Amerika nükleer güç programı; özellikle 1979 yılı ABD Three Mile Island, 1986 Ukrayna Çernobil ve 2011 Japonya Fukushima nükleer yakıt erimesi kazaları sonucu çalkantılı bir süreç yaşamıştır. Ancak, Amerika Birleşik Devletleri global en büyük rakibi kabul edilen Rusya Federasyonu nükleer güç yatırım projeleri ulusal ve uluslararası düzeyde tüm hızı ile devam etmektedir. Bu bağlamda Türkiye Cumhuriyeti Akdeniz kıyısında kurulmakta olan toplam 4800 MWe kapasiteli karbonsuz üçüncü nesil nükleer güç santralleri üniteleri inşaatları da Rusya Federasyonu tarafından uluslararası nükleer enerji yatırımları faslında sürdürülmektedir. Gelişmekte olan ekonomiler kapsamında dikkat çekici ülke konumunda olan Çin, milli enerji arz güvenliği sarmalı ve çıkmazı sorunları içerisine düşmeme yönünde temel yük kaynağı karbonsuz yeni kuşak nükleer elektrik santralleri kurulması projelerine ağırlık vermektedir. Küresel ileri nükleer teknolojiler bağlamında bilimsel düzeyde geride kalan ada ülkesi İngiltere de ulusal nükleer güç projeksiyonları çerçevesinde ciddi yenilikçi nükleer enerji planlamaları yürütmektedir. Fransa milli elektrik üretimi kompozisyonu yaklaşık üçte iki oranında baz enerji kaynağı karbonsuz nükleer güç kompleksleri sistemleri ile sürdürülmektedir. Avrupa Birliği AB topluluğunun en güçlü üyesi Almanya Hükümeti, 2022 yılına kadar kademeli olarak klasik nükleer elektrik santralleri ünitelerinin kapatılması siyasi kararının uygulanması periyodunu sürekli biçimde gözden geçirip uzatarak sürüncemede bırakmaktadır. Diğer taraftan, ulusal elektrik üretimi takribi %10 oranında karbonsuz nükleer enerji santralleri sayesinde karşılanan Amerika ise günümüz nükleer güç potansiyeli rakamlarının yükseltilmesi ve dengede tutulması bağlamında nükleer elektrik enerjisi yatırım hamleleri ve nükleer enerji projeleri teşvikleri yaparak kararlı bir devlet politikası sergilemektedir. Öte yandan, yaygınlaştırılmaya çalışılan global küçük ve orta ölçekli modüler reaktörler (Small Modular Reactors - SMR) tasarımları yönünden gelecekte küresel sodyum soğutmalı inovatif hızlı reaktörler dizaynı türlerin ileri nükleer güç tesisleri ünitelerine önderlik etmesi de beklentiler arasında sayılmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri nükleer güç kapasitesi artırılmasına ilişkin yenilikçi hızlı üretken reaktörler (fast breeder reactors) üniteleri ve ulusal inovatif ileri nükleer elektrik reaktörleri teknolojisi tasarımlarının geliştirilmesi faaliyetlerinin canlandırılması yoluyla istikrarlı ve kararlı ABD ulusal nükleer yakıt arz güvenliği kriterleri sağlanması bu yazıda araştırılmaktadır.
Bazı nükleer politika uzmanları, tartışmalı milyar dolarlık Birleşik Devletler Nükleer Araştırma Reaktörü (US Nuclear Research Reactor) planları çalışmalarının yıldırım hızı ile gündeme geldiğini ileri sürmektedir. Amerikan Kongresi gündeminde yer alan ABD Enerji Bakanlığı (United States Department of Energy - US DOE) Çok Yönlü Hızlı Nötron Kaynağı (Versatile Fast Neutron Source) dizaynı, 1970’li yıllardan beri kurulacak olan ilk inovasyona dayalı DOE ileri nükleer reaktör tasarım tesisi niteliği taşımaktadır. Söz konusu yenilikçi nükleer tesis içinde üretilecek yüksek enerjili nötronlar kanalıyla inovatif hızlı nükleer reaktörler yakıtları, nükleer yakıt elemanları, malzemeleri ve donanımları testleri yapılması planlanmaktadır. Bununla beraber Amerikan elektrik üretim, iletim ve dağıtım idareleri tarafından baz yük kaynağı karbonsuz yeni nesil hızlı üretken ileri nükleer güç reaktörleri kurulması hakkında sürdürülebilir nükleer enerji istihsali programı ise şimdilik mevcut değildir. Ayrıca global nükleer silahsızlanma ve küresel atom bombalarının yayılmasını önleme uzmanları, bahse konu yenilikçi hızlı reaktörler yakıtları olarak atom bombaları hammaddesi plütonyum radyoizotopları kullanılmasının nükleer silah yapımı riski ve nükleer füzeler üretimi tehlikesi oluşturduğunu bildirmektedir. Idaho Şelaleleri (Idaho Falls, ID) yakınlarında DOE adına faaliyet gösteren Idaho Ulusal Laboratuvarı (Idaho National Laboratory - INL), olası ileri hızlı nükleer reaktör tesisinin gerekli olup olmadığını bilim insanları yoğun şekilde tartışmaktadır. Berkeley, CA’da konuşlu Kaliforniya Üniversitesi (University of California) nükleer enerji mühendisi Dr Massimiliano Fratoni, küresel boyutta ileri hızlı reaktörler kıtlığını işaret ederek mevzu bahis inovatif nükleer komplekslerin azlığı sebebiyle neredeyse nükleer kapasite yokluğu yaşanmasının bu gibi nükleer tesislerin varlığını geçerli kıldığını kesin şekilde vurgulamaktadır. Ancak, Princeton Üniversitesi (Princeton University) öğretim üyesi nükleer fizikçi Prof Dr Frank von Hippel ise yeni kuşak hızlı reaktör projesi çalışmalarının siyasi yatırım kapsamında belli bir bölgede kamu işlerinde kullanılmak üzere devlet hazinesinden tahsis edilen finansal kaynaklar ile yürütüleceğini açıklamaktadır.
İngiltere ulusal nükleer elektrik üretimi programı ve profili kapsamına dahil olması beklenen Hualong One ileri nükleer reaktör teknolojisi ile kurulan baz enerji kaynağı karbonsuz Çin Fangchenggang Yeni Kuşak Nükleer Güç Santrali NGS kompleksi inşaatı çalışmaları aşağıdaki resimde görüntülenmektedir.
Kaynak: World nuclear news - wnn
Öte yandan, ABD yeni nesil hızlı üretken nükleer reaktör yatırımı Amerikan Kongresi tarafından olağanüstü ekonomik ve politik destekler görmektedir. Örneğin, Enerji Bakanlığı DOE 2018 yılı için sadece 10 milyon dolar talep etmesine rağmen Birleşik Devletler Kongresi 35 milyon dolar yenilikçi hızlı nükleer tesis ödeneği sağlamıştır. Amerikan Temsilciler Meclisi ve ABD Senatosu olmak üzere Kongrenin her iki kanadınca onaylanan ayrı ayrı yasal düzenlemeler uyarınca inovatif hızlı reaktör yapımı yatırımının tamamlanması kaydıyla 2025 yılına kadar 2 milyar dolar harcanması bağlamında DOE yetkili kılınmıştır. Dr Von Hippel ise söz konusu hızlı reaktör projesi harcama kalemi rakamlarının 10 milyar dolara kadar ulaşması olasılığını dile getirmektedir. Nükleer güç reaktörleri türleri genelde termal reaktörler ve hızlı reaktörler olarak anılmaktadır. Klasik termal nükleer tesisler, enerji ve nükleer zincir reaksiyonları oluşturan nötronları açığa çıkaran aynı zamanda küçük oranda zenginleştirilmiş uranyum-235 radyoizotop ihtiva eden nükleer yakıt çubukları yakmaktadır. Açığa çıkan nötronların yavaşlatılması ve nükleer yakıt elemanları ile nükleer zincir tepkimeleri ihtimallerinin artırılması için sulu ortamlı moderatör ve yavaşlatıcı kullanılması gerekmektedir. Nükleer reaktör kalbinde meydana gelen ısı enerjisi de çoğunlukla aynı nitelikli soğutma suyu ile çekirdek (core) dışına taşınmaktadır. Ticari geleneksel nükleer güç reaktörleri ünitelerinin büyük bir bölümü su soğutmalı konvansiyonel termal reaktörler sınıfına girmektedir. Hızlı reaktör ünitelerinde ise tam tersine atomlar, doğal yüksek enerjili nötronlar (the raw high-energy neutrons) ile parçalanma ve bölünme sürecine uğratılmaktadır. Böylece, daha fazla zenginleştirilmiş U-235 ya da plutonyum-239 (Pu-239) üretimleri temin edilmesi suretiyle nükleer yakıtlar yakılmaktadır. Hızlı üretken reaktör yakıtlarının soğutulması yönünde kullanılan erimiş sodyum veya erimiş kurşun sistemleri nötronları yavaşlatmamaktadır. Ayrıca, ileri hızlı üretken reaktörler beraberinde önemli bir kazanç da getirmektedir. Örneğin, hızlı nötronlar verimli biçimde daha fazla nükleer yakıt üretilmesi için atıl konumdaki uranyum-238‘i Pu-239’a dönüştürme yeteneğine sahip olmaktadır. Yaklaşık 30 yıl kadar önce ortaya çıkan nükleer yakıt üretimi yöntemi sayesinde dünyanın tüm elektrik ihtiyacının global nükleer enerji ile karşılanması hedeflenmiştir. O zamanlar küresel uranyum yakıtlarının tükenmesi neticesi nükleer yakıt arz güvenliği açmazı ve ikilemi sorunları yaşanmasından kaygı duyulmuştur. Ancak, günümüzde global nükleer yakıt temini sıkıntıları ve küresel nükleer yakıt arz güvenliği zorlukları bulunmamaktadır. Diğer taraftan, kompleks ve karmaşık yapılı hızlı üretken nükleer reaktör sistemleri ile termal nükleer reaktör ünitelerinin ekonomik düzeyde rekabet etme olasılığının ortadan kalkmış durumda olmasına rağmen nükleer enerji uzmanları gelecekte hızlı reaktörlere gerek duyulacağını ifade etmektedir. Nisan 2018 tarihinde INL, 300 megawatt orta kapasiteli sodyum soğutmalı hızlı reaktör tasarımı tanıtımı kapsamında endüstri yetkililerine bir bilgilendirme toplantısı düzenlemiştir. Tanıtılan sodyum soğutmalı hızlı üretken reaktör dizaynı; modası geçmiş, eski, demode atom bombaları ve nükleer füzeler içinden sökülen plutonyum-239 (Pu-239) nükleer yakıtı yakmaktadır. Amerika Idaho ulusal laboratuvarında hızlı reaktör dizaynı projesi çalışmaları lideri konumunda olan Türkiye kökenli bilim insanı nükleer enerji mühendisi Dr Kemal Paşamehmetoğlu, 2015 yılında DOE Nükleer Enerji Dairesi (Office of Nuclear Energy - NE) tarafından nükleer tesislerin denetimi ve gözden geçirilmesi sırasında inovasyona dayalı hızlı reaktör araştırmaları kapsamında ısıya ve radyasyona dayanıklı uygun malzemeler aynı zamanda yeni nükleer yakıtlar geliştirilmesi öneminin ulusal düzeyde dikkat çektiğini açıklamaktadır. Hızlı üretken reaktörler tipleri ve türleri bilimsel araştırmaları faaliyetlerine adım atılırken hızlı nötronlar faktörünün en ince ayrıntısına kadar incelenmesi gerektiği işaret edilmektedir. Ayrıca, Rusya Federasyonu nükleer araştırma merkezleri ve laboratuvarları bünyesinde dünyada yegȃne ulusal hızlı nötron test reaktörü komplekslerine sahip olması da özellikle vurgulanmaktadır.
Öte yandan, ABD ileri hızlı üretken reaktörler projeleri yatırımları hakkında kaygı duyanlar da bulunmaktadır. Örneğin, Amerika Cambridge kentinde konuşlu Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (Massachusetts Institute of Technology - MIT) uzmanlarından nükleer enerji mühendisi Prof Dr Jacopo Buongiorno, hızlı reaktör nükleer güç tesisi kurulmasına dair mevcut koşullarda ülkenin şimdilik söz konusu komplekse ihtiyacı olmadığını ileri sürmektedir. Ancak Dr Buongiorno, ileri hızlı üretken test reaktörleri kurulması çalışmalarının ülke gündemine geç geldiğini aynı zamanda Kaliforniya Eyaleti Sunnyvale, CA kentinde faaliyet gösteren Oklo Inc Firması’nın günümüzde zaten inovasyona dayalı hızlı reaktör tasarımları geliştirdiğini belirtmektedir. Oklo Şirketi ortak kurucusu Dr Caroline Cochran, söz konusu kamu sektörü hızlı üretken deneme reaktörü projesinin zamanında faaliyete geçmeyeceğini ileri sürerek firmasının çalışmalarına da yeterince faydalı olmayacağı görüşünü savunmaktadır. Bununla beraber Nükleer Mühendis Dr Cochran, Amerikan yeni nesil hızlı reaktör test kompleksi projesi çalışmalarının gecikmesine rağmen gelecek on yıl içinde önemli ulusal hızlı nötronlar deneme kaynağı sağlanacağını bildirmektedir. Washington DC merkezli Kaygılı Bilim İnsanları Birliği (Union of Concerned Scientists - UCS) üyelerinden üst düzey bilim insanı Fizikçi Dr Edwin Lyman ise INL’nin gerçek hedefinin kendi laboratuvarına ait eski hızlı reaktör programı faaliyetlerinin gözden geçirilmesi olduğunu iddia etmektedir. Idaho Ulusal Laboratuvarı (Idaho National Laboratory) sodyum soğutmalı Deneysel Hızlı Üretken Reaktör - II (sodium-cooled Experimental Breeder Reactor - II) kompleksi kapatılması 1994 yılında gerçekleşmiştir. Dr Paşamehmetoğlu, yenilikçi hızlı nötron kaynağı tesisi kurulması çalışmalarının asıl amacının ülkede inovatif hızlı reaktörler uzmanlık dalları varlığının sürdürülmesi olduğunu doğrulamaktadır. Berlin kentinde konuşlu Carnegie Uluslararası Barış Enstitüsü (Carnegie Institution for International Peace) politika uzmanlarından Mark Hibbs, yeni kuşak hızlı üretken test reaktörü çalışmalarının gelecekte küresel nükleer enerji dalında çok daha büyük tartışmaların filizleneceğinin bir belirtisi sayıldığını öne sürmektedir. Üst düzey politik danışman Mark Hibbs, global düşük karbon ekonomisi geçiş süreci zarfında karbonsuz nükleer enerji, diğer karbonsuz alternatif güç sistemleri kabul edilen doğa dostu yenilenebilir enerji kaynakları YEK kökenli rüzgar enerjisi santralleri RES ve güneş enerjisi santralleri ünitelerine dönüşüm periyodu tamamlandığı takdirde yenilikçi hızlı reaktör komplekslerine gerek duyulmayacağı görüşünü ortaya atmaktadır. Nükleer enerji perspektifleri yüzyıl boyunca global elektrik üretimi portföyü içinde baki kalması halinde ise özellikle Çin genelinde faaliyet gösteren güç üretim, iletim ve dağıtım idareleri nezdinde ileri hızlı üretken reaktör üniteleri nükleer yakıt üretimleri işletmelerine ihtiyaç olacağı dile getirilmektedir. Ayrıca, lobi faaliyetleri yürüten ve inanç çalışmaları sürdüren kuruluşlar da söz konusu tartışmalar içinde yer alması olası görülmektedir. Ulusal hızlı reaktör projesi; Amerikan Kongresi oturumlarında görüşülmesi sırasında bilhassa Temsilciler Meclisi Bilim Komitesi üyeleri Texas Eyaleti, TX Cumhuriyetçi Parti Milletvekili Randy Weber (R - TX) ve yine Demokrat Parti Milletvekili Bernice Johnson (D - TX) tarafından partiler üstü politika sergilenerek desteklenmiştir. Bir komite yetkisi ise ulusal ileri hızlı üretken reaktör ünitelerine ülkenin kesinlikle ihtiyaç duyduğunu ve proje yatırımları zamanında gerçekleşmediği takdirde ise Amerikan şirketleri işletmelerinin Rusya Federasyonu kapısına başvuracağını belirtmektedir.
Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı (United States Department of Energy - US DOE), projenin normal seyrinde devam ettiğini bildirmektedir. DOE milli nükleer mevzuatı hükümleri uyarınca nükleer tasarımlara başlanmadan önce nükleer tesis için gerekli ulusal nükleer lisanslandırma prosedürü ve yönteminin ana hatları ile dikkatle incelenmesi icap etmektedir. Dr Paşamehmetoğlu, ancak bu safhada araştırma ekibinin öncelikle tasarım ve proje maliyeti hakkındaki raporunu DOE yetkili mercilerine sunarak 2020 yılına kadar onay bekleyeceğini açıklamaktadır. Dr Lyman, ABD yeni nesil ileri hızlı reaktör projeleri konusunda karar organlarının gerekli özen ve titizliği göstermediğini iddia etmektedir. Sonuçta, Dr Von Hippel ise çok daha açık şekilde milli yeni kuşak hızlı üretken reaktör tesislerinin gerekliliği konusunda Ulusal Bilimler Akademisi (National Academies of Sciences), mühendislik ve tıp dalları araştırma bölümlerinin ayrıntılı bilimsel incelemeler yerine getirmesinin zorunlu olduğuna vurgu yapmaktadır.
Aşağıdaki resimde 1994 yılına kadar Idaho Ulusal Laboratuvarı (Idaho National Laboratory - INL)‘de işletilen konvansiyonel Tecrübi Hızlı Üretken Reaktörü (Experimental Breeder Reactor – II) siyah beyaz olarak gösterilmektedir.
Kaynak: American Association for the Advancement of Science - AAAS Dergisi
Kaynaklar:
- «Yeni Nesil Nükleer Güç Reaktörleri”, Ahmet Cangüzel Taner Radyasyondan
Korunma Derneği Yayınları RKD , Yararlı Bilgiler, 2013.
-“Kâinat, İnsan Ve İyonlaştırıcı Radyasyonlar », Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
-“Dünya Elektrik Arz Güvenliği Sıkıntıları Çözümü Perspektifleri Kapsamında Yüzer Karbonsuz Yeni Nesil Nükleer Enerji Santralleri Kurulması Çalışmaları”, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2014.
- “Çin Nükleer Güç Programı ve Nükleer Enerji Planlaması Kapsamında Karbonsuz Baz Yük Kaynağı Nükleer Güç Santralleri NGS Nükleer Güvenlik Kıstasları ve Nükleer Radyasyon Güvenliği Zafiyetleri », Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
- “Atom, Radyoaktivite, Radyoizotoplar ve İyonlaştırıcı Radyasyon Çeşitleri »”, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
Ahmet Cangüzel Taner
Fizik Yüksek Mühendisi
Radyasyondan Korunma Derneği (canguzel.taner@gmail.com)
-“İyonlaştırıcı Radyasyonların Biyolojik Etkileşme Mekanizmaları », Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.
-“Nükleer Atık Yönetimi (İdaresi) », Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2015.
- «Radyoaktif Atıkların Nihai Depolanması”, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2015.
«Global Uranyum Zenginleştirme Programları Çerçevesinde Küresel Nükleer Kontamine Sahaları Temizleme ve Radyoaktif Atık Yönetimi Çalışmaları, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2015.
-“Amerika Nükleer Güç Santralleri NGS Çalıştırılması Sonrası Ortaya Çıkan Tüketilmiş Radyoaktif Uranyum Yakıtlarının Nükleer Atık İdaresi Kapsamında Yok Edilmesi Problemleri”, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2015.
- “Finlandiya Radyasyon ve Nükleer Güvenlik Kurumu Yönetimi Denetiminde Yüksek Seviyeli Radyoaktif Atıkların Saklanması, Yok Edilmesi ve İmhası”, Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2017.
-“Global Nükleer Güç, Atom Çağı ve Radyoizotopların Keşfi Süreci Önemli Araştırıcıları Arasında Sayılan 1938 Nobel Fizik Ödülü Sahibi Dr Enrico Fermi », Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2018.
Cangüzel Taner, Radyasyondan Korunma Derneği RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2018.
-American Association for the Advancement of Science - AAAS Dergisi, 03 Temmuz 2018.
Ahmet Cangüzel Taner
Fizik Yüksek Mühendisi
Radyasyondan Korunma Derneği (canguzel.taner@gmail.com)