Nükleer fisyon, ağır bir atom çekirdeğinin daha küçük çekirdeklere ayrılmasıdır. Bu süreçte enerji, yeni nötronlar ve fisyon ürünleri açığa çıkar. Bir nükleer güç reaktörü, fisyon olaylarını kontrol altında sürdürerek ısı üretir; oluşan ısı daha sonra buhar türbini ve jeneratör aracılığıyla elektriğe dönüştürülür.
Fisyon nasıl başlar?
Bir nötron fisyona uygun bir çekirdek tarafından soğurulduğunda çekirdek kararsız hâle gelebilir ve iki daha küçük parçaya ayrılabilir. Ortaya çıkan parçalar yüksek hızla hareket eder. Bu hareket enerjisi çevredeki malzemeyle etkileşerek ısıya dönüşür.
Fisyon sırasında başka nötronlar da açığa çıkabilir. Bu nötronların bir kısmı başka çekirdeklerde yeni fisyon olayları oluşturursa zincirleme reaksiyon meydana gelir.
Zincirleme reaksiyon ne demektir?
Zincirleme reaksiyonun davranışı basitleştirilmiş biçimde üç durumda anlatılabilir:
- Azalan reaksiyon: Bir nesilde oluşan fisyon sayısı bir sonrakinde azalır.
- Kararlı reaksiyon: Fisyon sayısı ortalama olarak sabit kalır ve reaktör gücü kararlı tutulabilir.
- Artan reaksiyon: Fisyon sayısı nesilden nesle artar ve reaktör gücü yükselir.
Güç reaktörlerinin normal işletmesinde amaç, reaksiyonu istenen güç seviyesinde kontrol etmektir. Reaktör gücünün artırılması ve azaltılması belirlenmiş prosedürler, ölçüm sistemleri ve reaktivite kontrol araçlarıyla gerçekleştirilir.
Moderatörün görevi nedir?
Fisyon sırasında doğan nötronlar yüksek enerjilidir. Birçok termal reaktör tasarımında nötronların yeni fisyon oluşturma olasılığını artırmak için yavaşlatılması gerekir. Bu görevi yapan malzemeye moderatör denir.
Hafif su, ağır su ve grafit farklı reaktör tasarımlarında moderatör olarak kullanılabilir. Her reaktör aynı moderatöre sahip değildir; hızlı reaktörlerde nötronları yavaşlatmaya dayalı aynı yaklaşım kullanılmaz.
Kontrol çubukları ne yapar?
Kontrol çubukları nötron soğurabilen malzemeler içerir. Çekirdeğe daha fazla sokulduklarında zincirleme reaksiyona katılabilecek nötronların sayısını azaltırlar. Çekirdekten çıkarıldıklarında ise reaktivite artabilir.
Reaktivite yalnızca kontrol çubuklarıyla yönetilmez. Bazı tasarımlarda soğutucu ve moderatör sıcaklığı, çözünmüş nötron soğurucular ve yakıtın zaman içindeki değişimi de reaktör davranışını etkiler.
Kritik olmak tehlikeli olmak anlamına mı gelir?
Reaktör fiziğinde “kritik” sözcüğü günlük dildeki “tehlikeli” anlamında kullanılmaz. Kritik durum, zincirleme reaksiyonun ortalama olarak kararlı sürdüğü fiziksel durumu tanımlar. Terimin doğru bağlamda kullanılması nükleer enerji iletişiminde önemlidir.
Fisyon ve füzyon arasındaki fark nedir?
Fisyon ağır çekirdeklerin bölünmesine, füzyon ise hafif çekirdeklerin birleşmesine dayanır. Günümüzde ticari nükleer güç santralleri fisyon kullanır. Kontrollü füzyondan sürekli ve ticari elektrik üretimi ise farklı bir teknoloji geliştirme alanıdır.
Kaynaklar
- IAEA, Fundamentals of Nuclear Power: https://nucleus-qa.iaea.org/sites/graphiteknowledgebase/wiki/Guide_to_Graphite/Fundamentals%20of%20Nuclear%20Power.aspx
- IAEA, Reactor Physics Training Material: https://nucleus-qa.iaea.org/Pages/training-rp.aspx
- IAEA, Design of a Nuclear Reactor: https://gnssn.iaea.org/main/bptc/BPTC%20Module%20Documents/Module04%20Design%20of%20a%20nuclear%20reactor.pdf