Nükleer Teknolojide Enerji Amplifikatörü ve Ergimiş Tuz Uygulaması
Enerji amplifikatörü (EA), zayıf nükleer kuvvetin taşıyıcısı W ve Z bozonlarının keşfine yapmış olduğu katkıdan dolayı Hollandalı Simon van der Meer ile birlikte 1984 Nobel Fizik Ödülü’nü kazanmış olan İtalyan bilim adamı Carlo Rubbia tarafından CERN Direktörlüğü yaptığı sırada geliştirilmiş yenilikçi bir sistemdir.
Önceleri bu adla ifade edilmesine rağmen sonraları “Accelerator Driven System” (ADS), (yani hızlandırıcı ile sürme (gütme veya yönetme) dizgesi anlamındadır) diye anılmıştır. Hatta artık şimdilerde farklı bir yaklaşımı içeren bir kavram olması nedeni ile bulucusuna atfen Alman fizikçilerince Rubbiatron olarak da anılmaya başlanmıştır. Amacı rektörlerinin kritik altı işletimini sağlamak için uranyum, plütonyum ve toryumu yakıt girdilerini mutlak kontrollü olarak yakmaktadır.
Bu şekilde tehlike yaratan ‘ergime’ diye nitelenen acil durum olgusunun önüne tamamen geçme olanağı doğmuştur.
Nükleer teknolojide V. kuşak diye anılan gelişme aşamasının da temel bileşeni olarak belirlenmiş olan düzeneğin geliştirilmesi çalışmaları tüm dünyada olduğu gibi Türkiye’de de yapılmaktadır. Çalışmalar Ankara Üniversitesi öncülüğünde kurulmuş olan 12 üniversitenin katıldığı bir konsorsiyum olan Türkiye Hızlandırıcı Merkezi tarafından yürütülüyor.
V. kuşak reaktörlerin yakıtı, düzenekten gelen 1000 MeV’a kadar hızlandırılmış olan protonlarca yaratılan çekirdeksel tepkime ile çalışır hale getirilir. İşlem sırasında protonlar, ayni zamanda ısı taşıyıcısı olarak soğutma sıvısı görevini gören metalık kurşun hedefine çarptırılır. Buradan kılçıklanma ile oluşan nötronların toryum çekirdeği ile etkileşime girmesi sonucu başlayan nükleer reaksiyon zinciri döngüsünden istenilen termik enerji elde edilir.
Bu tür ticari santrallerin yıkıcı şiddette depremlere karşı dayanması için gereken tüm tedbirler alınmış olarak tasarımının yapılması esastır. Ayrıca eski tip reaktörler ile karşılaştırıldığında yapısı göreceli olarak çok daha basittir. Basitlik temel olarak sistemin birincil devresinde soğutma çevrimini sağlamak için mekanik donanımın bulunmamasından kaynaklanır. Yani soğutmada, yatırımı ve işletilmesi maliyetli olan mekanik pompalı sistem yerine pompasız doğal cazibe ile çalışan konveksiyon akımlarından yararlanılır. Sistemin basınçsız olması düşük maliyetin yanı sıra arıza ve tehlikeleri de ortadan kaldıran başka bir avantaj da sağlamaktadır.
Öte yandan ayrı bir nükleer kategori olan toryumla çalışan ergimiş tuz tipi reaktörler üzerine Hindistan ve Çin’de son derece hummalı çalışmalar yürütülmektedir. Bu iki ülke toryum yakıtlı güç santrallerini, 5-10 yıl gibi bu konu için kısa denilebilecek bir sürede ticari düzeyde faaliyete geçirmek için ciddi bir yarış içindedir. Böylece toryum kaynaklı nükleer enerji elde edilmesi, eskilerden beri bilinmekle birlikte, bugün için artık iklimsel ısınmayı engelleyici can simidi niteliğinde bir yenilik olarak nükleer enerjinin Rönesans’ını oluşturacak küresel bir faaliyet olarak karşımıza çıkmaktadır. IV. Kuşak Toryum yakıtlı teknolojinin, Three Mile Island, Çernobil veya Fukuşima gibi ergime yapmış ikinci kuşak santral tipleri ile karşılaştırıldığında nükleer enerji kaynaklı olmanın dışında başka bir benzerliği yoktur. Çünkü söz konusu teknolojik gelişme ekolojik ve ekonomik sürdürülebilirliğin yanı sıra güvenli yoldan nükleer enerji kazanılmasına olanak sağlamaktadır.
Kısaca olağan üstü bir yeniliktir; çünkü patlamaz, ondan bu yolla hiç nükleer bomba yapılmamıştır, yapılması da neredeyse imkânsız gibidir. Çevre dostudur çünkü toryumun nükleer reaksiyon döngüsü 300-400 yıl içinde tümüyle tamamlandığından ortamda radyasyondan hiçbir iz kalmaz; yani söz konusu süre sonunda hiçbir nükleer karakterde atık bırakmaz. İlaveten şimdiye dek oluşmuş radyoaktif atıkları kendi içinde yakarak zararsız hale getirme özelliğine de sahiptir.
Öte yandan az yakıt kullanması da santralin küçük hacimli tasarımına el vermektedir. EA ile çalıştırılan yüksek güç reaktörleri için gereken yıllık toryum miktarı ortalaması bir ton bile değildir. Elde edilen enerjinin maliyeti de düşük olup sadece 1-2 $/GJul’dür. Bu değer, petrol ve doğal gaz bazlı kaynaklar için 4-5 $/ GJul, kömür içinse 3-4 $/GJul’dür.
Özetle belirtmek gerekirse; bu verilere göre enerji maliyeti kömüre göre 4’e birdir; başka bir kaynağın verilerine göre ise biraz daha yüksek olmakla birlikte gene de yarıyarıyadır. Böylece toryum enerjisi hem sera etkisiz hem de en düşük maliyetli olma özelliği ile 21. Yy’da elektrik üretimi için temel girdi olmaya baş adaydır.
Çetin Ertek, Mustafa Özcan (8 Nisan 2013)
