Nükleer deniz itici gücü, bir nükleer enerji santrali tarafından sağlanan ısıyla bir geminin veya denizaltının itilmesidir. Santral, geminin pervanesini bir dişli kutusu, bir elektrik jeneratörü veya motoru aracılığıyla döndürmek için kullanılan bir türbin için buhar üretmek üzere suyu ısıtır. Denizde nükleer tahrik, özellikle süper taşıyıcılar, buz kırıcılar, deniz altılar ve savaş gemilerinde kullanılır. Az sayıda deneysel sivil nükleer gemi inşa edilmiştir.
Petrol veya kömür yakıtlı gemilerle karşılaştırıldığında nükleer tahrik, yakıt ikmali öncesinde çok uzun çalışma aralıklarının avantajlarını sunar. Yakıtın tamamı nükleer reaktör içinde tutulur, bu nedenle deniz aracında yakıt için alan ayrılmasına gerek kalmaz, ayrıca egzoz bacaları veya yanma havası girişleri de yer kaplanmaz. Bununla birlikte, düşük yakıt maliyeti, yüksek işletme maliyetleri ve altyapı yatırımları ile dengelenmektedir, bu nedenle neredeyse tüm nükleer enerjili gemiler askeridir.
Tarihi
Nükleer enerjinin gemilerde kullanılabileceği düşüncesi ilk olarak 1940’lı yıllarda başlamıştır. Bu amaçla üretilen ilk nükleer deniz aracı ise ABD tarafından geliştirilen USS Nautilus (SSN-571) adlı denizaltıdır.
Nükleer gücün denizaltılara adaptasyonu, dizel motorlarla çalışan denizaltıların oksijen ihtiyacının fazla olması nedeniyle ortaya çıkan alternatif arayışlarla başlamıştır. Nükleer enerji ile bu sorun çok büyük oranlarla giderilmektedir. Çünkü nükleer enerji için oksijene ihtiyaç yoktur. Atom enerjisi bu sorunları çözerken, aynı zamanda yakıt konusunda devrim niteliğinde bir katkı sağlamaktadır.
Temel Operasyon
Denizde kullanılan nükleer reaktörlerin çoğu, sıvı sodyum soğutmalı reaktörlerin kullanılmasına yönelik birkaç deneme dışında basınçlı su tipindedir.
Denizde kullanılan nükleer reaktörlerin çoğu, sıvı sodyum soğutmalı reaktörlerin kullanılmasına yönelik birkaç deneme dışında basınçlı su tipindedir. Bir birincil su devresi, yakıttaki nükleer fisyondan üretilen ısıyı bir buhar jeneratörüne aktarır; bu su basınç altında tutulur, böylece kaynamaz. Bu devre yaklaşık 250 ila 300 ° C sıcaklıkta çalışır.
Reaktörden gelen sıcak su, buhar jeneratöründeki ayrı bir su devresini ısıtır. Su buhara dönüşür ve buhar türbinine giderken buhar kurutuculardan geçer. Düşük basınçta harcanan buhar, deniz suyu ile soğutulan bir kondansatörden geçirilerek sıvı hale geri döner. Su, buhar jeneratörüne geri pompalanır ve döngüye devam eder. Süreçte kaybedilen su, buhar jeneratörü besleme suyuna eklenen tuzdan arındırılmış deniz suyuyla telafi edilebilir.
Türbinde buhar, türbinin dönen kanatlarına enerji verirken genleşir ve basıncını düşürür. Dönen kanatların ve sabit kılavuz kanatların birçok aşaması olabilir. Türbinin çıkış mili, dönüş hızını azaltmak için öncelikle bir dişli kutusuna bağlanabilir ve ardından bir şaftla geminin pervanelerine bağlanır. Başka bir tahrik sistemi biçiminde, türbin bir elektrik jeneratörünü döndürür ve üretilen elektrik gücü, geminin pervaneleri için bir veya daha fazla tahrik motorunu besler. Fransız ve Çin gemileri türbini tarik için elektrik üretmek maksadıyla kullanırken, Rus, ABD ve İngiliz donanmaları doğrudan buhar türbini tahrikine güveniyor.
Navy Nuclear Aircraft carrier
Kara santrallerinden farklılıklar
Deniz tipi reaktörler, çeşitli açılardan kara tabanlı ticari elektrik reaktörlerinden farklıdır.
Nükleer santrallerdeki kara tabanlı reaktörler yaklaşık 1600 megavat elektrik enerjisi üretirken, tipik bir deniz aracındaki reaktör birkaç yüz megawatt’tan fazla üretmez. Alan değerlendirmeleri, bir deniz reaktörünün fiziksel olarak küçük olması gerektiğini, dolayısıyla alan birimi başına daha yüksek güç üretmesi gerektiğini belirtir. Bu, bileşenlerinin kara tabanlı bir reaktörden daha fazla strese maruz kaldığı anlamına gelir. Mekanik sistemleri, dalgalı denizlerde çalışan bir geminin titreşimi ve yalpalanması dahil denizde karşılaşılan olumsuz koşullar altında kusursuz bir şekilde çalışmalıdır. Reaktör kapatma mekanizmaları, her zaman dik duran kara tabanlı bir reaktörde olduğu gibi kontrol çubuklarını yerine oturması için yer çekimine güvenemez. Tuzlu su korozyonu, bakımı zorlaştıran ek bir sorundur.
Denizde seyreden bir reaktörün çekirdeği bir güç reaktöründen çok daha küçük olduğundan, bir nötronun kalkanın içine kaçmadan önce bölünebilir bir çekirdekle kesişme olasılığı çok daha düşüktür. Bu nedenle, yakıt tipik olarak karada bulunan bir nükleer enerji santralinde kullanılandan daha yüksek oranda zengindir, bu da fisyon olasılığını sürekli bir reaksiyonun meydana gelebileceği seviyeye yükseltir.
Zenginleştirilmiş Uranyum
Bazı deniz reaktörleri, daha sık yakıt ikmali gerektiren nispeten düşük zenginleştirilmiş uranyum ile çalışır. Diğerleri %20 235U’dan ABD denizaltılarında bulunan %96’nın üzerinde 235U’ya kadar değişen yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum üzerinde çalışır. Sonuç olarak ortaya çıkan, daha küçük çekirdek operasyonda daha sessizdir ve bu, bir denizaltı için büyük avantaj sağlar. Daha yüksek oranda zenginleştirilmiş yakıt kullanmak aynı zamanda reaktörün güç yoğunluğunu arttırır ve nükleer yakıt yükünün kullanılabilir ömrünü uzatır, ancak daha az zenginleştirilmiş yakıta göre daha pahalıdır ve nükleer yayılma açısından daha büyük riskler taşır.
Bir deniz nükleer sevk tesisi, son derece güvenilir ve kendi kendine yetecek şekilde tasarlanmalıdır, minimum bakım ve onarım gerektirir ve bunun, ana limanından binlerce mil uzakta yapılması gerekebilir. Denizde seyreden bir nükleer reaktör için yakıt elemanlarının tasarlanmasındaki teknik zorluklardan biri, büyük miktarda radyasyon hasarına dayanacak yakıt elemanlarının oluşturulmasıdır.
Sivil sorumluluk
Nükleer gemilerin sigortası, geleneksel gemilerin sigortalanması gibi değildir. Bir kazanın sonuçları ulusal sınırları aşabilir ve olası hasarın boyutu özel sigortacıların kapasitesinin ötesindedir. 1962’de geliştirilen Nükleer Gemilerin İşleticilerinin Sorumluluğuna İlişkin Brüksel Konvansiyonu adlı özel bir uluslararası anlaşma, imzacı ulusal hükümetleri kendi bayrakları altındaki nükleer gemilerin neden olduğu kazalardan sorumlu kılacaktı, ancak kapsama konusundaki anlaşmazlık nedeniyle hiçbir zaman onaylanmadı.
Sivil nükleer gemiler
Ticaret gemileri
Nükleer enerjiyle çalışan sivil ticaret gemileri, birkaç deneysel geminin ötesinde gelişmedi. 1962’de tamamlanan ABD yapımı NS Savannah, esasen sivil nükleer enerjinin bir örneğiydi ve/fakat ticari bir gemi olarak çalışmak için çok küçük ve pahalıydı. Tasarım ne verimli bir yük gemisi ne de uygun bir yolcu gemisi olmaktan çok uzaktı. Alman yapımı bir kargo gemisi ve araştırma tesisi olan Otto Hahn, herhangi bir teknik sorun olmaksızın 10 yıl boyunca yaklaşık 650.000 deniz mili sefer yaptı ancak işletilmesi çok pahalıydı. Japon yapımı Mutsu teknik sorunlarla karşılaştı, reaktöründe önemli miktarda radyasyon sızıntısı oldu ve balıkçılar geminin çalışmasını protesto etti. Bu üç geminin tümü düşük oranda zenginleştirilmiş uranyum kullandı. Sovyet Yapımı Sevmorput, buz kırıcı olarak 1988’den beri Arktik su yollarında Kuzey Deniz Rotası boyunca başarılı bir şekilde faaliyetle 2021 yılında nükleer enerji ile çalışan tek ticari gemidir.
Sivil nükleer gemiler, altyapı maliyetlerinden şikayetçidir. Savannah, uzman nükleer kıyı personeli ve hizmet tesisini kullanan tek gemi olduğu için işletmesi pahalıydı. Daha büyük bir filo, sabit maliyetleri daha fazla çalışan gemi arasında paylaştırarak işletme maliyetlerini azaltabilir.
Nükleer tahrike hala ilgi var
Küresel sera gazı emisyonlarının %3-4’ünü oluşturan deniz taşımacılığının karbondan arındırılması konusunda nükleer tahrik tekrar gündeme geldi.
Nükleer Tahrikli gemiler için hala araştırmalar ve ar-ge çalışmaları devam ediyor. Uygulanabilir prototiplerin ve projelerin uygulanabilmesi için, nükleer teknolojinin daha da olgunlaşması ve düzenleyici çevre kurallarının geliştirilmesi, hükümetlerin ve şirketlerin bu konuda ciddi politikalar oluşturması gerekiyor.
Nükleer Enerjili buz kırıcılar Kuzey kutbunda seyrüsefer yapmaya hem teknik hem de ekonomik olarak uygun olduğunu kanıtlamıştır. Nükleer yakıtlı gemiler yıllarca yakıt ikmali yapmadan çalışır ve gemilerin buz kırma görevine uygun gücü üretebilecek makinaları vardır.
