..

..
..

11 Nisan 2018 Çarşamba

BİR ELEKTRONİK DEVREDE ELEKTRONLAR HANGİ HIZDA HAREKET EDERLER? BUNU HIZLANDIRMAK MÜMKÜN MÜDÜR?



Lap-top bilgisayar teknolojisinde aletin tabanında meydana gelen ısıyı almak baş ağrılarına sebep olmaktadır. Buna ait bilgileri seneler önce Özyeğin Üniversitesi’nde Prof.Dr. Duran Leblebici’nin oğlu Levent Leblebici’den güzel bir konferansta öğrenmiştik. Bu teknolojide hedef, ışık hızı ile çalışan bilgisayarları gerçekleştirmektir.
Şimdi gençlere bir teklif sunacağım. Atom reaktöründe, 10 dakika nötronlarla ışınlanmış bakır, nikel gibi bir tel düşünelim. Nötronlarla ışınlanmış bu telle reaktörden çıktıktan sonra bir devre yapsak, bu devrede bir güç üreteci olmadan bir akım geçer ve bu akımı meydana getiren parçacıklar elektronlar değil beta parçacıklarıdır. Beta parçacıkları yüksek enerjili (dolayısıyla yüksek hızlı) elektronlardır. Kalem şeklindeki bu alet, güç kaynağı kullanmadan, reaktördeki nötronların yoğunluğunu bize veren bir alettir. Reaktörlerde uranyum yanma miktarını da bize veren self-powered nötron detektörüdür. Uranyum yanma miktarını bize verebilmesi için telin o uranyumdan yapılması gerekir. Devrede dönen beta parçacıklarının enerjisi bellidir, hızı hesaplanabilir. Devrede elektronlar çok daha hızlı olduklarından bilgisayarın daha hızlı hesap yapması sağlanabilir mi?
Diyelim ki genç merak etti, reaktörde nikel teli ışınlayacak. 1975 yılında hastahanelerimize izotop üreten Çekmece’ye ne oldu? 24 seneden beri bir tek nötron üretmemiş olan Çekmece Araştırma Merkezi’nde bunu yapmasına imkan yoktur. Çekmece’deki reaktör çalışmaya hazırdır. 3 seneden beri Ankara’dan çalışma izni gelmemektedir. Türkiye nükleer enerjiye nasıl girecek?
Gençler tek bir çınar yaprağı alın. Üstüne altına bakır iletken levhalar koyun, devreyi bir voltmetreye bağlayın. 1 voltu alet üzerinde okursunuz, 10 tane yaprağı üst üste koyun, alet 10 volt değil 12 volt gösterecektir. Acaba neden? Bu deneyi çeşitli yapraklar için yapabilirsiniz.
Doç.Dr.Çetin ERTEK

30.03.2018

NÜKLEER ENERJİNİN TÜRKİYE’DEKİ YERİ VE GELECEĞİ



Çekmece Nükleer Araştırma Merkezi’nde (ÇNAM) nötronları ürettiğimiz TR-I reaktörü, 27 Mayıs 1962’den 11 Eylül 1977’ye kadar sürekli olarak 15 yıl başarı ile çalıştırılmıştır. ÇNAM’ın üst kuruluşu Türkiye Atom Enerjisi Kurumu’dur. Sonra sisteme Ankara Nükleer Araştırma Merkezi de katıldı. İstanbul Teknik Üniversitesi’nde, Prof.Dr. Nejat Aybers önderliğinde Nükleer Enerji Enstitüsü de 1960’ların başında faaliyete geçti. Çekmece’de TR-I Yüzme Havuz tipi araştırma reaktörü kuruldu. Teknik Üniversitesi’ndeki araştırma reaktörü TRIGA-MARK II tipi idi. Çekmece’de herkes dahil insan gücü 210 kişi kadardı. Şu anda Çekmece’de 220 kişi çalışmaktadır. 24 seneden beri tek nötron üretilmemiştir. Bizimle birlikte çalışmalarına başlayan Japonya ve Kore kendi 1200 MWe gücündeki reaktörlerini %100 kendi uzmanlıkları ile yapmışlar, kendi elektrik ihtiyaçlarını sağlamışlar ve reaktörleri ihraç edecek hale gelmişlerdir.
380.000 ton Toryum, elektrik enerjisi üretmek için Eskişehir Sivrihisar’da bizi bekliyor. 1978’de Ecevit zamanında kamulaştırıldı. Toryum Ender Topraklar Platformu Yayın No:1’de, 17.03.2013 tarihinde, Toryum Türkiye’nin Nükleer Enerji Alternatifi, Toryum değerlendirilmesi adı altında çok güzel bir şekilde Mustafa Özcan Bey tarafından yayınlandı. Çekmece, zaman içinde, zaten Toryum çubukları, Toryum paletleri, Toryum diskleri (yerli yapım) elde etmişti. Metalurji ve Kimya bölümlerinde yeteri kadar bilgi birkimimiz var.
İnsanımızın mutlu olması için ülkemizin 21. Yüzyılda çağdaş uygarlık düzeyine ulaşması gerektiği yönündeki ülküsel beklentimiz ihtiyaç şekline bürünerek en temel evrensel talebimize dönüşmüş olduğu hepimiz için aşikar bir şeydir. 75 milyar dolar senede dışarıya petrol ve doğal gaz için akıtmıyacağız.
Hızlandırıcı ile çalışan Toryum reaktörleri, Nobel’li İtalyan fizikçisi Carlo Rubia tarafından bulunmuştur. Kendisi 2013 yılında Türk Fizik Derneği’nin davetlisi olarak gelmiş ve İstanbul Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi konferans salonunda çok güzel bir sunumda bulunmuştur. Eskişehir, Sivrihisar’da aynı topraklarda 17 cins çok değerli nadir toprak elementleri de vardır. Bunlar en iyi kalitededir. İhaleye çıkılır. Türk firmaları seçilir, onlar topraktaki bu nadir elementleri fiziksel ve kimyasal metodlarla ayırır. Kenara konan malzeme Toryum’dur. Ondan da elektrik enerjisi elde edilir. Toryum reaktörü çevreyi kirletmez, temiz özelliktedir. Sürdürülebilir kaynaktır. Sera etkisi yoktur. Karbondioksit salmaz. İçinde su olmadığından hidrojen patlaması olmaz. Reaktörün erimesi olamaz. Çevreye atık bırakması yoktur. Yapımı şu anki Türk teknolojisine uygundur. Hem ısı, hem elektrik üretebilir. Elektrik üretim verimi mevcut reaktörlere göre daha yüksektir. Reaktör kurulması ve üretim maliyeti daha düşüktür. 600-800o C ergimiş Toryum-Uranyum Lityum Florür karışımı devamlı dolaşım halindedir. Toryum florür ve U-233 florür hemen çevresindedir. Yakıt 1400o C  kadar ısınsa bile kaynamaz, sıvılığını korur. Sıvı yakıt sisteminin patlama riski yoktur. İzotopların suya, toprağa, atmosfere karışması yoktur. Sıvı tuz karışımı çok ısınırsa alttaki tıpa kendiliğinden erir ve sistem alt kritik olur. Ergimiş Toryum reaktörü bir kere çalıştırıldıktan sonra kendi kendine güvenli çalışır. Akkuyu’dan çıkacak nükleer artıkları yakma kabiliyetine sahiptir. Plutonyum üretimi hemen hemen yok gibidir. 250 sene sonra atom santralından eser kalmaz. Ergimiş Toryum reaktöründe elektriğe çevrim verimi %42-48 kadardır. Öteki reaktörlerde bu oran %30-33 civarındadır. Üretilen elektrik enerjisi civardaki kimya, metalurji tesislerini de besleyebilir. Başlangıçta düşük zenginlikte U235’ce zengin UF4 kullanılır. U-233, U-235’ten sonra devreye girer. 1000 MWe’lik bir reaktör 24 saat/365 günde 0.44 ton Toryum ve 0.44 ton Uranyum tüketimi olur. Ötekilerinde 200 ton uranyum gerekir. Eskişehir’de yılda 5.000 ton nadir toprak elementi üretilirse 150 ton Toryum dioksit elde edilir. 17 ülke Toryum reaktörü üzerinde çalışıyor.
Temmuz 2017 başı 5 kişilik Türk ekibi POLİMİ-İtalya Como gölü toplantısına katıldılar. Biz ikinci kere katıldık. 2015-2019 yılları arasında tamamlanması öngörülen bu proje iyi ilerlemektedir. Toryumun fisyon ürünlerinin %84’ü kararlı oluyor. Radyasyon çıkarmıyor. Riskleri, bilinen reaktörlere göre daha az olduğundan Yeşil Nükleer Enerji olarak tabir edilmektedir. Th reaktörleri niçin uzun müddet devrede kalmadı? Gaz fisyon ürünleri sirkülasyon pompaları tarafından verimli bir şekilde atılır. Yakıt tuzu (-) sıcaklık katsayısına sahiptir. Reaktörün kontrol çubuklarına ihtiyacı yoktur. Silindirik blanket U-233 üretir. Reaktörde katı yakıt elemanları olmadığı için yakıt-tuzu kompozisyonu kolaylıkla ddeğiştirilebilir. (Kaynak: J.Serp.et.al.”MSR in generation IV-Overview and Perspectives” Progress Nucl.Ener.,2014) (burada MSR-Molten Salt Reaktör anlamındadır.) ABD ile birlikte Endonezya projesi Thorcon tarafından yürütülmektedir. 2020’de ticari üretime geçecektir. 2.4 US-cent/kWh’e mal olabilecektir. (Akkuyu 19.2 US-cent/kWh rakamından ne haber?)
Birleşmiş Milletler’de rastladığım güvenlik raporundan kısaca bahsetmiştim. Nükleer enerji çevrecidir. Bacasından CO2 çıkmaz.  Yaklaşık 450 nükleer güç reaktörünün 60 yıldan beri çalıştığını farzedersek, atmosfere vermediğimiz karbondioksit miktarı milyarlarca tonu bulur. Nükleer çevrecidir. Ne yazık ki güneş ve rüzgar santrallarının problemleri kendini göstermeye başlıyor. Reaktörler bilhassa Toryum reaktörleri, modüler olarak yapıldığı için kazalar az ve kontrol edilebilir olmaktadır. Th reaktörü modüler olarak yapıldığından 250 Mwe’ten 10 tanesi yan yana 2500 MWe’lik elektrik üretir. Birbirinin peşi sıra yapılacak Toryum reaktörleri son ünitelere doğru çok ucuza mal edilebilmektedir. (Yapım kolaylığı avantajları) Modüler reaktörlerin büyük avantajları vardır. Afrika çölünde yapılan güneş santralındaki Avrupa’ya enerji taşıma problemlerinden bahsedebiliriz. Bu konuda Prof.Dr. Carlo Rubia’nın internetteki enerji üzerine 1.5 saatlik videosunu gençlerimize tavsiye ederim. Önemli nükleer kazalar, 60 seneden beri çalışan 444 nükleer reaktörün içinde, 3-mile island, Çernobil ve Fukuşima’dır. Fukuşima’da 19.8 metrelik tsunami dalgaları sistemi mahfetmiştir. Direkt nükleer kaza değildir. Çernobil’de, düşük güçte bir deney yapıldığı için operasyon ekibinin hatası yüzünden kaza oluşmuştur. Birbirinden bağımsız reaktörü otomatik durduran 3 ayrı sistem, operatörler tarafından elle kapatılmıştır. Genelde hiçbir güç reaktöründe deney yapılmaz. 3 mile island’da ise kızgın metale suyun değmesiyle hidrojen gazı patlamasıyla kapalı reaktör kazanında radyasyonlar dışarı çıkmadan kaza meydana gelmiştir. Hindistan’da Bopal’de (doğal gaz santralında bir günde kaza sonucu 30.000 kişi ölmüştür. Nükleer’de çok iyi yetişmiş, tecrübeli teknik elemanlar ve mühendisler kullanılmalıdır. Çernobil’de operatörler bağımsız 3 koruyucu sistemi elle devre dışı bırakmış olmasalardı, reaktöre hiç birşey olmazdı.
Toryum reaktörü için çalışan “FİGES”  ileri mühendislik ve ARGE teknolojileri şirketi, Uluslararası Toryum Projesi’nin saygın kuruluşları arasındadır. 250 Mwe’lik bir proto-tipin ısı değiştiricilerinin teorik hesapları üzerinde çalıştığı gibi ileri seviyede ısı dönüştürücülerinin simülasyonlarını da başarı ile yürütmektedir. Şirketin sahibi Sayın Dr. Tarık Öğüt son derecede başarılı bir işadamımızdır. Şirketi Milli Savunma Bakanlığımıza çok önemli üretimleri gerçekleştirmiş, simülasyonlarla Avrupa çapında bir ARGE şirketidir. Toryumu desteklemesi bizim için bir şanstır. Seçkin Türk firmalarına davetimdir. Bu konuya yakın firmalarımızın, kendi içinde birer çekirdek üniteyi büyütmeleri kendileri ve ülkemizin geleceği bakımından son derecede faydalı olacaktır. Nükleer teknolojinin birçok dalda öncü rolü oynayacak yanları vardır. Başarı yüzdesi artar. Bakın Tarık Bey neler yazıyor: “Nükleer enerji konusunda toplumların bilinçlendirilmesi çok yetersiz olduğu için, insanlar arasında nükleer enerji konusunda daima bir şüphe ve korku mevcuttur. Bunu yenmenin tek yolu, bilinçlenme düzeyinin yükseltilmesidir. Nükleer teknolojiler konusunda, ilkokuldan başlayarak tüm eğitim boyunca gerekli teknolojik bilgilendirme ve bilinçlendirme yapılmalıdır. Tehlikelerin nedenini, kapsamını, çözüm yollarını toplumumuza anlatalım ki ön yargıların yerini bilimsel ve analitik düşünce alsın. İlk ve orta öğretim programına dahil edilebilecek teknik bilgilerin yanı sıra, sokaktaki vatandaşın da yazılı ve görsel basın yoluyla bilinçlendirilmesi çok önemlidir.”
Doç.Dr.Çetin ERTEK
30.03.2018

26 Mart 2018 Pazartesi

Tıp ve teknolojide çok çeşitli kullanım alanı olan Kaliforniyum252 Nedir, Ne İşe Yarar?


Nasıl bir madde, nerede üretiliyor, neden çok pahalı? Atom bombası yapılabillir mi?

19.03.2018 günü medyada, polis operasyonu sonucunda, piyasa değeri 5,5 milyar dolar olan yaklaşık 1,5 kg Kaliforniyum radyoaktif maddesinin Ankara Pursaklarda ele geçirildiği, bunun yurt dışına 72 milyon dolara satılmak istendiği, 4 kişinin gözaltına alındığı haberi yer  aldı. Ertesi günü Türkiye Atom Enerjsi Kurumu’nun yaptığı açıklamada ise, yapılan ölçümler sonunda, bu maddenin kaliforniyum maddesi olmadığı, herhangi bir radyoaktivite özelliği bulunmadığı açıklandı /1/.
Biz bu olay ve yazılanları bir yana bırakarak, kaliforniyum ile ilgili bilgileri ve dünyadaki gelişmeleri burada kısaca vermeye ve konuya yabancı bir çok kişinin aklına takılan soruları oldukça basit anlatımla yanıtlamaya çalışacağız. Buna rağmen hemen şu söylenebilir: Kaliforniyum 252‘den  dünyada sadece toplam 100 miligram kadar az bulunuyor. Bu nedenle, Ankara’da 1,5 kg bulunduğu açıklamasından, bulunan maddenin kaliforniyum 252 olamayacağı açık. Zaten, TAEK ölçümleri de bulunan maddenin bir radyoaktivite özelliği göstermediğini saptıyor.
Not: Bu yazımız, tüm diğer yazılarımız gibi, bir yerden aynen çeviri ya da aktarma olmayıp kaliforniyum maddesiyle ilgili  güvenilir bir dizi bilimsel ve teknik raporun incelenip, karşılaştırılarak değerlendirilmesi sonucu, bu konuda bugünkü bilim ve teknolojideki gelişmeleri, olduğu gibi, özetle yansıtmaya çalışıyor. Konuyla yakından ilgilenmeyenler aşağıdaki çerçeve içindeki bölümleri isterlerse atlayabilirler.

Kaliforniyum nasıl bir madde?
Doğada bulunmayan, ‚özel yapım hızlandırıcılarda (reaktörlerde)‘ yapay olarak üretilen ve nükleer fizikte Cf simgesiyle gösterilen kaliforniyum (Californium) radyoaktif bir maddedir.  Kaliforniyum‘ un özgül kütlesi demirden 2 kat kadar daha büyük olup (15,1 gram/cm3 ) elementlerin yer aldığı periyodik cetvelde /2/, uranyum ötesi (transuran) 98 atom numaralı bir elementtir. Kaliforniyum’un 20 izotopu bulunuyor (atom çekirdeğinde farklı sayıda nötron bulunan örnekleri ya da radyoizotopları. Bunlar içinde teknolojide en çok kullanılanı 252 kütle numaralı izotopu olan  Cf 252’dir. Cf 252’nin yarılanma süresi yaklaşık olarak 2,6 yıl (Atom çekirdeği bozunarak yarıya inene kadar geçen süre). Kaliforniyum 252’nin en önemli özelliği, bundan çok az miktarın, çok sayıda nötron yayınlamasıdır: 1 mikro gramı (gramın milyonda biri) dakikada 140 milyon nötron yayınlıyor. Bu nedenle yoğun nötron kaynağı olarak çok çeşitli uygulama alanları var.
NASA’nın çektiği süpernova fotoğrafında Cf 254 spektrumunun belirlendiği açıklanmıştır.


Kaliforniyum ilk kez nasıl ve nerede üretildi?
Kaliforniyum ilk kez 1950 yılında ‚California Berkeley‘ üniversitesinde, özel bir hızlandırıcıda (Cyclotron), 1 mikrogram kadar küryum (curium) atom çekirdekleri, 35 MeV’luk enerjili Alfa tanecikleriyle (= Helyum atomunun çekirdekleriyle ) çarpıştırılmasıyla çok az miktarda (5000 atom kadar) kaliforniyum 245 elde edilebildi. Kaliforniyum adını, bu nedenle California Üniversitesinden alıyor.
Küryum‘dan (Simgesi: Cm), alfa (He) bombardımanıyla kaliforniyum elde edilmesi ve nötron salınması nükleer fizikte aşağıdaki şekilde gösteriliyor:


Bu şekilde oluşan Cf 245’den bir dizi ara atom çekirdekleri ve sonra da Cf 252 ortaya çıkıyor.
Kaliforniyum 252 üretildikten sonra, 2,6 yıllık yarılanma süresiyle, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, kendiliğinden bozunmaya başlıyor. Görüldüğü gibi ‘ani çekirdek bölünmesi’yle (sf: spontan fission)     % 3 oranında ortaya çıkan nötronların yanı sıra bir dizi alfa (% 97 oranında), gama ve diğer radyasyonlar da yayınlanıyor. Ortalama 2,1 MeV enerjideki nötronların enerjileri 0,7 ile 15 MeV arasında değişiyor (Bkz: Birimler). Alfalar büyük kütleleri ve elektrik yükleri nedeniyle madde içinde 1-2 mm bile ilerleyemeden soğurulurlarken (frenlenirlerken), elektrik yükü olmayan, hızlı nötronlar ise bu giricilikleriyle maddeye kolayca girebiliyorlar ve daha uzun yol alarak etkili olabiliyorlar. Teknolojide Cf 252’nin yerinin başka maddelerle doldurulamaması da bu özelliğinden geliyor.

Not: Yukarıdaki Şekil’deki sayılardaki noktalar virgül anlamında olup Cf 252’nin yarılanma süresi kabaca 2,6 yıldır (yıl= a). Bazı kaynaklarda, virgül noktayla karıştırıldığından Cf 252’nin yarılanma süresi, 2, 65 yıl yerine, yanlış olarak 2645 yıl olarak veriliyor.

Kaliforniyum 252 bugün dünyada nasıl ve nerede üretiliyor, neden çok pahalı?
Kaliforniyum çok az miktarda (mikrogram= gramın milyonda biri düzeyinde) dünyada sadece iki yerde üretilebiliyor. Bunlar: ABD Oak Ridge National Lab ve Rusya’da Dimitrowgrad Araştırma Enstitüsü. Kaliforniyum 252, 1950’deki ilk üretiminden sonra 1954 yılında Oak Ridge’de Yüksek Akı‘lı İzotop Reaktöründe (HFIR) yılda 25 mg (mg=gramın binde biri) üretilebildi. Bu reaktörde, berkelyum 249 izotopu nötronlarla bombardıman edilip berkelyum 250 ve bundan da bozunmayla Cf 250, ve daha sonraki nötron bombardımanlarıyla da Cf 252 elde edildi. Ayrıca plütonyum, amerisyum ve küryum’un da uzun yıllar (7-8 yıl) bombardıman edilmesiyle miligram düzeyinde Cf 252 üretilebiliyor.
Rusya Dimitrowgrad’da da yılda sadece 25 mg Cf 252 üretilebiliyor. Hem 7-8  yılda üretilebilmesi hem de özel reaktör, araç ve gereç gereksinimi sonucu ve daha bir dizi laboratuvar işlemi sonucu Cf 252’nin fiyatı çok yüksek ve dünyanın en pahalı maddesi:            1 gramı 30 milyon dolar kadara satılıyor. Ancak çeşitli kullanım alanlarında, detektörlerde mikrogram ile miligram arasındaki çok az bir miktar yeterli olabiliyor. Dimitrowgrad’da üretilen Cf 252 örneğin Fransa’daki Areva reaktörlerine yollanıyor ve orada reaktörleri işletmeye başlatmak için nötron kaynağı olarak kullanılıyor. Yakında Rusya’dan, Çin’deki reaktörlere de yollanacağı medyada açıklanıyor.

Yukarıdaki fotoğraf:Kaliforniyum 252’nin üretildiği Rusya’daki Dimitrowgrad Atom Araştırma merkezindeki atom çekirdeklerini hızlandıran özel reaktör (Bunun nükleer santrallardaki reaktörlerle bir ilgisi bulunmuyor)
Kaliforniyum nasıl taşınıyor, gönderiliyor? 1 gram Cf 252 için 50 tonluk zırhlı kap
Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi kaliforniyum 252,  çok sayıda nötronların yanı sıra alfa ve gama ışınları da yayınlıyor. Bu nedenle, kaliforniyum 252, üretildiği yerden ancak kapsüllenmiş olarak, paslanmaz çelik ya da zirkaloy’dan yapılmış kalın duvarlı ağır zırhlı özel kaplar içine konularak taşınabiliyor ya da başka yerlere gönderilebiliyor /3/. 1 gram‘dan az Cf 252 için 50 tonluk taşıma kabı gerekiyor ve radyoaktif maddenin kaza, yangın gibi durumlarda çevreye saçılmaması için taşıma kabının son derece güvenli / korumalı olması gerekiyor (Bkz. Resim)
 

Soldaki resim’de, 1 gram kaliforniyumu çevresine radyasyon saçmadan ve kazalara karşı güvenli olarak taşıyabilmek için kullanılan 50 tonluk devasa zırhlı kabın büyüklüğü görülüyor. Sağda, Cf 252 radyoaktif maddeli nötron salan bir detektörün yerleştirildiği, ‚kara mayınları‘ aramasında kullanılan alet gösteriliyor.
Dünyada piyasada ne kadar Cf  252 var?
CF 252’nin yarılanma süresinin 2,6 yıl gibi epey kısa olması sonucu, 80’li yıllardan önce üretilen Cf 252’nin bugün artık radyoaktif bozunmayla kendiliğinden yok olmuş olması önemli bir özellik ya da avantaj.  Dünyada piyasada bulunan toplam miktarın bugün 100 mg’dan az olduğu kestiriliyor.

Kaliforniyum 252 tıp ve teknolojide ne amaçla kullanılıyor?
Çok az miktardaki Cf 252’nin çok sayıda nötron yayınlaması ve bunların madde içindeki yüksek giriciliği nedeniyle kanser hastalıklarında özellikle ameliyat edilemeyen ve diğer radyasyon tedavisinin etkin olmadığı durumlarda, beyin tümörlerinin öldürülmesinde Cf 252 yararlı olabiliyor. Cf 252, en çok tıpta nötron radyolojisinde kullanılıyor (1994 de: %77 oranında tıpta).  Cf 252’li eriyiğe saç kalınlığında teller batırılarak bunlar Cf 252’yle kaplanıyor. Sonra bu incecik teller küçük parçalar halinde kesiliyor ve bunlardan biri hastanın beyin tümörüne yerleştirilerek sadece tümörün çok sayıda nötronla yoğun olarak ışınlanması ve çevredeki sağlıklı dokuların zarar görmemesi sağlanıyor.  
Cf 252  nükleer reaktörler işletilmeye başlatılırken nötron kaynağı (ya da tetikleyici) olarak da % 7 oranında kullanılıyor (1994). Ayrıca nötron detektörü olarak bazı önemli malzemelerin içindeki yabancı maddelerin tanımında (aktivasyon analiziyle) de % 6 oranında kullanılıyor. Örneğin, nükleer reaktörlerin kontrol çubuklarındaki, uçak ve silah malzemelerindeki bozuklukların ortaya çıkarılmasından, patlayıcı maddelerin bulunmasına kadar ‚nötron detektörleri‘ olarak da çeşitli kullanım alanları bulunuyor. Cf 252 ile metallerdeki korozyon, bozukluk, ince çatlaklar, malzemelerdeki nem ortaya çıkarılabiliyor. Açılan petrol kuyularında su ve petrol tabakalarının belirlenmesinde, altın ve gümüş yataklarının bulunmasında, hatta yeraltı sularının hareketlerinin izlenmesinde de Cf 252 de kullanılabiliyor. Taşkömür ve çimento sanayiinde de, maddelerin analizlerinde Cf 252 kullanılabiliyor. Ayrıca kara mayınlarının aranıp bulunmasında da elektrik süpürgesi benzeri aletin tabanına yerleştirilmiş nötron detektöründe Cf 252 bulunabiliyor (Şekil, dünyada 110 milyon henüz ortaya çıkarılmamış kara mayını olduğu kestiriliyor). Kaliforniyum bunlardan başka, uranyum ötesi yapay izotopların üretiminde de nötron kaynağı olarak kullanılıyor. Örneğin, sonradan Lawrensyum olarak adlandırılan 103 atom numaralı elementin yapımı, ilk kez 1961’de kaliforniyum’un boron atom çekirdekleriyle çarpışması sonucu oldu. 2006 yılında Oganesson adı verilen 118 atom numaralı elementin de Cf 249’un, Ca 48 atom çekirdekleriyle çarpıştırılması sonucu elde edildiği ve bu yeni elementten 3 atomun belirlendiği bir Rus araştırma merkezince açıklandı.

Kalforniyum atom bombası yapımında kullanılabilir mi?
Kaliforniyum izotopları içinde, atom bombası yapımı için  krtitik kütlesi 5 kg ile en elverişli izotop          Cf 251 ‚ dir. Bu küçük miktara rağmen, bundan piyasada bulunamaması, yapılmasının ise özel reaktörlerde dahi çok uzun yıllar gerektireceği ve bununla ilgili bilim ve teknolojinin ancak özel bir kaç araştırma merkezinde bulunması gibi nedenlerle atom bombası yapımı için kaliforniyumun elverişli bir madde olamayacağı açık.

Cf 252’nin radyasyon sağlık riski?
Cf 252’nin özgül radyoaktivitesi çok yüksek:  2x1013 Bq/g ( Atomgramı başına, Cf 252’nin saniyede bozunan atom çekirdeği sayısı). Bu nedenle vücut dışından girici nötron ve gamalarla, vücut içinden de ayrıca alfalarla etkinliği çok yüksek olduğundan 1 nolu risk grubunda bulunuyor.
Bir kaza sonucu, kaliforniyum vücuda besinler yoluyla ya da havayla girerse, % 65 kemiklerde ve %25 karaciğerde yerleşiyor ve yoğun olarak alfa ve gamalarla vücuda etkili oluyor. Vücutta kalış süresi 20 ile 50 yıl arasında değişebiliyor ve kansere neden olabiliyor. Bu nedenle gerek üretiminde gerekse laboratuvar analizlerinde, taşınmasında ve kullanılmasında çok dikkatli olunması, ilgili koruyucu önlemlerin alınması gerekiyor.

Sonsöz
1,5 kg değil, mikrogram ya da miligram düzeyinde bile olsa, Ankara’da ele geçirilen maddenin, TAEK ölçümleriyle kaliforniyum 252 olmadığının ortaya çıkarılması sevindirici olmuştur. Bir kaç tonluk zırhlı kaplar yerine, medyadaki resimlerinden cam tüpler içinde taşındığı görülen madde, eğer kaliforniyum 252 olsaydı, gerek taşınma sırasında taşıyanlar, gerekse daha sonra gümrük memurları ve yakındakiler aşırı ışınlanıp yüksek radyasyon dozları alabilirlerdi. Ayrıca olabilecek bir kaza durumunda yakın çevre Cf 252 radyoaktivitesiyle kirlenebilirdi. TAEK’nın belirlediği radyoaktif olmayan maddenin, ne amaçla kaçırılıp götürüldüğü ve neden kaliforniyum 252 adının geçtiği ise bilinmiyor ve bu, yazımızın çerçevesi dışında.
Birimler:
Radyoaktif madde, radyoaktivite ve birimi: Atom çekirdeğinden kendiliğinden ışınlar ya da tanecikler (alfa,beta, gama, nötron) yayınlayan maddelere radyoaktif maddeler, bu özelliğe de radyoaktivite diyoruz.
Becquerel (Bq): 1 Bq: Atom çekirdeğinde saniyede 1 adet boznum (parçalanma) olduğunda o radyoaktif maddenin radyoaktivitesi 1 Bq‘ dir. Radyoaktif maddelerin atom çekirdeklerinde milyarlarca bozunum olduğundan ‚küçük‘ Bq birimi sonucu sayılar büyüyor ve radyoaktivitesi çok az olan bir radyoaktif madde, konuya yabancı olanlarca, sanki çok aşırı radyoaktiviteli bir madde gibi anlaşılıyor. Eski birim olan Curie ise tam tersi ‚büyük‘ bir biimdir: 1 Curie saniyede 37 milyar bozunum ya da 37 milyar Bq’dir. Ayrıca sadece Bq sayısı ilgili radyoaktif maddenin tehlike ölçüsü değil, her bozunumda yayınlanan ışın ya da taneciklerin enerjilerinin bilinmesi de gerekir.Ancak böylelikle vücuda etkisi ya da vücutta ne miktarda radyasyon dozu oluşturacağı belirlenebilir.
Elektron Volt (eV), Kilo elektron Volt (KeV), (Milyon elektron Volt (Mev): eV, radyasyon enerji birimi olup, 1 eV: 1 elektronun 1 Voltluk potansiyel farkı altında kazanacağı kinetik enerji miktarıdır.
1 KeV= 1000 eV, 1 MeV= 1 Milyon eV; 1 eV  çok küçük bir birimdir: 1 eV= 1,6x 10(-19) Joule.
1 Joule=1 Watt (Elektrikte güç birimi = saniyede üretilen ya da tüketilen enerji mikarı olup bu birim de pratikte çok küçüktür: 1 Joule: 100 gramlık bir çukulata paketini 1 m yukarı kaldırmak için gerekli enerji miktarıdır /4/.
Bağlantılar:
/3/https://www.grs.de/sites/default/files/pdf/grs-343.pdf
/4/  Radyoaktif maddeler ve radyasyonla ilgili  ayrıntılı bilgiler için bkz/:
Radyasyon ve Sağlığımız kitabı: https://www.nobelkitap.com/kitap_113005_radyasyon-vesagligimiz.html,(Nobel yayınları 2014, Y.Atakan)

Dr.Yüksel Atakan,
Radyasyon Fizikçisi,


12 Mart 2018 Pazartesi

REAKTÖR KAZASINDAN 7 YIL SONRA FUKUŞİMA’da DURUM



Kaza nasıl oldu, sonuçları ne oldu?
11 Mart 2011 günü Japonya’daki 9 büyüklüğündeki büyük depremle oluşan Tsunami’nin dev dalgalarıyla, elektrik direklerinin yıkılması, hatların kopması sonucu Fukuşima nükleer santralına dışarıdan gelen elektriğin kesildiğini, zemin altındaki ivedi elektrik üreteçlerinin de sular altında kalarak santralın elektriksiz kaldığını biliyoruz. Reakörler, deprem sinyalini alır almaz planlandığı gibi otomatik olarak durdurulmuş, büyük deprem sonucu binalarda herhangi önemli bir hasar olmamıştır. Durdurulan reaktörlerdeki nükleer yakıtın içindeki çok çeşitli radyoaktif maddelerin yayınladığı ve yıllarca yayınlayacağı radyasyonun oluşturduğu aşırı ısı enerjisi, elektriksiz kalan pompaların çalıştırılamaması nedeniyle soğutma suyuna aktarılamamış ve yakıt elemanlarında ergime oluşarak büyük kaza ortaya çıkmıştır.

Ayrıca koruyucu reaktör kabında (containment) hidrojen gazı patlamaları da ortaya çıkmış ve tüm bunlar sonucu oluşan yüksek basınçla duvarlarda oluşan çatlaklardan radyoaktif maddeler havaya ve çevreye ulaşmıştır. Radyoaktif maddeler, hava akımlarıyla çok uzaklara taşınmış, yağışlar ve kuru serpintilerle özellikle yakınlardaki 10-20 km’lik bölgeyi radyoaktif bulaşmayla etkilemiş, yerleşim yerleri boşaltılmış, insanlar yıllarca yerlerinden yurtlarından uzaklarda yaşamak zorunda kalmışlardır.

Deprem ve Tsunami sonucu toplam 1 milyon kadar ev oturulamaz duruma geldi, 16.000 kişi yaşamını yitirdi, 3200 kişi de kayıp. Kaza sonucu 380.000 kişi evlerinden uzaklaştırılmış, bunlardan 130.000’inin, kazadan önce, nükleer santralın 20 km çevresinde oturduğu yetkililerce açıklanmıştır. Fukuşima kazasından hemen sonra bölgenin boşaltılması sonucu fazla radyasyon dozu alan  ve radyasyondan ölen olmadıEvlerinden uzaklaştırılan insanların bir bölümü travma ve depresyon geçirdi, bazılarının öldüğü, intiharları  açıklandı. Fukuşima nükleer santral kazasıyla ilgili ayrıntılar gerek bir çok bilimsel yayında gerekse daha önceki yayınlarımızda bulunuyor, bkz.: /1,2,3,4 ve 5/. 

Kazadan 7 yıl sonra bugün Fukuşima santral alanında 5000 işçi çalışıyor. Santralı işleten TEPCO şirketi nükleer santralın ilk 3 reaktör blokunun yakıt elemanları bekletme havuzlarındaki yakıt elemanlarını dışarı çıkarabilmek için hazırlıklar yapıyor. Bu yıl ilk iş, 3.blokun bekletme havuzundaki 586 yakıt elemanının, reaktör binasının çatısından özel bir vinçle çıkarılması olacak.

           
Şekilde reaktör bloklarında 11 Mart 2011 deprem ve tsünami sonrasındaki reaktör kazasındaki durum gösteriliyor (1,2 ve 3 reaktörlerinde :  hidrojen gazı patlamaları, yakıt maddesi ergimesi olduğu kestriliyordu, bunlarda  ayrıca reaktörleri soğutma sorunları vardı, 4,5 ve 6 nolu reaktörler ise depremden önce durdurulmuşlardı.
Ayrıca, çok yüksek radyasyon dozu nedeniyle içine girilemeyen reaktör binalarında uzaktan komutlu robotlar ve kameralarla reakör binasının (containment) içinin ne durumda olduğu, ergimiş nükleer yakıt maddesinin bina içinde nerelerde ne miktarda dağıldığı araştırılıyor. Kameralar yüksek radyasyon dozu nedeniyle bir kaç saatte bozulduğundan / ergidiğinden sık sık değiştirilmeleri gerekiyor /5/. Bu bilgiler elde edildikten sonra ergimiş nükleer yakıt maddesinin nasıl dışarıya çıkarılacağıyla ilgili uzaktan komutlu araç ve gereçlerin projelendirilip işe nasıl girişileceğinin iyice planlanması işçilerin fazla radyasyon dozu almamaları için gerekiyor. Temmuz 2017’de robot kameralarla 3.reaktör blokunun içinden ilk resimler alınarak yakıt maddesinin saçılımı görüldü. Benzer görüntüler 2.blokta Ocak 2018’de alındı.         
Tepco, reaktör binalarının iç durumunu daha iyi görüntüleyebilmek için myonentomografi denilen yeni bir teknik deneyerek bir çeşit taramayla (scanning) röntgen benzeri filmler de çekiyor. Böylelikle ergiyen yakıt maddesinin reaktör binasının içinde kaldığı, dışarı pek sızmadığı bilgileri elde ediliyor.
Bu araştırmalar ve hesaplar sonunda Tepco, 1.Blok reaktör kabında (kazanında) pek yakıt maddesi kalmadığını, yakıt maddesinin containment’a dağıldığını öngörüyor. 2.Reaktör blokunda ise nükleer yakıt maddesinin daha çok reaktör kazanında kaldığı, 3 nolu blokta ise yakıt maddesinin bir miktarının reaktör kazanında, bir miktarının da containment’a dağıldığı hesaplanıyor.





Kazadan sonra depremle harabeye dönen Fukuşima çevresinde radyoaktif madde de olabileceği nedeniyle koruma giysilerle arama yapan ekip ve son yıllarda yerin üst yüzünden sıyrılarak çuvallara doldurulmuş radyoaktiviteli toprak

Tepco şirketi, 1. ve 2. Reaktör bloklarındaki nükleer yakıt elemanlarının dışarı çıkarılma işlerine ise ancak 2023 yılında başlayabileceğini açıklıyor. Reaktör binalarının dış duvarları zaten daha önce mantolanmış durumda ve metal örgülü ağlarla kaplı. Kaza geçirmeyen 4.reaktör blokundaki yakıt elemanları 2014’de ara depoya aktarılmıştı.
Yağış miktarına bağlı olarak Fukuşima santral alanında günde 50-100 ton arasında radyoaktif maddelerle bulaşmış(Bq radyoaktivitesi epey yüksek)  suyun temizlenip depolanması gerekiyor. Bugüne kadar depolanan su miktarı 1 milyon ton kadar olup bundan 10 bin tonu çok yüksek radyoaktif maddeli (Bu su tanklarının dış yüzlerindeki radyasyon doz hızı epey yüksek: 200-300 mSv/h dolayıda). Santral alanında 1000 kadar su deposu var ve alan 2021’de dolacak. Sonra biriken depoların nereye konacağı henüz belli değil.



Radyoaktiviteli suların depolandığı 1000 kadar su deposu santral alanını dolduruyor (2021 yılına kadar yer var.
Yeraltı suyunun reaktör binalarına girmemesi için, 2017 yılında binalar, toprak altından çepe çevre soğutmalı koruma duvarıyla çevrildi. ‘Buz duvarı’ denilen duvar soğutularak yeraltı suyunun donarak binaya girmesi önlenerek içeride günde 140 ton kadar yeni radyoaktif maddelerle bulaşmış suların oluşmaması düşünüldü ama şimdiye kadar bu pek işe yaramadı. Bu duvarın yapımının ve soğutulmasının gideri epey yüksek. Duvarın yapım giderlerinden başka, duvarın soğutulması için gereken elektrik 15 bin nüfuslu bir yerleşim yerinin kullanabileceği elektrik miktarı kadar yüksek (44 milyon kWh).
Fukuşima santralında depolanan sulardaki radyoaktif maddeler, trityum dışında temizleniyor. Trityumlu suların okyanusa verilip verilemeyeceği ise ilgili balıkçılık örgütleri, yetkili kurumlarca ve Tepco uzmanlarıyla birlikte görüşülüyor. Temizlenerek sınır değerlerin altına inen suların depolardan denize verilmesini balıkçılık örgütlerinin sonunda kabul ettikleri medyada yer alıyor.
Fukuşima santralından 10 – 50 km uzaklıktaki yerleşim yerlerine yavaş yavaş halkın geri dönmesine izin veriliyor. Daha önce belirttiğimiz gibi /5/ evlerinden uzaklaştırılan insanlar içinde bir çok kişinin depresyon geçirdiği hatta intiharlar olduğu medyada yer alıyor.
Santral alanında çalışan Tepco ve diğer personelin aldıkları radyasyon dozları değişiyor ancak kontrollu olduğundan pek yüksek değil. Ayda 5-10 mSievert dozu aşan personel sayısı oldukça az ve yıllık sınır değerlere ulaşılmadan personel değiştiriliyor.
Fukuşima santral bölgesinin tümüyle temizlenmesinin daha 30-40  yıl süreceği ve giderlerin 100 milyar usd ‘yi aşacağı da kestiriliyor.


Birimler: 
Becquerel: Radyoaktivite birimi: 1 Bq: Saniyede 1 atom çekirdeği bozunumu olup çok küçüktür.
Sievert(Sv): Radyasyon doz birimi olup 1 Sv= 1Joule/kg (Gama ve Beta ışınları için Gray birimiyle aynıdır).Aslında 1 Sievert’lik doz, günlük yaşamda çok küçük bir doz olmakla birlikte, hücrelere enerji aktarımında ise çok büyük etkisi olduğundan bunun binde biri olan miliSv (mSv) kullanılıyor. Örneğin 1 yılda vücudumuzun aldığı doğal radyasyon dozu ortalama olarak kişi başına 2,4 mSv’dir.

Yüksel Atakan, Dr.Radyasyon Fizikçisi,

Kaynaklar:
1.     Ülkemizde kurulacak nükleer santrallarla ilgili radyasyon güvenliği (FMO Teknik Raporu, Y.Atakan, 50 sayfa, www.fmo.org.tr)
2.     Fukuşima kazasının 4.yılında durum (Bilim ve Gelecek dergisi Nisan 2015)
3.     Radyasyon ve Sağlığımız kitabı: https://www.nobelkitap.com/kitap_113005_radyasyon-vesagligimiz.html (Nobel yayınları 2014, Y.Atakan)

DENEYSEL ÇALIŞAN BİR NÜKLEER FİZİKÇİ RADYASYONDAN NASIL KORUNUR?



Şimdi size Çekmece Nükleer Araştırma Merkezi’nde reaktörle, nükleer fizikle deneyler yapan araştırıcıların radyasyondan nasıl korunduğunu anlatmak istiyorum.
Elimizde iki önemli tedbir var. Bunlardan birincisi zaman, ikincisi kaynakla bizim aramızdaki uzaklık. Radyasyona ne kadar az zaman maruz kalırsak o kadar iyi. Radyoaktif  kaynakla aramızda mesafe ne kadar fazla ise o da bizim lehimize. Çekmece Nükleer Araştırma Merkezi’mizde rahmetli Dr. Selahattin Göksel ve Dr. Yüksel Atakan tarafından özenle yetiştirilmiş büyük bir sağlık fiziği bölümümüz var. Hepsi çok değerli, kendi dallarında ihtisas sahibi çok dikkatli arkadaşlar. Ben onlara 1-2 gün evvel yapacağım nükleer deneyi anlatırdım. Ne yapacağım? Ne kadar zaman kullanacağım? 104 kg.lık Uranyum çubuklarından meydana gelmiş sistemi, TR-I atom reaktöründe, 4 saat ışınladıktan sonra yaptığımız 10 tonluk su tankından çıkarıp Uranyum çubuklar içindeki ince levhalardan üretilen Plutonyum oranını ölçmek. Sağlık fizikçi arkadaşlarımız ilk ölçüde 8 röntgenlik bir radyasyon ölçmüşlerdi. Üretilen Plutonyum miktarı 1 gramın milyonda birinin milyonda biri. Sistemi ölçme odasına ancak ertesi gün saat 3’te  alabileceğimi bildirdiler. Bekleyince radyasyon düştü, ölçmeler başladı.
Ben hep sağlıkçı arkadaşların gözetiminde çalıştım. Onlar ölçülen radyasyona konsantre oluyorlardı, ben de ölçeceğim deneye konsantre idim. Çıkan radyasyonlar, alfa parçacıkları, beta parçacıkları, gama parçacıkları, nötronlar, fren ışınları hepsinin tolerans değerleri ayrı ayrı belirlenmiştir.
Doç.Dr.Çetin ERTEK
10.03.2018

BİRLEŞMİŞ MİLLETLER NÜKLEER GÜVENLİK MÜFETTİŞLERİ NASIL ÇALIŞIR?



Birleşmiş Milletler’in 300 kadar nükleer güvenlik müfettişi vardır. Bunlar çeşitli ülkelerin mühendislik dallarından özenle seçilirler. Birleşmiş Milletler’in bu problemleriyle uğraşan kısmına Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı denir.
Seçilen bu nükleer güvenlik kuruluşunda çalışanlar çok sıkı kurslardan geçirilirler. Biz eğitimimizi Los Alamos laboratuarlarında Amerika’da yapmıştık. Amerika ortalarında nükleer malzemenin, Manhattan projesinde yapılışını, çok büyük difüzyon tesislerini Oak-Ridge’de gördük. Bombanın yapıldığı yer Los Alamos Laboratuarları’nda çeşitli kurslar gördük. İsveç ve Fransa’daki nükleer tesislerde çeşitli eğitimler aldık. Bombanın atıldığı Hiroşimayı da gördük. Amerika’nın ortasında Oak-Ridge’de oturanların herbirine Manhattan projesi başladığında birer mektup gönderildi. Bu mektupları gördük. Bu mektupta aşağı yukarı şöyle yazıyordu. Çiftçilere, toprak sahiplerine, hayvancılıkla uğraşanlara yazılmış mektup. İçinde ne yazıyordu biliyor musunuz? 15 güne kadar evinizi, hayvanlarınızı, eşyalarınızı satın, derhal bölgeyi terkedin. Burada Amerika’nın yüksek menfaatlerini korumak amacıyla çok büyük tesisler yapılacaktır. Sahip olduğunuz tarlalar ve evlerin yarı değerleri hükümet tarafından size nakit olarak verilecek. 15 gün sonra çok büyük tesisler yapılmaya başlamıştı bile.
Yaptığımız teknik gezilerde Ajans bizi güney Fransa’daki tesisleri de gezdirdi. 2 büyük Atom Reaktörü’nün herbiri 1000 MWe gücündeydi ve soğutma kanalları orta büyüklükte iki paralel nehir halindeydi ve 10.000 işçi tarafından 4 yılda tamamlanmıştı, ikisi de uranyum üretim fabrikasıydı.  Fransa bildiğiniz gibi elektrik enerjisinin %78’ini nükleerden elde ediyor.
Güvenlik müfettişleri Viyana’dan ayrılıp teftiş bölgelerine gittikleri zaman, yanlarına o ülkelerin Ajansa muntazaman bildirdikleri nükleer malzeme envanterlerini birlikte götürürler. Oraya gidince bu raporları kendilerinde mevcut kayıtlarla (records) birebir karşılaştırırlar. Müfettişler bu anda nükleer malzeme muhasebesi yapmaktadırlar. O sırada muhasebeci olarak vazife yaparlar. Viyana’dan Ajansın anlaştığı firma ile çeşitli nükleer ölçü aletleri, teftiş edilecek nükleer malzeme üretici fabrikaya varmıştır bile. Aletlerin hepsi Ajans mührü ile mühürlüdür. Envanter ölçülmesi anında onlar açılır, ölçüler alındıktan sonra tekrar kapatılır. Buna verifikasyon denir. İfade edilen nükleer malzeme miktarı, Ajans müfettişleri tarafından, bağımsız olarak belli bir bilgisayar programına göre ölçülür, nükleer fabrikasının özel iç raporları ile karşılaştırılır. Müfettiş burada nükleer malzeme miktarını bağımsız olarak teftiş için ölçmüştür. Teftişin nükleer mühendislik tarafı da burada sonlanır. Beyan edilen nükleer malzeme miktarı ile ölçülen miktar birebir karşılaştırılır. Fark MUF adı ile bilinir. İngilizcesi Material Unaccounted For demektir.  
Müfettişlerin muhasebeci, nükleer fizikçi yönlerinden bir başkası da diplomat oluşlarıdır. İsteklerini elde edebilmek için diplomatik davranmaları gerekir. Müfettişler ölçülerini alırken kendilerine, o ülkenin yerli müfettişleri de refakat eder. Ajansın grup başkanı müfettişle sadece yerli müfettişlerin başkanı ikili konuşabilir. Öteki elemanları ile konuşamaz. Bir yakıt elemanı fabrikasında bir günlük teftiş 400.000 dolara mal olabilir. Resmi anlaşmalar daha önceden ülkeler çapında bütün detayları ile yapılmıştır. Ara teftişler ve total envanter teftişleri vardır. Teftişten 20 gün sonra başka bir teftiş grubu aynı yere teftişe gidebilir. Alınan fotoğraflar, mühürler müfettiş Viyana’ya döndükten sonra detaylı incelenir. Mühürlerin incelenmesi için ayrı bir teşkilat vardır.
Plutonyum tabiatta (doğal olarak) bulunmadığı için bir nükleer fabrika gizli olarak üretti ise bu fabrikadan mesela 25 km mesafeden bu gizliliği çözebilir miyiz? Müfettişlerin o ülkenin nükleer fabrikasının civarından örnek alma hakları vardır. Örnekler, topraktan, bitki örtüsünden, ağaçlardan ve sudan belli şartlar altında alınabilir. Örnek alma metodları çok çeşitlidir ve çok detaylıdır. Bunlar Viyana merkezde incelenir ve sonuçlandırılır. Mikro teknolojiyle, nano teknoloji ile daha birçok hassas ölçü aletleri ile ölçebilme kabiliyeti gittikçe hassaslaşmaktadır.
Doç.Dr.Çetin ERTEK
10.03.2018

4 Mart 2018 Pazar

Nükleer Enerjiden Çıkan Almanya’da Rüzgar ve Güneş Enerjilerinden Elektrik Üretiminde Büyük Atılım ve Ülkemizdeki Durumla Karşılaştırma




11 Mart 2011 tarihindeki Fukuşima nükleer santralındaki büyük kazadan hemen sonra Almanya, nükleer enerjiden çıkış kararı aldı ve ülkedeki tüm nükleer güç santrallarını 2023 tarihine kadar kapatmayı planladı. Almanya kapsamlı bir programla ileride oluşacak elektrik açığını nasıl kapatacağını belirledi.
Bu programın en önemli bölümü rüzgar ve güneşten elektrik üretimini büyük ölçüde artırmaktı.
Türkiye’de de, Almanya’daki kadar olmasa da, özellikle rüzgardan elektrik üretiminde sevindirici gelişmeler oldu.
Bu yazımızda, önceki yıllardaki ilgili yazılarımızı, aradan geçen 7 yılda, Almanya’daki ve Türkiye’deki gelişmelerin ve verilerin ışığında güncelleyerek son bilgileri aktarmaya çalışacağız. Almanya’da hedef, toplam elektriğin 2030 yılında % 50 ve 2050 yılında ise % 80’inin Yenilenebilir Enerjilerden (YE) üretilmesidir.  Bu hedefe ulaşılıp ulaşılamayacağı ise bilinemiyor. Hükümetin 2011 yılında kabul ettiği Enerji Dönüşümü (Energiewende) planıyla ilgili olarak ortaya çıkan çok çeşitli sorunların ayrıntılarını başka bir yazımızda ele alacağız.
Yazımızdan çıkan sonuçları özetlersek:
Almanya’da 2017 yılında fosil, nükleer ve yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen toplam 654 Milyar kWh’lık elektriğin, 105 Milyar kWh’lık bölümü (% 16,1) rüzgar, 40 Milyar kWh’lık bölümü (% 6,1) ise güneş kaynaklıdır (*).
Yaklaşık aynı nüfusu bulunan ülkemizde 2017 yılında, daha çok doğalgaz, kömür ve barajlardan üretilen toplam 280 Milyar kWh kadar elektrik enerjisinin (Almanya’dakinin % 43’ü kadar), 16 Milyar kWh (% 6) kadarı rüzgar (Almanya’nın % 15’i) ve 1,1 Milyar kWh’ı (%  0,4) da Güneş (Almanya’dakinin % 3’ü kadar) kaynaklıdır. Buradan, ülkemizde rüzgardan elektrik üretiminin daha da artırılmasının yanı sıra, güneşli günleri ve saatleri Almanya’ya göre bol olan ülkemizde, özellikle güneş enerjisinden elektrik üretimine çok daha fazla hız verilmesi gereği açık.
Almanya‘da, rüzgar ve güneş enerjilerinden elektrik üretimiyle ilgili bu büyük atılıma rağmen, ileride nükleer enerjinin tümüyle yokluğundan doğacak elektrik açığı kapatılamayacağı için, kömürlü ve doğal gazlı yeni santralların yapımı da sürüyor. Resmi bir raporda 1 linyitli (1100 MW), 2 taşkömürlü (Toplam 2052 MW) ve 19 doğal gazlı (Toplam 9500 MW) olmak üzere 2025 yılına kadar ve sonrasında, çeşitli yıllarda, işletmeye açılacak fosil yakıtlı santralların yapılmakta olduğu ya da planlandığı yer alıyor /1/. Buna karşın, 2020 yılına kadar, toplam 1800 MW gücünde fosil yakıtlı 8-10 adet eski santralın da kapatılacağı bildiriliyor /1/. Buradan fosil yakıtlı santral gücünün ileride net 11000 MW kadar artacağı anlaşılıyor ki bu 10 adet nükleer santral gücüne eşdeğerdir. Greenpeace‘in bir raporunda ise 13 adet kömürlü santralın yapımı açıklanıyor /2/. Fosil yakıtlı santralların saldığı gazlarla yavaş yavaş sağlığı, çevreyi ve iklimi olumsuz etkilediği ise biliniyor. Aşağıdaki Sekil 1 ve alt yazıda kömürlü bir santralın durumu gösteriliyor.

Şekil 1: Almanya‘nın  Kuzey Saksonya eyaletindeki Mehrum Taşkömürlü Elektrik santralı 250 m‘lik ince uzun bacasıyla ve geniş soğutma suyu kulesiyle 650 MW net güçte elektrik üretiyor (kömür yakılmasıyla saatte havaya 2,5 milyon m3  bacagazı ve 24 ton kül atıyor). Santralda taş kömürünün yanı sıra saatte 144 ton arıtma çamuru da yakılıyor (Foto: dpa)

Şekil 2’de Almanya’da 2016 ve 2017 yıllarında üretilen brüt elektriğin enerji kaynaklarına göre dağılımı gösteriliyor. Yenilenebilir Enerjilerle (Erneuerbare, YE) elektrik üretiminin, toplam elektrik üretimi olan 654 Milyar kWh‘a  oranı 2017’de % 33,1 değerine yükseldiği  görülüyor (Aslında elektrik kullanımında tasarruf yapılabilseydi, toplam elektrik üretiminin azaltılması gerekiyordu ama yapılamadı). YE içinde Rüzgar ve Güneş Enerjilerinin topam payı % 22 kadardır. Şekilde, Rüzgar % 13,3 (karada), Rüzgar % 2,8 (denizde), Güneş % 6,1), Su / Barajlar % 3; Taşkömürü %  13,1, Linyit % 22,6, Nükleer % 14,4, Doğalgaz: % 5,1 ve diğerleri gösteriliyor. Almanya’da 2017’de, fosil kaynaklı enerjiler toplamda % 41 ile yine en büyük katkıyı sağlıyorlar.


 Şekil 3: Almanya’da bir rüzgar santralı pervanelerinin büyüklüğü, kurulma sırasında görülüyor

Çizelge 1: ALMANYA’da ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİNDE KULLANILAN ÇEŞİTLİ KAYNAKLARLA İLGİLİ
KURULU GÜÇLERİN DAĞILIMI
Auswertung Kraftwerksliste Bundesnetzagentur  02.02.2018 (Bu değerlerin içinde, Lüksemburg, İsviçre ve
Avusturya’dan Almanya şebekesine elektrik besleyecek kurulu güçler de vardır).
ENERJI KAYNAKLARI (SAĞLANAN KURULU GÜÇ DEĞERLERİ SAĞ SÜTUNLARDA)
KURULU GÜÇ
Yenilenebilir Enerji (YE)
Evet  / Hayır (Net MW)
KURULU GÜÇ

Evet
Hayır
Toplam
Çöp (Toplam Çöpün yarısı YE)
894
894
1.788
Biyokütle
7.354
0
7.354
LİNYİT

21.203
21.203
Depolanmış gaz
185
0
185
DOĞALGAZ

29.548
29.548
Geotermik
39
0
39
MADENOCAĞI GAZI

234
234
NÜKLEER ENERJİ

9.516
9.516
Arıtma gazı
192
0
192
Akarsu
3.947
0
3.947
Çeşitli (yenilenebilir değil)

152
152
Mineral üretim

4.437
4.437
POMPALANMIS DEPO SUYU

9.452
9.452
Güneş enerjisi
 40.716
0
40.716
DIGER ENERJİLER 

2.758
2.758
Deposuyu (pompalanmamış)
  1.543
0
1.543
TAŞKÖMÜRÜ

25.048
25.048
EK ENERJİLER

227
227
Rüzgar enerjsi (Denizde)
  4.132
0
4.132
Rüzgar enerjsi (Karada)
 45.460
0
45.460
Toplam enerji MW
104.462
103.469
207.932

Öte yandan büyük ölçekli endüstrinin kullandığı enerji kaynakları gözönüne alındığında (Şekil 4), Yenilenebilir Enerjilerin payı sadece % 3,2 ile çok düşük kalıyor. Bu değer, yenilenebilir enerjilerin her an (gece gündüz) endüstrinin gereksinimini (gerekli olan yüksek miktarda elektrikle) karşılayamadığını gösteriyor. Bu nedenle, yenilenebilir enerjilerin elektrik üretimine katkısı, ileride daha çok artsa dahi, büyük endüsti için bunların her an sunum ve büyüklüklerinin yetersiz kalacağı ve fosil yakıtlı enerjilere gereksinim duyulacağı gözden kaçırılmamalı ya da yenilenebilir enerjilerle büyük ölçekli endüstrinin (çelik, aluminyum endüstrileri gibi) beslenemeyeceği görülüyor.
Şekil 4: Endüstrinin kullandığı enerjinin kaynaklara göre payları: Siyah: Doğalgaz, Sarı: Elektrik, Mavi: Petrol, Kırmızı : Linyit ve Taşkömürü, Yeşil:EE, Bordo: Uzaktan ısıtma, Gri : diğerleri (Statischtes Bundesamt,2013)








Bir hesaplama:





YENİLENEBİLİR ENERJİLERİN YÜKSEK KURULU GÜÇLERİYLE ÜRETİLEN 
ELEKTRİK NEDEN AZ?
YE‘lerin,  diğerleri kadar yüksek olan kurulu güçleriyle üretilen elektrik, YE’lerin
 verimliliklerinin
fosil ve nükleer yakıtlılara oranla, çok düşük kalması nedeniyle  çok daha az.
  Örneğin:
Almanya‘da 2017’de 104.462 MW kurulu güçteki yenilenebilir enerjilerle üretilen
 toplam elektrik
654 x 0,331 = 216 Milyar kWh iken, yaklaşık aynı toplam kurulu güçteki fosil, 
nükleer ve diğer yakıtlarla üretilen
elektrik miktarı ise 654 x 0,669= 438 Milyar kWh ya da YE’lerle üretilenin iki katı 
olmuştur (Bkz.Çizelge 1).
Bunun başlıca nedeni YE’lerin günün 24 saati devreye girememeleri ve çok daha
 sık durdurulmaları sonucu
verimlerinin düşük olmasıdır (YE verimi: ortalama %24, diğerlerinin ortalama
 verimi ise: % 67).



TÜRKİYE’deki Durum
Şekil 5: Türkiye elektrik üretiminin kaynaklara göre dağılımı /3/ 



Çizelge 2: Türkiye’de 2016’da elektrik üretiminin kaynaklara göre dağılımını Milyar kWh ve toplam üretimdeki
payları  (% olarak)  gösteriliyor (2017 değerleri henüz tam olarak açıklanmadığından, 2016 değerleri kullanılmıştır).
2016’da Toplam Kurulu Güç: 78.497 MW, Rüzgar: 5.751 MW,Güneş: 832 MW. 2017 Kurulu Gücü: 83.000 MW /3/.


KAYNAK
ÜRETİM (GWh)
KATKISI (%)
İthal Kömür
47.717,9
17,39
Taşkömürü + Asfaltit
5.985,3
2,18
Linyit
38.569,9
14,06
Doğal Gaz
89.227,1
32,52
Sıvı Yakıtlar
1.926,3
0,70
Barajlı
48.962,1
17,84
D.Göl ve Akarsu
18.268,8
6,66
Rüzgar
15.517,1
5,65
Yenilenebilir Atık+ Atık Isı
2.371,6
0,86
Jeotermal
4.818,5
1,76
Güneş
1.043,1
0,38
TOPLAM
274.407,7
100,00



SONUÇ
Türkiye’deki elektrik üretimi 2016 ve 2017 yıllarında, yaklaşık olarak, Almanya’dakinin % 43 kadarıdır.
Türkiye’de rüzgar enerjisinin toplam elektrik üretimindeki payı % 6 kadar, güneş enerjisinin
payı ise % 1’in altındadır (sadece % 0,4).  Rüzgar ve Güneş enerjilerinden elektrik üretim değerleri 2017 yılı için
karşılaştırılırsa, Türkiye değerlerinin çok düşük kaldığı görülür:
Almanya‘da Rüzgar’dan Elektrik Üretimi: 105 Milyar kWh; Türkiye Rüzgar: 16 Milyar kWh
Güneş enerjisinden ise Almanya yaklaşık 40 Milyar kWh elektrik üretirken, Türkiye sadece 1 milyar kWh üretiyor
(1/40). Rüzgar ve güneş enerjileri için verilen ‚Kurulu Güç‘ ya da ‚kapasite‘ (MW) artımı değerleri oldukça yüksek
olmasına rağmen, bunlardan üretilen elektrik enerjisi (Milyar MWh) değerlerinin düşük olması, YE’lerin
verimlerinin düşük olmasındandır (ortalama %24 kadar).
Almanya örneğiyle, gerek rüzgar, gerekse güneş enerjisiyle üretilen elektrik enerjisinin, ülkemizde de,
toplam elektrik üretimine olan katkısının çok daha fazla artması ve buna uygun elektrik şebekesinin kurulması
 umulur. 

(*)  1 Watt: Elektrik güç birimi 1 saniyede üretilen ya da tüketilen 1 Joule’lük enerji
 (= 100 gramlık çukulata
 paketini yerden 1m yukarıya kaldırmak için gereken enerji).1 kWh, örneğin
 100 Watt’lık bir ampülün 10 saat
yanmasıyla tükettiği enerjidir. Örnek:1 milyar 100 Watt’lık am
pulü 10 saat yakabilmek için 1 milyar kWh’lık enerji
gerekecek. 

Not: Bu yazının kısa şekli, HBT dergisinin 101.sayısında yayımlanmıştır.

Kaynaklar:
/1/ Almanya BDEW- Enstitüsü, 21.04.2017 günlü raporu,
https://www.dropbox.com/s/tyacpmb5w4min9t/170421_BDEW-Kraftwerksliste_Online%20Dokument_Mitglieder_April%202017.pdf?dl=0
/2/ Greenpeace aç: /2/ https://www.greenpeace.de/sites/www.greenpeace.de/files/publications/
kohlekraftwerke_im_bau_und_in_planung_tabelle_dez_2014.pdf
 https://www.teias.gov.tr/tr/i-kurulu-guc





Yüksel Atakan, Dr., Fizik Y.Müh,
Almanya