VVER-1200 Reaktörü Nedir? Nasıl Çalışır?

VVER-1200, Rusya tarafından geliştirilen modern basınçlı su reaktörü tasarımlarından biridir. Nükleer enerji santrallerinde kontrollü fisyon reaksiyonundan elde edilen ısıyı elektrik üretim çevrimine aktarmak için kullanılır.

Türkiye’deki Akkuyu Nükleer Güç Santrali projesinde de VVER-1200 ailesine ait reaktörler kullanılmaktadır.

VVER-1200 ismindeki “1200” ifadesi reaktör ünitesinin yaklaşık 1200 MW sınıfındaki brüt elektrik gücünü ifade eder.

Ancak VVER-1200 doğrudan elektrik üreten bir makine değildir.

Reaktörün temel görevi ısı üretmektir.

Reaktörde üretilen ısı suya aktarılır. Sıcak su buhar jeneratörlerine gönderilir. Buhar jeneratörlerinde üretilen buhar türbini döndürür ve türbine bağlı jeneratör elektrik üretir.

Peki VVER-1200 reaktörü nasıl çalışır, reaktörün içerisinde ne bulunur ve birincil devredeki radyoaktif su neden türbine gönderilmez?

Bu yazıda VVER-1200 reaktörünün çalışma prensibini adım adım inceleyeceğiz.

VVER-1200 Nedir?

VVER-1200, VVER tipi basınçlı su reaktörü ailesinin modern tasarımlarından biridir.

VVER ifadesi Rusça:

Vodo-Vodyanoi Energetichesky Reaktor

ifadesinden gelir.

Türkçeye genel olarak:

Su-Su Enerji Reaktörü

şeklinde çevrilebilir.

İsimde iki kez su vurgusu yapılmasının nedeni suyun reaktör sisteminde hem soğutucu hem de nötron moderasyonu açısından kullanılmasıdır.

VVER reaktörleri teknik olarak:

PWR – Pressurized Water Reactor

yani:

Basınçlı Su Reaktörü

sınıfında değerlendirilir.

VVER-1200 ise yaklaşık 1200 MW elektrik gücü sınıfındaki modern VVER tasarımıdır.

VVER-1200 Elektriği Nasıl Üretir?

VVER-1200 sisteminde enerji dönüşümü şu sırayla gerçekleşir:

Nükleer fisyon

↓

Isı enerjisi

↓

Buhar üretimi

↓

Türbinin dönmesi

↓

Jeneratörün dönmesi

↓

Elektrik üretimi

Reaktör çekirdeğinde kontrollü fisyon reaksiyonu gerçekleşir.

Fisyon sonucunda ortaya çıkan enerji yakıt içerisinde ısıya dönüşür.

Birincil devredeki yüksek basınçlı su reaktör çekirdeğinden geçerken bu ısıyı alır.

Sıcak su buhar jeneratörlerine gider.

Buhar jeneratöründe ikinci bir su devresine ısı aktarılır.

İkinci devrede buhar oluşur.

Buhar türbini döndürür.

Türbin jeneratörü çalıştırır.

Jeneratör elektrik üretir.

VVER-1200 Reaktör Çekirdeğinde Ne Bulunur?

Reaktör çekirdeği fisyon reaksiyonlarının gerçekleştiği bölgedir.

Çekirdekte çok sayıda nükleer yakıt grubu bulunur.

VVER tipi reaktörlerin karakteristik özelliklerinden biri altıgen geometrili yakıt grupları kullanmasıdır.

Yakıt gruplarının içerisinde çok sayıda yakıt çubuğu bulunur.

Yakıt çubuklarının içerisinde seramik nükleer yakıt peletleri yer alır.

VVER reaktörlerinde yakıt olarak uranyum dioksit tabanlı yakıt kullanılabilir.

Yakıt içerisindeki fisil atom çekirdekleri nötronlarla etkileştiğinde fisyon gerçekleşebilir.

Fisyon sonucunda enerji ve yeni nötronlar oluşur.

Yeni nötronlar başka fisyon reaksiyonlarına neden olabilir.

Böylece kontrollü zincirleme reaksiyon sürdürülür.

VVER-1200 Yakıt Grupları Neden Altıgendir?

VVER reaktörlerini birçok Batı tipi PWR tasarımından ayıran görsel özelliklerden biri yakıt grubu geometrisidir.

Birçok klasik PWR tasarımında kare geometrili yakıt grupları kullanılabilir.

VVER reaktörlerinde ise yakıt grupları genellikle:

Altıgen

geometriye sahiptir.

Bu nedenle reaktör çekirdeğinin yakıt yerleşim düzeni de farklıdır.

Altıgen yakıt grupları reaktör çekirdeği içerisinde belirli bir düzenle yerleştirilir.

Yakıt geometrisi nötron fiziği, soğutucu akışı ve çekirdek tasarımı açısından önemlidir.

VVER ile klasik Batı tipi PWR reaktörleri aynı basınçlı su reaktörü ailesinde değerlendirilse de ekipman ve çekirdek tasarımında farklılıklar bulunabilir.

VVER-1200’de Nükleer Fisyon Nasıl Gerçekleşir?

Bir nötron uygun bir fisil atom çekirdeği tarafından yakalandığında çekirdek kararsız hale gelebilir.

Atom çekirdeği daha küçük fisyon ürünlerine ayrılır.

Bu olay sırasında yüksek miktarda enerji açığa çıkar.

Ayrıca yeni nötronlar oluşur.

Bu nötronlar başka fisil atom çekirdeklerine ulaşabilir.

Yeni fisyon reaksiyonları gerçekleşir.

Bu olay:

Zincirleme reaksiyon

olarak adlandırılır.

VVER-1200 reaktöründe amaç zincirleme reaksiyonun kontrolsüz şekilde büyümesi değildir.

Reaktör gücü kontrol sistemleri ve reaktivite yönetimiyle belirlenen sınırlar içerisinde tutulur.

VVER-1200’de Su Ne İşe Yarar?

Su VVER reaktörünün temel çalışma elemanlarından biridir.

Birincil devredeki su iki önemli göreve yardımcı olur.

Birincisi:

Soğutucu olarak çalışır.

Yakıt çubuklarında oluşan ısıyı alır ve reaktör çekirdeğinden uzaklaştırır.

İkincisi:

Moderatör görevi görür.

Fisyon sırasında oluşan hızlı nötronların yavaşlatılmasına yardımcı olur.

Yavaşlatılan nötronlar kullanılan yakıt ve reaktör fiziğine bağlı olarak yeni fisyon reaksiyonlarının sürdürülmesinde daha etkili olabilir.

VVER ismindeki “su-su” ifadesi de suyun reaktör tasarımındaki bu önemli kullanımını ifade eder.

VVER-1200 Birincil Devresi Nedir?

Birincil devre reaktör çekirdeğinden geçen yüksek basınçlı suyun dolaştığı kapalı sistemdir.

Temel olarak:

Reaktör

↓

Sıcak hat

↓

Buhar jeneratörü

↓

Soğuk hat

↓

Ana sirkülasyon pompası

↓

Reaktör

şeklinde bir dolaşım gerçekleşir.

Reaktörden çıkan sıcak su buhar jeneratörüne gider.

Buhar jeneratöründe ısısının bir bölümünü ikincil devreye aktarır.

Soğuyan birincil devre suyu ana sirkülasyon pompaları yardımıyla tekrar reaktöre gönderilir.

Bu çevrim reaktör çalıştığı sürece devam eder.

VVER-1200 Kaç Soğutma Çevrimine Sahiptir?

VVER-1200 tasarımlarında birincil devre dört ana soğutma çevrimine sahip olabilir.

Her çevrimde temel olarak:

• Ana sirkülasyon boruları
• Buhar jeneratörü
• Ana sirkülasyon pompası

bulunur.

Reaktörden çıkan sıcak soğutucu dört çevrim üzerinden buhar jeneratörlerine gönderilir.

Buhar jeneratörlerinde ısı aktarımı gerçekleştikten sonra su tekrar reaktöre döner.

Dört çevrimli yapı VVER reaktör tasarımının önemli özelliklerinden biridir.

VVER-1200 Birincil Devre Suyu Neden Kaynamaz?

Reaktör çekirdeğinden geçen su çok yüksek sıcaklıklara ulaşabilir.

Normal atmosfer basıncında su 100°C civarında kaynar.

Ancak VVER-1200 birincil devresi yüksek basınç altında çalışır.

Basıncın yükselmesi suyun kaynama sıcaklığını artırır.

Bu nedenle birincil devredeki su 300°C seviyelerinin üzerine çıkmasına rağmen sıvı halde tutulabilir.

Birincil devre basıncı yaklaşık 16 MPa sınıfında olabilir.

Yüksek basınçlı sıcak su reaktörden aldığı ısıyı buhar jeneratörlerine taşır.

Basınçlandırıcı Ne İşe Yarar?

VVER-1200 birincil devresinde önemli ekipmanlardan biri:

Basınçlandırıcı

veya İngilizce adıyla:

Pressurizer

ekipmanıdır.

Basınçlandırıcının görevi birincil devre basıncının kontrol edilmesine yardımcı olmaktır.

Birincil devre basıncı çok düşerse suyun istenmeyen şekilde kaynaması ve buhar oluşumu riski artabilir.

Basınç çok yükselirse sistem ekipmanları üzerinde istenmeyen yükler oluşabilir.

Basınçlandırıcı içerisinde elektrikli ısıtıcılar ve su püskürtme sistemleri kullanılabilir.

Basınç düşürülmek istendiğinde daha soğuk su püskürtülebilir.

Basınç artırılmak istendiğinde ısıtıcılar kullanılabilir.

Bu şekilde birincil devre basıncı belirli çalışma sınırlarında tutulur.

VVER Buhar Jeneratörü Nasıl Çalışır?

VVER reaktörlerinde buhar jeneratörü birincil ve ikincil devre arasında ısı transferi gerçekleştirir.

Reaktörden gelen sıcak birincil devre suyu buhar jeneratörüne girer.

Isısını ikincil devredeki suya aktarır.

İki su devresi normal çalışma sırasında birbirine karışmaz.

İkincil devredeki su ısınır ve buhara dönüşür.

Oluşan buhar türbin sistemine gönderilir.

Birincil devre suyu ise reaktöre geri döner.

Buhar jeneratörü büyük bir ısı eşanjörü gibi çalışır.

VVER Buhar Jeneratörleri Neden Yataydır?

VVER reaktörlerinin karakteristik tasarım özelliklerinden biri yatay buhar jeneratörleridir.

Birçok Batı tipi PWR tasarımında dikey buhar jeneratörleri bulunabilir.

VVER sistemlerinde ise yatay buhar jeneratörü tasarımı kullanılır.

Buhar jeneratörü içerisinde çok sayıda ısı transfer borusu bulunur.

Birincil devre suyu borular üzerinden ısı aktarır.

İkincil taraftaki su bu ısıyı alarak kaynar.

Oluşan buhar ayrıştırma sistemlerinden geçerek türbin sistemine gönderilebilir.

Yatay buhar jeneratörü VVER tasarım ailesinin ayırt edici ekipmanlarından biridir.

Birincil Devre Suyu Türbine Gider mi?

Hayır.

VVER-1200 basınçlı su reaktörü olduğu için birincil devre suyu doğrudan türbine gönderilmez.

Reaktör çekirdeğinden geçen birincil devre suyu buhar jeneratörüne gider.

Burada ısısını ikincil devreye aktarır.

İkincil devrede üretilen buhar türbine gönderilir.

Yani:

Reaktör suyu ≠ Türbin buharı

Bu ayrım oldukça önemlidir.

Birincil devre reaktör sistemiyle bağlantılıdır.

İkincil devre ise buhar ve türbin çevriminde kullanılır.

İki devre arasında enerji ısı transferiyle aktarılır.

VVER-1200 Ana Sirkülasyon Pompası Ne İşe Yarar?

Ana sirkülasyon pompaları birincil devre suyunun dolaşmasını sağlar.

Reaktör çekirdeğinde çok yüksek miktarda ısı oluşur.

Bu ısının sürekli şekilde uzaklaştırılması gerekir.

Ana sirkülasyon pompaları suyun:

Reaktör > Buhar jeneratörü > Reaktör

çevriminde dolaşmasına yardımcı olur.

Su reaktör çekirdeğinden geçerken ısı alır.

Buhar jeneratöründe ısısını aktarır.

Ardından tekrar reaktöre gönderilir.

Ana sirkülasyon pompaları normal işletmede reaktör ısısının taşınmasında kritik öneme sahiptir.

VVER-1200’de Reaktör Gücü Nasıl Kontrol Edilir?

Reaktör gücü nötron nüfusu ve reaktivite kontrol edilerek yönetilir.

Kontrol sistemlerinden biri:

Kontrol çubuklarıdır.

Kontrol çubukları nötron absorbe edebilen malzemeler içerir.

Çubuklar reaktör çekirdeğine daha fazla sokulduğunda daha fazla nötron absorbe edilir.

Fisyon reaksiyonlarının sayısı azaltılabilir.

Kontrol çubukları uygun şekilde geri çekildiğinde reaktivite artırılabilir.

VVER tipi basınçlı su reaktörlerinde çözünmüş bor içeren birincil devre suyu da reaktivite kontrolünde kullanılabilir.

VVER-1200’de Borlu Su Neden Kullanılır?

Bor nötron absorbe etme özelliğine sahiptir.

VVER reaktörünün birincil devre suyunda borik asit kullanılabilir.

Sudaki bor konsantrasyonu reaktivite kontrolüne yardımcı olur.

Bor konsantrasyonu artırıldığında daha fazla nötron absorbe edilebilir.

Bor konsantrasyonu azaltıldığında reaktivite artabilir.

Kontrol çubukları daha hızlı ve kısa dönem reaktivite kontrolünde kullanılabilirken çözünmüş bor sistemi daha uzun dönem çekirdek ve yakıt yönetiminde önemli rol oynayabilir.

VVER-1200 Acil Durumda Nasıl Durdurulur?

Reaktör koruma sistemi ciddi bir anormal durum algıladığında reaktör hızlı şekilde durdurulabilir.

Kontrol çubukları çekirdeğe yerleştirilir.

Zincirleme fisyon reaksiyonu hızla azaltılır.

Ana reaktör gücü çok hızlı şekilde düşer.

Ancak reaktörün ısı üretimi tamamen bitmez.

Fisyon ürünleri radyoaktif bozunmaya devam eder.

Bu nedenle:

Bozunma ısısı

oluşur.

Reaktör durdurulduktan sonra çekirdeğin soğutulmaya devam edilmesi gerekir.

VVER-1200 Pasif Güvenlik Sistemi Nedir?

Pasif güvenlik sistemleri çalışmak için sürekli aktif pompa veya operatör müdahalesine ihtiyaç duymadan fiziksel prensiplerden yararlanabilen sistemlerdir.

Örneğin:

• Doğal dolaşım
• Yerçekimi
• Basınç farkı
• Isı transferi

gibi fiziksel etkiler kullanılabilir.

VVER-1200 tasarım ailesinde aktif ve pasif güvenlik sistemleri birlikte bulunabilir.

Amaç ana sistemlerde ciddi sorun yaşanması durumunda reaktörden bozunma ısısının uzaklaştırılmasına yardımcı olmaktır.

Pasif sistemler özellikle elektrik kaybı senaryolarında önemli bir ek güvenlik katmanı oluşturabilir.

Pasif Isı Uzaklaştırma Sistemi Nasıl Çalışır?

Pasif ısı uzaklaştırma sistemi reaktör durdurulduktan sonra oluşan bozunma ısısının uzaklaştırılmasına yardımcı olabilir.

Sistem tasarımına bağlı olarak buhar jeneratörleri üzerinden ısı alınabilir.

Doğal dolaşım ve ısı değiştiriciler kullanılabilir.

Sıcak akışkan yoğunluk farkı nedeniyle hareket edebilir.

Isı çevreye aktarılır.

Soğuyan akışkan sistem içerisinde dolaşmaya devam edebilir.

Bu sistemlerin temel avantajı bazı kaza koşullarında aktif ana sirkülasyon pompalarına olan bağımlılığı azaltabilmesidir.

Acil Çekirdek Soğutma Sistemi Nedir?

Acil Çekirdek Soğutma Sistemi İngilizce:

Emergency Core Cooling System – ECCS

olarak adlandırılır.

Birincil devrede ciddi soğutucu kaybı meydana gelirse çekirdeğin soğutulmasına yardımcı olmak için kullanılır.

Sistemde farklı basınç seviyelerinde çalışan enjeksiyon sistemleri ve hidroakümülatörler bulunabilir.

Amaç yakıt çubuklarının yeterli şekilde soğutulmasına yardımcı olmak ve çekirdek hasarı riskini azaltmaktır.

Acil çekirdek soğutma sistemleri nükleer santralin temel güvenlik sistemlerinden biridir.

Hidroakümülatör Nedir?

Hidroakümülatör basınçlı su içeren acil durum tankı olarak düşünülebilir.

Birincil devre basıncı ciddi şekilde düştüğünde hidroakümülatör içerisindeki su otomatik olarak reaktör sistemine aktarılabilir.

Bu işlem için normal çalışma pompasına ihtiyaç duyulmayabilir.

Basınç farkı suyun sisteme girmesini sağlar.

Hidroakümülatörler soğutucu kaybı kazalarında çekirdeğe hızlı şekilde su sağlanmasına yardımcı olabilir.

Bu nedenle pasif veya pasif karakterli güvenlik ekipmanları arasında değerlendirilebilir.

VVER-1200 Core Catcher Nedir?

VVER-1200 tasarımlarının en çok bilinen ağır kaza güvenlik sistemlerinden biri:

Core Catcher

yani:

Kor tutucu

sistemidir.

Çok ağır bir kaza senaryosunda reaktör çekirdeği ciddi şekilde hasar görebilir.

Yakıt ve reaktör yapısal malzemeleri eriyerek:

Corium

adı verilen yüksek sıcaklıklı bir karışım oluşturabilir.

Reaktör basınç kabının hasar görmesi durumunda erimiş çekirdek malzemesi aşağı doğru hareket edebilir.

Kor tutucu reaktör kabının altında bulunur.

Amaç erimiş çekirdek malzemesini belirli bir bölgede toplamak, yaymak ve soğutmaya yardımcı olmaktır.

Core Catcher normal çalışma sırasında kullanılan bir ekipman değildir.

Çok düşük olasılıklı ağır çekirdek erimesi senaryolarına karşı ek güvenlik katmanıdır.

VVER-1200 Çift Koruma Kabı Nedir?

VVER-1200 tasarımlarında çift koruma kabı kullanılabilir.

İç koruma yapısının temel görevlerinden biri kaza durumunda radyoaktif maddelerin çevreye yayılmasını sınırlandırmaktır.

Dış koruma yapısı ise dış fiziksel etkilere karşı ek koruma sağlayabilir.

Koruma yapıları beton ve çelik sistemlerden oluşabilir.

Reaktör ve önemli birincil devre ekipmanları koruma yapısının içerisinde bulunur.

Çift koruma yapısı nükleer güvenlikte derinlemesine savunma yaklaşımının fiziksel katmanlarından biridir.

VVER-1200 Hidrojen Patlamasına Karşı Nasıl Korunur?

Ağır kaza koşullarında yüksek sıcaklıktaki yakıt kaplaması ile su buharı arasındaki reaksiyon sonucunda hidrojen oluşabilir.

Hidrojen kapalı bir bölgede birikirse yanma veya patlama riski oluşturabilir.

Fukushima kazasında hidrojen birikimi önemli sorunlardan biri olmuştur.

Modern reaktörlerde:

Pasif otokatalitik hidrojen rekombinatörleri

kullanılabilir.

Bu sistemler hidrojen ile oksijenin kontrollü şekilde birleşmesine yardımcı olur.

Sonuçta su buharı oluşabilir.

Amaç koruma kabı içerisinde tehlikeli hidrojen konsantrasyonlarının oluşma riskini azaltmaktır.

VVER-1200 Reaktörünün Ömrü Kaç Yıldır?

VVER-1200 tasarımlarında temel ekipmanlar için uzun işletme ömrü hedeflenmiştir.

Reaktör tasarımına bağlı olarak yaklaşık:

60 yıllık tasarım işletme ömrü

öngörülebilir.

Ancak bir nükleer reaktörün gerçek işletme süresi yalnızca tasarım ömrüne bakılarak belirlenmez.

Reaktör basınç kabı, boru sistemleri, buhar jeneratörleri ve diğer kritik ekipmanlar sürekli izlenir.

Malzeme yaşlanması ve radyasyon etkileri değerlendirilir.

İşletme süresinin uzatılması düzenleyici değerlendirmelere ve tesisin teknik durumuna bağlıdır.

VVER-1200 ile VVER-1000 Arasındaki Fark Nedir?

VVER-1200, önceki VVER-1000 tasarım ailesinin geliştirilmiş devamı olarak değerlendirilebilir.

Temel farklardan biri elektrik gücünün artırılmasıdır.

VVER-1000 yaklaşık 1000 MW sınıfında bulunurken VVER-1200 yaklaşık 1200 MW sınıfındadır.

VVER-1200 tasarımlarında ayrıca:

• Geliştirilmiş güvenlik sistemleri
• Pasif güvenlik özellikleri
• Ağır kaza yönetimi
• Core Catcher
• Çift koruma kabı
• Daha uzun tasarım ömrü

gibi özellikler öne çıkabilir.

Ancak VVER-1200 tek bir değişmez tasarım değildir.

V-392M, V-491 ve farklı proje uyarlamaları gibi tasarım varyantları bulunabilir.

Bu nedenle tüm VVER-1200 ünitelerinin teknik ayrıntıları tamamen aynı olmayabilir.

Akkuyu’da Hangi VVER-1200 Reaktörü Kullanılıyor?

Türkiye’deki Akkuyu Nükleer Güç Santrali’nde VVER-1200 ailesine ait basınçlı su reaktörleri kullanılmaktadır.

Akkuyu projesindeki üniteler VVER-1200/V-509 tasarım ailesiyle ilişkilidir.

Santralde dört güç ünitesi planlanmıştır.

Her ünitenin yaklaşık 1200 MW brüt elektrik gücü sınıfında olmasıyla toplam kurulu güç yaklaşık:

4800 MW

seviyesindedir.

Akkuyu’daki reaktörlerin temel çalışma prensibi VVER basınçlı su reaktörü teknolojisine dayanır.

Reaktörde üretilen ısı birincil devredeki yüksek basınçlı suyla buhar jeneratörlerine taşınır.

İkincil devrede üretilen buhar türbini ve jeneratörü çalıştırır.

VVER-1200 Reaktörü Güvenli mi?

VVER-1200 modern nükleer güvenlik yaklaşımına göre aktif ve pasif güvenlik sistemlerini birlikte kullanan bir reaktör ailesidir.

Tasarımda farklı güvenlik katmanları bulunabilir.

Bunlar arasında:

• Reaktör koruma sistemi
• Acil çekirdek soğutma sistemi
• Hidroakümülatörler
• Pasif ısı uzaklaştırma sistemi
• Hidrojen yönetim sistemleri
• Koruma kabı
• Core Catcher

yer alabilir.

Ancak nükleer santral güvenliği yalnızca reaktör modeline bağlı değildir.

İnşaat kalitesi, ekipman üretimi, bakım, operatör eğitimi, güvenlik kültürü ve bağımsız düzenleyici denetim de kritik öneme sahiptir.

Bu nedenle “reaktör modeli güvenli, hiçbir kaza olamaz” şeklinde bir değerlendirme teknik olarak doğru değildir.

Modern güvenlik sistemlerinin amacı kaza olasılığını azaltmak ve bir kaza meydana gelirse sonuçlarını sınırlandırmaktır.

Sonuç

VVER-1200, suyu hem soğutucu hem de moderatör olarak kullanan modern bir basınçlı su reaktörü tasarımıdır.

Reaktör çekirdeğinde kontrollü nükleer fisyon reaksiyonu sonucunda ısı oluşur.

Birincil devredeki yüksek basınçlı su çekirdekten bu ısıyı alır ve dört ana soğutma çevrimi üzerinden buhar jeneratörlerine taşır.

Buhar jeneratöründe birincil devre suyu ile ikincil devre suyu birbirine karışmadan ısı transferi gerçekleşir.

İkincil devrede oluşan buhar türbini döndürür ve jeneratör elektrik üretir.

VVER-1200 tasarım ailesinde aktif ve pasif güvenlik sistemleri birlikte kullanılabilir. Acil çekirdek soğutma sistemleri, hidroakümülatörler, pasif ısı uzaklaştırma sistemleri, çift koruma kabı ve Core Catcher gibi sistemler ağır kaza riskinin azaltılmasına yardımcı olur.

Türkiye’deki Akkuyu Nükleer Güç Santrali projesinde de VVER-1200 ailesine ait reaktörler kullanılmaktadır.