Reaktör ne anlama gelir? Reaktör kelimesinin sözlük anlamı, Nükleer reaktörlerin özellikleri, tarihçesi, çalışma prensibi
Reaktör
“Reaktör”
1.Yakıt olarak çevre havayı kullanan ve pervanelerin yardımı olmaksızın doğrudan doğruya tepki ile çalışan, iki ucu açık boru biçiminde itici
2. Bir katalizör yardımıyla kimyasal tepkime yaparak üretim elde edilen endüstri kuruluşu
“Atom reaktörü.”
- “nükleer reaktör “
Uranyum, plütonyum vb. atom çekirdeklerinin parçalanmasından yararlanılarak enerji elde edilen kaynak - “atom reaktörü “
Nükleer parçalanma sonucu oluşan enerjiyi kontrol etmekte kullanılan düzen
Nükleer Reaktör
Nükleer reaktör, zincirleme çekirdek bölünmesi (fisyon) tepkimelerinin başlatılmasında ve denetim altında sürdürülmesinde kullanılan aygıtların ortak adı.
Çekirdek bölünmesinde ağır bir atomun çekirdeği (örn. uranyum) yapısına bir nötron alarak hemen hemen eşit kütleli iki parçaya bölünür. Bu anda, birkaç nötronla birlikte önemli miktarda enerji açığa çıkar. Bu nötronlar başka ağır çekirdeklere çarparak onların da bölünmesine yol açar. Bu sürecin birkaç kez yinelenmesi sonucunda bir saniyenin çok altında bir sürede milyarlarca çekirdeğin bölünmeye uğradığı bir zincirleme tepkime oluşur. Nükleer reaktörde kendi kendine kesintisiz biçimde süren bu bölünmeler dizisinin dikkatle denetim altında tutulmasıyla, açığa çıkan devasa enerjinin kullanılabilmesi olanaklı duruma gelir. Bu enerji iki biçimde açığa çıkar: Işınım (radyasyon) enerjisi ve yüksek hızla fırlayan çekirdek bölünmesi ürünlerinin kinetik enerjisi.
Bölünme ürünleri hızlarını kaybettikçe bu enerjinin büyük bölümü ısı enerjisine dönüşür. Ortaya çıkan ısının bir bölümü yüksek basınçlı buhar üretiminde kullanılır. Bu buhar türbinlerin yardımıyla mekanik enerjiye, oradan da üreteçler aracılığıyla elektriğe dönüştürülebilir. Bazı gemi, denizaltı ve insansız uzay araçlarında da hareket enerjisi elde etmekte nükleer reaktörlerden yararlanılır. Nükleer reaktörlerin önemli uygulamalarından bir başkası da, bilimsel araştırmalarda, tıbbi tedavide ve sanayide yaygın olarak kullanılan radyoaktif izotopların üretimidir. Bu izotoplar, radyoaktif olmayan maddelerin çekirdek bölünmesi sırasında ortaya çıkan nötronlarla bombardımanı yoluyla elde edilir.
Çekirdek bölünmesi
Çekirdek bölünmesi tepkimesine kolayca sokulabilen ve bu tepkimeyi zincirleme bir süreç halinde sürdüren tek doğal madde uranyum-235 (U-235) izotopudur. Az bulunan bir izotop olan U-235, doğal uranyumda U-238 izotopu ile birlikte yer alır. Yavaş hareket eden tek bir nötron U-235 atomunun çekirdeğine çarptığında, çekirdek birdenbire kararsız bir durum alır ve iki parçaya bölünür; bu bölünmede, ortalama iki ya da üç nötron açığa çıkar. Zincirleme tepkimenin sürebilmesi için bu nötronlardan en az birinin yeni bir çekirdek bölünmesini sağlaması gerekir. Doğal uranyumla bunu sağlamak zordur.
Doğal uranyum içinde U-235 yoğunluğu çok düşük olduğundan, nötronlar bölünebilir çekirdeklere çarpmaksızın nükleer yakıttan ayrılabilir ya da sayıca çok daha fazla olan U-238 çekirdeklerine çarparak soğuru-labilir. Bu olasılığı azaltmak amacıyla, nükleer yakıt olarak, U-235 yüzdesi doğal uranyumdakinden daha fazla olan zenginleştirilmiş uranyum kullanılır. Zenginleştirme, gaz yayınımı gibi çeşitli işlemlerle gerçekleştirilebilir. Yalnızca U-235’ten yararlanıldığında nükleer yakıtlardan elde edilebilecek enerji sınırlı olduğundan, bölü-nemeyen uranyumu ve öteki elementleri, bölünebilir izotoplara dönüştüren reaktörler geliştirilmiştir. Bunlara üretken reaktör denir.
U-235
Konvansiyonel tip ticari reaktörlerin çoğunda da, U-235 çekirdeklerinin bölünmeye girmesi olasılığını artırmak için, nötronları ilk hızlarının çok altında bir hıza indiren bir yavaşlatıcıdan yararlanılır. Yavaşlatıcı malzeme uranyuma katılabilir, ama genel olarak uranyum katı yakıt elemanlarından oluşan bir kafes yapısındadır ve yavaşlatıcı bu kafesin boşluklarına girmiş durumdadır. Döteryum oksit (ağır su) ve grafit gibi maddelerin etkili yavaşlatıcılar olduğu anlaşılmıştır, çünkü bunlar tepkime sırasında nötronları yavaşlatırlar ama soğutmazlar, böylece nötron sayısının azalmasına yol açmazlar. Herhangi bir bölünme sırasında açığa çıkan nötronların yavaşlatıcı atomlarıyla çarpışa çarpışa yeterince yavaşlamasından sonra, çok sayıda nötronun başka bir U-235 çekirdeğine çarpması ve onu ikiye bölmesi durumunda zincirleme tepkime başlar.
Bu nötronların sayısı, bir bölünme dizisinden bir sonrakine sabit kalıyorsa reaktör “kritik” durumdadır. Nötron sayısı ortalama olarak azalıyorsa, sistem “kritikaltı” durumda demektir; bu durumda zincirleme tepkime kendi kendini sürdüremeyerek sona erer. Nötron yoğunluğu artıyorsa “kritik-üstü” bir sistem söz konusudur; bu durumda enerjinin açığa çıkma hızı büyük bir hızla artar.
Reaktörde nötron salım hızını ve böylece tepkime hızını denetlemek için genellikle çubuk biçiminde olan ve yavaş nötronları kolaylıkla soğurabilen malzemeler kullanılır. Genellikle kadmiyum ya da bordan yapılan bu çubuklar, zincirleme tepkime başlayana değin ağır ağır reaktör kalbinden dışarı çekilir. Bölünme tepkimelerinin hızı çok yükseldiğinde aşırı miktarda ısı enerjisi ve ışınımın açığa çıkmasını ve kalbin erimesini önlemek amacıyla çubuklar yeniden reaktörün kalbine daldırılır.
Çekirdek bölünmesi
Çekirdek bölünmesinde açığa çıkan ısı, reaktör kalbinin içinde dolaştırılan ve ısıtaşıyıcı olarak adlandırılan sıvı ya da gaz halinde bir soğutucu maddeyle dışarı alınır. Isıtaşıyıcıların iyi ısı aktarma özelliklerinin yanı sıra düşük nötron soğurma özelliğine sahip olması gerekir. Isıtaşıyıcı olarak hafif su ve ağır suyun yanı sıra, erimiş tuzlar ve sodyum gibi sıvı metaller kullanılır.
Zincirleme tepkime sürdükçe, reaktörün kalbinde çekirdek bölünmesi ürünleri birikir. Bu ürünlerin çoğu yüksek düzeyde radyoaktiftir, bu nedenle operatörleri ve yakın çevredeki kişileri bu ürünlerin saldığı ya da bölünme sürecinin kendisinden kaynaklanan ışınıma karşı korumak amacıyla reaktörün kalın bir zırhla çevrelenmesi gerekir. Gamma ışınlarının ve nötronların maddeye girim gücü yüksek olduğundan, ışınım şiddetini güvenli bir düzeye indirebilmek için zırh çok kalın olmalıdır. Sabit reaktörlerin çevrelenmesinde genellikle beton kullanılır. Beton görece ucuz bir malzemedir; ayrıca bu malzemedeki hidrojen atomları nötronları yavaşlatır ve kapar.
Radyoaktif ürünlerin ve bölünmede kullanılan yakıt artıklarının atılması, ışınımın reaktör kalbinde hapsedilmesinden daha ciddi bir sorundur. Bu nükleer atıkların bir kısmı binlerce yıl boyunca tehlikeli düzeyde radyoaktif kalırlar, bu nedenle yok edilmeleri ya da sabit bir yerde depolanmaları gerekir. Bu konuda bugüne değin yeterince güvenlikli ve kalıcı bir yöntem geliştirilememiştir.
İlk nükleer reaktör
İlk nükleer reaktör, İtalyan asıllı fizikçi Enrico Fermi’nin yönetimi altında Chicago Üniversitesi’nde inşa edildi; bu reaktörde 2 Aralık 1942 günü ilk zincirleme çekirdek bölünmesi tepkimesi gerçekleştirildi. II. Dünya Savaşı’ndan hemen sonra Kanada, Fransa ve ingiltere gibi birçok ülkeden bilim adamları da nükleer reaktör geliştirme çabalarına katıldılar. 1956’da İngiltere’ de Calder Hall’da ilk tam ölçekli nükleer enerji santralı kuruldu. Ertesi yıl benzer bir santral ABD’de kullanıma girdi. 1970′ lerin sonlarında çoğu gelişmiş ülkede nükleer enerji santralları kurulmuş durumdaydı. Ama bu tarihten sonra nükleer enerji kullanımında bir yavaşlama görüldü. Bunda, elektrik talebindeki artışta bir yavaşlamanın öngörülmesi, nükleer santral yapım maliyetlerinin artması ve nükleer enerjinin tenlikeleriyle ilgili korkuların yaygınlaşması etkili oldu. ABD’de Three Mile Island ve Ukrayna’da Çer-nobil nükleer santrallarındaki kazalar bu korkuları pekiştirdi. Gene de, Fransa, Japonya, Güney Kore ve Tayvan gibi alternatif enerji kaynaklarının sınırlı olduğu ülkelerde nükleer enerji kullanımı artış gösterdi.
