Nükleer güç santralleri, yeniden işleme, atık işleme tesisleri veya kullanılmış yakıt depolama tesisleri gibi nükleer tesisler, çevreye salınması durumunda radyoaktif kirlilik oluşturabilecek ve insan sağlığına zarar verebilecek miktarlarda yüksek radyoaktivite içerirler. Nükleer güvenlik önlemlerinin ana amacı, radyoaktivitenin olası tüm durumlarda bina (korunak/koruma binası) içerisinde kalmasını sağlamak, veya gerçekleşmesi durumunda radyoaktivite salımının önemli bir hasar meydana getirmesini önleyecek şekilde izin verilen sınırlar altında ve kontrollü olarak gerçekleşmesini sağlamaktır.
Genel anlamda nükleer tesisin güvenliği; tesis sistemlerinin ve tesis personelinin kazaların oluşmasını önleme, kazanın olması durumunda ise kaza sonuçlarını en aza indirgeme yeteneği olarak anlaşılmalıdır. Sonuçta, işletilen nükleer tesislerin çevre ve halk üzerindeki radyolojik etkisi hem normal işletme hem de potansiyel kaza sırasında mümkün olduğunca en düşük seviyede tutulmalıdır. Bunu sağlamak veya diğer bir deyişle tesisin yeterince güvenli olmasını temin etmek için teknik ve kurumsal önlemler, nükleer tesisin her aşamasında (yer seçimi, tasarım, imalat, inşaat, işletmeye alma, işletme ve hizmetten çıkarma) uygulanmalıdır.
Nükleer güç santralleri, fisyon işlemi sonucunda büyük miktarlarda radyoaktivite ortaya çıktığı için, meydana gelebilecek herhangi bir kaza durumunda diğer nükleer tesislerde oluşabilecek kazalardan daha büyük hasar oluşturacak potansiyele sahiptir. Ayrıca reaktörler, büyük miktarda enerji ve radyoaktiviteyi geniş alanlara yayabilecek sıvı ve gaz taşıyıcıları içermektedirler. Bu nedenle buradaki hususlar birinci derecede nükleer güç santrallerine uygulansa da, aynı prensipler ve yaklaşımlar diğer nükleer tesislere de uygulanır.
Nükleer Güvenliğin Temel Unsurları
Nükleer güvenlik tamamlayıcı ve iç içe geçmiş birçok faktörle sağlanır (Şekil 5.1):
- Nükleer santralin güvenliğine etki eden bütün faktörlere (yer seçimi, güçlü ve kanıtlanmış tasarım, yüksek kaliteli üretim ve inşaat) azami özen gösterilir ve işletmeye geçmeden önce kapsamlı testler yapılır.
- Tesiste arıza (hata) olasılığının en az olması ve kazayla sonuçlanabilecek herhangi bir hata veya arızanın önlenmesi için çoklu korumalar (derinliğine savunma kavramı) sağlanır.
- Periyodik güvenlik değerlendirmelerini içeren ve işletici ile düzenleyici organizasyonların güvenlik kültürünü geliştiren güçlü işletme uygulamaları ve yönetim sistemleri vasıtasıyla insan faktörüne özen gösterilir.
- İşletme lisansının askıya alınması veya gerektiğinde lisansın iptal edilmesi yetkilerine sahip bağımsız düzenleyici kurum tarafından izleme ve denetim yapılır.
Saha seçimi
Nükleer güç santralinin (veya herhangi bir nükleer tesisin) saha seçimi, ulusal mevzuata göre yapılır ve güvenlikle ilgili düzenleyici kuruluşun onayını gerektirir. Güvenlik faktörlerinde potansiyel sahanın hidrolojik, jeolojik, meteorolojik, sismik ve demografik karakteristikleri (özellikleri) göz önünde bulundurulur. Amaç, herhangi bir radyoaktivite salımı durumunda insan ve çevrenin radyasyon ile ışınlanmasını en düşük seviyeye indirmek ve öngörülebilen en güçlü doğal (deprem gibi) veya insan kaynaklı olaylara dayanabilecek güvenlikle ilgili yapı ve sistemleri sağlamaktır. Bu tip nedenlerden dolayı, nükleer güç santralleri yüksek nüfuslu büyük yerleşim merkezlerinden mümkün olduğunca uzakta kurulur. Doğal ve insan kaynaklı tehlikeleri değerlendirme metotları geliştiğinde veya yeni bilgiler elde edildiğinde sahanın yeniden değerlendirilmesi ihtiyacı doğabilir.
Güçlü ve kanıtlanmış tasarım
Nükleer tesislerin temel tasarım felsefesi, radyoaktif maddelerin salınmasına karşı çeşitli koruma seviyelerini sağlayan derinliğine savunma ilkeleridir (Şekil 5.1, Şekil 5.2). İlk derinliğine savunma seviyesi arızaların önlenmesidir. Nükleer tasarımlar güvenilir, kararlı ve kolay yönetilebilir bir işletme sağlamak için çabalar. Bunun başarılmasındaki en önemli faktör, güvenlik açısından kritik bileşenlerin kapasite ve yapısında makul güvenlik paylarının bırakılmasını sağlayarak yüksek kaliteli teknolojinin kullanılmasıdır.Bu faktörler potansiyel üretkenliği artırmak ve güvenliği ön plana çıkarmak için de geçerlidir.
Arızaların tespiti ve kontrolünü kapsayan ikinci seviye savunma ilkesi, normal işletmede olacak herhangi bir sapmanın kolayca tespit edilmesini ve mümkünse normal işletmeye müdahale etmeksizin proses kontrol ve korunma sistemleriyle otomatik olarak düzeltilmesini sağlamaktır. Bazı anormal işletme koşulları yüzünden arızanın oluşabileceği sistemlerde, tasarlanmış güvenlik sistemleri, reaktörü güvenli konuma getirecek ve radyoaktif maddeleri bina içinde tutacak şekilde konumlandırılmıştır. Bu sistemler, tasarım aşamasında öngörülen ve ayrıntısı verilen anormal koşullar ve potansiyel kazalardan oluşan bir bütüne karşı koyacak şekilde ve tasarım esaslı kazalara dayanacak şekilde tasarlanmışlardır. Bu tip tasarım esaslı kazaların kontrolü derinliğine savunmanın üçüncü seviyesidir. Dördüncü ve beşinci seviyeler ise sırasıyla herhangi bir ciddi kazanın gerçekleşmesi durumunda kazanın daha fazla büyümesinin önlenmesi ve sonuçlarını hafifletecek şekilde kaza koşullarının kontrol altında tutulması ve tesisten önemli miktarda radyoaktif madde salınması durumunda, radyolojik sonuçların hafifletilmesidir.
Şekil 5.1. Nükleer Güvenliğin Bileşenleri
Şekil 5.2. Derinliğine Savunmada Fiziksel Engeller ve Koruma Seviyeleri
Tasarlanmış güvenlik sistemleri
Bir nükleer güç santralinde (1) radyoaktif malzemelerin her zaman hapsedilmesini sağlamak; (2) herhangi bir anormal durumda üretimi durdurmak ve fisyon işleminin her zaman aniden sonlandırılmasını sağlamak; (3) radyoaktivitenin salınmasına karşı bariyerlerin bütünlüğünü korumak ve durdurmadan sonra ortaya çıkan artık ısının çekilmesini temin etmek için çeşitli sistemler kullanılmaktadır.
Nükleer güç santrallerinde radyoaktivitenin serbest kalmasını engelleyen birçok bariyer mevcuttur. Radyoaktif salıma karşı birinci bariyer yakıt matrisi ve sızdırmazlık özelliği olan yakıt zarfıdır. Daha sonraki bariyer ise normal işletme koşullarında soğutucunun dolaştığı reaktör basınç sınırıdır (reaktör basınç kabı ve birinci soğutma devresi). En son bariyer ise, büyük güçlendirilmiş beton yapıdan oluşan koruma kabıdır. Koruma kabı, hem içerde serbest kalan radyoaktif maddeleri hapsetmek hem de füze, yangın ve patlama gibi dış etkenlere karşı koruma sağlayacak şekilde tasarlanmıştır (Şekil 5.3). Ticari nükleer güç santrallerinde meydana gelen iki ciddi kazadan biri olan Three Mile Island kazasında, (1979) reaktör basınç kabı ve koruma kabı, ciddi kor hasarı sonucunda açığa çıkan yoğun ısı ve radyoaktiviteden halkın herhangi zarar görmesini önlemiştir.
Şekil 5.3. Radyoaktivite Salımını Engelleyen Bariyerler
Fisyon işlemi nötron yutucu kontrol çubuklarıyla durdurulabilir. Bu çubuklar reaktörü durdurmak için reaktör koru içerisine kontrollü olarak veya fisyon reaksiyonunu aniden durdurmak için hızlı bir şekilde sokulabilirler. Ayrıca, reaktörü durdurmak için kullanılan ikinci bir yöntem ise uzun dönemde reaktörü durdurmak için nötron yutucu sıvıların enjekte edilmesidir.
Bir reaktörde oluşan ısı soğutucu aracılığıyla çekilmektedir. Su soğutmalı reaktörler için elektrik üreten türbin-jeneratörlere bu şekilde buhar sağlanır. Soğutma sisteminin arızalandığı durumlarda ise reaktör kapatıldıktan sonra oluşan artık ısıyı çekmek için tasarımlanmış çeşitli sistemler bulunmaktadır. Bunlar ve gerekli diğer sistemlerin ihtiyaç duyduğu gücü temin etmek üzere, gerektiğinde acil durum yedek jeneratörler (genelde dizel yakıtlı) devreye girer.
Tasarımlanmış sistemlerin sürekli kullanılabilirliği ve güvenilir bir şekilde işletilmesi, derinliğine savunma ilkesinin anahtar unsurudur. Bu sistemler düzenli olarak test edilir. Bu sistemlerin tasarımı yapılırken, herhangi bir tek güvenlik bileşeninin arızalanmasının, tüm fonksiyonların kaybedilmesine (tek hata kriteri) yol açmaması sağlanır.
Ayrıca, güvenlik sistemleri yedeklilik (kötümser kabuller temel alınarak ek yedek sistemlerin veya daha büyük kapasitenin sağlanması), farklılık (ortak nedenli arızaların önlenmesi için farklı çalışma yöntemleri) ve santraldeki proses sistemlerinden güvenlik sistemlerinin fiziksel ayırımı prensiplerinin uygulanmasıyla tasarlanır. Bütün bunların temelini teşkil eden faktörler, arıza risklerine dair bütün kabullerdeki tutuculuk, “olursa ne olur” yaklaşımıyla temel tasarım güvenliğinin uygulanması ile geçmiş bileşen ve malzeme performansının detaylı analizleridir.
Yüksek kaliteli imalat ve inşaat
Güvenilir işletme için yüksek kaliteli ekipman ilk koşuldur. Kalite güvencesi temini nükleer güvenliğin hayati bir bileşenidir. Nükleer tesislerde kullanılan malzeme ve bileşenler için özel kod ve standartlar geliştirilmiştir. Bunların kalite standartlarını karşıladığını doğrulamak için kapsamlı testler gerekir ve bu kriterler sadece iyi kanıtlanmış ve yerleşmiş teknolojilerin kullanılmasını sağlar. Ulusal düzenleyici kuruluşlar bu kalite güvence ve kontrol programlarının uygulamalarını gözetirler. Buna ilişkin maliyetler, nükleer tesislerin inşaat ve bakım masraflarının önemli parçasını oluşturur.
Kapsamlı testler
İşletmeye alma nükleer güç santrali projesinin tamamlanmasında önemli bir aşamadır. Reaktör gücü belirli bir seviyeye kadar kademeli olarak artırılır; proses ve güvenlik sistemlerinin inşa edildiği duruma göre işletme karakteristikleri belirlenir, belgelenir ve daha önceden tanımlanan kriterlere göre kontrol edilir. Sistemlerin ve bileşenlerin ve bir bütün olarak santralin fonksiyonlarının doğruluğunu kanıtlamak için çok sayıda özel testler yapılır. Zayıflıklar giderilir ve istenilen sonuçlar elde edilene kadar testler tekrarlanır.
Ana bakım yapıldıktan sonra veya bileşenlerin değiştirilmesi veya iyileştirilmesinden sonra da kapsamlı testler yapılır.
Güvenlik değerlendirmeleri
Nükleer tesislerin güvenliği, “deterministik güvenlik yaklaşımı” olarak bilinen belirlenmiş potansiyel arıza serilerinin ve bunların güvenlik bariyerleri ile olan etkileşimlerinin sistematik analizi yoluyla değerlendirilmektedir. Deterministik yaklaşımda, tasarıma esas bir kaza (soğutucu kaybı gibi) karşısında santral ve güvenlik sistemlerinin tepkisinin, belirlenen düzenleyici sınırlar ve şartlar içerisinde olacağının gösterilmesinde tutucu kabuller kullanılır. Bu yaklaşım, olayların olasılığını hesaba katmaz ve tasarlanan güvenlik fonksiyonlarını yerine getirmek için tüm tasarlanmış güvenlik sistemlerinin kullanılabileceğini kabul eder.
Bu tür değerlendirmeler, önerilen sahanın karakteristiklerini hesaba katarak santralin, belirlenen işletici ve düzenleyici sınırlar içerisinde kolay işletilmesi yetkinliğini onaylamak amacıyla tasarım sonlandırılmadan önce yapılır. Bu değerlendirmeler, “güvenlik analiz raporları” veya “güvenlik durumları” olarak raporlanır. Bu dokümanlar, düzenleyici kurum tarafından lisans verilmeden önce detaylı bir şekilde incelenir; ve santralin güvenli işletilmesi için referans teşkil eder.
Ulusal mevzuat, nükleer santralin ömrü boyunca lisans koşulları çerçevesinde çalışmasını sağlamak için, işleticilerin iç-değerlendirmelerinin yanı sıra periyodik olarak sistematik güvenlik değerlendirmelerinin yapılmasını da talep eder.
1980’lerden sonra deterministik analizi tamamlayıcı bir analiz tipi olan “Olasılıklı Güvenlik Analizleri- probabilistic safety assessments (PSA)” kullanılmaya başlanmıştır. Olasılıklı Güvenlik Analizleri’nde, kazaya yol açacak insan hataları ve ekipman arızaları dahil olmak üzere bütün durumlar analiz edilir. Ciddi kazalara yol açabilecek arızaların ve olayların kombinasyonları belirlenir ve olma olasılıkları tahmin edilir. Bu çalışmaların sonuçları, tesisin güvenlik iyileştirmelerinde önceliğin belirlenmesi, işletici eğitimleri ve denetim önceliklerinin oluşturulması gibi bir çok amaçlarla kullanılır.
Güçlü işletme uygulamaları
Deneyimler, güvenli işletmenin belirli ilkelere bağlı kalmaya dayandığını göstermektedir. Bu ilkeler şunları içerir:
- Güvenliğe öncelik verecek yönetim ilkeleriyle birlikte güvenlikle ilgili birincil sorumluluğun işleticiye yüklenmesi;
- Uzman ve deneyimli personelin uygun sayıda ve doğru konumda istihdam edilmesini sağlayacak güçlü bir organizasyon oluşturulması;
- İşletme için güvenli sınırları tanımlayan tutucu sınırların ve koşulların oluşturulması;
- Tüm işletme koşulları (testler, bakım ve standart olmayan işletim durumları) için onaylanmış prosedürlerin oluşturulması;
- Tüm işletme, denetim, test ve bakım koşulları için kapsamlı kalite-güvence programının oluşturulması;
- Nükleer güvenliğe doğrudan etki eden faaliyetler için eğitim programlarının oluşturulması;
- Santralin ömrü boyunca gerekli mühendislik ve teknik desteğin oluşturulması;
- Bütün olayların zamanında uygun düzenleyici kuruma bildirilmesi;
- İşletme deneyimlerinin toplanması ve analiz edilmesi, bu deneyimlerin uluslararası kuruluşlar, düzenleyici kurum ve diğer işletme organizasyonları ile paylaşılması ve eğitim faaliyetlerinin oluşturulması için gerekli programların oluşturulması;
- İşletmeye geçmeden önce acil eylem prosedürleri ve planlarının hazırlanması ve kaza sonuçlarının hafifletilmesinde yer alacak çeşitli kuruluşların tepkilerinin uyumlaştırılması amacıya düzenli tatbikatların yapılması;
- Kontrol odası, alarm ve gösterge sistemlerinin tasarımı ve yerleştirilmesinde insan faktörü ve mühendislik prensiplerinin hesaba katılması.
Güvenlik kültürü
Deneyimler, birçok durumda zayıf güvenlik kültürünün güvenlik performansının azalmasının temel sebebi olduğunu göstermektedir. Güvenliğin sağlanmasını esas alan bütün sistemlere rağmen, herhangi bir nükleer tesisinin güvenliğinin garantisi insandır. Güvenliğe etkisi olacak bireylerin davranışlarına ve durumuna etki edecek iyi bir güvenlik kültürünün olması, temel nükleer güvenlik ilkesidir. İyi bir güvenlik kültürünün özellikleri güçlü sorumluluk duygusu, öz disiplin ve mevzuata saygılı olmayı içermektedir, fakat bütün bu özelliklerin yanında yönetim biçimi de önemli bir bileşendir. Güvenlik kültürü, ulusal alışkanlıklar ve davranışlarla ilişkilidir, kısa süre içinde kazanılmaz ve bir donanım parçası gibi kurulamaz. İşletici ve düzenleyici kuruluşların tamamında, güvenlik kültürü en üstten en alta doğru sürekli ve hatasız bir şekilde aktarılmalıdır.
Gözetim ve düzenleme
Nükleer güvenlik, en başta nükleer güç santralinin sınırları içinde kurulmasına ve işletilmesine izin veren ülkenin ulusal bir meselesidir. Güvenlik için birincil sorumluluk, lisans sahibi olan tesisin işleticisine aittir. OECD Nükleer Enerji Ajansı (NEA) ve Uluslararası Atom Enerji Ajansı (UAEA) gibi organizasyonların yer aldığı uluslararası işbirliği, güvenlik kavramlarının geliştirilmesi ve deneyimlerin paylaşılmasına yardımcı olur.
Mesela, nükleer güç santrali işleten bütün ülkelerin imzaladığı Nükleer Güvenlik Sözleşmesi (Convention on Nuclear Safety),güvenlik teminatının temel bileşenleriyle ilgili uluslararası düzeyde kabul görmüş ilkeleri ve yükümlülükleri tanımlar.
Her ne kadar nükleer güvenliğin sorumluluğu işleticiye ait ise de, düzenleyici bakış açısıyla gözden geçirme ve kontrol şarttır. Nükleer programı olan bütün ülkelerde tesisin lisanslanmasından ve ilgili mevzuatın uygulanmasından sorumlu olan bir nükleer düzenleyici kurum vardır.
Bu düzenleyici kurum;
- Uygun düzenleyici şartlarını, güvenlik standartlarını ve mevzuatını oluşturur ve uygular;
- Tesisin güvenlik değerlendirmesini takiben lisans verir;
- Lisans sahibinin güvenlik performansını denetler, izler ve gözden geçirir;
- Düzenleyici şartlara veya mevzuata uyulduğunu doğrular; ve tanımlanan standartlardan sapmalar veya yanlış uygulamalar olduğunda düzeltici yaptırım uygular.
Nükleer Güvenlik Sözleşmesi’nde aksettirilen en önemli ilke, düzenleyici kurum ile nükleer enerjiyi özendiren veya kullanan grupların etkin bir şekilde birbirinden ayrılmasıdır. Böylece, güvenlik ile ilgili düzenleyici kuruluşlar karar verme sürecinde dış baskılardan korunmuş olur.
İşletme Deneyimi
Dünyada 10.000 reaktör-yılını aşkın bir işletme süresince elde edilen bilgi ve tecrübeler toplanmış bulunmaktadır. Bu bilgi ve tecrübeler; veri tabanları, uluslararası organizasyonlar, dergiler ve seminerler aracılığıyla paylaşılır. Özellikle son yıllarda nükleer santrallerin işletme güvenlik performanslarında belirgin ve sürekli bir iyileşme kaydedilmektedir. Örneğin, son on yılda, planlanmayan ani otomatik durdurma işleminin sayısı oldukça azalmıştır ki bu da tesisin işletimindeki düzelmeleri göstermektedir (Şekil 5.4). Son yıllarda nükleer güç santrallerinde işletme yılındaki ortalama plansız otomatik durdurma (santralin sistemlerini etkileyen termal ve hidrolik geçişlere yol açar) sayısı 1’in altına düşmüştür.
Şekil 5.4. Dünyadaki Plansız Otomatik Kapatma (7000 saat başına).
(Kaynak: WANO)
Ticari nükleer güç santrallerinin olumlu nükleer güvenlik kaydını iki ciddi kaza bozmaktadır: 1979’daki Three Mile Island (TMI) ve 1986’da Ukrayna’daki Chernobyl kazası. TMI kazasında reaktör korunda ciddi hasarlar oluşmuş fakat reaktör basınç kabı ve koruma kabı binası hasar görmemiş, az miktarda radyoaktif gaz serbest kalmış ve halk etkilenmemiştir. Bu kaza, uluslararası Nükleer Olay Ölçeği (INES)’te 5 olarak derecelendirilmiştir. Temelde güvenlik kültürü eksikliğinden kaynaklanan Chernobyl kazası felaket olarak değerlendirilmiş ve 5’in üstünde (7inci seviye) derecelendirilen tek kaza olmuştur. Chernobyl’de buhar patlamasının eşlik ettiği nükleer yakıt erimesi meydana gelmiştir. Santralde tam bir koruma kabı binasının olmamasından dolayı, çok miktarda katı ve gaz radyoaktif madde Avrupa üzerine yayılmıştır.
Bu iki kazadan önemli dersler alınmıştır. TMI kazası, işletici niteliklerinin iyileştirilmesi ve eğitim, daha iyi acil eylem prosedürlerinin ve halkla iletişim sağlanması dahil olmak üzere, insan faktörüne daha çok dikkat edilmesinin gerekliliğini ortaya koymuştur. Chernobyl kazası ise batı ülkelerinde olmayan RBMK tipi (su soğutmalı grafit yavaşlatıcılı tip) nükleer santrallerin tasarımlarındaki zayıflığı ortaya çıkarmanın yanında, güvenlik kültürünün de önemini göstermiştir. Bu kaza; sadece işleticilerin zayıf yönetiminin değil, farklı dış etkilerden kaynaklanan zayıf güvenlik kültürünün de, derinliğine savunmanın her bir unsurunu yıkan bir işletme tarzına yol açabileceğini göstermiştir.
Piyasadaki Serbestleşmenin Güvenlik Üzerine Etkisi
Son yıllarda arz ve fiyatın rekabet ettiği serbest elektrik piyasasına doğru büyüyen bir eğilim vardır. Ekonomik rekabetin, elektrik üretiminin ekonomik açıdan verimliliğini iyileştireceği konusunda çok az kuşku varken, bunun nükleer güvenlik üzerine etkisi tartışılmaktadır. Bağımsız ve ihtiyatlı gözetimin aynen kalmasının sağlanması gerekli olmasına rağmen ilk göstergeler, düzenleyici faktörlerin ve rekabetçi ekonomik performansın zıtlaşmadığını göstermektedir. İşleticinin serbest piyasada rekabetini gereksiz bir şekilde etkilememek için düzenleyici kurumun, personel ve mevzuatını değişen piyasa koşularına ayak uyduracak şekilde geliştirmesi veya uyarlaması gerekebilir.
Gelecek Reaktörlerin Güvenliği
Gelecek on yıllar içerisinde, elektrik üretiminde kullanılan diğer kaynaklarla yarışabilecek yeni reaktör tasarımları geliştirilmesi için çalışmalar sürdürülmektedir. Hem elektrik üretim maliyetinin düşürülmesi hem de güvenlik seviyelerinin artırılması yönünde iyileştirmeler içermesi öngörülen bu gelişmiş reaktörlerin güvenlikle ilgili bazı özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir:
- Ciddi kazaların tasarım esaslarının bir parçası olarak açıkça hesaba katılması;
- İçsel güvenlik özelliklerinin kullanılmasıyla bazı ciddi kaza senaryolarının ortadan kaldırılması;
- Ciddi kaza olsa bile büyük miktarda radyoaktif salımların sınırlandırılması veya ortadan kaldırılması;
- Dijital teknolojinin kapsamlı bir şekilde kullanılmasıyla, işletilebilirlik ve sürdürülebilirliğin iyileştirilmesi;
- Potansiyel insan hatalarının ve sistem karmaşıklığının azaltılması.
Başarılı bir şekilde uygulanabilirse bu özellikler, saha içi ve saha dışı koruyucu önlemlerin (halkın tahliye edilmesi planları gibi) azaltılmasına imkan verebilir ve mevcut güvenlik seviyesini iyileştirebilir.