Gaz soğutmalı reaktörler, ilk tasarımlanan ve inşa edilen türlerden bir tanesidir. Bu tür reaktörlerde RBMK’larda olduğu gibi yavaşlatıcı olarak grafit kullanılmaktadır.Gaz soğutmalı reaktörlerde soğutucu olarak karbon dioksit, helyum veya hava kullanılmıştır. Bu türlerin en önemli avantajı, gazın suya oranla çok daha yüksek sıcaklıklara ısıtılabilmesi, böylece verimlerinin çok daha yüksek olmasıdır.
Bugüne kadar ABD, İngiltere, Fransa, Almanya, Çin gibi birçok ülke gaz soğutmalı reaktörlere ilgi göstermiştir. Gaz soğutmalı reaktörlere en büyük ilgiyi İngiltere göstermiş ve bu tür reaktörleri ticarileştirmek için büyük çaba sarf etmiştir. Bugün İngiltere halen gaz soğutmalı reaktörleri ticari elektrik enerjisi üretmek amacıyla kullanmakta olan tek ülke durumundadır.
1943-1950 yılları arasını,gaz soğutmalı grafit yavaşlatıcılı reaktörlerin deneysel dönemi gözü ile bakmak mümkündür. 1951-53 yılları arasında İngiltere elektrik üretmek amacıyla ticari gaz soğutmalı reaktörleri geliştirme çalışmalarına başlamıştır. Aynı yıllarda Fransa’da da grafit moderatörlü gaz soğutmalı reaktörler geliştirilmiştir. 1956-68 yılları arasında hava soğutmalı 1,7 MWe kapasiteli Marcoule G-1 reaktörü kurulup işletmeye alınmıştır. Fransa’nın ilk ticari gaz soğutmalı reaktörü Chinon A-1, 1957 yılında hizmete girmiştir. Bu ilk reaktörü takiben, Fransa bu tür reaktörlerden 7 ünite daha inşa etmiştir. Fransa, 1960’lı yılların başında 480 MWe çıkış gücündeki 1 üniteyi de İspanya’ya ihraç etmiştir. Bugün Fransızların geliştirdiği gaz soğutmalı grafit moderatörlü reaktörlerin hepsi (İspanyadaki de dâhil) kapatılmış durumdadır.
İngiltere’de ise bu reaktörler iki nesil olarak geliştirilmeye devam edilmiştir. İlk nesil reaktörler MAGNOX, ikinci nesil reaktörler ise AGR adıyla tanınmaktadır.
İngiltere’de ilk nesil gaz soğutmalı grafit yavaşlatıcılı reaktörler, 1956-71 yılları arasında devreye alınan MAGNOX adı verilen reaktörlerdir. MAGNOX’lar grafit bloklarından oluşan dev bir reaktör kalbine sahip bulunmaktadır. Silindire yakın bir reaktör kalbi bölgesi oluşturabilmek için binlerce grafit blok üst üste ve yan yana yığılmıştır. Oluşan bu bölgede belirli sayıda dikey yakıt kanalı açılmıştır ve bu kanallarda yakıt elemanları üst üste yerleştirilmektedir. MAGNOX’larda soğutucu olarak kullanılan karbon dioksit gazı (CO2), gaz pompaları yardımıyla basınçlandırılarak kanalların altından girmekte, yakıtın üzerinden geçerek ısınmakta ve kanalları yukarıdan terk ederek buhar üreteçlerine gitmektedir. Buhar üreteçlerinde enerjisini ikinci döngüdeki suya aktararak, suyun buharlaşmasını sağlamaktadır. Oluşan buhar elektrik üretiminde kullanılmak üzere türbin adasına gönderilmektedir. MAGNOX türü nükleer santralların basitleştirilmiş şeması Şekil 1’te gösterilmiştir.
MAGNOX reaktörlerinin tasarımları, inşa edilen her yeni ünite ile birlikte zaman içerisinde önemli değişikliklere uğramıştır. Dolayısıyla birbirinin aynısı olan iki MAGNOX santrali bulmak mümkün değildir. Değişiklikler arasında en önemlisi, inşa edilen ilk santrallerde çelik basınç kabı kullanılırken, son iki santralde ön-gerilmeli betonarme basınç kabının kullanılmasıdır.
Şekil 1. MAGNOX Türü Nükleer Santral Basitleştirilmiş Şeması
MAGNOX reaktörlerinde yakıt olarak doğal metal uranyum kullanılmaktadır. Uranyum metalinin yakıt elemanları şekilde dökümü yapılmakta ve işlenerek yakıt elemanı şekline getirilmektedir. Daha sonra magnezyum-alüminyum alaşımı (MAGNOX) ile kaplanarak reaktörlerde yakıt elemanı olarak kullanılmaya hazır hale getirilmektedir. MAGNOX’larda belirli aralıklarla yakıt değiştirilmesi yapılması gerekmektedir. Yakıt elemanları reaktörde yaklaşık ortalama 5-7 yıl arası bir süre kullanılabilmektedir. Yakıt değiştirme aynen RBMK ve CANDU türü santrallerde olduğu gibi özel olarak geliştirilmiş bir yakıt değiştirme makinesi yardımıyla gerçekleştirilmektedir. Bu makine, reaktör tam güçte çalışırken yakıt değiştirme işlemini gerçekleştirebilmekte, yakıtın değiştirilmesi için reaktörün kapatılması gerekmemektedir.
MAGNOX’larda 100 civarında kanal da bor emdirilmiş çelik içeren kontrol çubuklarının hareketi için ayrılmış bulunmaktadır. Kontrol çubukları elektrikli motorlar yardımıyla hareket ettirilmektedir. Elektrik sisteminde bir problem oluştuğunda, kontrol çubukları yer çekimi ile otomatik olarak düşmektedir. MAGNOX’larda ayrıca bor boncukları veya toz bor enjekte eden ikinci bir kapatma sistemi daha bulunmaktadır.
İngilizler, Japonlara ve İtalyanlara da birer adet MAGNOX reaktörü ihraç etmiştir. Latina, İtalya’da Çernobil kazası sonrası yapılan halk oylamasının ardından diğer nükleer santrallerle beraber 1987 yılında kapatılmıştır. Japonya’daki Tokai-1 ise işletme ömrünün sonunda, 1998 yılında kapatılmıştır.
AGR’lere (Advanced Gas-CooledReactor) ikinci nesil gaz soğutmalı reaktörler gözü ile bakmak mümkündür. AGR’lerde çok daha yüksek yakıt ve soğutucu sıcaklıklarına ulaşılmaktadır. Dolayısıyla bu modellerin verimleri MAGNOX’lara oranla daha yüksektir. AGR’lerin de aynen MAGNOX’lar gibi kurulan yeni santrallerle beraber tasarımları geliştirilmiş ve farklılaştırılmıştır. Her AGR reaktörü, 600-660 MWe kapasiteli ikiz ünitelerden oluşmaktadır. AGR’ler, yoğun olarak 1967-89 yılları arasında,prototiple beraber toplam 15 ünite inşa edilmiştir.
AGR’nin reaktör kalbi bölgesi, kavramsal olarak MAGNOX reaktörleri ile aynıdır. Silindire yakın grafit yavaşlatıcıdan oluşan bir reaktör kalbi bölgesine sahiptir. Grafit bloklar üst üste ve yan yana dizilerek 16 köşeli (silindir şekline yakın) bir reaktör kalbi bölgesi elde edilmektedir.AGR’lerde grafit ortamda açılan yakıt kanallarının sayısı MAGNOX’larda olduğu gibi binlerce değil sadece birkaç yüzdür ve bu kanallar aşağıdan yukarıya doğru uzanmaktadır. Enerjinin üretildiği aktif bölge yaklaşık 10 grafit bloğu yüksekliğindedir. Aktif bölgeyi çevreleyen nötron yansıtacı (reklektörü) ve zırh görevini üstlenen üst, alt ve yan grafit blokları bölgeleri de bulunmaktadır. Reaktör aktif bölgesi, üst alt ve yan bölgeleri de dâhil, reaktör kalbi yaklaşık 6000 grafit bloktan oluşmaktadır.
Şekil 2. AGR Türü Nükleer Santral Basitleştirilmiş Şeması
Yakıt kanallarında 7 veya 8 yakıt demeti üst üste yerleştirilmiştir. Kanallardaki yakıt demetleri ortadan geçen nikel/krom alaşımı çubuklarla birbirine tutturulmuştur. Her yakıt kanalında, bir üst kapak yardımıyla “yakıt değiştirme holü” olarak kullanılan reaktör kalbinin üst bölgesi oluşturulmaktadır.
AGR’lerde reaktör silindir şeklinde ön-gerilmeli beton bir basınç kabının içine yerleştirilmiştir. Bu beton yapı içinden geçen çelik kirişler yardımıyla güçlendirilmiş ve ön-gerilmeli hale getirilmiştir. Betonun yüzeyi yalıtkan çelik ile kaplanmıştır. Beton kabı iç bölgelerine yerleştirilen soğutma sistemi yardımıyla beton yapı sürekli soğutulmaktadır. Bu basınç kabı hem soğutucu gazına ev sahipliği yapmakta, hem radyasyona karşı zırh görevini görmekte, hem de koruma kabuğu olarak işlev görmektedir.
Betonarme basınç kabının içinde, reaktör kalbi, buhar üreteçleri ve soğutucu gazı pompaları bütünleşmiş hale getirilmiştir. Reaktör kalbi bölgesinin çapı yaklaşık 12 metre ve yüksekliği ise yaklaşık 10 metredir (onaltıgen yapıda).
Soğutucu gazı pompaları, Şekil 2’te gösterildiği gibi karbon dioksit gazını reaktör kalbine basmaktadır. AGR’lerde karbon dioksit reaktör kalbine girmekte ve yaklaşık 600 °C sıcaklıkta çıkmaktadır. Bu yüksek sıcaklıklı gaz sayesinde, buhar üretecinde ikinci döngü suyu buharlaştırılarak kızgın buhar oluşmaktadır. Oluşan buhar türbine gönderilmekte ve besleme suyu pompaları yardımıyla buhar üreteçlerine geri dönmektedir. AGR’lerde buhar üreteçlerinin sayısı 2, 4, 8 veya 12 olmuştur (her santralde farklı). Tipik olarak 8 adet de ana soğutucu gazı pompası kullanılmıştır.
AGR’lerdeki yakıt tasarımı MAGNOX’larınkinden çok farklıdır. AGR’lerde daha yüksek sıcaklıklara çıkıldığından, yakıt olarak yüksek sıcaklıklara karşı daha dayanıklı bir malzeme olan uranyum dioksitin ve yakıt zarfı malzemesi olarak da paslanmaz çeliğin kullanılması gerekmiştir. Paslanmaz çeliğin nötronları yutma özelliğinden dolayıda %2,5- %3,5 oranlarında uranyumun zenginleştirilmesine ihtiyaç duyulmuştur. Yakıt peletlerinden 64 tanesi paslanmaz çelikten imal edilmiş boruların içine doldurularak yakıt çubukları haline getirilmekte, bu yakıt çubuklarından 36 tanesi grafit kılıfın içerinde destek ızgaraları ile bir araya getirilerek yakıt demetleri oluşturulmaktadır. AGR’lerde yakıt demetleri yaklaşık 1 metre uzunluğa sahip bulunmaktadır. AGR’lerde de aynen MAGNOX’larda olduğu gibi özel tasarımlanmış yakıt değiştirme makineleri yardımıyla, reaktör tam güçte çalışırken yakıt değişimi yapılabilmekte, yakıt değiştirme için reaktörün kapatılması gerekmemektedir.
AGR’lerde yakıt kanalları dışında, kontrol çubuklarının hareket edebilmesi için de genelde 80-90 civarında kontrol çubuğu kanalı bulunmaktadır. Kontrol çubukları MAGNOX’unkiler gibi bor emdirilmiş paslanmaz çelikten imal edilmektedir. AGR’lerde kontrol çubukları genellikle 4 grup olarak düzenlenmiştir. Bunların yarısı reaktör kapatma sistemi olarak, diğer yarısı da reaktörde güç dağılımını düzenlemek amacıyla kullanılmaktadır.
AGR’lerde ayrıca tamamen bağımsız, reaktör kalbine alttan yüksek basınçta azot gazı basan ve nötron yutucu bor boncuklar enjekte eden kapatma sistemleri de bulunmaktadır. Bu sistemler, kontrol çubuklarından oluşan kapatma sistemi görevini yapamadığı durumlarda otomatikman devreye girecek şekilde düzenlenmiştir ve grafit gövdenin üzerinde bu amaçla kanallar açılmıştır. AGR’lerde grafit bloklar üzerinde ölçü-kontrol aygıtları için de kanallar bulunmaktadır.
Bundan sonra ne İngiltere’de ne de dünyadaki başka bir ülkede, ne MAGNOX, ne de AGR ünitelerinin yapılması beklenmektedir.
Küçük Modüler Reaktörler (SMR), geleneksel büyük ölçekli reaktörlerden daha küçük, daha çok yönlü ve daha kolay konuşlandırılabilir olacak şekilde tasarlanmış yeni nesil nükleer reaktörlerdir. Yaklaşık 10 ila 300 megavat (MW) arasında değişen boyutlardaki bu reaktörler, nispeten kolay bir şekilde monte edilebilen ve taşınabilen modüler bileşenler kullanılarak inşa edilir. Bu modüler tasarım, daha akıcı bir inşaat süreci, daha hızlı konuşlandırma ve seri üretim potansiyeli sağlar. SMR'ler ayrıca, aktif mekanik sistemler yerine yerçekimi ve konveksiyon gibi doğal olaylara dayanan pasif güvenlik özellikleri sayesinde, daha büyük muadillerinden doğal olarak daha güvenli olacak şekilde tasarlanmıştır.
Nesil IV (Gen IV) reaktörler, nesil III reaktörlerin halefleri olarak öngörülen nükleer reaktör tasarım teknolojileridir. Nesil IV reaktörlerin gelişimini koordine eden uluslararası bir organizasyon olan Nesil IV Uluslararası Forumu (GIF), özellikle altı reaktör teknolojisini nesil IV reaktörler için aday olarak seçmiştir. Tasarımlar, iyileştirilmiş güvenlik, sürdürülebilirlik, verimlilik ve maliyeti hedeflemektedir. Dünya Nükleer Birliği, 2015 yılında bazılarının 2030'dan önce ticari faaliyete geçebileceğini öne sürmüştür.
Nükleer endüstri, tesis operasyonlarını geliştirmek için dijital araçları benimsiyor. 3B modelleme, Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT) sensörleri ve AI destekli tanılama gibi teknolojiler, ekipman sağlığını izlemek, bakım ihtiyaçlarını tahmin etmek ve performansı optimize etmek için uygulanıyor. Örneğin, Çin'deki Tianwan Enerji Santrali, performans parametrelerini gerçek zamanlı olarak analiz etmek için veri yönetimi yazılımı kullanıyor, böylece riskleri azaltıyor ve ekipman ömrünü uzatıyor.
Bizimle İletişime Geçin
Herhangi bir sorunuz, öneriniz veya iş birliği teklifiniz için benimle iletişime geçmekten çekinmeyin. Yalnızca birkaç adımda ulaşabileceğiniz bu sayfadan size en hızlı şekilde geri dönüş yapacağım. Beni e-posta veya iletişim formu aracılığıyla rahatlıkla bulabilirsiniz. Yardımcı olmaktan memnuniyet duyarım!
