NANO -TEKNOLOJİ

NANO -TEKNOLOJİ – 21. Yüzyılda Bir Sanayi Devrimidir. (I)

Bugünkü günde atomları teker teker cımbızla yakalayıp kontrollü bir şekilde istenilen yerlere taşınıp yapay malzemeler elde edildiğini biliyor muydunuz?

Nanometre bir metrenin bir milyonda biri mertebesinde boyutlarda çalışır. Bundan onbeş yıl önce, Ankara’da Bilkent’e çok değerli Ahmet Bey kardeşimi ziyaret ettiğimde bana kendi yaptığı nano-mikroskopu göstermişti. İngiltere ve benzer batılı ileri ülkelere de sattığını anlatmıştı. Çok sık Amerika’ya seyahat eden müstesna bir ilim adamı. ODTÜ’de de Ellialtıoğlu arkadaşımdan nano teknolojiye ait çok değerli bilgiler elde etmiştim. Bugün Ankara’da yapımı bitmiş olan Nano-Teknoloji Merkezi’ne giderseniz, daha içeri girmeden bir hapşırsanız etrafa 50.000 parçacık saldığınız için sizi hemen kapı dışarı atarlar. Ahmet Bey’in kendi yaptığı mikroskop, atomların doğrudan görüntülerini veren taramalı tünelleme mikroskopudur.

Nano- teknolojinin çok geniş bir tatbikat alanına geçiyorum. Sürtünmeyi 50’de birine indirmek için nano- teknoloji nasıl kullanılır? Prof.Dr.Ali Erdemir İstanbul Teknik Üniversitesi’nde, bundan on sene kadar önce çok değerli bir konferans vermişti. Prof. Ali Bey, Amerika’da, Argonne Milli laboratuarlarında motorlardaki sürtünmeyi çok çok aşağılara çeken metodunu hemen hemen her motora uygulamaktadır. Bu konferansında Amerika’da kendisini rüzgar enerjisi ile uğraşan bir firmanın nasıl çevirdiğini de anlattı. Neticede pervaneleri döndüren motorlar kullanılıyordu. Bir otomobil motor pistonunu düşünün. Hareketli kısmı hidrojenle zenginleştirilmiş nano malzeme ile kaplayın, gömleği de kaplayın. Hidrojen atomu (+) dır, hidrojen atomunu iter. Birbirini iterler. Bu itmeden sürtünme ellide bire düşer. Motorun yağ kullanımı da çok düşer. Gönül ister ki, yapacağımız Türk otomobilinin bu metodu kullanıyor olması ne çok arzu edilir. Konferansın sonunda Ali Bey’e ben bir soru yönelttim. “Ali Bey, bizim Bursa otomotiv sanayimizden size bir davetiye geldi mi?” diye sordum. “Hayır, bir yarama bastınız” diye cevapladı. “Ben şimdi, yarın Adana’ya gidiyorum (kendisi Adana’lıymış), anneciğimi göreceğim. Bana çiğ köfte yapmıştır onu yiyeceğim. Ertesi gün Amerika’ya uçacağım” dedi.

Millet olarak teknolojiden, yenilikten, buluştan neden kaçıyoruz? Sivrihisar Eskişehir’de 380.000 ton bize 500 yıl yetecek elektrik enerjisi veren Toryum’a elimizi bile sürmedik. Getirisi senede 75 milyar Amerikan doları.

NANO -TEKNOLOJİ –Nano-teknolojinin Tatbikat Alanları  (II)

Nano-teknoloji ile nano fiberler elde edilir. Nano fiberler elektrostatik olarak yüklüdür. Tüm bu beklenmeyen/istenen özellikleri nedeniyle, sensörlerde taşıyıcı matriks; elektronik ve optik endüstrisinde (iletken polimerlerden yapılanları) özel malzemeler; nano tüplerin üretiminde şekil verici matriks; nükleer, biyolojik ve kimyasal silahların etkilerinden korunmak için koruyucu giysi gibi çok farklı alanlarda önemli miktarlarda uygulama potansiyelleri vardır. Yara örtü materyalleri, yapay damar, doku mühendisliği vs (Prof.Dr.Erhan Pişkin). Çevre için değişik yapıdaki katalizörlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bunun için çevre dostu nano-katalizörler yapılmaktadır. Daha ucuz, daha güvenli, daha hızlı ve çevreye daha saygılı katalizör araştırmaları yapılmaktadır.(Yrd.Doç.Dr.Emrah Özensoy)

Nano malzemelerin sentezi ve çok işlevli hale getirilmesi, kimya ve malzeme bilimlerinin önemli konularıdır. Malzemeyi nanometre boyutlarında sentezlemek, uygulama alanlarına yeni  malzemeler üreterek yeni teknolojilere (nano-teknoloji) dönüştürmek kimya biliminin iyi anlaşılmış temel bilim (kimya, fizik ve biyoloji) araştırmalarının yapılması ve bu alanlarda insan gücünün sağlanması ile mümkündür. (Doç.Dr.Ömer Dağ)

Geçen yüzyılın ortalarında başlayan mikroelektronik devrimini kaçırdık, şimdi en kritik ihtiyaçlarımızda bile dışa bağımlı haldeyiz. Nano-teknoloji ülkemiz için yükselme rampası olabilir; yeter ki yapılması gerekenleri zamanında yapalım (Yrd.Doç.Dr.Mehmet Bayındır).

Üretim maliyeti 10 TL’yi geçmeyen kalp damarlarına takılan bir stent için 10.000 TL ödeyen çiftçimiz, 7 ton kiraz ihraç ederek bu parayı denkleştirebilir. Ülkemizin bağımsızlığı, ekonomik kalkınmamız ve gelecek nesillerin refahı, nanobilim ve nano-teknolojide geleceğimiz seviye ile doğrudan orantılıdır. (Yrd.Doç.Dr.Mehmet Bayındır)

Türkiye’nın bağımsızlığı denince, enerji bağımsızlığını sağlayacak Sivrihisar’daki 380.000 ton Toryum yataklarımızı özgün bir şekilde Türk mühendislerinin gücü ile ortaya çıkarmamız. Kandu, moduler kandu, moduler çakıl taşı, ergimiş tuz, hızlandırıcı ile birlikte çalışan Toryum reaktörleri, hedeflerimiz bunlar olmalı. Deprem bölgesindeyiz. Çelikten 100 kat daha dayanıklı ama esnek beton yapımı, (nano teknoloji kullanarak) birbirine geçme, birbirine kenetlenen kompleks tuğlalar imali ve yayılmasını sağlamalıyız.

NANO -TEKNOLOJİ – Mucize İhtimaller   (III)

Önümüzdeki yıllarda nano-teknolojinin birçok alan için ne kadar vazgeçilmez olduğu daha iyi anlaşılmaya başlanacaktır. Özellikle sağlık, savunma, tekstil, enerji, elektronik ve fotonik gibi alanlarda elde edilecek katma değeri yüksek ürünler insanoğlunun hayatını kolaylaştıracaktır. Kanserli fareler üzerinde yapılan deneylerde, nanokeseciklerin kullanıldığı yeni yöntemle, farelerin %91’inin tamamen iyileştiği gözlemlenmiştir. İlerde kanser aşısı nano-teknoloji ile mümkün görülmektedir.  Suyu sevmeyen (iten) kumaşlardan üretilmiş tekstil ürünlerinde kirlenme engellenmiş, dolayısıyla yıkama ve tekrar ütüleme ihtiyacı en aza indirilmiş olacaktır. Böylece su sarfiyatı azalacak, hatta belirli bir süre sonra çamaşır makinalarına bile gereksinim kalmayacaktır. Sürtünme, aşınma ve korozyonun neden olduğu toplam ekonomik kayıplar, ülkelerin yıllık gayrisafi milli hasılatının %4’üne denk gelmektedir. Bu nedenle birçok ülke sürtünme ve aşınmanın neden olduğu kayıpların azaltılmasına yardımcı olacak yeni nano malzemelerin araştırılmasına kaynak aktarmaktadır. Tanesi 10.000 dolara satılan stentlerden 2004 yılında 3 milyar dolar gelir elde edilmiştir. Nano-teknoloji ile stent yapılması mümkün olmuştur. (Yrd.Doç.Dr.Mehmet Bayındır)

Günümüzde atomik saatler yerlerini yavaş yavaş optik saatlere bırakmaktadır. 2005 Nobel Fizik Ödülü’ne konu olan ve ultra-hızlı lazerleri kullanarak gerçekleştirilen optik saatler 300 THz civarı frekanslarla çalıştıklarından, atomik saatlerden bin kat daha fazla hassasiyet sağlayabilirler. (Yrd.Doç.Dr.F.Ömer İlday, Levent Budunoğlu, Coşkon Ülgüdür)

Günümüzde hala son derece karmaşık olan ve sadece TÜBİTAK Ulusal  Metroloji Enstitüsü gibi ulusal merkezlerde 1 veya 2 adet bulunan tam teşekküllü optik saatlerin basit, küçük bir çalışma masasına sığacak ebatta ve ucuz versiyonlarını oluşturmanın yolu fiber lazerlerin metan bazlı HeNe lazeri gibi taşınabilir frekans standartlarının geliştirilmesi ile açılmış durumda. Bilkent Üniversitesi’nde kurulan UNAM bünyesinde yürütülen çalışmalarda hedef, 3-5 yıl içersinde pratik, küçük ve düşük maliyetli optik saat sistemlerini geliştirmektir. Bu mini saatlerin ultra hassas metroloji, fiber optik iletişim ve askeri alanlar gibi yüksek teknoloji uygulamalarının yolu bu şekilde açılacaktır.

Doç.Dr.Çetin ERTEK

RADYASYON GÜVENLİĞİ YÜKSEK BİR NÜKLEER SANTRAL KURULABİLMESİ İÇİN PROJE VE YAPIM DÖNEMLERİNDE NELER YAPILMALI?

Bir nükleer güç santralı (NGS), ‚normal çalışma‘ süresince elektrik üretirken, olabileceği varsayılan, en büyük bir kaza‘ durumunda, santralın halka radyasyon etkisinin en az düzeyde kalması  göz önünde bulundurularak santralın projesi ve yapımı gerçekleştirilmek zorundadır ki bu „Radyasyon Güvenliği’ koşulunun yerine getirilmesidir. Radyasyon güvenliğinin esas alındığı projelendirme ve yapım koşulları, ülkemizde yapılacak  Akkuyu ve Sinop NGS‘ları için de öngörülüyor. Bu yazının amacı bugüne kadar elde edilen deneyimlerin ışığında, radyasyon güvenliği yüksek bir NGS kurabilmekle ilgili proje ve yapım süresinde nelerin yapılmasının gerektiğinin kısaca açıklanmasıdır. Bu konunun ayrıntıları Fizik Müh. Odası web sayfasında yayımlanan ‘Teknik Raporumuzda’ bulunuyor/1/.

Çevredeki radyaoaktivite ve halkın bundan etkilenebileceği radyasyon dozu, kaza durumlarında; kazanın cinsine, büyüklüğüne ve kazanın güvenlik sistemlerine etkisine göre büyük değişimler gösterebiliyor. Radyasyon güvenliğini artırmak amacıyl, bir NGS henüz proje ve yapım dönemlerindeyken, santralın güvenlik sistemleriyle reaktor kabı (kazanı), pompa, vana gibi ilgili parçaları (components), geliştirilmiş en yeni donanımda olmalıdır. Bunlar, hem üretimleri sırasında hem de santrala yerleştirildikten sonra deneyimli bilirkişilerce (TÜV uzmanları gibi), ilgili uluslararası standartlara göre kalite kontrolları yapılarak onaylandıktan sonra santralın yapımının gerçekleştirilmesidir. Ancak böylelikle NGS’nın, „nükleer ve radyasyon güvenliği“nin en üst düzeyde olması sağlanabilir.  Bu amaçla bir NGS’nın proje ve yapımı sırasında yapılabilecek denetimler iki bölümde incelenebilir:

1. Genel Denetim
PROJENİN  TEKNİK  AYRINTILARININ, SANTRALI KURACAK ŞİRKETİN TEKNİK RAPORLARININ İNCELENEREK İLGİLİ  STANDART VE YÖNETMELİKLERE UYGUNLUĞUNUN DENETİMİ, BUNLAR, ANCAK UYGUNSA ONAYI

2. Ayrıntılı Özel Denetim
SANTRALIN GÜVENLİ ÇALIŞMASIYLA İLGİLİ HER BİR SİSTEM, AYGIT VE MALZEMENİN YAPISINDAN MONTAJINA VE YERİNDE DENENMESİNE KADAR İLGİLİ STANDARTLARA ve YÖNETMELİKLERE  UYGUNLUĞUNUN DENEYİMLİ BİLİRKİŞİLERCE DENETİMİ, BUNLAR, ANCAK UYGUNSA ONAYI

(Bu çeşit ayrıntılı deneyimleri, örneğin Almanya’daki NGS’lar kurulurken TÜV uzmanları yaptılar).

Ayrıntılı Özel Denetime bir örnek
Basınçlı reaktör kazanın ve malzemesinin denetimi:
Reaktör kazan malzemesinde iz (eser) elementler (Cobalt gibi) çok az olmalı, radyoaktif Co 60 gibi korozyon ürünleri fazla oluşmamalı. Ayrıca kazan malzemesi, sürekli nötron akısı altında, uzun sürede ince yapısını bozmamalı. Reaktör kazanının bunlarla ilgili bir dizi standarta  uygunluğu ilgili uzmanlarca denetlenmeli (Şekil).

Ayrıntılı özel denetime başka bir örnek:
Santralın güvenli çalışmasıyla ilgili boruları, su tanklarını ve bazı aygıtları duvarlara tutturan dübeller (25 cm kadar uzunluğunda) depreme dayanıklı olmalı ve yüzeye tam dik yerleştirilmeli (mote edilmeli) yoksa ‘öngörülen deprem büyüklüğü’nde bunlar hasar göreceğinden ilgili sistemler hasar görebilir, çalışmazlar.
Örneğin Almanya’daki Biblis NGS’da, biraz çarpık monte edildiği sonradan belirlenen 15.000 dübel’in sökülüp yenileriyle değiştirilmesi 1,5 yıl sürdü ve santralın durdurulmasıyla birlikte bu çalışma 1 milyar avro’yo mal oldu. Sadece 1 tek dübelin montajında 6-7 montör ve uzman, ilgili yönetmeliklerin yaptırımlarını denetliyor. Rastgele seçilen bazı dübellerin denetimine izin verilmiyor, tümünün tek tek denetimi gerekiyor. Dübellerin uygunluğu, hem atom enerji yasasına hem de yapı güvenliği yasa ve yönetmeliklerine göre farklı uzmanlarca denetleniyor /3/.

NGS“nın çevresine atık hava vesular yoluyla çok az radyoaktif madde salınmasını sağlamak amacıyla, „ön arıtma“, filtrasyon gibi sistemler çalıştırılıyor ve radyoaktif maddeler sürekli yapılan ölçümlerle kontrollu olarak, radyoaktiviteleri ancak ‘ön sınır değerlerinin’ altındaysa çevreye salınıyor ki bu çeşit arıtma ve ölçüm sistemleri bugün tüm NGS’da bulunuyor /2/.

Bir NGS’da arıza ve kazaların önlenmesi için çok çeşitli önlemler önceden alınıyor. Donanımlı modern bir NGS’nın seçimi  kaza riskinin en aza indirilmesi demek. Buna bir örnek olarak aşağıda şekilleri bulunan Westinghouse şirketinin AP 1000 NGS modeli verilebilir.

Bu santral, büyük bir kazada (GaU)  nükleer yakıt elemanlarının elektrik gerekmeden soğutulabileceği tasarımı içeriyor.

Sonuç

Türkiye’de ‘yap, işlet ve elektrik sat’ modeliyle güvenliği en yüksek düzeyde bir nükleer santralın yaptırılabilmesi ancak nükleer santral yapımında görev almış deneyimli danışmanlık kurumlarının, santralın proje ve yapım süresince, sürekli devreye girmeleri ve santralda kullanılacak her sistemin, malzeme ve aygıtın, ilgili uluslararası standartlara uygunluğunun / kalite kontrollarının yapılabilmesiyle (gerektiğinde ek yaptırımlarla) gerçekleşebilir. Bu yolun izleneceği ve santralı kuracak şirkete gerektiğinde ek yaptırımların kabul ettirilebileceği beklenir. Ancak böylelikle ileride NGS’da kaza riski en aza indirilebilecek ve  halkın radyoaktiviteden etkilenmesi önceden önlenebilmiş olacaktır.

Not: Bu yazımızın özeti 13 Ekim 2016 günü Kuşadası’nda yapılan Nükleer Bilimler kongresinde sunulmuştur.

Kaynaklar

[1]           Ülkemizde kurulacak nükleer santralların radyasyon güvenliğiyle ilgili öneriler, Atakan.Y, Teknik Rapor, 50 sayfa, Fizik Mühendisleri Odası (FMO) 2015

[2]           Nükleer Santrallardan Çevreye Salınan Radyoaktivitenin Sınırlanması, Atakan,Y., Tübitak Bilim Teknik Dergisi, Mayıs 2008.

[3]           Radyasyon ve Sağlığımız? kitabı, Nobel yayınları, 2014, Atakan.Y., http://www.nobelyayin.com/detay.asp?u=4025

Yüksel Atakan, Dr., Radyasyon Fizikçisi, Almanya, ybatakan@gmail.com