Nükleer fisyon, bir atomun çekirdeğinin iki (veya daha fazla) daha hafif element oluşturmak için bölünmesidir.
Toryum ve uranyum gibi bazı ağır elementlerin izotoplarında ara sıra kendiliğinden meydana gelebilse de, genellikle doğru miktarda kuvvetle çekirdeğe çarpan bir nötron tarafından tetiklenir.
Ani aşırı kalabalık, proton ve nötron yığınını kararsız ve parçalanmaya eğilimli hale getirir, geriye yalnızca daha küçük çekirdekler veya bölünebilir ürünler bırakmakla kalmaz, aynı zamanda gama radyasyonu biçimindeki yüksek enerjili fotonların patlamasıyla birlikte daha fazla serbest nötron fırlatır.
Nükleer parçacıkların bu şekilde ayrılmasından salınan enerji, 20. yüzyılın ortalarından beri bir güç kaynağı olarak kullanılmaktadır.
Enerji üretim süreci, fosil yakıtların yakılmasıyla aynı rahatsız edici sera gazlarını salmasa da, erime riskleri, uzun vadeli tehlikeli atıklar ve maliyetlerle ilgili endişeler, birçok kişinin geçmişte hayalini kurduğu atomik geleceğin kolayca elde edilemeyeceği anlamına geliyor.
Nükleer fisyon nükleer enerji üretmek için nasıl kullanılır?
1930'larda atomların nükleer parçacıklarla bombardıman edilmesini içeren deneyler, uranyum gibi ağır elementlerin doğru izotoplarından önemli miktarda enerji salınabileceğini vaat eden fisyon modellerine yol açtı.
Teori, uranyum 235'in, özellikle çekirdeğine çarpan nötronlar nispeten yavaş bir hızda hareket ediyorsa, diğer izotoplara kıyasla fisyona uğrama olasılığının çok daha yüksek olduğunu tahmin ediyordu.
Fisyon sürecinden ek nötronların salınması, yakınlardaki diğer U-235 atomlarının da parçalanmasına neden olabilir. Bu zincirleme reaksiyonun meydana gelmesi için, malzemenin "kritik kütlesi" olarak adlandırılan nispeten yüksek yoğunlukta bir araya sıkıştırılmış U-235 olması gerekir.
1930'ların sonunda fizikçiler, kritik U-235 kütleleri oluşturmak için doğal kaynaklardan uranyum izotop karışımlarını yakalamaya ve zenginleştirmeye yetecek kadar nötronları yavaşlatmak için yöntemler buldular. Ayrıca, üstel nötron üretiminin kontrolden çıkmamasını sağlamak için zincirleme reaksiyonu kontrol etmenin bir yolunu buldular ama bu durumda süreç patlayıcı hale gelebilir.
Sonraki on yılda, nükleer fisyondaki teknolojik gelişmeler, yeni süper silah sınıflarının üretimine uygulanacaktı. Mühendisler, ancak İkinci Dünya Savaşı'nın ardından dikkatlerini nükleer fisyon işlemini elektrik üretmek için sürekli ısı üretimine uygulanabileceği olasılığına çevirdiler.
Bir kazanda fosil yakıtların yakılmasıyla üretilen buharın bir elektrik jeneratörüne bağlı bir türbini döndürmesi gibi, bir 'nükleer kazandan' çıkan buhar da güç üretmek için kullanılabilir.
Fransa'da bir nükleer santral için soğutma kuleleri. (Romilly Lockyer/Getty Images)
Teknolojideki gelişmeler zaman içinde verimliliği ve güvenliği artırmaya devam etti, bazı durumlarda bölünebilir malzemenin 'daha hızlı' parçacıkları yakalamasına izin vermek için nötronları yavaşlatan moderatörleri ortadan kaldırdı. Bugün dünya çapında faaliyette olan yaklaşık 440 nükleer enerji santrali var ve bunların yaklaşık 100'ü yalnızca Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunuyor. Kombine olarak, bu santraller dünya elektriğinin yaklaşık yüzde 10'unu üretiyor ve 1993'teki zirvesinden yüzde 7 düştü.
Dünyadaki elektriğin kabaca yüzde 60'ının üretiminin sera gazlarını yıkıcı küresel ısınmayı tehdit edecek bir oranda yaydığı bir çağda, nükleer enerji nispeten daha temiz bir alternatif sunuyor .
Ancak iklim krizinden kurtulmak için nükleer enerjiye ne kadar yönelmemiz gerektiğini sınırlayabilecek maliyetler var.
Nükleer enerji ile ilgili sorun nedir?
Fosil yakıtlara uygun maliyetli, düşük emisyonlu enerji alternatifleri bulmaya gelince, güneş ve rüzgar gibi her yıl daha ucuz hale gelen yenilenebilir enerji teknolojileri ile daha iyisini yapabilirdik.
Nükleer enerjinin zorlukları üç kategoriye ayrılıyor: Atık, risk ve maliyet. İşte her birinden bazı örnekler.
Atık
Son yıllarda nükleer enerjiyle ilgili en büyük kamuoyu endişelerinden biri, artık enerji üretmede verimli olmayacak kadar bölünebilir ürünlerle boğulduğunda uranyum yakıtıyla ne yapılacağıydı.
Bu yüksek seviyeli atık, radyoaktivitesini geldiği cevherinkiyle kabaca eşleşen bir seviyeye düşürmesi binlerce yıl alabilen izotoplar içerir. Şu anda, dünya çapında depolanan çeyrek milyon metrik tondan fazla yüksek oranda radyoaktif atık, bertaraf edilmeyi veya yeniden işlenmeyi bekliyor.
Bu kötü mü? Depolanan nükleer atık, iyi bir şekilde muhafaza edilirse herhangi bir acil tehdit oluşturmasa da, uzun vadeli yönetim ve yanlış kullanım ve aksilik olasılığı hakkındaki sorular, büyüyen bir nükleer atık yığınının depolanmasını tartışmalı bir konu haline getiriyor.
Devasa konteynerler, kullanılmış nükleer yakıtı güvenli kuru depolama tesislerinde tutar. (Nükleer Düzenleme Komisyonu/Wikimedia commons/CC-BY-SA 2.0)
Karbon da dikkate alınması gereken bir atık üründür. Fisyon işlemi ve nükleer enerjinin elektriğe dönüştürülmesi nispeten karbon emisyonu içermezken, fisyon için gerekli cevherin çıkarılması ve işlenmesi ve bir beton santralinin inşası için brüt karbon bütçesi sıfır değildir.
Ömrü boyunca, yeni bir nükleer enerji santrali , üretilen her kilovat saat elektrik için kabaca 4 gram CO 2 eşdeğerini yaymaktan sorumlu olabilir. Bazı tahminler, çıktıyı çok daha yüksek, bazı durumlarda 10 gram CO 2 ila 130 gram arasında gösteriyor.
Bununla birlikte, kömürle çalışan elektrik santrallerini nükleer santrallerle değiştirmek, partiküller ve diğer kirleticiler bir yana, atmosferi her yıl milyonlarca tondan fazla CO2 den kurtarabilir. Aynı mantıkla, rüzgar türbinleri ve güneş panelleri gibi temiz yenilenebilir enerji kaynakları da üretimleri ve kurulumları sayesinde sıfır emisyona sahip olmayacaktır. Güneş ve rüzgar çiftliklerinin karbon ayak izleri, nükleer santrallerin alt sınırıyla aşağı yukarı karşılaştırılabilir.
Tamamen ele alındığında, nükleer enerjiden elde edilen güç (en iyi ihtimalle) güneş ve rüzgardan elde edilen kadar karbonsuzdur, ancak çok az insanın arka bahçesinde olmasını istediği popüler olmayan bir atık sorunu vardır.
Risk
Sovyet dönemi Ukrayna'sının dünyaya bir nükleer kaza için en kötü senaryonun nasıl görünebileceğini tattırmasının üzerinden otuz yıldan fazla zaman geçti. 1986'da teknik bir test sırasında meydana gelen erimenin ardından, Çernobil Nükleer Santrali, serpintisiyle zehirlenen bir arazinin ortasında radyoaktif bir harabeye dönüştü.
Çernobil 4. blok kalıntılarının üzerinde bir 'lahit'. (Robert Ruidl/Getty Images)
2011 yılında, Japonya'nın Fukushima nükleer reaktörü de bir depremle sarsıldıktan sonra erimeye başladı.
Bunun gibi yıkıcı olaylar, şok edici manşetlere layık olacak kadar nadirdir. Yine de bazı tahminler, bu tür erimelerin her 10 ila 20 yılda bir meydana gelebileceğini ve radyoaktif maddenin yüzlerce hatta binlerce kilometrelik araziye yayılmasını riske atabileceğini öne sürüyor.
Bu ne kadar kötü olabilir? Popülasyon yoğunlukları, maruz kalma derecesi ve izotop konsantrasyonları ile ilgili çok çeşitli faktörlere bağlı olarak bunu söylemek zor. Dünya Sağlık Örgütü'ne göre , "yerinden edilmiş Fukuşima nüfusu, yer değiştirmenin ardından psiko-sosyal ve zihinsel sağlık etkilerinden, evlerini ve işlerini kaybeden insanların kopan sosyal bağlarından, kopan aile bağlarından ve damgalanmadan muzdariptir".
Başka bir deyişle, endişelenmemiz gereken sadece bir radyoaktivite riski değil.
Yine de, fosil yakıt yakmanın sağlık üzerindeki etkisine çok alıştığımız için, kömür yakarak dışarı çıkan partiküllerin sağlık üzerindeki etkisini pek düşünmüyoruz
Maliyet
Güç üretimi maliyetlerini karşılaştırmak için araştırmacılar, seviyelendirilmiş enerji maliyeti veya LCOE olarak bilinen şeyi kullanırlar. Bu, bir sitenin ömrü boyunca öngörülen ortalama net üretim maliyetinin bir ölçüsüdür.
Bu rakam, konum ve kaynaklardaki dalgalanmalarla ilgili çok çeşitli şeylere bağlı olacaktır. Ancak, teknolojileri karşılaştırmak için dünya çapında genel bir LCOE duygusu elde etmek hala mümkündür.
Nükleer fisyon santralleri dünyayı kurtarabilir mi?
Tabii ki, yeni teknoloji her zaman bir fark yaratabilir. Nükleer atıkları tuzağa düşürmenin daha iyi yollarını bulmak, onu daha güvenli hale getirebilir veya en azından halka bunun gelecekte daha az tehdit oluşturacağına dair güven verebilir. Uranyum izotoplarına alternatifler, erimelerin kaygısını ve nükleer programların silah haline getirilmesi potansiyelini ortadan kaldırabilir. Değişen teknolojiler, reaktörlerin ölçeğini etkileyebilir ve hatta LCOE'lerini tamamen iyileştirebilir.
Son 25 yılda yüzden fazla ülkede nükleer ve yenilenebilir enerji üretiminin benimsenmesine ilişkin bir analiz, nükleer enerjinin karbon azaltmada yenilenebilir enerji ile aynı sonuçları elde etmediğini ortaya çıkardı.
Dahası, nükleer enerjiye yatırım yapmak, daha sonra yenilenebilir bir geleceğe doğru yol almayı zorlaştıran batık bir maliyettir.
Bunların hiçbiri nükleer enerjinin gelecekteki enerji üretiminde yeri olmadığı anlamına gelmez. Örneğin uzay araştırmaları, nükleer fisyon teknolojisindeki gelişmelerden yararlanabilir. Enerji üretiminin ötesinde, tıp ve araştırma için özel izotopların fisyon kullanılarak üretilmesi paha biçilmez bir endüstridir.
Bizi iklim krizinden kurtarmayabilir, ancak nükleer çağ, uzun süre bizimle olacak başka teknolojik faydalar sağlıyor.
Kaynak: https://www.sciencealert.com/what-is-nuclear-fission