Uranyum ve Nükleer Enerji

Yıl 1945, 2.Dünya savaşının son aşamaları tüm insanlık Nükleer Enerji ile, nükleer Enerjinin inanılmaz tahribat gücünü ve ortaya yaydığı enerji bulutunun dehşet verici büyüklükte olduğunu sabah saatlerinde Hiroşima‘ya atılan Uranyum – 235 tipli Little Boy adlı atom bombası ile tarihimizde utanç verici bir acı senaryoyu yaşayarak tanıştı.

Nedir bu nükleer enerji?

Nükleer Enerji, Latince‘de nukleus yani çekirdek anlamına gelen bir kelimeden türetilmiştir, dilimize fransızcadan geçmiş olup fransızcadaki karşılığı nucleerdir. Kelime kökeni de irdelendiğinde bir atomdan ve bir çekirdekten bahsedildiğini anlayabiliriz. Gelin, nükleer enerjinin üretim aşamalarını maddeler halinde inceleyelim ve insanlık tarihinin hem acı gerçeklerine ortak olmuş hem de geleceği olarak nitelendirilen nükleer enerjiyi daha iyi kavrayalım.

Uranyum ve Nükleer Enerjinin buluşması

Martin Heinrich Klaproth, Fransız ihtilalinin de gerçekleştiği 1789 yılında geleceğe dair büyük umutları yeşerttiği o bilimsel çalışmasını bitirdi ve Uranyum elementini keşfetti. 1841 yılında bu işe E.M. Peligot‘da karıştı ve Uranyum – Di – Oksit molekülünden Uranyumu izole ederek, uranyum elementi ile yapılacak tüm bilimsel çalışmaların önünü açtı.

Enrico Fermi 1934 yılında Uranyum adı verilen bu elementin, ß-ışıması ( beta ) yaptığını farketti. 1939’da yine tarih sahnesine çıkan Fermi, bu sefer Uranyum elementinin kararsız yapısından dolayı sürekli bir reaksiyon isteğinde olduğunu ve bunun zincirleme reaksiyona örnek gösterilebileceğine kanaat getirdi. Çok geçmeden 3 yıl sonra takvimler 1942’yi gösterdiğinde, Uranyum elementinin başrolde olduğu bir zincirleme reaksiyon çalışması başarılı sonuçlar verdi. Bu reaksiyon sonucu daha küçük parçacıklı elementler, çekirdekten ayrılmış elektron ve Uranyumun atom bombası ve enerji üretim sektöründe başrol olmasını sağlayan yüksek enerjinin ortama salındığını gördüler. 1945 yılına gelindiğinde ise yazımızın başlangıcında da hatırlattığımız tarihin kara günlerinden, unutulmaz lekelerinden biri olan 2.dünya savaşının bitmesinde büyük bir faktör olan Hiroşima vakası yaşandı.

İşte Uranyum’un zincirleme reaksiyon yeteneğinin keşfedilmesi ve enerji üretim sektöründe kullanılabildiği gibi ülkeler için malesef caydırıcı bir güç olan nükleer bomba teknolojisinin de kullanılmasının hikayesi budur.

Uranyum’dan nasıl nükleer enerji elde edilir?

Uranyum, elementlerin periyodik tablosunda sol alt bölümde, ağırlığı 238, 028 olan 92 protona sahip, aktinit elementler ailesine mensup masumane bir element iken onu bu kadar değerli kalan kusuru sizce nedir?

Doğal Uranyum ve izotoplarının, doğada Hg ( Civa ), Ag ( Gümüş ) elementinden daha fazla bulunabilirliği olduğu gerçeği sizi şaşırtabilir, doğanın bize sunduğu uranyum bileşenlerinin miktarı gerçekten şaşırtıcı. Sanki her şey zamanında düşünülmüş ve insanoğlunun yakın gelecekte uranyumun enerji yayma özelliğinin insanoğlunun en büyük ihtiyaçlarından biri olacağı kararlaştırılmış.

Standart bir Uranyum çekirdeğinde 92 proton, 146 nötron bulunur, yani toplamda 238 parçacık bir uranyum çekirdeğinde toplanmıştır fakat 1945’de infilak eden atom bombasının da içinde bulunan Uranyum – 235 tipinde 92 proton bulunmasına rağmen 146 adet nötron bulunmaz, 143 nötrona sahip bu uranyum tipinde nötrona olan açlık hat safhadadır.

Kimyasal bir reaksiyon sonucu ortaya enerji çıkmasını temel alan atom fizyonu, atomun parçalanmasında ve çok küçük enerji harcamaları sonucu atom çekirdeğinde meydana gelen parçalanmalar ile ortama muazzam bir enerji yayılmasına dayanır. Uranyum elementinin bu yolla enerji üretimine neden ham madde olduğunu gelin daha detaylı öğrenelim;

Uranyum – 235 elementi bulabildiği ilk proton ile kendini Uranyum – 236 formuna geçirmekte ve daha küçük parçacıklı Stronsyum – Ksenon gibi elementlere bölünmektedir, bu bölünme aşamasında ortaya artık birkaç elektron da çıkmaktadır işte bu parçalanma işlemi, milyonlarca U-235 elementinin bulunduğu bir ortamda meydana gelirse milyarlarca tepkime sonucu ortaya hayal bile edilemeyecek enerji çıkar. Bu tepkimeler 1942 yılında zincirleme reaksiyon döngüsü olarak adlandırılmıştır.

İşte Uranyum atomunun bu zincirleme parçalanması olayı kontrollü bir şekilde gerçekleşirse insanoğluna bir hidrolik barajın 1 yılda, termik santralin 6 ayda, petrol bazlı enerji santrallerinin 5 ayda verdiği ortalama enerjiyi saniyeler içinde verebilir. Bu zincirleme reaksiyonların kontrol altında tutulduğu ortamlar Nükleer enerji santralleri olurken, reaksiyonların kontrolsüz bir şekilde gelişmesini temel alan şey ise atom bombaları – nükleer bombalardır.

Ne kadar enerji üretilebilir?

Yenilenemez enerji kaynaklarının ( petrol bazlı ) önümüzdeki yüzyıl içerisinde %60 – %70 oranda tüketileceği tahmin ediliyor, bu durumda nükleer enerji kavramına hayat veren uranyum zincirleme reaksiyonu daha endemik bir enerji üretim yöntemi, daha değerli bir enerji kaynağı haline geliyor. Peki bu enerji kaynağının üretim değerleri nedir, eldeki mevcut enerji üretim kaynakları termik santraller, hidroelektrik santrallerden fazla olarak bize neler sunabiliyor?

Yakında ülkemizde faaliyete geçmesi planlanan Akkuyu elektrik – nükleer santralinden konuşalım; Bu santralin her biri 1200 MW ( Megawatt ) elektrik üretme kapasitesine sahip 4 reaktörden oluşması planlanıyor bu da saatte 4800 MW enerji üretebilen bir güç kaynağı anlamına geliyor.

Elektrik üretiminde güç x saat denilen bir kavram vardır, kaynağın gücü ne kadar süre yetecek kadar sunduğu da önemlidir, bu bir araba ile aynı hızda ne kadar süre gidebileceğimiz kavramına benzer bu da MW x h yani MWh, GWh ve kWh şeklinde ifade edilir, elektrik faturalarımızda da gördüğümüz ibare kWh’dır.

Akkuyu elektrik santrali, tüm yıl durmadan çalışırsa 4800 MW gücü ile ortalama 8500 saat enerji üretmiş olur bu da yaklaşık 41 Trilyon MW, aynı şekilde 41 milyar GW ( gigawatt ) enerji üretimine tekamül eder. Bu denli büyük bir enerji yılda 300 milyar gigawatt enerji tüketen güzel Türkiye’mizin elektrik ihtiyacının %14’lük bir oranı demektir.

Bu demek oluyor ki Türkiye’de bulunan 500’e yakın hidroelektrik yani suyun akış kinetiği ile Türkiyenin enerji ihtiyacının %19’unu enerji üreten santrallerinin tüm desteğini bu santral tek başına 4 reaktör ile hafifletebilir.

Burada füzyon işleminde elde edilen enerjinin kaynağını ve nasıl oluştuğunu birkaç cümle ile açıklamak oldukça zor bu yüzden Nükleer enerjinin doğada plütonyum, uranyum gibi radyoaktif, zincirleme tepkime kabiliyeti bulunan elementler var olduğunca insanlığa hizmet edeceğini ve yine diğer birçok enerji kaynağı gibi elektrik ihtiyacımızı karşılarken bunu en küçük kapasite ile en az ham maddeye ihtiyaç duyarak gerçekleştireceğini unutmayalım.

Unutmayalım ki nükleer geleceğin kaçınılamaz enerji kaynaklarından biridir, umuyoruz ki bu enerji, daima insanoğlunun gelişmesine, kalkınmasına, ihtiyaçlarına harcayan bilim insanlarının elinde olur, insanlık geleceğine daima ışık tutar. Hoşça kalın.