NÜKLEER ENERJİNİN KULLANIM ALANLARI

Gemi Reaktörü

Temel Bilgiler
Yarı yavaşlatılmış (epitermal) nötronlarla çalışan bir reaktör tipidir. Fisyondan doğan hızlı nötronları tam yavaşlattıktan sonra kullanan reaktör tipine de termal reaktör denir. Söz konusu iki reaktör temelde aynıdır. Termal ve epitermal reaktörler arasındaki farklar sadece yapısal ayrıntılardır. Epitermal reaktör küçük ve hafif reaktör yapmak ihtiyacından doğmuştur. Bu sayede nükleer reaktör denizaltı teknesinin dar hacmine sığdırılabilmiştir.

Tarihi Gelişme ve Bugünkü Durum
II. Dünya savaşı içinde Amerika Birleşik Devletleri atom programının tek hedefi bomba yapmaktı. Savaştan sonra denizaltıların nükleer tahriki birinci öncelikli askeri projelerden biri oldu. Soğuk savaşın giderek kızıştığı o günlerde Amerikan yönetimi tekrar silahlanmaya başladı. bu kez denizaltı reaktörü yapmak! Denizaltı termal reaktörü Mark 1 1950 yılında oldu. Bu, sıfır güçlü bir model reaktördü. 1951 yılında aynı modelin S T R koduyla anılan daha büyük bir protipi hazırlandı. Henüz reaktör tam anlamıyla ortaya çıkmadan onu taşıyacak denizaltının yapımına da başlandı. Nautilus isimli ilk nükleer denizaltının omurgasının 14 Haziran 1952 günü kızağa konması töreninde devlet Başkanı Harry Truman şöyle sesleniyordu; ”Donanmanın nükleer tahriki 120 yıl önce buhar makinasının ön ayak olduğu ölçüde bir devrim yaratacaktır.”
Gerçek büyüklükte ilk Denizaltı Termal Reaktörü 1953 yılında oldu. Onu taşıyacak Nautilus de 1954’de denize indirildi. Gemi o güne kadar denizaltında alışılmış hızı iki katına, 20-25 mile çıkardı; 120 m olarak bilinen en çok dalma derinliğinin altına indi; 50 gün su altında kalabileceğini, bu süre içinde bir dünya turuna denk ( 30000 mil) yol alabileceğini kanıtladı. Tayfa için gerekli oksijeni deniz suyunun elektrolizinden üretiyordu. 1958 Martı’nda aynı tekne Kuzey Kutbu’nu buz kabuğu altından geçerek tarihin unutulmaz bir başarısını simgelemiştir.
Klasik denizaltılara oranla nükleer denizaltılar küçüktü. Haliyle tahrip gücü de az idi. 1960 yılında yepyeni bir silah, nükleer başlıklı Polaris füzeleri nükleer denizaltılara yüklendi. 1960 Eylülü’nde Amerika Enterprise isimli ilk nükleer uçak gemisini, 1960 Ekimi’nde İngiltere Dreadnougt isimli ilk denizaltısını denize indirdiler. Hotel tipi ilk Sovyet denizaltıları da bu tarihlerde denize indirilmiştir.
ABD’ye ait Thresher nükleer denizaltısı 10 Nisan 1963 günü yaptığı bir derin dalış denemesinden su yüzüne çıkamayarak, Amerika Birleşik Devletlerinin kuzeydoğu sahillerinin 200 mil açıklarında kaybolup gitmiştir. Bu kaza gemide bulunan 129 denizcinin hayatına mal olmuştur.
1968 yılında ikinci nesil Sovyet nükleer denizaltısı olan Yankee’ler yapılmıştır. Amerikan nükleer denizaltlarının ikinci nesli olan Poseidon’ların ilki ise 1971 yılında yapılmıştır. Aynı yıl Fransızlarda ilk nükleer denizaltları Le redoutable’u hizmete sokmuşlardır. 1974 yılında Sovyet Rusya üçüncü nesil Delta’ları hizmete girmiştir. 1980’lerin başlarında Sovyetler SS-N-X 17’i ve amerikanlar Trident denizaltısını yapmışlardır.
1978 yılında 105 nükleer denizaltı hizmette görünüyordu. Bunların taşıdığı bayrağa göre dağılımları şöyleydi: Sovyetler Birliği 54, ABD 41, Fransa 5, İngiltere 4, Çin 1. Rus denizaltlarının sayısal üstünlüğüne karşın Amerikan denizaltlarının yüksek performanslarıyla ve silahlarının hedef hassasiyetiyle daha büyük vurucu güç oluşturarak üstünlük sağlamıştır.
Sivil nükleer gemilerin öncüsü 1959 yapımı Lenin buz kırandır. Bunu her biri değişik ülkelere ait üç yük gemisi izlemiştir: 1962 yılında Amerika’da Savannah, 1968 yılında Batı Almanya’da Otto Hahn ve 1974 yılında Japonya’da Mutsu… Savannah ve Mutsu reaktörlerindeki sızıntılar nedeniyle yıllardır hareketsizdirler. İçlerinde en uzun hizmet vereni 16900 BRT kapasiteli Otto Hahn kuru yük gemisidir.
1970’lerin kapanış yıllarında denizlerdeki reaktör sayısı, 122 dolaylarındadır. Yani karadaki nükleer santral reaktörlerinin yarısı kadardır.

Uydularda Hızlı Üretken Reaktörler
Tarihi Gelişme
Hızlı üretgen reaktörün çabuk geçiştirilen bir cazibesi de hacimce ve ağırlıkça küçük olmasıdır. Bu da onu uydularda ısı ve elektrik kaynağı olarak kullanılmasını çekici kılmıştır.
3 Nisan 1965, nükleer reaktörün uzaya ilk gönderiliş tarihidir. SNAP-10 A diye anılan 50 kWt gücünde deneysel reaktör “snapshot” isimli uyduyla o gün fırlatılmıştır. Atılıştan 10 saat sonra reaktör uzaktan kumanda ile çalıştırılmış ve müteakip 2,5 saat içinde tam güce çıkarılmıştır. 6 gün sonra, her şey yolunda gittiği için, yerden kontrol iptal edilerek reaktör kendi öz kontrolüne terk edilmiştir. Fakat 43 gün sonra uydudaki voltaj ayarlayıcısının bozulması üzerine reaktör beklenmedik şekilde durmuş ve bir daha çalıştırılamamıştır. Yapılan hesaplamalara göre uydu dünyaya 4000 yıl sonra düşecektir. A.B.D günümüze dek uzayda başka nükleer reaktör denememiştir. Uydularda cihazların çalışması için gerekli ısı ve elektrik çoğunlukla güneşten sağlanmaktadır.
Sovyetler Birliğinin uzaya çok daha fazla sayıda nükleer reaktörler göndermiştir. bunun ilk kanıtını 24 Ocak 1978 günü, Kanada’ya düşen Cosmos 954 isimli uydu oluşturur. Enkazın toplanan parçalarından birinde 500 röntgen/saat gibi yüksek bir radyoaktivitenin ölçülmesinden, onun bir nükleer reaktöre ait olduğu kanısına varılmıştır. Nitekim bu husus daha sonra Sovyetler birliği tarafından da doğrulanmıştır.
Söz konusu uydu Sovyetlerin her iki ayda bir muntazaman fırlattıkları okyanus keşif ve denetleme uydularından biridir. 18 Eylül 1977 günü fırlatılmış, 26 Ekim günü kontrolden çıkarak alçalmaya başlamıştır. Nihayet 2060. turunda 24 Ocak günü atmosfere girerek yanmıştır. Enkazın parçaları Kanada’nın kuzeyinde buzlarla kaplı ıssız tundralara 1000 km bir doğru boyunca yayılmıştır. Ölen veya yaralanan olmamıştır. Karadan ve havadan yapılan aramalar 10 Nisan 1978 tarihine kadar sürdürülmüş, bu amaçla toplam 4634 saat keşif uçuşu yapılmıştır. Bulunabilen parçaların 17 tanesinde radyoaktivite bulaşıklığı saptanmıştır.
Okyanus keşfi uyduları, gemileri her türlü hava şartında görmeyi sağlayan çok güçlü bir radar taşıdığından elektrik gereksinimleri fazla olmaktadır. Bu tür uydulara Sovyetlerin nükleer reaktör koymalarının nedeni budur. Nükleer reaktörle donatılmış ilk Sovyet uydusu 1974 yılında fırlatılmıştır. Her uydu 280×260 km yarı eksenli eliptik yörüngede iki ay görevde kaldıktan sonra 6 m boyundaki reaktör modülü kendisinden ayrılmakta ve özel roketi vasıtasıyla 950 km yüksekte, yüzlerce yıl tutunabileceği “ölü araçlar parkına” çekilmektedir. İşte bu manevradır ki Batı’da, Rusların uzaya reaktör fırlatmakta oldukları söylentilerini başlatmıştır..

Nükleer Enerjiden Elektrik Üretimi
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 Tekniklerin Uygulamaları

Tıbbi Uygulamalar
Tıbbi alandaki radyasyon uygulamaları, radyasyonla görüntü elde edebilme ve radyasyonun hücre veya tümörleri yok edebilme yeteneğine sahip olması temeline dayanır. Bu iki özelliğinden dolayı radyasyon hastalıkların teşhis ve tedavisinde önemli rol oynar.
Radyasyonun tıbbi alanda halen kullanılmakta olan ve gün geçtikçe geliştirilen en eski çeşidi X ışınlarıdır. Genellikle hastalıkların teşhisi amacıyla kullanılan X ışınları, hastadan geçirilerek hastalıklı bölgenin görüntüsü röntgen filmi olarak da adlandırılan radyografi filmi şeklinde elde edilir. Tıpta Radyoloji olarak adlandırılan bu yöntem hastalıkların teşhisinde son derece yaygın bir şekilde kullanılmakta ve her yıl X ışınlarıyla milyonlarca kişi muayene edilmektedir. Bazı radyolojik tetkikler sonucu hastaların maruz kaldığı etkin dozlar, tetkik çeşidine ve ülkelerin tıbbi açıdan gelişmişlik seviyelerine göre, Tabloda özetlenmektedir.

Endüstriyel Uygulamalar
Radyasyon endüstriyel alanda oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Örneğin, X ve gama ışınlarından yararlanılarak röntgen filmleri çekilen endüstriyel ürünlerin (borular, buhar kazanları, her türlü makine aksamları, vs.) herhangi bir hata içerip içermediği tespit edilebilmektedir. Bu işlemler, özel olarak imal edilmiş X ışını üreten veya gama ışını yayan radyoizotop içeren cihazlarla yapılmaktadır. X ışını ile yapılan çalışmalar X ışını grafi, gama ışınları ile yapılan çalışmalar ise gama grafi olarak, her ikisi birden radyografi olarak adlandırılırlar.
Radyografi çalışmalarının yanısıra yine birçok sanayi ürününün (demir, çelik, lastik, kağıt, plastik, çimento, şeker, vs.) üretim aşamasındaki seviye, nem ve yoğunluk ölçümleri radyasyondan yararlanılarak yapılmaktadır.
Tek kullanımlık atılabilir tıbbi malzemelerin özel tesislerdeki radyasyonla sterilizasyonu (mikroorganizmalardan arındırılması), klasik sterilizasyon yöntemlerine göre kıyaslanmayacak derecede başarılı ve çok daha güvenilir olarak gerçekleştirilmektedir. Yine benzer tesislerde yapılan gıda ışınlamaları ile gıdaların daha uzun süre dayanmaları sağlanmaktadır.
Radyasyonun zirai alanlarda kullanılması genellikle tohum ıslahı şeklinde olmaktadır. Radyasyondan yararlanılarak mutasyona uğratılan tohumlar daha verimli ve dayanıklı hale getirilmektedirler.
Akarsularda debi ölçümü, barajlarda su kaçaklarının tespiti, yeraltı sularının hareketlerinin takibi gibi diğer endüstriyel uygulamalar radyasyon sayesinde hem daha ucuz hem de daha kolay bir şekilde yapılmaktadır. Radyasyonun bu alanlarda kullanılması sonucu halkın maruz kaldığı yıllık ortalama dozun dünya ortalaması sadece 0.001 mSv civarındadır.

Araştırma
Endüstriyel uygulamaların yanısıra radyasyon üniversite ve diğer araştırma merkezlerinde araştırma amaçlı olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.

Haberleşme uyduları ve uzay roketleri için gerekli enerji uzun ömürlü nükleer pillerle sağlanır (a); malzeme işaretlemedeki radyoaktif teknikler genetik araştırmalar ve genetik mühendislik dahil bir çok alanda kullanılmaktadır (b); arkeolojik nesnelerin yaş tayininde radyoaktif maddeler önemli rol oynar (c).

Radyoaktif maddelerin araştırma amaçlı kullanıldığı bazı bilim dalları şöyledir:

• fizik,
• madencilik,
• ****lurji,
• biyoloji,
• tıp,
• tarım,
• çevre,
• jeoloji,
• kimya,
• diğer.

Çok çeşitli malzemeler üzerine yapılan çalışmalarda, yeni plastik yapıların (özellikle de uçaklarda kullanılan ) geliştirilmesinde x-ışınları ile nötronlar kullanılmaktadır.
Kimyacılar ve biyologlar hayatın temel yapı taşı olan proteinler ile pek çok virüs üzerine yaptıkları araştırmalarda x-ışını difraksiyon metodunu kullanmaktadırlar.
Çevre bilimciler suyun ve rüzgarın global hareketlerinin veya çeşitli kimyasal kontaminasyonların incelenmesi amacıyla radyoizotopları kullanmaktadırlar.
Jeologlar tarafından radyoaktif maddeler kayaların yaşlarının tespiti v.b çalışmalar sırasında kullanılmaktadır.
Radyoaktif maddeler arkeologlar tarafından C-14 metodu için kullanılmaktadır. Yaşayan bir organizma için C-14/C-12 oranı atmosferdeki ile aynıdır. Organizma yaşamıyor ise C-14 bozunmaya ve dolayısıyla da C-14/C-12 oranı değişmeye başlar. Bu metod o organizmanın ne kadar zaman önce öldüğünü belirlemekte kullanılan iyi bir yöntemdir.
Kriminolojistler nötron aktivasyon analizini vücuttaki arsenik gibi toksin maddelerin varlığını tespit etmek amacıyla kullanmaktadırlar.
Radyasyon Teknolojisi ve Çevre
Radyasyonun tarihi insanlık tarihi kadar eskidir. Buna rağmen radyasyonun bilim adamları tarafından araştırma ve incelemelerde bir araç olarak kullanımları, günümüzden yaklaşık yüzyıl öncesine, yani x-ışınlarının keşfedildiği döneme rastlar. Ancak radyasyon teknolojisinin doğuşu, radyasyon kaynaklarının kontrollü bir şekilde üretilmeye ve ticari olarak temin edilmeye başlandığı 1940 dönemlerine denk gelir.
Günümüzde dünya nüfusu 6.5 milyara ulaşmıştır. Yılda yaklaşık 80-100 milyon civarında bir artış gerçekleşmektedir. Buna bağlı olarak çevre korunması ve yeni teknolojilerin geliştirilmesi gibi evrensel sorunlar karşımıza çıkarmaktadır. Artan gıda ve enerji tüketiminin karşılanması ve yaşam standardının yükseltilmesi yanında çevre dostu (alternatif) teknolojilerin geliştirilmesi kaçınılmaz olmuştur. Teknolojinin gelişimine paralel olarak toplumdaki çevre bilincinde de gelişim gözlenmiştir. Her yeni teknolojinin çevre ve doğa dostu olmasına özen gösterilmesini sağlayacak bir baskı unsuru oluşmuştur. Bu baskı sonucu, yeni arayışlar içerisine giren bilim adamları radyasyon ve izotopların kullanımıyla bir çok ileri ve çevreye duyarlı teknolojiler geliştirmişlerdir. Bu tür teknolojiler kullanılarak, otomobil lastiklerinden yiyeceklere, telefon kablolarından baca gazlarına, ambalaj sanayiinde kullanılan plastik filmlerden hastane gereçlerine kadar yüzlerce değişik özellik, yapı ve görünüşteki malzemeler ışınlanmaktadır. Böylece diğer mevcut teknolojilere göre kimyasal madde ve ısıl işlem gereksinimi en aza indirilmiş olmaktadır. Dolayısıyla günümüzün en önemli sorunlarından biri olan çevre kirletici etki, radyasyon teknolojisinin kullanımı ile minimum seviyede tutulmaktadır. Radyasyon terminolojisinin zihinlerdeki ürkütücülüğüne rağmen bu teknoloji, pratikte;
. son derece güvenli kullanılabilmesi,
. iş kazası riskinin minimum olması,
. ürün kalitesini artırması,
. çok özel özelliklere sahip ürünlerin üretilebilmesi,
. enerji verimliliği,
. ekonomik oluşu ve
. çevre ile uyumluluğu nedeniyle endüstride yaygın bir kullanım alanı bulmuştur.
Ülkemizde Türkiye Atom Enerjisi Kurumu (TAEK), ilgili kanunları çerçevesinde radyasyon teknolojisinin gelişimi, kullanımı, tanıtımı ve halkın aydınlatılması görevini üstlenmiştir. Bunun yanında, çevre dostu olan bu teknolojinin gelişimi için endüstriyel ve bilimsel projelere de katkı sağlamaktadır.
TAEK bu konudaki ilk endüstriyel girişimini 1990 yılında Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) ile birlikte başlatmıştır. Bu girişimini, Türkiye’de Ankara Nükleer Tarım ve Hayvancılık Araştırma Merkezi bünyesinde, tek kullanımlık tıbbi malzemelerin sterilizasyonunda kullanılan çevre kirletici özelliğe sahip etilen oksit gazı sterilizasyonuna alternatif olarak,
. hiçbir kalıntı ve atık bırakmayan,
. tamamen çevre dostu
radyasyonla sterilizasyon tesisinin kurulması sırasında gerçekleştirmiştir.
TAEK, radyasyon teknolojisi konusundaki çalışmalara; öncülük etmiş, gelişimini sağlamış, yerli üreticilere hizmet ve eğitim vermiş ve özel sektörün bu temiz ve çevre dostu teknolojiye ilgi duymasını sağlayarak, yatırım yapmasını özendirmiştir. İlerleyen yıllarda da baca gazları, içme suyu ve endüstriyel atık suların radyasyon teknolojisiyle arıtılması gibi çevre ve doğanın korunmasına yönelik projelere öncelik vererek, destek sağlamıştır.
TAEK halen IAEA ile işbirliği içerisinde yürütülen çalışmalar doğrultusunda endüstriyel atık suların (kağıt, tekstil ve kimya sanayi atık sularının) radyasyon teknolojisiyle arıtılması çalışmalarına devam edilmekte ve laboratuvar düzeyinde yürütülen çalışmaların, endüstriyel seviyeye taşınmasına çalışılmaktadır. Böylece minimum düzeyde kimyasal madde kullanımıyla arıtma işleminin gerçekleşmesi hedeflenmektedir.
TAEK’in bu ve benzeri projelere verdiği destek; diğer kamu kurum, kuruluş ve üniversitelere örnek oluşturduğu gibi Avrupa Birliği’ne girme aşamasındaki Türkiye’nin birlik çevre kriterlerini sağlayan alternatif çevre dostu teknolojilerin geliştirilmesine katkı sağlamakta, çevre, atmosfer ve ozon tabakasının korunması gibi evrensel problemlerin çözülmesine yardımcı olmaktadır.
Tüketici Ürünleri
Televizyonlar, duman dedektörleri, fosforlu saatler, paratonerler ve lüks lambası fitilleri gibi bazı tüketici ürünleri az miktarlarda da olsa radyoaktif madde içerirler. Kömür ve fosfat kayaları uranyum, radyum, potasyum-40 ve toryum içerirler. Fosfatın gübre ve kömürün yakıt olarak kullanılması esnasında çevreye az da olsa belli bir radyasyon dozu verilir. Bu tür kaynaklardan maruz kalınan yıllık ortalama dozun dünya ortalaması 0.0005 mSv ‘tir. .
• Bilgisayar disklerinden, kaset ve CD’lerden tozun uzaklaştırılması,
• Bebek pudralarının, bandajların, kozmetik ürünlerin ve kontak lens çözeltilerinin sterilizasyonunda (bu malzemelerin ışınlanması için genellikle Co-60 gama kaynağı kullanılmakta olup böylelikle bakterilerin ve bazı zararlı organizmaların yok edilmesi sağlanmaktadır ),
• Kağıt, alüminyum folyo gibi pekçok ince malzemenin kalınlığının kontrol edilmesinde yine radyasyon kullanılmaktadır.
Ancak hiç bir tüketici ürününde her ne amaçla olursa olsun kullanıldıktan sonra radyasyon kalmamaktadır.