Nükleer Fisyon Nedir? : BilimAlert

Nükleer fisyon, bir atomun çekirdeğinin iki (veya daha fazla) daha hafif element oluşturmak için bölünmesidir.

Toryum ve uranyum gibi bazı ağır elementlerin izotoplarında ara sıra kendiliğinden meydana gelebilse de, genellikle doğru miktarda kuvvetle çekirdeğe çarpan bir nötron tarafından tetiklenir.

Ani aşırı kalabalık, proton ve nötron yığınını kararsız hale getirir ve parçalanmaya eğilimli hale getirir, geriye yalnızca daha küçük çekirdekler veya bölünebilir ürünler bırakmakla kalmaz, aynı zamanda gama radyasyonu biçimindeki yüksek enerjili fotonların patlamasıyla birlikte daha fazla serbest nötron fırlatır.

Nükleer parçacıkların bu şekilde ayrılmasından salınan enerji, 20. yüzyılın ortalarından beri bir güç kaynağı olarak kullanılmaktadır.

Enerji üretim süreci, fosil yakıtların yakılmasıyla aynı rahatsız edici sera gazlarını salmasa da, erime riskleri, uzun vadeli tehlikeli atıklar ve maliyetlerle ilgili endişeler, birçok kişinin geçmişte hayalini kurduğu atomik geleceğin kolayca elde edilemeyeceği anlamına geliyor.

Nükleer fisyon nükleer enerji üretmek için nasıl kullanılır?

deneyler 1930’larda atomların nükleer parçacıklarla bombardımanını içeren fisyon modelleri, uranyum gibi ağır elementlerin doğru izotoplarından önemli miktarda enerjinin salınabileceğini vaat etti.

Teori, uranyum 235’in, özellikle çekirdeğine çarpan nötronlar nispeten yavaş bir hızda hareket ediyorsa, diğer izotoplara kıyasla fisyona uğrama olasılığının çok daha yüksek olduğunu tahmin ediyordu.

Fisyon sürecinden ek nötronların salınması, yakınlardaki diğer U-235 atomlarının da parçalanmasına neden olabilir. Bu zincirleme reaksiyonun meydana gelmesi için, malzemenin “kritik kütlesi” olarak adlandırılan nispeten yüksek yoğunlukta bir araya sıkıştırılmış U-235 olması gerekir.

1930’ların sonunda fizikçiler, kritik U-235 kütleleri oluşturmak için doğal kaynaklardan uranyum izotop karışımlarını yakalamaya ve zenginleştirmeye yetecek kadar nötronları yavaşlatmak için yöntemler buldular. Ayrıca, üstel nötron üretiminin kontrolden çıkmamasını sağlamak için zincirleme reaksiyonu kontrol etmenin bir yolunu buldular, bu durumda süreç patlayıcı hale gelebilir.

Sonraki on yılda, nükleer fisyondaki teknolojik gelişmeler, yeni süper silah sınıflarının üretimine uygulanacaktı. Mühendisler, ancak İkinci Dünya Savaşı’nın ardından dikkatlerini nükleer fisyon işleminin elektrik üretmek için sürekli ısı üretimine uygulanabileceği olasılığına çevirdiler.

Bir kazanda fosil yakıtların yakılmasıyla üretilen buharın bir elektrik jeneratörüne bağlı bir türbini döndürmesi gibi, bir ‘nükleer kazandan’ çıkan buhar da güç üretmek için kullanılabilir.

Teknolojideki gelişmeler zaman içinde verimliliği ve güvenliği artırmaya devam etti, bazı durumlarda bölünebilir malzemenin ‘daha hızlı’ parçacıkları yakalamasına izin vermek için nötronları yavaşlatan moderatörleri devre dışı bıraktı. Bugün, var yaklaşık 440 nükleer santral sadece Amerika Birleşik Devletleri’nde yaklaşık 100 ile dünya çapında operasyonda. Bu bitkiler bir arada dünya elektriğinin yaklaşık yüzde 10’unu üretiyor, yüzde 7 düştü 1993’teki zirvesinden.

üretildiği bir çağda kabaca yüzde 60 Dünyanın elektriğinin yüzde 20’si sera gazlarını yıkıcı küresel ısınmayı, nükleer enerjiyi tehdit edecek bir oranda yayıyor. nispeten daha temiz bir alternatif sunar.

Ancak iklim krizinden kurtulmak için nükleer enerjiye ne kadar yönelmemiz gerektiğini sınırlayabilecek maliyetler var.

Nükleer enerji ile ilgili sorun nedir?

Fosil yakıtlara uygun maliyetli, düşük emisyonlu enerji alternatifleri bulmaya gelince, nükleer enerjiden daha kötüsünü yapabiliriz. Daha da önemlisi, güneş ve rüzgar gibi her yıl daha ucuz hale gelen yenilenebilir enerji teknolojileri ile daha iyisini yapabilirdik.

Nükleer enerjinin zorlukları üç kategoriye ayrılıyor – atık, risk ve maliyet. İşte her birinden bazı örnekler.

Atık

Son yıllarda nükleer enerjiyle ilgili en büyük kamuoyu endişelerinden biri, artık enerji üretmede verimli olmayacak kadar bölünebilir ürünlerle boğulduğunda uranyum yakıtıyla ne yapılacağıydı.

Bu yüksek seviyeli atık, radyoaktivitesini geldiği cevherinkiyle kabaca eşleşen bir seviyeye düşürmesi binlerce yıl alabilen izotoplar içerir. Şu anda birden fazla çeyrek milyon metrik ton Yüksek oranda radyoaktif atık, dünya çapında depolarda, bertaraf edilmeyi veya yeniden işlenmeyi bekliyor.

Bu kötü mü? Depolanmış nükleer atık, iyi bir şekilde muhafaza ediliyorsa acil bir tehdit oluşturmasa da, uzun vadeli yönetim ile ilgili sorular ve yanlış kullanım ve aksilikler olasılığı, büyüyen bir nükleer atık yığınının depolanmasını tartışmalı bir konu haline getiriyor.

Karbon da dikkate alınması gereken bir atık üründür. Fisyon süreci ve nükleer enerjinin elektriğe dönüştürülmesi nispeten karbon emisyonu içermezken, brüt karbon bütçesi fisyon için gerekli cevherin çıkarılması ve işlenmesi ve bir beton santralinin inşası için sıfır değil.

Ömrü boyunca, yeni bir nükleer enerji santrali, kabaca eşdeğer emisyonlardan sorumlu olabilir. 4 gram CO₂ üretilen her kilovat saat elektrik için. Bazı tahminler çıktıyı 10 gram CO’dan çok daha yükseğe koyun₂ bazı durumlarda 130 grama kadar.

Bununla birlikte, kömür yakan elektrik santrallerini nükleer santrallerle değiştirmek, atmosferi milyonlarca tondan fazla CO kurtarabilir.₂ partiküller ve diğer kirleticilerden bahsetmeye bile gerek yok. Aynı mantıkla, rüzgar türbinleri ve güneş panelleri gibi temiz yenilenebilir enerji kaynakları da üretimleri ve kurulumları sayesinde sıfır emisyona sahip olmayacaktır. Güneş ve rüzgar çiftlikleri için karbon ayak izleri aşağı yukarı karşılaştırılabilir nükleer için alt uç ile.

Tamamen ele alındığında, nükleer enerjiden elde edilen güç (en iyi ihtimalle) güneş ve rüzgardan elde edilen kadar karbonsuzdur, ancak çok az insanın arka bahçesinde olmasını istediği popüler olmayan bir atık sorunu vardır.

Risk

Sovyet dönemi Ukrayna’sının dünyaya bir nükleer kaza için en kötü senaryonun nasıl görünebileceğine dair bir tat vermesinden bu yana otuz yıldan fazla zaman geçti. 1986’da teknik bir test sırasında meydana gelen erimenin ardından, Çernobil Nükleer Santrali, serpintisiyle zehirlenen bir arazinin ortasında radyoaktif bir harabeye dönüştü.

2011 yılında, Japonya’nın Fukushima nükleer reaktörü de bir depremle sarsıldıktan sonra erimeye başladı.

Bunun gibi yıkıcı olaylar, şok edici manşetlere layık olacak kadar nadirdir. Yine de bazı tahminler, bu tür erimelerin meydana gelebileceğini öne sürüyor. 10 ila 20 yılda birradyoaktif malzemenin yüzlerce hatta binlerce kilometrelik araziye yayılmasını riske atıyor.

Bu ne kadar kötü olabilir? Popülasyon yoğunlukları, maruz kalma derecesi ve izotop konsantrasyonları ile ilgili çok çeşitli faktörlere bağlı olarak bunu söylemek zor. Buna göre Dünya Sağlık Örgütü, “yerinden edilmiş Fukuşima nüfusu, yer değiştirmenin ardından psiko-sosyal ve zihinsel sağlık etkilerinden, evlerini ve işlerini kaybeden insanların kopan sosyal bağlarından, kopuk aile bağlarından ve damgalanmadan muzdariptir”.

Başka bir deyişle, endişelenmemiz gereken sadece bir radyoaktivite riski değil.

Yine de, fosil yakıt yakmanın sağlık üzerindeki etkisine çok alıştığımız için, kömür yakarak dışarı çıkan partiküllerin sağlık üzerindeki etkisini pek düşünmüyoruz. Hangi kendisi radyoaktif maddeden de tam olarak arınmış değildir.

Maliyet

Güç üretimi maliyetlerini karşılaştırmak için araştırmacılar, seviyelendirilmiş enerji maliyeti veya LCOE olarak bilinen şeyi kullanırlar. Bu, bir sitenin ömrü boyunca öngörülen ortalama net üretim maliyetinin bir ölçüsüdür.

Bu rakam, konum ve kaynaklardaki dalgalanmalarla ilgili çok çeşitli şeylere bağlı olacaktır. Ancak dünya çapında genel bir LCOE duygusu elde etmek hala mümkün teknolojileri karşılaştırmak için.

Dünya Nükleer Endüstrisine göre 2020 Durum Raporu2009 ile 2019 arasındaki on yılda nükleer enerji için LCOE yüzde 26 artarak megavat saat başına 155 ABD dolarına yükseldi. Aynı zamanda, kömür yüzde 2 düşerek 109 ABD dolarına geriledi.

Güneş fotovoltaikleri ise yaklaşık yüzde 90 oranında düşerek sadece 41 ABD Doları’na geriledi. Rüzgar da kabaca aynı maliyete düştü.

Nükleer fisyon santralleri dünyayı kurtarabilir mi?

Tabii ki, yeni teknoloji her zaman bir fark yaratabilir. Nükleer atıkları tuzağa düşürmenin daha iyi yollarını bulmak, onu daha güvenli hale getirebilir veya en azından halka bunun gelecekte daha az tehdit olacağına dair güven verebilir. Uranyum izotoplarına alternatifler, erimelerin kaygısını ve nükleer programların silah haline getirilmesi potansiyelini ortadan kaldırabilir. Değişen teknolojiler olabilir reaktörlerin ölçeğini etkilerhatta LCOE’lerini tamamen iyileştirin.

Ama olma ihtimali var çok küçük çok geç.

Son 25 yılda yüzden fazla ülkede nükleer ve yenilenebilir enerji üretiminin benimsenmesine ilişkin bir analiz, nükleer enerjinin karbon azaltmada yenilenebilir enerji ile aynı sonuçları elde etmediğini ortaya çıkardı.

Dahası, nükleer enerjiye yatırım yapmak, daha sonra yenilenebilir bir geleceğe doğru yol almayı zorlaştıran batık bir maliyettir.

Bunların hiçbiri nükleer enerjinin gelecekteki enerji üretiminde yeri olmadığı anlamına gelmiyor. Örneğin uzay araştırmaları, nükleer fisyon teknolojisindeki gelişmelerden yararlanabilir. Enerji üretiminin ötesinde, ilaç ve araştırma için özel izotopların fisyon kullanılarak üretilmesi paha biçilmez bir endüstridir.

Bizi iklim krizinden kurtarmayabilir, ancak nükleer çağ, uzun süre bizimle olacak başka teknolojik faydalar sağlıyor.

Tüm Açıklayıcılar, doğruluk denetleyicileri tarafından yayınlanma sırasında doğru ve alakalı olarak belirlenir. Metin ve resimler, bilgileri güncel tutmak için editoryal bir karar olarak değiştirilebilir, kaldırılabilir veya bunlara eklenebilir.