Dünya sürdürülebilir elektrik arz güvenliği stratejileri açısından karbonsuz temel yük kaynağı güç santralleri tesisleri; küresel sera gazı emisyonları sınırlandırılması, kontrol ve denetim altına alınması bağlamında ön plana çıkmaktadır. Hızla gelişen doğa dostu yenilenebilir enerji kaynakları YEK odaklı elektrik üretimi sistemleri ağı ise sürekli küresel güç üretimi ihtiyacı karşılanması yönünde, ne yazık ki, şimdilik yetersiz düzeyde kalmaktadır. Diğer taraftan, dünya temel elektrik kaynağı karbonsuz nükleer füzyon santralleri üniteleri işletilmesi projeleri araştırmaları olumlu ilerlemesi de devam etmektedir. Ayrıca, yenilikçi yüzer karbonsuz nükleer enerji santrali tesisleri kurulması da giderek yaygınlaşmaktadır. Bahse konu gelişmelere paralel olarak ünlü İngiliz otomobil yapımcısı Rolls-Royce Firması, kesintisiz güç kaynakları baz yüklü karbonsuz mini nükleer reaktör kurulması yatırımları çalışmaları başlatmıştır. Özellikle, İngiltere elektrik enerjisi arz güvenliği çıkmazı ve açmazı önlenmesi bağlamında Birleşik Krallık ömrünü tamamlamış klasik nükleer güç santralleri NGS yerine karbonsuz yeni nesil nükleer elektrik istasyonları tesisi planlamaktadır. Öte yandan, düşük karbon ekonomisi kapsamında faaliyet gösteren büyük kapasiteli konvansiyonel nükleer fisyon santralleri içeriğinde son kırk zarfında Amerika 1979 yılı Three Mile Island nükleer elektrik santrali kazası, Ukrayna 1986 Çernobil nükleer güç santrali NGS felaketi ve Japonya 2011 Fukuşima nükleer enerji reaktörleri yakıt erimesi kazaları (nuclear meltdown) meydana gelmiştir. Ortaya çıkan üzücü küresel nükleer santral kazaları sonucu global nükleer elektrik reaktörleri lisanslandırılması çerçevesinde uluslararası nükleer güvenlik ölçütleri ve nükleer emniyet mevzuatı ilkeleri ile radyasyon güvenliği standartları ve radyasyon korunması kriterleri önemli ölçüde değişikliğe uğramıştır. Söz konusu küresel nükleer yakıt erimesi kazaları engellenmesi çerçevesinde karbonsuz yeni nesil mikro nükleer santraller ile baz yüklü inovatif küçük modüler reaktörler (Small Modular Reactors - SMR) tesisleri ileri nükleer güvenlik sistemleri teknik üstünlükleri, teknolojik avantajları ve ekonomik rekabet edebilir düşük maliyetleri bu yazıda incelenmektedir.

Küresel savaş bölgeleri, tehlikeli sahalar ve riskli alanlar olarak kabul edilmektedir. Söz konusu yerlerin temel enerji kaynağı karbonsuz yeni nesil nükleer elektrik santralleri yapımı için güvenli, emniyetli ve uygun olup olmadıklarının ise sorgulanması gerekmektedir. Ancak, Amerika Birleşik Devletleri ABD Hükümeti 09 Mart 2020 tarihinde uzak yerlerde bulunan Amerikan üsleri ve tesisleri içine kurulması düşünülen yenilikçi mini nükleer güç reaktörleri tasarımları için 39.7 milyon dolar nükleer elektrik fonu ayırdığını duyurmuştur. Birkaç megawatt gücünde olacak inovasyona dayalı mikro nükleer reaktör sistemleri kara yolu, demir yolu, deniz yolu, ve hava yolu ile kolayca nakledilebilecektir. Dünyada küçük nükleer reaktörler kurulması fikri uzun yıllar öncesine kadar dayanmaktadır. Örneğin, dünyanın ilk nükleer fisyon kompleksi elektrik üretimi, Idaho nükleer nükleer güç reaktörü tesisi faaliyete geçmeden beş ay önce Temmuz 1951’de nükleer güç ile çalışan USS Nautilus nükleer denizaltı yapımı projesi sayesinde Amerika tarafından başlatılmıştır. Daha sonraları 1960’lı ve 1970’li yıllarda Alaska ve Grönland (Greenland) üsleri elektrik enerjisi arzı, klasik küçük nükleer reaktörler güç üretimleri yoluyla karşılanmıştır. Ayrıca, Wyoming Radar Tesisi, Antarktika (Antarctica) Araştırma İstasyonu, okyanusların azgın suları dev dalgalarına dayanıklı açık deniz yük gemileri ve Panama Kanalı Mıntıkası (Panama Canal Zone) güç arzı da yine konvansiyonel mini reaktörler aracılığıyla temin edilmiştir. Bununla beraber karalara kurulu geleneksel mikro nükleer reaktörler güvenilmez kabul edilmiş aynı zamanda yüksek nükleer santral maliyetleri nedeni ile giderek gözden düşmüştür. Ancak, günümüzde Amerikan ordusunun küresel boyutta olağanüstü artan elektrik enerjisi ihtiyacı kapsamında inovatif mini nükleer santral üniteleri ilgisi yeniden canlanmaktadır. Irak savaşı süresince Amerikan silahlı kuvvetleri enerji gereksinimi ve güç arzı için bölgeye %30 oranında fosil yakıt nakliyesi gerçekleştirilmiştir. Irak ve Afganistan savaşları zarfında Amerikan ordusu asker zayiatı rakamlarının yarısından fazlası ise bölgesi uzak, ulaşımı zor ileri karakol tesislerine yakıt ikmali görevleri sırasında meydana gelmiştir. Bu bağlamda portatif baz yüklü karbonsuz mini nükleer reaktör ünitelerinin güvenilmez, kararsız ve dengesiz güç şebekeleri ya da elektrik enerjisi jeneratörleri yerine geçmesi olası sayılmaktadır.

Birleşik Krallık (United Kingdom - UK) İngiliz Rolls-Royce Şirketi temel güç kaynağı karbonsuz inovasyona dayalı yenilikçi küçük modüler reaktörü (Small Modular Reactor - SMR) nükleer elektrik tesisi maketi aşağıdaki resimde görüntülenmektedir.     

Kaynak: The Global Warming Policy Forum - GWPF

Öte yandan, ABD silahlı kuvvetleri yıllık elektrik enerjisi tüketimi ve kullanımı 80 terawatt-saat olarak gerçekleşmektedir. Amerikan ordusu senelik elektrik kullanımı İrlanda güç tüketimi rakamlarına denk düzeyde seyretmektedir. Böylece, Amerika silahlı kuvvetleri tüm güç kullanımı günlük 35 milyon litre sıvı fosil yakıt seviyesine ulaşmaktadır. Ayrıca, Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığı projeleri bilimsel ve teknolojik  danışmanlık kuruluşu Savunma Bilim Kurulu (Defence Science Board - DSB) Uzmanlar Komisyonu tarafından 2016 yılından yayımlanan rapor; elektriği yoğun şekilde tüketen yüksek enerjili lazerler, elektromanyetik raylı toplar ve yeni kuşak roket teknolojileri kullanan yeni nesil silahlar sayesinde ABD ordusu güç tüketimi rakamlarının aşırı derecede artacağını da işaret etmektedir. Diğer taraftan, ulusal karbonsuzlaştırma teknikleri kapsamında Amerika, fosil yakıt kullanan taşıtlar yerine uzun menzilli şarj edilebilir akülü elektrikli araçlar kullanımı dönüşüm sürecine doğru hızla ilerlemektedir. Söz konusu rapor, fosil yakıtlar ekonomisi ve taşınabilir karbonsuz inovatif evrimsel nükleer güç santrali NGS üniteleri maliyetleri üzerinde de durmaktadır. Amerikan askeri otoriteleri tarafından 2018 yılında yayınlanan savunma sanayi raporu ise prototip mobil nükleer enerji reaktörü kompleksi Holos maliyeti rakamlarının aynı kapasiteli sıvı fosil yakıtlı güç santrali ünitesine kıyasla %62 oranında daha ucuz olduğunu vurgulamaktadır. TIR kasasında taşınabilir HOLOS karbonsuz mikro nükleer elektrik jeneratörü sistemi aşağıda resmedilmektedir.

Kaynak: The War Zone

Mobil karbonsuz yeni kuşak mini nükleer güç santrali NGS üniteleri sadece Amerikan ordusu içeriğinde güncel hale gelmemektedir.  Ayrıca, Amerika Birleşik Devletleri ABD Havacılık ve Uzay Dairesi (National Aeronautics and Space Administration - NASA) da uzayda işletilmesi tasarlanan çok daha küçük kilo güçlü mikro nükleer reaktörler (Kilopower reactors) dizaynları geliştirmektedir. US NASA tarafından kilo güçlü mini reaktör üniteleri özellikle dünyanın uydusu ay gezegeni üzerinde kurulacak araştırma üsleri ve laboratuvarları genelinde düzenli elektrik enerjisi temini için kullanılması düşünülmektedir. Diğer taraftan, Rusya Federasyonu çok daha büyük kapasiteli yüzer yenilikçi nükleer güç santrali NGS üniteleri çalıştırılması yönünde teknolojik adımlar atmaktadır. Rus nükleer güçlü buzkıran gemileri de giderek yaygınlaşmaktadır. Çin ise Güney Çin Denizi adaları anlaşmazlıkları çerçevesinde kullanılacak olan yüzen nükleer elektrik reaktörleri yapımı planlamaktadır. Planlanan mikro nükleer reaktörler sistemleri kurulması çeşitli açılardan farklılıklar içermektedir. Temel enerji kaynağı karbonsuz mini nükleer kompleksler, işletilmesi tasarlanan uzak yerlerdeki ince ve ayrıntılı nükleer mühendislik çalışmalarından kaçınılması amacıyla fabrikalarda mini nükleer santral üniteleri komponentlerinin montajlarının yapılması ve nakliyesi gerekmektedir. Montajı gerçekleşen ve 40 ton ağırlığı olan mobil mikro nükleer elektrik reaktörü ise TIR ile taşınabilmektedir. İnsan müdahalesini minimum düzeye indiren çağdaş nükleer kontrol ekipmanları, geliştirilmiş nükleer güvenlik sistemleri ve nükleer denetim cihazları aynı zamanda inovatif nükleer otomasyon aparatları sayesinde çok uzak yerlerde mikro nükleer santral tesisleri çalıştırılması olası kılınmaktadır. Nükleer güvenlik ölçütleri ve radyasyon güvenliği kriterleri yönünden portatif yenilikçi nükleer reaktör üniteleri son derece emniyetli olduğu ileri sürülmektedir. Modern nükleer tasarım özellikleri kabul edilen pasif nükleer güvenlik sistemleri ile birlikte elektrik kesintileri, güç kayıpları ve komponent arızaları süreçlerinde bile taşınabilir nükleer reaktör ünitesi enerji arzı devam etmektedir. Örneğin, evrimsel mobil nükleer santral kompleksleri, nükleer reaktör soğutma pompaları yerine doğal taşınım akımları (natural convection currents) kullanılabilmektedir. Taşınabilir mini nükleer reaktörler üç yapılı izotropik (eş yönlü) parçacık yakıtı (Tri-structural isotropic particle fuel) ile donatılmıştır. Eş yönlü parçacık yakıtı, karbon ve silisyum karbür tabakalar kaplı, oksijen ve karbonlu küçük kütleler halinde fisil uranyum içermektedir. Yüksek sıcaklıklara karşı dayanıklı olan uranyum peletleri (yakıt tabletleri) radyoaktif kontaminasyon tehlikesi, radyasyon kirliliği riski ve radyoaktif maddelerin sızıntıları önlenmesi yönünde tasarlanmıştır. Büyük Britanya Wales’de konuşlu Bangor Üniversitesi (Bangor University) araştırmacısı nükleer mühendis ve malzeme bilimcisi Prof Dr Bill Lee, mobil nükleer santrallerin zırhlanması ve radyasyon korunması prensiplerinin toprakta açılan çukurlara mini reaktörlerin yerleştirilmesi suretiyle bir bakıma doğal yoldan sağlanacağını ifade etmektedir. ABD Savunma Bakanlığı Pentagon da mini nükleer santraller kapsamında nükleer yakıt erimesi kazası vuku bulması vakalarının fiziksel olarak imkȃnsız görmektedir. Sonuçta, baz yüklü karbonsuz çağdaş mikro nükleer reaktör üniteleri güvenilirliği çok yönlü teyit edilmektedir.   

Robotik araştırmalar ve insan keşifleri içeriğinde gelecekte Ay ve Mars gezegenleri yüzeylerinde kurulacak Amerikan uzay üsleri elektrik enerjisi arzı ve teminini karşılayacak olan aynı zamanda ABD NASA tarafından geliştirilen karbonsuz mini nükleer fisyon reaktörü kompleksi aşağıda temsili olarak görülmektedir.

Kaynak: Birleşik Devletler NASA Havacılık ve Uzay Dairesi

Kaynaklar:

 - «Yeni Nesil Nükleer Güç Reaktörleri”, Ahmet Cangüzel Taner Radyasyondan Korunma Derneği Yayınları RKD , Yararlı Bilgiler, 2013.

  -« 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.

- « Fisyon Tepkimeleri Kaynaklı Klasik Nükleer Güç Santralleri NGS Yerine Kurulacak Olan Füzyon Reaksiyonlu Termonükleer Elektrik Santralleri” Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2014.

- “Konvansiyonel Nükleer Güç Santrali NGS Ünitelerine Kıyasla Denizlerde Kurulacak Yüzen ve Denizaltı İnovatif Nükleer Reaktör Tesisleri Avantajları » Ahmet Cangüzel Taner, RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler 2017.

- « Çin, Güney Kore, Fransa ve Amerika Nükleer Güç Yatırımları ile Rusya Küresel Karbonsuz Nükleer Elektrik Santralleri Projeleri Mücadelesi” Ahmet Cangüzel Taner, Radyasyondan Korunma Derneği RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2018.

-“ABD Nükleer Yakıtlar Arz Güvenliği ve Atom Bombaları Geliştirilmesi Yönünde Yenilikçi Hızlı Üretken Reaktörler (Fast Breeder Reactors) Nükleer Programı » Ahmet Cangüzel Taner, Radyasyondan Korunma Derneği RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2018.

-“Temel Yük Kaynağı Küçük Modüler Nükleer Güç Reaktörleri (Small Modular Reactors - SMR) Projeleri ve Küresel Hızlı Üretken Reaktörler (Fast Breeder Reactors - FBR) Yatırımları » Ahmet Cangüzel Taner, Radyasyondan Korunma Derneği RKD Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2019.

-The Economist Dergisi, (14 Mart 2020 - 20 Mart 2020).

Ahmet Cangüzel Taner
Fizik Yüksek Mühendisi

Radyasyondan Korunma Derneği (canguzel.taner@gmail.com)