AVRUPA'DA ATOM ENERJİSİ

TJDK: 621.811.2.(4)

Yazan : Cttnter IÜLDENBRAND

Çeviren: İsmail ÇİTİM El. Mühendisi, Azot Fabrikaları

ÖZET : Batı Almanya Atom Kurumu tarafından tertiplenen 2. Atom Kongresi 28 Eylül 1965 ile 1 Ekim 1965 tarihleri arasında Frankfurt'ta toplanmıştır Onbeş Batı Avrupa dev letinin 900 delege ile iştirak, ettiği Avrupada çekirdek enerjisi adı altında açtlan bu kong rede muhtelif devletler temsilcilerinin önceden hazırlamış oldukları : Uranyum rezeneleri, yalana elemanları, bugünki Atom santrallan tipleri gibi mevzular ele alınmış ve tartışmalar yapılmıştır Yazı bu kongreden, önemli konuların özetini vermektedir.

Uranyum Rezervelerl :

Uranyum çekirdeğinin parçalanmasından sonra artık sonsuz Enerji kaynaklarının bulun duğuna İnananlar çok geçmeden yn.mldiMn.nnt anlamışlardır. Uranyum madenlerinin hepsinin tesblt edilmesi ve bu yatakların azami verimle is letilmesi atom kuvvet santrallan İçin büyük ö nem taşımaktadır. Uranyum sarfiyatı, aşağıda 1 zah edileceği gibi büyük ölçüde, Atom santralla nnın çalışma şekline ve tiplerine bağlıdır. Şim dilik, bilinen ekonomik Uranyum bütün batı dün yasında rezerve olarak 1 Milyon ton tahmin edil mektedir. Bu ekonomik Uranyum'dan Konsantre Uran U3 O8 elde edilmektedir. Yakma Elemanı 1 malinde kullanılan bu Konsantratm kilosu 20 Dolara mal olmaktadır. Ekonomik Uranyumdan başka, içinde Uranyumu az olan madenlerde mevcud olmasına rağmen safiyet azlığı bakımın dan bunlardan Uranyum elde edilmesi oldukça pahalıdır. Sarfiyat tahminleri kesin olarak gös termektedir ki, gelecek yıllarda bilhassa 1970 yı lından itibaren bütün dünya üzerinde kesif ola rak Uranyum araştırılması ve kazanılması zaru reti vardır. 1980 yıllarında batı dünyasının Atom Enerjisi İçin senede 80 bin ton Uranyuma ihtiya cı vardır.

Tabii Uranyum Reaktörlerde yakılırken ve ya Tabii Uranyumdan zenginleştirilmiş Uranyum elde edilirken mühim miktarda fakirleşmiş Uran yum artık olarak kalmaktadır. Bu artıkların, hızlı kuluçka Reaktörü tabir edilen Reaktörlerde kullanılma imkânının olması istikbalin Atom E nerjisl ham maddesi için bir emniyet teşkil et mektedir. Termik Reaktörlerde elde edilen Plu tonium da ikinci bir çekirdek yakma maddesidir. Plutonlum hızlı kuluçka reaktörlerde kullanıl maktadır. Eğer bu Reaktörler 1980 yıllarında A tom santrallanndan elde edilecek Enerjiye büyük ölçüde ortaklık yaparlarsa istikbalin Uranyum rezervesi probleminin mühim bir kısmı çözülmüş olacaktır. Ayrıca Thorlum da hesaba katmak lâ

zımdır. Kendisi parçalanamıyan Thorium termik kuluçka Reaktörlerinde parçalanabilen Uranyum 233'e tahvil edilmektedir. Böylece Thoriumda bir Atom Enerjisi ham maddesi kabul edilmektedir.

Yakma Elemanları:

Elektrik Enerjisi istihsali İçin lüzumlu ısı ço ğunlukla yakma elemanlarında açığa çıkmakta dır. Umumi olarak güç Reaktörlerinde yakma elemanları tek veya demet olarak kullanılmakta dır. Parçalanacak madde metal bir muhafazanın içine yerleştirilir. Etrafına bu yakma elemanları sıralanır. Muhafazanın vazifesi, bir taraftan yak ma elemanını soğutucu maddenin tesirinden ko rumak, diğer taraftan radyoaktif parçalanma ar tığının soğutucu maddeye sızmasını önlemektir.

Avrupa'da şimdiye kadar kurulan Atom san trallan tabii Uranyum yakıtlı Gaz Grafit Reak törlü olduğu için tabii Uran yakma elemanlarının geliştirme ve hazırlanması bilhassa îngllterede ve Fransada çok ilerlemiştir. Diğer Avrupa dev letleri ile birlikte bu elemanlardan yılda 3800 Ton hazırlayabilmektedir. Bu büyüklükteki bir kapasiteyi ilerisi için yeterli görmek mümkün dür. Rasyonel hazırlama metodlan, spesifik gü cün yükseltilmesi ve azami yakmaya erişilmesi gibi sebeblerden, şimdiden böyle santrallarda kW başına maliyette bir ucuzlama yapmak kabil ol muştur.

önümüzdeki yıllarda bilhassa Batı Almanya da hafif su Reaktörlü Atom santrallan ve zen ginleştirilmiş Uranyumlu yakma elemanları bü yük bir önem kazanacağından siindirik tabletli UO2 yi havi yakma elemanlarının İmaline hız ve rilmiştir. Bugün Avrupadaki bu tip yakma ele manlan için mevcut imâlat kapasitesi 100 ton/ yıldır. Halihazırda İhtiyacı karşılamaktadır. Fa kat inşa halinde bulunan ve plânlanan yeni hafif (•) ETZ Mecmuasının 17.12.1965 tarih 28 No. lu nüshasından alınmıştır.

su Reaktörlü Atom santralları da hesaba katı lırsa önümüzdeki yıllarda İmalât kapasitesinin ö nemli ölçüde genişletilmesi zarureti vardır.

Ağır su Reaktörlerinde kullanılan yakma elemanları birçok bakımdan hafif su Reaktör lerinde kullanılanlara benzerler. Bundan dolayı bu elemanların ayni tesislerde İmali mümkün dür.

Gaz Grafit ve hafif su . Reaktörlerinde kul lanılan yakma elemanlarından başka hususi tipli Reaktörlerde kullanılacak yakma elemanlarının geliştirilmesine de çalışılmaktadır. Ayrıca daima artan bir alâka ile sonraki ihtiyaçlar için Pluto nium yakma elemanlarının imalât hazırlıkları ü zerinde çalışılmaktadır. Bu elemanlara verilen ö nem, bunların hızlı kuluçka Reaktörlerinde kul lanılması ve Termik Reaktörlerde U 235 in yeri ni alabilmesinden ileri gelmektedir.

Bugiinld Atom kuvvet santralı tipleri :

Batı Avrupada halen çalışan veya inşa ha linde bulunan santrallardaki Reaktör tipleri (1 nolu tabloda gösterilmiştir, ingiltere 1956 sene sinde işletmeye aldığı Calder Hail tipli, Grafitli, CO2 soğutuculu, tabii Uranyum ile çalışan İlk Reaktörden 1968 yılına kadar 5000 M W gücünde 11 kuvvet santralını daha servise sokacaktır. Fransa da îngilterenin yolundan giderek ayni tip Reaktörlerle mücehhez 2300 MW'hk dokuz kuvvet santralını 1971 yılma kadar işletmeye a çacaktır. Bu Reaktörlerden kazanılan tecrübeler tesislerin daima iyiye doğru yönetilmesini, yak ma elemanlarının daha ucuza imal edilmesini, yanmadan kalan artığı nçoğaltılmasını, böylece bunların daha ekonomik çalışmasını sağlamıştır. Buna rağmen bu tip santrallarm tesis ve yatırım bedeli hafif su İle çalışan Reaktörlerinkine naza ran halen daha yüksektir. Yakma masrafları ise zenginleştirilmiş Uranyum ile çalışan Reaktörle re kıyasla daha düşüktür. Fransanın Gaz Grafit Reaktörlü, 1000 M W'lık kuvvet santralları prog ramını gerçekleştirmeye çalışmasına karşılık in giltere 2. Reaktör programında, inkişaf etmiş bu lunan Gaz soğutmalı Reaktör tiplerine (AGR) doğru yönelmiştir. Bu tipler yakma elemanı ola rak çelik tüp mahfazalı zenginleştirilmiş. UO2 kullanmaktadır. Bununla randımanı ve çekirdek teki güç yoğunluğunu arttırmak dolayısı ile te sis masraflarım azaltmak gayesi güdülmektedir.

Batı Almanyada İse, ilk Reaktör nesli olarak Amerikada tecrübe edilmiş olan hafif su . Reak törleri önem kazanmışlardır. Halen Almanyada, 1961 de işletmeye alınan tecrübe santralı (Kani, 15 M W) yanında, üç adet hafif su Reaktörü in şa halinde bulunmaktadır. (Gundremmingen 237 M W ; Obrigheim 283 M W)

Ayrıca Fransa Belçika müşterek olarak 266 MW'lık, ispanya 153 MW'lık ve isviçre 350

M W'lık, basınçlı su Reaktörlerinin kurulmasına çalışmaktadırlar. Bu Reaktörler arasında tam bir kıyaslama yapabilmek için bilhassa italya dikkate değer bir yol tutmuş, bir Gaz Grafitli, bir basınçlı sulu ve birde kaynar sulu Reaktörü 1964 ve 1965 senelerinde işletmeye almıştır. Fa kat şimdiye kadar elde edilen neticeler istikbalde hangi Reaktör tipinin tercih edilmesini belirtme ye kâfi gelmemektedir.

Froto tipler:

2. Atom kongresinin toplandığı gün, batı Almanya Atom araştırma merkezi Karlsruhe de (MZFR) tipli, D2O moderasyonlu (yavaşlatıcı) soğutulmuş basınçlı sulu Reaktör ilk defa olarak devreye alınmıştır. Ayrıca gene D2O moderas yonlu, H2O soğutuculu, basınç borulu Reaktörün de kurulması yaklaşmıştır. Bu saydığımız Proto tiplere, yani: seri imalâta geçilmeden tecrübe safhasında bulunantlplere daha bir çoğunu ilâ ve etmek mümkündür. Bu tiplerde ön sırayı D2O moderasyonlu Reaktörler işgal etmektedir. Buna rağmen, bilhassa Almanyada enerji temininin dev lete bağı olmamasından dolayı firmalar çeşitli Proto tipler üzerinde çalışmaktadırlar. Meselâ : Atom araştırma merkezi Jülich'te yüksek ısı kü re yığını Reaktörün moderasyonu Grafit ile, Soğutmasıda Helium ile yapılmaktadır. Ayrıca Karlsruhe merkezinde Zirkonhidrid moderasyon lu ve Natrium soğutuculu Reaktörün kurulmasına başlanacaktır.

Enerji temini ve Atom Santralları:

1970 yıllarında büyük üniteli Atom santral larında Reaktör tipine bağlı olarak enerji mali yeti klasik Termik santrallanna kıyasla daha dü şük olacaktır. 600 M W tan başlıyan hafif su Reaktörlü Atom santrallarımn kuruluş maliyeti, klâsik termik santrallannın % 100 ile % 120 sine, Gaz Grafitli, Tabii Uranyumlu santrallarda İse % 140 ına tekabül etmektedir. Buna karşılık ya kıt malzemesi maliyeti ise termik santrallannm yakıt maliyetinin % 30 u ile % 50 si civarında bu lunmaktadır. Ayrıca, Atom santrallannda yakıt' maliyeti klâsik termik santrallarda olduğu gibi hiç bir zaman enerji maliyeti üzerine ayni bü yüklükte tesir edemiyecektir. Toplam kurulu güç leri küçük olan memleketler halen 300 MW'lık Atom santralları kurmayı düşünmektedirler. Bu na karşılık, Batı Almanya, Fransa, ingiltere ve italya gibi büyük memleketler 600 MW'tan bag lıyan santrallarla ilgilenmektedirler. 1970 ortala rında kurulu güçleri büyük olan bu memleketler için hattâ 1200 MW'lık Atom santrallannı ger çekleştirmek mümkün olabilecektir. Çekirdek e nerjisi istihsalinde önümüzdeki yularda büyük yük, bir kaç yüz MW'lık üzerinde tecrübe sahi bi olunmuş hafif su ve Gaz Grafitli Reaktörlere düşecektir. Istakbildeki gelişmeye mutlak suret

TABLO 1 : Atom santrallanndakl Reaktör tipleri

Reaktör tipi

Gaz Grafit Gaz Grafit Gaz Grafit Gaz Grafit Gaz Grafit D2O Basınçlı boru Gaz Grafit Gaz Grafit Gaz Grafit H2O Basınçlı su D00 Basınçlı boru H2O Basınçlı su H2O Aşın kızdırıcı D2O Basınç kazancı D2O Basınçlı boru Yüksek Temperatur Na soğutulmuş. Gaz Grafit I^O Basınçlı su H2O Kaynar su

Kurulu bulunduğu memleket ve servise alındığı tarih

İngiltere ingiltere İngiltere İngiltere İngiltere İngiltere Fransa Fransa Fransa Fransa Fransa Almanya Almanya Almanya Almanya Almanya Almanya İtalya İtalya İtalya

1956 1965 1968

1963 1967 1959 1965 1958 1966 1967 1968 1968 1965 1969 1966 1969 1964 1965 1964

R e ak1 ö r

.N et uuç

İİMML* 1WX7

4X45 2 X 250 2 X 590 2 X 600 27,3

93 40 217 480 266 70 283 25 50 100 15 20 200 260 152

Yakıt

Malzeme

Zenginleş tirme U 235

%

Moderasyon

Soğutucu Malzeme Basmç

u uo2 uo2 uo2 u u u uo. uo.. uo. uo* uo2 uo2 uo2 uo2 u uo2 uo2

— — 1,6/2,2 2,5 1,4 — — —. 3,5 1,4 3,0 2,7 — 1,2 93 6,1 —. 3,25 2,1

Grafit Grafit Grafit Grafit Grafit D2O Grafit Grafit Grafit H.,0 D2O H2O H2O D2O D2O Grafit ZrH Grafit H2O H2O

CO2 co2 co2 co2 co2

H2Q CO2 CO2 CO2 H2O H2O H.O

H2O D2O CO2 He, Na CO2 H2O H2O

8,06 14,06 28,1 31,6 20 65 15 25 25 141,6 60 145 60 90 60 10,25 Basınçsız 13,4 141,5 71,3

Bütün santrallar bu tabloda gösterilmemiştir. Basınçlar ata, sıcaklıklar °C olarak verilmiştir.

Tür b i n

Buhaı• girişi Isı

Basmç ist

345 oC 16,2

46,5

46,7

62,5

33,6

36,2

52,3

67,8

le ekonomik düşünceler hakim olacağından umu miyetle küçük üniteli santrallara §an§ tanıma maktadır. Uzun vadeli programların tam tespiti için mühim olan husus ; Bu zaman zarfındaki e nerji ihtiyacının doğruya yakın bir şekilde tah min edilebilmesidir. Tablo (2) 1965 ten 2040 yılı na kadar tahmin edilen umumi kurulu gücü ve Atom santrallarmdan elde edilecek enerjiyi gös termektedir. Buradan görülmektedir ki ; 2000 yılında Atom santrallarmdan elde. edilecek ener ji, umumi ihtiyacın % 50 sini karşılamaktadır. Batı Almanya da ise bütün ihtiyaç doğrudan doğruya Atom santrallarmdan elde edilmektedir.

dir. Tablo hazırlanırken esas olarak Ortak pazar memleketleri ve Fransanın üç tipli Reaktör (Ha fif su veya Gaz Grafit, D2O konvert ve hızlı ku luçka Reaktörü), batı Almanyanın ise Hafif su ve hızlı kuluçka Reaktörü kullanacağı kabul e dilmiştir. Çok tipli sistemle çalışmanın neticele ri göstermektedir ki Uranyum temin etme yönün den hızlı kuluçka reaktörlerinin büyük ehemmi yeti vardır. Ve bu sebepten İngiltere, Almanya, Fransa enerjik bir şekilde bu Reaktörü geliştir meye çalışmaktadırlar. Bu Reaktörlerin Enerji maliyetini hissedilir derecede düşürmesi beklen mektedir. Maliyet yönünden yapılan bir kıyasla

TABLO 2 : Amerika, İngiltere, Ortak pazar memleketleri (EWG), Fransa ve Batı Almanyanın tahmin edilen genel kurulu güçleri ve Atom santraliarmm kurulu güçleri

Umumi kurulu Güç O W

Yıl

Atom santrallan kurulu güçleri GW

EWG Almanya Amerika İngiltere

EWG

Fransa Almanya

1990 .

5,3

7.. 8

16.. 20

28.. 38

43.. 62

. 170

851.132

213..310

405..760

Bu enerjilerin istihsali için gerekli Uranyum ihtiyacı önceden de belirtildiği gibi kullanılan Re aktör tipine bağlıdır. • Yalnız hafif su ve Gaz _ Grafit Reaktörleri kullanılması halinde Uranyum sarfiyatı çok yüksek olacak, şimdiki Uranyumun bu rezerveleri tükenmiş olacaktır. îlk nesil Re aktörlerinin modern ve geliştirilmiş Reaktörlerls kombine edilmesi halinde ise, ki bu ancak 1980 yılından sonra mümkün olabilecektir, ayni güç için Uranyum sarfiyatında önemli kısmtı temin edilebilecektir. Tablo (3) te Ortak pazar memle ketleri ile Fransa ve Batı Almanyanın 2000 yılı na kadar olan Uranyum ihtiyacı gösterilmekte

TABLO 3 :, Ortak pazar memleketleri (EWG), Fransa ve Batı Almanya için tahmin edilen Uran yum İhtiyacı

EWG Fransa Almanya

Yû

ton V ton U ton U

2,5

20 , . 25

maya göre; Hafif su Reaktörü ile, Hafif su ve hızlı kuluçka Reaktörü kombinasyonu arasında Almanyada 1980 yılı yansına doğru 1 Milyar DM. lık bir fark bu kombinasyon lehine tecelli ede cektir. Bu netice, bilhassa geliştirme mevzuu İn celendiğinde daha büyük bir değer kazanmakta, dır; Çünkü: Yeni bir Reaktörün geliştirilmesi 1 çln 500 Milyon ile 1 Milyar DM tutarında bir ya tırıma ihtiyaç vardır.

Uranyum rezerveleri göz önünde tutulursa, geri kazanma tesislerinin 1975 yılından itibaren hızla büyütülmesi lâzım gelmektedir. 1975 yılın da Hafif su Reaktörlerinden geri kazanılacak o lan yakma elemanları 210 İle 250 ton civarında olacaktır. Bu miktar 1990 yılında ise 1660 2170 Ton/yıla yükselecektir.

İstikbalde çekirdek Enerjisinden istifade İçin girişilen uzun vadeli çalışmalar, göstermektedir ki; ekonomik Enerji istihsali ve Uranyum rezer velerinln azami değerlendirilmesi teknik bakım dan olsun, mali yönden olsun muazzam gayret ve yatırım icap ettirmektedir.

Fakat gene ayni çalışmalar ispat etmektedir ki; Enerji istihsalinde daima büyüyen hissesi İle çok önemli bir faktör teşkil eden çekirdek ener jisi, sarfedilen emek ve kullanılan yatırımları a • mbrtize edecek kudrettedir.

Elektrik .Mühendisliği 3,16