BÖLÜM 5 NÜKLEER KİMYA

BÖLÜM 5
NÜKLEER KİMYA
ÖZET
• Genel Bakış
• Radyoaktivite Çeşitleri
• Radyoaktivite Nasıl Ölçülür
• Çekirdek Kararlılığı
• Radyoaktif Bozunma Hızı
• Radyasyon Yağmurundan Nasıl Korunulur?
• Nükleer Füzyon
• Nükleer Fizyon
• Nükleer Reaktörler
1
GENEL BAKIŞ
Kaynağın Tüketilmesine Kadar Geçecek Süre (yıl)
• Fosil Yakıt Rezervleri:
900
800
Ekonomik olarak Kullanılabilir
Kaynaklar
Bilinen Tüm Kaynaklar
700
600
500
400
300
200
100
0
Petrol
Kömür
Petrol ve Doğal Gaz Üretimi 2004 Senaryosu
2
Fosil Yakıtlardan elde edilen enerji
Karbon dioksit
yanma
Oksijen
( 5 2 O2 )
160 eV
Kömür
(2 CH)
Su buharı
• Fosil Yakıt (Kömür) Enerji yoğunluğu : 2.9 x
107
J/kg
• 1000-MWe yakıt tüketen fabrika: 7,300,000 kg/gün
• Atık:
Kömürün yanması ile oluşan ürünler
NOx
Yüksek sıcaklıkta
yanma
SOx kömürün içinde bulunan S (0.4% - 5%)
Kül
CO2
kömürün5% - 25%
Yapı malzemesi
Küresel ısınma
1999 Global Kömür Tüketimi: 3 milyar ton
Nükleer Fizyondan elde edilen enerji
FİZYON ÜRÜNLERİ
aktiflenme
neutron
fizyon
.
neutron
235
neutron
200 MeV
fizyon
235
U
239
U,
ZİNCİR
TEPKİME
Pu, vs
• Fizyon yakıt yoğunluğu : 8.2 x 1013 J/kg (20,000 tHE/kg)
• 1000-MWe fizyon yakıt tüketen fabrika : 3.2 kg/day
• Atık:
% verim
Fizyon ürünleri(3.2 kg/gün)
90Sr, 30 yıl; 137Cs, 30 yıl;
99 Tc, 2x105 yıl; vs..
10
10-1
10-3
60
Kütle No
100
140
180
3
Nükleer Füzyondan elde edilen enerji
HELIUM
füzyon
Deuterium
Tritium
17.6 MeV
neutron
aktiflenme
aktiflenme
ürünü
• Füsyon yakıt yoğunluğu : 3.4 x 1014 J/kg
• 1000-MWe füzyon yakıt tüketen fabrika : 0.6 kg/gün
RADYOAKTİVİTE
• Tanımlar:
– Çekirdek Tepkimesi: Bir çekirdeğin değişime
uğradığı tepkime.
– Radyoaktivite: Bir çekirdeğin kendiliğinden
bozunması
– Radyoaktif: Kendiliğinden bozunan kararsız
çekirdek
– Radyoizotop: Radyoaktif bir izotop
4
RADYOAKTİVİTE
RADYOAKTİVİTE
• Çekirdek Kararlılığı:
5
RADYOAKTİVİTE
RADYOAKTİF BOZUNMA TÜRLERİ
6
RADYASYON ETKİSİNİ AZALTMA
YÖNTEMLERİ
RADYASYONU ENGELLEME
YÖNTEMLERİ
7
YARI-ÖMÜR
238U’
İN BOZUNMASI
8
KARBON 14
KARBON 14: ARKEOMETRE
9
RADYOAKTİVİTE ÖLÇÜMÜ
NÜKLEER REAKTÖRLER
10
NÜKLEER REAKTÖRLER
NÜKLEER REAKTÖRLER
11
NÜKLEER SANTRAL
NÜKLEER SANTRAL
12
NÜKLEER ENERJİ
13
Chernobyl
Chernobyl
• Chernobyl kazası 1986 yılında kusurlu reaktör
tasarımından, tam eğitim almamış personel
kullanımından ve sık sık bakım yapılmamasından
kaynaklanmıştır.
• Buhar patlamasından çevreye ve atmosfere
yayılan radyoaktivite en az çekirdeğin %5’i
kadardır.
14
Chernobyl - Sonuç
• 31 ölü, 500 yaralı. Zarar görmüş mahsullerden ve
kirlenen sudan tüketen 17,000 kişi kanser.
• Hiroshima’ya atılan bombanın 10 katı
büyüklüğünde radyasyon çevreye yayılmıştır.
• Çekirdek çok ısınmış ve patlama kapakta
olmuştur.
ABD’de Nükleer Enerji
9.9%
51.6%
28.1%
16.7%
32.0%
10.4%
16.5%
15
NÜKLEER ENERJİ VE ABD
• Şu anda Amerika Dünyadaki 441 Nükleer Fabrikadan 103 üne ev sahipliği
yapıyor.
• Bu 103 Nükleer Fabrika 31 eyaletin 64 bölgesinde bulunuyor. Sadece
Kaliforniya şehrinde bu fabrikalardan 4 tanesi bulunuyor.
• Ortalama olarak, bu fabrikalar 22 yaşında ,hepsi 40 yıllık olarak inşa
edilmiş ve ilave 20 yıl daha kullanım için yeniliklere açık yapılmıştır.
• Nükleer Enerji Amerika’nın ikinci büyük enerji kaynağıdır.Yıllık enerji
ihtiyacının 20% sini karşılamaktadır.
• 2002 yılındaki ortalama elektrik üretimi nükleer enerjiden 1.71 cent /
kilowatt-saat, kömürden 1.85 cent / kilowatt-saat, petrolden 4.41 cents /
kilowatt-saat, ve gazdan 4.06 cent / kilowatt-saat dir.
Reaktör Kuşakları?
• Kuşak 1 – ilk prototip reaktörler
• Kuşak 2 – bugünün büyük merkezi nükleer
santralleri
• Kuşak 3 – ileri hafif su reaktörleri,yakın gelecekte
• Kuşak 4 – yaklaşık yirmi yıl sonra gerçekleşecek
16
Nükleer Enerji: Olumsuzluklar-Cons
• Nükleer gücün silah yapımında kullanılması
• Tüm atıkların radyoaktifliğini yitirmesi 1000
yıldan fazla alır.
• Radyoaktif atıkları % 50 si nükleer santrallerden
• Atıkların depolanması
Nukleer Enerji : Olumluluklar-Pros
• Gelişen teknoloji atık depolanmasını
kolaylaştıracak
• Fosil yakıtlara göre yıllık kirlenmeye katkıları
çok düşük.
• Yakıt olarak 1 kg Uranium = 3,000 ton kömür =
12,000 varil petrol
• Temiz, etkin ve yüksek verimlilikte
17
O
Te ca
m k-9
m 5
uz
O -95
Te ca
m k-9
m 6
uz
O -96
c
Te a
m k-9
m 7
uz
O -97
c
Te a
m k-9
m 8
uz
O -98
Te ca
m k-9
m 9
uz
O - 99
c
Te a
m k-0
m 0
uz
O - 00
Te ca
m k-0
m 1
uz
O - 01
c
Te a
m k-0
m 2
uz
-0
2
Nukleer Enerji : Olumluluklar-Pros
Enerji kaynaklarının bağıl fiyatları
Aylık fiyat $/MWsaat
120
100
80
60
Kömür
Doğal gaz
Uranyum
Petrol(ağır)
40
20
0
18
Nukleer Enerji : Değerinin oluşması
Yönetim değeri
Temiz hava
değeri
Yatırım
değeri
Nakliye gereksinimi
olmaması
Gelecek fiyat
kararlılığı
Katma
değer
Verimlilik
Enerji
fiyatı
19
BAZI KAYNAKLARDAN ELDE EDİ
EDİLEN YILLIK ORTALAMA
RADYASYON DOZU
20