Çernobil Nükleer Kazası 1: Giriş ve Reaktörün Yapısı

Çernobil Nükleer Kazası, insanlık tarihinde yaşanan en büyük facialardan birisidir. Bu yazı dizimizde, kazanın meydana geldiği reaktörün yapısını inceleyecek, alınan ve felakete götüren hatalı kararlar hakkında konuşacağız.
Kusurlu bir reaktör tasarımının, yeterli eğitime sahip olmayan personelin ve güvenlik kültürü eksikliğinin meydana getirdiği bu kazada; resmi rakamlara göre kazanın meydana geldiği gün 2 kişi ve kazadan birkaç hafta sonra da 28 kişi olmak üzere toplamda 30 kişi akut radyasyon sendromu etkisiyle hayatını kaybetmiştir.

Çernobil Güç Kompleksi ve Bölge

Ukrayna'nın Kiev kentine 130 kilometre, Beyaz Rusya'ya 20 kilometre uzakta bulunan güç kompleksi, RBMK-1000 tasarımına sahip 4 nükleer reaktörden oluşmaktaydı. 1970 ile 1983 yılları arasında inşaatı tamamlanan 4 reaktörün yanı sıra, kaza gerçekleştiğinde 2 reaktörün de inşaatı sürmekteydi.
Türkiye Atom Enerjisi Kurumunun 2007 yılında yayımladığı "20.Yılında Çernobil" isimli çalışmada, dünyada bulunan RBMK (Yüksek Güçlü, Basınç Tüplü Reaktör) tipi reaktörler şu şekilde gösterilmiştir:

Kompleksin yer aldığı bölgeye 3km uzaklıkta bulunan Pripyat'ın nüfusu yaklaşık 50.000; bölgeye 15km uzaklıkta bulunan Çernobil'in nüfusu ise yaklaşık 12.000'dir. 30km'lik bir yarıçap içerisinde bulunan toplam nüfus yaklaşık 125.000'dir.

RBMK Tasarımı

Sovyet tasarımı olup, moderatörolarak grafit kullanılan RBMK-1000'ler, yakıt olarak %2 oranında zenginleştirilmiş uranyum dioksit kullanmaktadırlar. Sistemde kullanılan su, hem soğutucu hem de türbinleri besleyen buhar görevi görmektedir.
Moderatör (yavaşlatıcı) olarak grafit kullanımının; nötron kaçaklarını azaltmak, yüksek ısı kapasitesine sahip olmak gibi avantajları bulunmaktadır.

Yakıt çubuklarının etrafında bulunan basınçlı tüplerin içerisinden su geçmektedir. Geçen bu su, yakıt çubuğunda gerçekleşen fisyon sonucu oluşan enerji ile ısınır. Isınan su, buhar jeneratöründe buhar haline getirilir ve oluşan buhar, türbinleri besler.
Tüm reaktörlerin çalışma prensibi genel itibariyle aynı olduğu için, ayrıntılara girmiyoruz. Reaktörlerin çalışma prensipleri hakkında daha ayrıntılı bilgi için "Nükleer Reaktörler" yazımıza bakabilirsiniz.
RBMK tipi reaktörleri diğer reaktör tiplerinden ayıran özellik, sahip oldukları "pozitif boşluk reaktivite katsayısı"dır. Yazımızda da üzerinde duracağımız asıl konu budur.

Boşluk Reaktivite Katsayısı

Yukarıda da bahsettiğimiz gibi, reaktör su ile soğutulmaktadır ve aynı su, buhar üretiminde de kullanılmaktadır. Genel itibariyle, çekirdekten geçen su sıvı halde olmasına rağmen, içerisinde belirli bir miktar su buharı da içerir.
Sıvı haldeki su, su buharından daha iyi bir nötron soğurucudur. Bu sebeple, çekirdekten geçen sıvı haldeki suyun, içinde bulunan su buharına oranı, çekirdeğin reaktivitesindeki değişim hakkında bizlere bilgi verir.
Eğer ki, boşluk katsayısı negatifse, çekirdekteki buhar artışı, reaktivitenin düşüşü anlamına gelir. Nükleer reaktörler hakkındaki yazımızda anlattığımız basınçlı reaktörlerde olduğu gibi, negatif boşluk katsayısına sahip reaktörlerde, su hem moderatör hem de soğutucu görevi görür. Buhar artışı, nötronların yavaşlamasına ve fisyon yapabilir hale gelmesine engel olacağından, bu tip reaktörlerde reaktivitenin düşmesine sebep olur.
Batıda kullanılan neredeyse bütün nükleer reaktörlerde, boşluk reaktivite katsayısı negatiftir. Bu özellik, reaktörlerde bulunan en temel güvenlik önemlerinden birisidir.
RBMK tipi reaktörlerde ise, moderatör ve soğutucunun farklı olmasından ötürü, buhar artışı, yakıta ulaşan termal (fisyon yapabilir enerjiye sahip, moderatör tarafından yavaşlatılmış) nötron sayısını arttırmaktadır. Yakıta ulaşan termal nötron sayısındaki artış da, reaktivitenin artmasını sağlar. Bu tip reaktörlerde, boşluk reaktivite katsayısı pozitiftir.
Çernobildeki kaza anında, boşluk reaktivite katsayısı öyleysine yüksekti ki, sistem tarafından üretilen güç artışı, daha fazla buhar üretimini mümkün kıldı. Artan buhar oranı, hem soğrulan nötron sayısını azalttı hem de suyun çekirdeği soğutma gücü, bu sebeple azalmış oldu.
Bu korkunç döngü sonucunda güç, reaktörün verilen kapasitesinden 100 kat daha yüksek bir seviyeye ulaştı.
Moderatör ve soğutucusu farklı olan modern tasarımlarda, bu kısır döngüye girilmemesi için ikincil bir kapatma sistemi bulunmaktadır. Ancak Çernobilde kullanılan RBMK tipi reaktörlerde, ne yazık ki bu ikincil sistem bulunmamaktadır.

Sistemdeki Kontrol Çubukları

Reaktörde, toplamda 211 adet kontrol çubuğu bulunmaktaydı. Bunlar 3 grupta sınıflandırılabilir. Reaktör çekirdeğindeki dengesiz güç dağılımını engellemekle görevli otomatik kontrol çubukları, elle işletilen kontrol çubukları ve tehlike anında reaktörü durdurmaya yarayan kontrol çubukları.
Gelecek yazılarımızda, kazaya sebep olan kararlardan ve patlamanın nasıl meydana geldiğinden bahsedeceğiz. Ardından da, kaza sonucu açığa çıkan radyoaktif materyal ve bunun etkileri üzerine konuşacak, sonuçları değerlendireceğiz.
Ege Can KARANFİL

---

Referanslar
1.WorldNuclear, "Chernobyl Accident 1986"
<https://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/chernobyl-accident.aspx>
2.WorldNuclear, "RBMK Reactors"
<https://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/chernobyl-accident.aspx>
3.TAEK Yayınları, "20.Yılında Çernobil: Çernobil Nükleer Santralinin Özellikleri ve Kazanın Oluşumu", 2007
Kapak Görseli:
<https://undark.org/article/book-review-plokhy-chernobyl/>