Dünyanın erimeye dayanıklı ilk nükleer reaktörü geliştirildi

Nükleer santraller her ne kadar temiz bir enerji üretse de içerlerinde bulunan reaktörlerin neden olduğu atıklar çevresel kirliliğe neden olabiliyor. Dahası ekstrem durumlarda reaktörün soğutma sisteminin arızalanması sonucu reaktör çekirdeğindeki nükleer yakıtın erimesi ve radyoaktif madde sızıntısına yol açması da en tehlikeli senaryolardan birisi. Ancak Çin’de acil bir durumda kendini pasif olarak soğutmak üzere tasarlanmış erimeye dayanıklı nükleer reaktörün ilk tam ölçekli uygulamasında başarıya ulaşılarak bu büyük risk ortadan kaldırıldı.

Erimeye dayanıklı ilk nükleer reaktör

Nükleer fisyon sırasında, elektrik üretiminde yararlı olan ancak aynı zamanda reaksiyon için bir risk oluşturan büyük miktarlarda ısı ortaya çıkartılıyor. Bu nedenle nükleer reaktörler, ısıyı reaksiyondan uzaklaştıran dahili soğutma mekanizmalarına sahiptir. Eğer böyle bir mekanizma olmazsa reaktör aşırı ısınabilir ve hatta patlayabilir. Son olarak benzer bir soğutma mekanizması arızası 2011 yılında Fukushima nükleer santralinde olmuş ve erime gerçekleşmişti. Bu erimenin etkileri ise her açıdan bir felaketti.

Bilim insanları o zamandan bu yana pasif olarak soğutulan ve doğal soğutma yöntemlerini kullanan bir nükleer reaktör inşa etmeye çalışıyorlar. Bu çalışmaların ilk meyvesini ise Çin’li bilim insanları almış durumda. Çin’deki büyük ölçekli bir nükleer enerji santrali, dış güç kaybı sırasında bile tehlikeli erimelere karşı tamamen dayanıklı olan dünyadaki ilk nükleer santral olarak kayıtlara geçmiş durumda. Tasarım mevcut nükleer reaktörlere uyarlanamıyor ancak ancak gelecektekiler için çok önemli bir seçenek olabilir.

Çakıl yataklı reaktör (PBR) adı verilen nispeten yeni bir reaktör tasarımı, pasif olarak güvenli olmak gibi çok büyük bir avantaja sahip. Bu, soğutma sistemleri için güç kaybedilirse veya başka bir arıza yaşanırsa reaktörün kendi kendine güvenli bir şekilde kapanabileceği anlamına geliyor.

Diğer birçok reaktör tasarımında olduğu gibi yüksek enerji yoğunluklu yakıt çubukları kullanmak yerine, PBR’ler yakıt olarak grafitle çevrili az miktarda uranyum içeren çok sayıda düşük enerji yoğunluklu “çakıl taşı” kullanıyorlar. Bu, nükleer reaksiyonun yavaşlamasına ve yüksek sıcaklıklara dayanmasına yardımcı oluyor.

Bu yaklaşım iki önemli avantaj getiriyor. Birincisi, nükleer fisyon reaksiyonunun geleneksel bir reaktörden çok daha yavaş gerçekleşiyor olması ve daha yüksek bir sıcaklığa çok daha uzun süre dayanabilmesi. İkinci avantajı ise süreç boyunca üretilen fazla ısının daha geniş bir yakıt alanına dağılması ve iletim ve konveksiyon gibi pasif veya enerji tüketmeyen yöntemler kullanılarak soğutulabilmesi.

Test başarıyla gerçekleştirildi

Almanya ve Çin’de çalışan küçük prototip reaktörler inşa edilmiş olsa da, şimdiye kadar hiçbir tam ölçekli PBR’nin çalıştığı ve pasif olarak güvenli olduğu gösterilmemişti. Çin’deki Tsinghua Üniversitesi bilim insanları ise sistemin tam ölçekli olarak çalıştığını Shandong’daki High Temperature Gas-Cooled Reactor Pebble-Bed Module (Yüksek Sıcaklıklı Gaz Soğutmalı Reaktör Çakıl Yatak Modülü / HTR-PM) adlı nükleer santralde gösterdiler. İkiz reaktör tasarımına sahip olan bu tesiste çekirdeklerin her biri 105 MW güç üretebiliyor.

Dünyanın bu türdeki ilk enerji santrali olan HTR-PM, 4. Nesil bir tasarım olarak kabul ediliyor. İki reaktör 210 MW elektrik (210 MWe) üretmek için tek bir buhar türbinine bağlı olarak çalışıyor. Bu arada her reaktör 400.000’den fazla çakıl taşı ile yüklü. Her bir çakıl taşı 60 mm çapa sahip ve her biri grafitle çevrili az miktarda uranyum-235 ile zenginleştirilmiş durumda. Bununla birlikte rektörler anlaşılacağı üzere küçük (SMR- Small modular reactor – Küçük modüler reaktör) yapıda. Yani reaktörün kendisi bir fabrikada üretiliyor ve inşa sahasına naklediliyor.

Çin’in bu başarısı elbette kısa sürede gerçekleştirilmedi. Tasarım çalışmalarını bir yana bırakırsak ilgili HTR-PM santralinin inşası 2016 yılında inşa edilmeye başlandı. Aralık 2023′te ise tesis ticari olarak faaliyete başladı. Ekip sistemi test etmek için HTR-PM’nin her iki modülünü de tam güçte çalışırken kapattı ve reaktör içindeki sıcaklık hareketlerini izlemeye başladı.

Bilim insanları HTR-PM’nin doğal olarak soğuduğunu ve güç kesildikten sonra 35 saat içinde sabit bir sıcaklığa ulaştığını tespit ettiler. Acil durum soğutma sistemi herhangi bir karmaşık teknolojiye bağlı olmadığı için çok güvenli olduğunun da altı çiziliyor.