Isı çevrimine bağlı olarak elektrik üretmesi ile bir termik santral olmasına rağmen nükleer santrali termik santralden ayıran en önemli özelliklerden biri, kaza durumunda sonuçların ağır olması nedeniyle göz önüne alınması gereken güvenlik (safety) kavramıdır. Santralde temelde 3 adet güvenlik fonksiyonu vardır.

1. Reaktivitenin kontrolü (reactivity control)

2. Bozunum ısının bertaraf edilmesi (decay heat removal)

3. Radyoaktif maddenin sınırlandırılması 

Literatürde ve düzenleyici kuruluşların dokümanlarında bu üç fonksiyon farklı ifadelerde aynı anlamda verilebilmektedir. 


Güvenlik fonksiyonlarını gerçekleştirmede santral teknolojisine göre aktif veya pasif sistemler kullanılabilir. Güvenlik fonksiyonu gerçekleştirmede aktif ve pasif sistem kavramı,  elektrik sistemine ve şebekeye ne kadar bağımlı olunduğu ve ayrıca operatör müdahalesi gerekip gerekmediği ile ilgilidir. Pasif sistemlerde operatör müdahalesi olmaksızın ve elektriksel güce ihtiyaç duymadan güvenlik fonksiyonu örneğin artık ısının  ya da bozunum ısısının bertaraf edilmesi sağlanabilmektedir. Pasif sistemlerde elektrik yerine yerçekimi, ısı iletimi gibi doğal güçler kullanılarak fonksiyonlar gerçekleştirilir. 

Normal İşletme Sırasında Isının Kullanımı

Santralın normal işletilmesi sırasında reaktörde fisyon sonucu oluşan ısı reaktör soğutma pompasının bastığı reaktör soğutucusuna (PWR'larda basınçlı su, reaktör teknolojisine göre farklı elementler olabilmektedir) aktarılarak buhar üretecine gelir ve eşanjör formundaki buhar üretecindeki suyu buharlaştırdıktan sonra reaktör soğutucusu nispeten soğuyarak tekrar reaktöre basılır. Buhar üreticinde oluşan buhar türbine gönderilir. Türbin kanatlarına çarpan buhar, türbini döndürür. Klasik santrallerde olduğu gibi türbine akuple durumdaki senkron generator rotoru dönerek değişken manyetik alanla generator statorundan gerilim elde edilir ve elektrik iletim şebekesine yükseltici trafo ve şalt sahası üzerinden verilir. Türbinde elektrik üretimi için iş yapan buhar daha sonra kondenserde yoğuşarak tekrar ana besleme suyu sistemi ile buhar üreticine buharlaşması için basılır ve döngü devam eder. Böylece oluşan ısı elektrik üretiminde kullanılır. 

Devreden Çıkma Durumunda Bozunum Isısı

Nükleer santral devreden çıkartıldığında reaktör önemli miktarda bozunum ısısı (decay heat) denilen bir ısı üretmeye devam eder. Bu ısı reaktörden uzaklaştırılmazsa reaktörde bulunan yakıtın erimesine yol açarak bir nükleer kazaya sebep olabilir. Bozunum ısısının reaktör kapatıldıktan sonra dış ortama atılması gerekmektedir. Bakım gerektiğinde de reaktör soğutma sisteminin basınç ve sıcaklığının bakım personelinin güvende olabileceği değerlere düşmesi gerekmektedir.

Santrallere göre sistemlerin görevleri değişmekle birlikte yardımcı besleme suyu sistemi (auxiliary feedwater) ve türbin bypass valfleri reaktör devre dışı edildikten sonra bozunum ısısını atmaya yarar. Bazı santrallerde yardımcı besleme suyu sisteminin görevi ana besleme suyu sisteminin devre dışı olduğu durumda çalışmaktır.  

Şekil 1'de gösterildiği gibi yardımcı besleme suyu sistemi kondensat depolama tankından aldığı suyu buhar üreticine basar ve buhar üretecinde ise bozunum ısısı nedeniyle yardımcı besleme suyu pompasının bastığı su buharlaşır ve türbin bypass valfleriyle kondensere gönderilir ve kondenserde yoğuşarak ısısını kaybeder. Kondenser sirkülasyon suyu pompaları ile bir soğutma kulesinden ya da su kaynağından su alarak yoğuşmayı gerçekleştirir. 


Şekil 1. Nükleer santralin devreden çıkması durumunda bozunum ısısı bertarafı














Bozunum ısısı buhar üreticinde yeteri kadar buhar üretecek kadar yüksek değilse ve reaktör soğutma sisteminde (birincil döngü) basınç ve sıcaklık işletme limitleri içindeyse "artık ısı bertaraf sistemi (Residual heat removal system -RHR)" vasıtası ile reaktör soğutulmaya devam edilir ve ısı dış ortama atılmaktadır. Artık ısı bertaraf sisteminin eşanjörü (RHR Eşanjör) de  Bileşen Soğutma Suyu Sistemi (Component Cooling Water System-CCW) ile soğutulur. CCW ise servis suyu sistemi (Service Water) ile dış ortama ısı atılarak soğutulmaktadır. Böylece güvenlik fonksiyonu olarak bozunum ısısının atılması santralin devre dışı olma durumunda sağlanmaktadır. Artık ısı bertaraf sistemi ile santral, bakım çalışmalarında personel girişlerine yönelik yeteri kadar düşük sıcaklığa ulaşıncaya kadar soğutulur. Pompaların kullanımı bir elektriksel besleme gerektirdiğinden aktif sistemle güvenlik fonksiyonu gerçekleştirilmiştir. 

Olay/Kaza Durumunda Bozunum Isısının Atılması ( Acil Durum Reaktör Soğutma)

Acil durum reaktör soğutma sistemi, enjeksiyon  sistemleri (Yüksek, Orta, Alçak Basınç enjekte), toplayıcı ve tanktan oluşur (Şekil 2). Reaktör soğutucusu kaybı ile oluşan kaza durumunda reaktörü soğutarak yakıtın hasar görmesini en aza indirmeye çalışır. Bu durumda reaktöre bol miktarda soğuk, boronlu su basılır. 

Acil durum reaktör soğutma sisteminin diğer görevi ana buhar hattında kırık olması durumunda soğutma fonksiyonunun ardından reaktörü kapalı tutmak amacıyla ek nötron zehiri sağlamaktır. Aynı boronlu su kaynağı (refueling water storage tank) kullanılarak bu fonksiyon gerçekleştirilir. 



Şekil 2 Acil durum reaktör soğutma


Her bir basınçtaki enjekte sisteminde 2 adet pompa bulunur. Acil durum reaktör soğutma sistemi normal elektrik beslemesinin kaybı durumunda (LOOP olarak da geçer, iletim şebekesinin kaybı durumunda acil durum alternatif akım kaynakları devrede olmalıdır) çalışabilir konumda olması zorunlu olduğundan bu sistemler dizel generator gibi acil durum elektrik besleme sistemlerinden beslenir.

Yüksek basınç enjekte sistemi kimyasal ve hacim kontrol sistemindeki pompaları kullanır. Acil durum aktivasyon sinyalinin ardından sistem otomatik olarak RWST'den su alarak reaktör soğutma sistemine basar. Reaktör soğutma sistemi basıncının yüksek olduğu ( reaktör soğutma sisteminde küçük kırık, buhar kırığı kazaları, buhar üreteci tüplerinden reaktor soğutma sıvısından kaçakların türbin tarafına geçmesi) durumda çalışır.

Orta basınç enjekte sistemi birincil devrede basıncın nispeten yüksek olduğu kırıklarda  acil durum sinyali RWST'den su alarak reaktör soğutma sistemine basar.

Toplayıcılar reaktör birincil devrede soğuk kısma yani buhar üretecinin çıkış kısmından gelip reaktöre girdiği kısma bağlanır ve çalışması için elektrik beslemesine ihtiyaç yoktur. Toplayıcı tankı bol miktarda basınçlı nitrojen gazı ile boronlu su içerir. Eğer birincil devre basıncı yeteri kadar düşükse nitrojen boronlu suyu tanktan çıkması için zorlar ve reaktör soğutma sistemine doğru hareket ettirir. Birincil devrede yani reaktör soğutma devresinde basıncın hızlı düştüğü büyük çaplı kırıklarda su sağlamak amacıyla tasarlanmıştır. 

Düşük basınç enjekte sistemi büyük çaplı kırıklarda (çok düşük basınç) RWST'den reaktör soğutma sistemine su basar. Artık ısı bertaraf sistemine bağlıdır. Ayrıca, bu sistem muhafaza (containment) alt kısmından su çekerek RHR eşanjörüne basar ve soğutulmuş suyu reaktöre soğutma amaçlı gönderir. Bu yöntemle RWST boşaldığında (büyük çaplı kırık) uzun dönemli reaktör soğutma ve resirkülasyon sağlanmaktadır.


Kaynak: US NRC Nuclear Reactor Concepts Course