How do nuclear power plants work? - M. V. Ramana and Sajan Saini

Çeviri: Selvi Nur Arabul Gözden geçirme: Can Boysan

On a December afternoon in Chicago during the middle of World War II,

İkinci Dünya Savaşı'nın ortasında,

Chicago'da Aralık ayında bir öğleden sonra,

scientists cracked open the nucleus at the center of the uranium atom

bilim insanları uranyum atomunun merkezindeki çekirdeği parçaladılar

and turned nuclear mass into energy over and over again.

ve nükleer kütleleri defalarca enerjiye çevirdiler.

They did this by creating for the first time

Bunu yaparken, ilk defa gerçekleştirdikleri

a chain reaction inside a new engineering marvel:

bir dizi reaksiyon zinciri ile bir mühendislik harikası yarattılar:

the nuclear reactor.

Nükleer Reaktör.

Since then, the ability to mine great amounts of energy from uranium nuclei

O zamandan beri, uranyum çekirdeklerinden büyük miktarda enerji sağlama olanağı,

has led some to bill nuclear power

bazılarının nükleer enerjiyi

as a plentiful utopian source of electricity.

çok ütopik bir elektrik kaynağı olarak görmesine yol açtı.

A modern nuclear reactor generates enough electricity from one kilogram of fuel

Modern bir nükleer reaktör, ortalama bir Amerikan evinin

to power an average American household for nearly 34 years.

yaklaşık 34 yıllık enerji ihtiyacını, bir kilo yakıt kullanarak üretebiliyor.

But rather than dominate the global electricity market,

Nükleer enerji, küresel elektrik piyasasına hükmetmek bir yana,

nuclear power has declined from an all-time high of 18% in 1996

1996'da tüm zamanların en yüksek oranı olan %18'den,

to 11% today.

bugün %11'e geriledi.

And it's expected to drop further in the coming decades.

Ve önümüzdeki on yıllarda daha da düşmesi bekleniyor.

What happened to the great promise of this technology?

Peki bu büyük teknolojinin vaadine ne oldu?

It turns out nuclear power faces many hurdles,

Nükleer enerji, yüksek inşaat giderleri

including high construction costs

ve halkın karşı çıkması gibi birçok zorlukla

and public opposition.

yüzleşmek zorunda kaldı.

And behind these problems lie a series of unique engineering challenges.

Bu problemlerin arkasında, bir dizi mühendislik zorluğu da yatmaktadır.

Nuclear power relies on the fission of uranium nuclei

Nükleer enerji, uranyum çekirdeğinin füzyonuna

and a controlled chain reaction

ve bu bölünmeyi birçok çekirdekte üreten

that reproduces this splitting in many more nuclei.

kontrollü bir zincir reaksiyonuna dayanmaktadır.

The atomic nucleus is densely packed with protons and neutrons

Atom çekirdeği, kuvvetli bir nükleer güçle bağlanmış proton ve nötronlar ile

bound by a powerful nuclear force.

yoğun bir şekilde doludur.

Most uranium atoms have a total of 238 protons and neutrons,

Çoğu uranyum atomu 238 proton ve nötron içerir

but roughly one in every 140 lacks three neutrons,

fakat kabaca her 140 atomda üç nötron eksiktir

and this lighter isotope is less tightly bound.

ve daha hafif izotoplar daha gevşek bağlanır.

Compared to its more abundant cousin,

Daha hafif izotopları ile kıyaslandığında,

a strike by a neutron easily splits the U-235 nuclei

nötron tepkimesinde, U-235 çekirdeği,

into lighter, radioactive elements called fission products,

füzyon ürünleri denen radyoaktif elementler,

in addition to two to three neutrons,

ek olarak iki veya üç nötron,

gamma rays,

gama ışınları,

and a few neutrinos.

ve birkaç çekirdekçik kolayca açığa çıkar.

During fission, some nuclear mass transforms into energy.

Füzyon esnasında, bazı nükleer parçacıklar enerjiye dönüşür.

A fraction of the newfound energy powers the fast-moving neutrons,

Yeni keşfedilen enerjinin bir kısmı, hızlı hareket eden nötronlara güç verir

and if some of them strike uranium nuclei,

ve bazıları uranyum çekirdeklerine çarparsa

fission results in a second larger generation of neutrons.

füzyon sonucu daha geniş yeni nesil nötronlar oluşur.

If this second generation of neutrons strike more uranium nuclei,

Bu ikinci nesil nötronlar daha fazla uranyum çekirdeğine çarparsa

more fission results in an even larger third generation, and so on.

daha fazla füzyon sonucunda, daha büyük üçüncü nesil oluşur ve bu böyle sürer.

But inside a nuclear reactor,

Ancak nükleer reaktör içerisinde,

this spiraling chain reaction is tamed using control rods

bu spiral zincir reaksiyonunun kontrolü için fazla nötronu yakalayan

made of elements that capture excess neutrons and keep their number in check.

ve sayılarını dengeleyen elementlerden yapılmış kontrol çubukları kullanılır.

With a controlled chain reaction,

Kontrollü bir zincir reaksiyonuyla,

a reactor draws power steadily and stably for years.

bir reaktör yıllarca sabit ve sürekli olarak güç üretir.

The neutron-led chain reaction is a potent process driving nuclear power,

Nötron önderliğindeki zincirleme reaksiyon nükleer gücü yöneten etkin bir süreçtir

but there's a catch that can result

ancak yakıtın üretiminde

in unique demands on the production of its fuel.

büyük taleplere yol açabilecek bir sorun vardır.

It turns out, most of the neutrons emitted from fission have too much kinetic energy

Neticede, füzyondan yayılan nötronların çoğunun uranyum çekirdeği tarafından

to be captured by uranium nuclei.

yakalanamayacak kadar fazla kinetik enerjisi vardır.

The fission rate is too low and the chain reaction fizzles out.

Füzyon oranı çok azalır ve zincirleme reaksiyon sonlanır.

The first nuclear reactor built in Chicago used graphite as a moderator

İlk nükleer reaktör Chicago'da kuruldu

ve burada regülatör olarak grafit kullanıldı.

to scatter and slow down neutrons just enough

Grafit, saçılmayı ve nötronların yavaşlamasını,

to increase their capture by uranium and raise the rate of fission.

uranyum tarafından nötronların yakalanmasını

ve füzyon oranının artışını düzenler.

Modern reactors commonly use purified water as a moderator,

Modern reaktörlerde genellikle düzenleyici olarak saflaştırılmış su kullanılır

but the scattered neutrons are still a little too fast.

fakat saçılan nötronlar yine biraz hızlıdır.

To compensate and keep up the chain reaction,

Zincir reaksiyonunun dengelenmesi ve devamı için

the concentration of U-235 is enriched

U-235 konsantrasyonu, doğal haline göre

to four to seven times its natural abundance.

dört ile yedi kat zenginleştirilir.

Today, enrichment is often done by passing a gaseous uranium compound

Günümüzde zenginleştirme, hafif U-235'i ağır U-238'den ayırmak için

through centrifuges

sıklıkla gazlaştırılmış uranyumun santrifüjden geçirilmesiyle yapılır.

to separate lighter U-235 from heavier U-238.

But the same process can be continued to highly enrich U-235

Fakat aynı süreç,

up to 130 times its natural abundance

130 kez zenginleştirilmiş U-235 ile de yapılabilir

and create an explosive chain reaction in a bomb.

ve bir bombada patlayıcı zincir reaksiyon oluşturulabilir.

Methods like centrifuge processing must be carefully regulated

Santrifüj metodları, bomba benzeri yakıtın yayılmasını kısıtlamak için

to limit the spread of bomb-grade fuel.

dikkatlice düzenlenmelidir.

Remember, only a fraction of the released fission energy

Salınan füzyon enerjisinin sadece bir kısmı

goes into speeding up neutrons.

nötronları hızlandırır.

Most of the nuclear power goes into the kinetic energy of the fission products.

Nükleer enerjinin çoğu füzyon ürünlerinin kinetik enerjisine gider.

Those are captured inside the reactor as heat by a coolant,

Füzyon ürünleri reaktör içerisinde sıcak olarak bir soğutucu tarafından yakalanır

usually purified water.

ve soğutucu, genellikle saflaştırılmış sudur.

This heat is eventually used to drive an electric turbine generator by steam

Bu ısı, genellikle reaktör dışındaki buhar yoluyla

elektrikli türbin jeneratörlerini sürdürmek için kullanılır.

just outside the reactor.

Water flow is critical not only to create electricity,

Su akışı sadece elektrik akımı üretmek için değil,

but also to guard against the most dreaded type of reactor accident,

çekirdek erimesi gibi en korkunç kazalara karşı korumak için de kritiktir.

the meltdown.

If water flow stops because a pipe carrying it breaks,

Taşıyıcı boru veya pompa arızalandığı için su akışı durursa

or the pumps that push it fail,

the uranium heats up very quickly and melts.

uranyum çok hızlı ısınır ve erir.

During a nuclear meltdown,

Nükleer erime esnasında,

radioactive vapors escape into the reactor,

eğer radyoaktif buharlar reaktöre kaçar

and if the reactor fails to hold them,

ve reaktör onları tutamazsa

a steel and concrete containment building is the last line of defense.

çelik ve beton yapı, son savunma hattıdır.

But if the radioactive gas pressure is too high,

Ancak radyoaktif gaz basıncı çok yüksekse

containment fails and the gasses escape into the air,

bariyer yetersiz kalır, gaz havaya karışır

spreading as far and wide as the wind blows.

ve rüzgarla birlikte geniş alanlara yayılır.

The radioactive fission products in these vapors

Bu buharlardaki radyoaktif füzyon ürünleri,

eventually decay into stable elements.

nihayetinde kararlı elementlere bozunur.

While some decay in a few seconds,

Bazı bozunmalar birkaç saniye sürerken,

others take hundreds of thousands of years.

bazıları yüz binlerce yıl alır.

The greatest challenge for a nuclear reactor

Bir nükleer reaktör için en büyük zorluk,

is to safely contain these products

bu ürünleri güvenli bir şekilde saklamak,

and keep them from harming humans or the environment.

insanlara ve çevreye zarar vermekten korumaktır.

Containment doesn't stop mattering once the fuel is used up.

Yakıt tükendiğinde, önlemler önemini yitirmez.

In fact, it becomes an even greater storage problem.

Aslında, daha da büyük bir depolama sorunu haline gelir.

Every one to two years,

Her iki yılda bir,

some spent fuel is removed from reactors

kullanılmış yakıt reaktörlerden çıkarılır,

and stored in pools of water that cool the waste

atıkları soğutan su havuzlarında depolanır

and block its radioactive emissions.

ve radyoaktif yayılma engellenir.

The irradiated fuel is a mix of uranium that failed to fission,

Saçılan yakıt, bölünemeyen karışım uranyum,

fission products,

füzyon ürünleri ve plütonyum içerir,

and plutonium, a radioactive material not found in nature.

plütonyum, normalde doğada bulunmayan radyoaktif bir maddedir.

This mix must be isolated from the environment

Bu karışım, tamamen yok olana dek,

until it has all safely decayed.

doğadan izole edilmelidir.

Many countries propose deep time storage in tunnels drilled far underground,

Birçok ülke, yeraltı tünelleri kazmayı ve uzun vadeli depolamayı önermekte

but none have been built,

ancak hiçbiri inşa edilmedi

and there's great uncertainty about their long-term security.

ve uzun vadeli güvenlik konusunda büyük belirsizlikler var.

How can a nation that has existed for only a few hundred years

Sadece birkaç yüzyıldır var olan bir ülke,

plan to guard plutonium through its radioactive half-life

radyoaktif yarılanma ömrü 24 bin yıl olan plütonyum için nasıl plan yapabilir?

of 24,000 years?

Today, many nuclear power plants sit on their waste, instead,

Bugün, birçok nükleer enerji santrali,

atıklarının uzun süre depolanması gerekirken,

storing them indefinitely on site.

şu anda atıklar için hiçbir şey yapmamaktadır.

Apart from radioactivity, there's an even greater danger with spent fuel.

Radyoaktivitenin yanı sıra, kullanılmış yakıt nedeniyle daha büyük tehlike vardır.

Plutonium can sustain a chain reaction

Plütonyum zincir reaksiyonunu sürdürebilir

and can be mined from the waste to make bombs.

ve bomba yapımı için atıklardan elde edilebilir.

Storing spent fuel is thus not only a safety risk for the environment,

Bu nedenle kullanılmış yakıtın depolanması sadece çevre için değil,

but also a security risk for nations.

ülkeler için de güvenlik riski taşır.

Who should be the watchmen to guard it?

Bu önlemler kim tarafından denetlenmeli?

Visionary scientists from the early years of the nuclear age

Nükleer çağın erken dönemlerinde,

pioneered how to reliably tap the tremendous amount of energy

ileri görüşlü bilim insanları şu konuları seslendirdi:

inside an atom -

"Patlayıcı olan atom içindeki bu korkunç enerji

as an explosive bomb

nasıl güvenli hale getirilir?

and as a controlled power source with incredible potential.

Nasıl kontrollü büyük bir enerji kaynağına dönüştürülür?"

But their successors have learned humbling insights

Ama sonradan gelen bilim adamları,

about the technology's not-so-utopian industrial limits.

teknolojinin ütopik olmayan endüstriyel limitlerini tecrübe ettiler.

Mining the subatomic realm makes for complex, expensive, and risky engineering.

Atom altı alemden enerji elde etmek,

karmaşık, pahalı ve riskli bir mühendisliktir.