Ağır Beton ve Nükleer Santral Uygulamaları

Nükleer Enerji ve Nükleer Santral
Nükleer enerji atom çekirdeğinin parçalanması ile açığa çıkan enerjidir. Füzyon, fisyon ve yarılanma reaksiyonları ile elde edilir. Nükleer enerji türü günümüz için son derece önemli ve muazzam bir enerji kaynağıdır. Son yıllarda tüm dünyanın yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmesiyle ve de geçmişte yaşanan nükleer kazaların hem insana hem de çevreye verdiği zararların göz önünde bulundurulmasıyla birlikte, nükleer santraller tartışılan bir konu haline gelmiştir. Buna rağmen, nükleer santrale sahip ülkelerin sayısı hiç az değildir. Ülkemizde de inşaatına başlanan Akkuyu Nükleer Santrali projesi devam etmektedir.
Radyoaktif tepkimeler sonucunda radyoaktif ışımalar meydana geleceğinden, nükleer santral yapımında kullanılan yapı malzemesinin önemi son derece yüksektir. Yapı malzemesinin, meydana gelen radyoaktif ışımaları sönümleyebilecek yapıda olması gerekmektedir. Farklı yapı malzemeleri ve radyoaktif ışımaları sönümleme yeteneğini incelediğimizde ağır betonun özellikle nükleer enerji santrallerindeki reaktör yapımına en uygun malzeme olduğunu görmekteyiz. Aşağıda yer alan görselde radyoaktif ışımaların ve parçacıkların farklı malzemelerden geçme performansları incelenebilir. Birçok malzemeden geçme yeteneğine sahip gama ışınlarının, ağır betonda sönümlendiğini görmekteyiz. Bu açıdan bakıldığında nükleer santral projeleri için ağır betonun ne derece önemli olduğunu görmekteyiz.
Ağır Beton ve Nükleer Santral Uygulamaları
TS EN 206’ya göre birim hacim kütlesi 2600 kg/m3’den daha yüksek olan betonlara ağır beton; 3000 kg/m3’den daha yüksek olan agregalara ağır agrega denilmektedir. Ağır betonun kullanıldığı alanlar aşağıdaki gibidir:
• Nükleer enerji santrallerinde birincil ve ikincil koruma yapılarında
• Radyoaktif atıkların muhafaza edildiği alanlarda
• Radyo terapi odalarında.
Nükleer enerji santralleri koruma yapılarında aranan özellikler aşağıdaki
gibidir:
• Radyolojik korunma,
• Yapısal bütünlük,
• Yüksek basınç dayanımı
• Durabilite
Bu amaca uygun yüksek yoğunluğa ve özel niteliklere sahip ağır betonlar kullanılmaktadır.
Nükleer Santral Reaktör Katmanları
Reaktörün birden fazla katmanı bulunmaktadır. İçerisinde son derece önemli radyoaktif reaksiyonlar meydana geleceği için özel olarak tasarlanmıştır. Reaktör katmanları arasında çeşitli özelliklerde beton yapılar yer aldığı gibi çelik katmanlar da bulunmaktadır. Aşağıdaki resimde reaktörün katmanlarını görebiliriz. İç taraftan dışarıya doğru gidecek olursak, reaktörün merkezinde çelikten imal edilmiş bir reaktör tankı bulunmaktadır ve iç kısmında da reaktör yakıtının bulunduğu bölüm yer almaktadır. Bu bölümü çevreleyen ve birincil koruma yapısı olarak adlandıracağımız iki farklı katmanda beton yapısı yer almaktadır. Beton katmanın bir tanesi kurşun kaplamalıdır ve içten – dıştan kalın çelik tabakası ile sarılmış vaziyettedir. Bu katman aynı zamanda Bio Koruma Katmanı olarak geçmektedir. Bir sonraki katman yine betonarme yapıdan (dry well wall) oluşmaktadır. Tüm bu yapıyı çevreleyen kalın çelikten imal edilmiş muhafaza kazanı yer almaktadır ve en dışta betonarme yapıdan oluşan koruma duvarı vardır. En dışta yer alan betonarme yapıyı ise ikincil koruma yapısı olarak adlandırabiliriz. Bir nükleer enerji santralinde yer alan reaktör katmanlarını incelediğimizde, çeşitli katmanlarda özel niteliklere sahip betonların yer aldığını görmekteyiz.
Tasarım olarak resmini gördüğümüz reaktörün pratik anlamdaki inşaatından bir fotoğraf paylaşacak olursak:
Fotoğraftan da reaktör merkezinin çevresindeki birincil koruma yapısını ve en dıştaki ikincil koruma yapısını görebiliriz.
Ağır Beton Agregası
Betonun hacimce büyük bir kısmı agregadan oluştuğundan dolayı, ağır beton üretiminde agreganın da rolü büyüktür. Betonun fizikokimyasal özelliklerinin ve beton özelliklerinin modifiye edilmesinde, beton agregasının önemli bir rolü bulunmaktadır. Ağır agregalar, içerisinde birçok ağır elementlerin karışımını içerdiğinden nötronların ve fotonların sönümlenmesini sağlayan iyi bir koruma özelliği kazandırırlar betona. Hematit, barit, magnetit, limonit, serpantin gibi doğal agregalar ve içerisinde demir ve çelik gibi malzemeler içeren yapay agregalar da ağır agrega olarak kullanılabilmektedir.
Ağır beton agregasında aranan özellikler aşağıdaki gibidir:
• Birim hacim kütlesinin 3000 kg/m3’den büyük olması
• Alkalilere karşı inert olması
• Düşük ve zararsız kil içeriği
• Uygun partikül boyut dağılımı
Beton Kimyasal Katkıları
Nükleer santral projelerinde reaktör inşaatında kullanılan ağır betonların yanında konvansiyonel betonlar da yer almaktadır. Üretilecek olan beton gereksinimlerine göre TS EN 934:2 Beton Kimyasal Katkıları standardından uygun katkı tipleri seçilmelidir. En çok kullanılan katkı tiplerini Çizelge 2 – 3.1 ve 3.2 – 6 – 8 – 10 – 11.1 ve 11.2 – 12 – 13 olarak sayabiliriz. Kimyasal katkılarda aranan özellikleri ise aşağıdaki gibi sıralayabiliriz:
• Optimum su kesme performansı
• Optimum kıvam koruma performansı
• İşlenebilirlik
• Düşük hava içeriği
• Kohezif özellik