni öğreniyordu ve radyoaktif maddelerin sebep olduğu kan kanserinden dolayı 1934 yılında öldü. 

İkinci Dünya savaşı öncesi ve sonrasında devam eden çalışmalar sonucunda ABD'li Robert Oppenheimer'ın (atom bombasının babası olarak da tanınır) çalışmaları sonucu kontrolsüz fisyon bir bomba olarak uyarladı ve bilinen en büyük insanlık utançlarından biri 1945 yılında Japonların üstüne yağdı.

Doğadan aldığımız güçle ve bilimin katkısıyla attığımız her büyük adım; doğaya saygılı olduğumuz, çevreye zarar vermediğimiz sürece insanlığa faydalı olacaktır. Kazalar ve hatalar minimalize edilebilir ancak her zaman önlenemez ve insanların önüne geçemediği doğa olayları nelere yol açar tam anlamıyla kestirilemez. 26 Nisan 1986 günü Ukrayna'nın Kiev iline bağlı Çernobil Nükleer santralinde bir kaza sonucu sızıntı başladı ve atmosfere çok miktarda fisyon ürünü salındı. Bu kaza İngiltere'nin Galler Bölgesi ve Bulgaristan olmak üzere geniş bir alanda radyoaktivite artışı olarak hissedildi. En çok etkilenenler acil durum çalışanları ve sonraki yakın dönemde sayıları 600.000'i  bulan kurtarma görevlileri oldu. Bölgeye giriş çıkışlar hala polis kontrolü ile sağlanıyor ve bazı bölgelere giriş çıkış günümüzde de yasak. Sonuç olarak 2002 yılına kadar bu grup içinde 4000’den fazla tiroid kanseri teşhis edildi. Bu tiroid kanserlerinin büyük bölümünün radyoiyodin alımından kaynaklanmış olması çok muhtemeldir.  bitkiler ve hayvanları etkileyen radyoaktivite sadece yaşayan insanları değil bitki ve hayvanlardan beslenen sonraki nesilleri de etkiledi. İkinci olarak 2011 yılında Japonya'da gerçekleşen 9.0 büyüklüğünde tohoku depremi ve tsunamisi sonucu Fukuşima santralinde ki reaktörleri su bastı. Elektrik ve soğutma sistemlerinin devredışı kalmasıyla meydana gelen ve hala devam eden bu durum tüm reaktörleri içerdiği için günümüze kadar görülmüş en karmaşık kaza.  Japonya’da nükleer felaketi önleme çabaları sürerken, ölü sayısı her geçen gün arttı. Tokyo şehir suyunda radyasyona rastlandı. Bu arada radyasyon İzlanda'ya ulaştı.

Güvenlik ve Çevre Korunumu ve Ülkemizde Nükleer Enerji

Ülkemizde, kömür madenlerinde, şantiyelerde, sanayi bölgelerinde ve fabrikalarda meydana gelen ihmal, önlemsizlik ve salt kaza olarak meydana gelen onca haber hepimizin bilgisi dahilinde. Önce çevre kültürü ve güvenlik sağlanmalıdır sonra gereksinimler edinilip bir işe girişilmelidir. Bu fikre elbette "hayır" denebilir. Elimizi taşın altına koyup tesisleri kurup güvenlik önlemlerini sıkı tutara­k teknoloji ve gereksinimleri edinerek ilerlemek de bir seçenektir. Ancak benim şahsi fikrim ekolojik dengeyi ve insan hayatını ve sağlığını  taşın altına koymaktansa topluma enerji tasarrufu bilincini vermeyi ve enerji üreten şirketlerin nükleer ya da fosil yakıttan öte yenilenebilir; rüzgar ya da güneş enerjisine teşvik edilmesinden yanadır. Gerekli çalışmalar yenilenebilir enerji üzerine yoğunlaştığı takdirde dünyamızın daha yeşil kalacağı, risklerin insan ve çevre hayatı için neredeyse sıfıra ineceği bir gerçek. Öte yandan nükleer enerji santrallerinin kaza sonucu yol açabileceği zararlardan yazımda bahsettim ve fosil yakıtların zararları da hepimizin malumu. Değerlendirme tabii ki sizin.

Kaynakça ve Açıklamalar:

http://www.trntp.org/pdf/enerjikitabi/20.pdf

http://www.metalurji.org.tr/dergi/dergi136/d136_4753.pdf

http://www.nuke.hacettepe.edu.tr/tr/webfiles/Announcements/NE_ne_nasil_meseleler.pdf

http://www.ekoloji.com.tr/resimler/34-2.pdf  (Çev-Kor Cilt: 9 sayı:34, 9-14)

http://www.risoe.dk/rispubl/nuk/nukartikler/pdfartikler/chernobyl.pdf (çernobil faciasını konu alan kaynak)

http://www.tuik.gov.tr/jsp/duyuru/upload/yayinrapor/2013_ISKAZALARI_VE_SAGLIK_PROBLEMLERI_RAPORU.pdf

http://www.disk.org.tr/2014/05/disk-ar-turkiyede-is-cinayetleri-ab-ulkelerini-7ye-katladi/