Fukuşima nükleer santrali ve yeniden alevlenen nükleer güvenlik tartışmaları

Serdar İSKENDER / TÜTEV Enerji Danışmanı

Geçtiğimiz ay Japonya'da yaşanan deprem ve tsunami felaketinin ardından Fukuşima Nükleer Santrali'nde ortaya çıkan radyasyon sızıntısı iddiaları ve patlamalar, nükleer enerjinin güvenliği ile ilgili tartışmaları yeniden gündeme taşıdı. Bu makalede, çevreye yayılan radyasyon sızıntısının insan sağlığını etkileyecek tehlike limitlerinin altında olup olmadığı tartışmasına girmeksizin, elektrik enerjisi üretiminde kullanılan nükleer enerji santrallerindeki çok yönlü güvenlik tedbirleri anlatılmaya çalışılacaktır.

Nükleer enerji tarihi incelendiğinde ilk araştırma reaktörünün Enrico Fermi tarafından, 2 Aralık 1942'de Chicago Üniversitesi'nde kurularak işletilmeye başlandığı görülüyor. Bu alanda sağlanan gelişmelerin ardından, elektrik üretme amaçlı ilk reaktör, 1957 yılında Rusya'nın Obninks kentinde çalıştırılmaya başlanmıştır. Enerji üretme amacıyla kurulan bu ilk reaktör, Moskova'nın elektrik ihtiyacının karşılanmasında kullanılmıştır.

Japonya'da ki deprem ve tsunami sonrasında gündeme gelen Fukuşima Nükleer Santrali 1960 yılında projelendirilmiş, 1971 yılında çalıştırılmaya başlanmıştır. Bu santral, 40 yıldır elektrik üretiminde kullanılan birinci nesil olarak değerlendirilebilecek bir nükleer santraldir. Günümüzde gelişen nükleer teknolojiyle birlikte, nükleer santrallerde üçüncü ve dördüncü nesil santraller kullanılmaya başlanmıştır.

Birinci ve ikinci nesil nükleer santrallerde, elektrik üretimi sonucu açığa çıkan radyoaktif maddelerin ve radyasyonun çevreye ulaşmasını önlemek amacıyla, beş farklı güvenlik çemberi bulunmaktadır. Bu çemberler, en içten dışa doğru sıralanırsa;

1)   Yakıt: Nükleer yakıtların seramik yapı içerisinde bulunmaları nedeniyle radyoaktif maddelerin sadece %1'i yakıttan dışarı çıkabilir.

2)   Yakıt zarfı: Nükleer yakıt elemanları Zirkonyum alaşımından yapılmış iki ucu kapalı silindirik bir boru içerisindedir. Bu borular aşınmaya karşı çok dayanıklı olup radyoaktif maddelerin soğutucu akışkana geçmesini engeller.

3)   Reaktör koru (Kalbi): Paslanmaz çelikten imal edilen reaktör kalbi; basınç, sıcaklık ve radyoaktiviteye karşı dayanıklı olarak tasarlanmıştır.

4)   Beton zırh: Reaktörün en dışında, biyolojik kalkan görevi yapan 120 cm kalınlıkta betondan yapılmış zırhtır. Dışarıya radyasyon çıkışını önleyebilmek için yapılmıştır.

5)   Birinci ve ikinci koruma kabuğu: Birinci koruma kabuğu, çelikten imal edilmiştir, santralin nükleerle ilgili tüm parçaları bu yapı içerisinde yer alır. İkinci yapı ise betonarme olup 1,5-2 metre kalınlığında son koruyucu bariyerdir. Her iki koruma kabuğu da, olası bir kaza durumunda radyoaktif sızıntıların çevreye ulaşmasına engel olur. Ayrıca, uçak düşmesi, füze saldırıları gibi dış etkilerden reaktör ekipmanlarının korunmasını sağlamış olurlar.

Fukuşima Nükleer Santrali'nde ne patladı?

Fukuşima Nükleer Santrali'nde de, radyasyonun çevreye yayılmasını önlemek amacıyla beşli güvenlik çemberi bulunuyordu. Dokuz büyüklüğündeki deprem ve tsunami sonrasında, nükleer santralde elektrikler kesildi. Reaktörü soğutabilmek için su kullanılıyordu. Reaktör kalbine soğutma amaçlı gönderilen su, pompalar vasıtasıyla gönderiliyordu. Santralde sistemi çalıştıran ani elektrik kayıplarına karşı, elektrik kaynakları çeşitlendirilmişti. Sistemde elektrik kesintilerinde otomatik olarak devreye giren dizel jenaratörler ve aküler bulunuyordu. Tsunami sonrasında dizel jenaratörler ve akülerin bir bölümü devre dışı kaldı. Çalıştırılabilen dizel jenaratör ve akülerle pompalar çalıştırılarak su, reaktör kalbine soğutma amaçlı gönderilmeye başlandı. Fakat, pompalar tarafından basılan su miktarı reaktörü soğutmak için yeterli gelmemeye başladı. Reaktör kalbinde bulunan suyun sıcaklığı artmaya başladı. Suyun sıcaklığının artışıyla birlikte, suyun içerisinde bulunan hidrojen ayrışmaya başladı. Reaktör binasında artan hidrojen gazı patladı ve reaktörde yangın çıktı.

Fukuşima Nükleer Santrali'nde, Çernobil'de olduğu gibi reaktör korunun erimesi ya da patlaması gibi bir durum ortaya çıkmadı. Fukuşima Nükleer Santrali'nde, aşırı ısınma nedeniyle ortaya çıkan hidrojeni emebilen pasif koruyucu sistemlerin bulunmaması patlamaya neden oldu.           

Yeni nesil nükleer santrallerde bulunan ilave güvenlik önlemleri

Yeni nesil nükleer santrallerde, beşli güvenlik korumasının üzerine ilave güvenlik tedbirleri de eklenmiştir. Herhangi bir kaza durumunda yerçekimi etkisinden faydalanarak santrali, %100 korumaya alan pasif güvenlik sistemlerinin kullanımına başlanmıştır.

Yerçekimi etkisiyle çalışan en önemli güvenlik sistemleri, nötron yutucu kontrol çubuklarının reaktörlerde yerçekimi etkisiyle aşağı düşerek reaktördeki fisyon (uranyum çekirdeğinin parçalanması) reaksiyonunu durdurmasıdır. Fisyon olayını durduracak daha değişik kontrol güvenlik sistemleri de kullanılmaya başlanmıştır. Nötron yutucu özelliği olan Boron'lu suyun reaktöre pompalanmasıyla, fisyon olayının durdurulması sağlanabilmektedir.

Yeni nesil reaktörlerde, nükleer santralde çalışma sırasında ortaya çıkabilecek bir problemden dolayı hidrojeni emebilecek platinden üretilmiş sitemler kullanılmaktadır. Platin hidrojen emme sistemi sayesinde, kimyasal etkileşimle hidrojen tutulabilmektedir. Bu sistemler, açığa çıkabilecek hidrojeni yok etmeye uygun olarak tasarlanmıştır. Böylece, yeni nesil nükleer santraller Fukuşima Nükleer Santrali'nde olduğu gibi hidrojen birikmesi ve patlaması olamaz.

1979'da ABD'nde yaşanılan Three Mile Island Nükleer Kazası, 1986'da Rusya'da yaşanılan Çernobil nükleer kazası, son yaşanılan Fukuşima Nükleer Santrali'nde yaşananlar, nükleer teknolojnin geleceği ve ilerlemesi açısından büyük tecrübe olmuştur. "Bir musibet, bin nasihattan evladır" düsturunca, yeni nesil nükleer santraller, daha büyük şiddetteki deprem ve tsunamilere dayanıklı olarak geliştirileceklerdir.