BÖLÜM 5 NÜKLEER KİMYA
Transkript
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