Laçın Tayıbov,

fizika üzrə fəlsəfə doktoru,

İnnovasiya və Rəqəmsal İnkişaf Agentliyinin əməkdaşı

***

Nüvə sənayəsinin inkişafı ilk növbədə atom və termonüvə silahının əldə olunması ilə bağlıdır. Nüvə enerjisindən sülh məqsədləri ilə istifadə olunmasına bir qədər sonra başlanılmışdır. Termonüvə reaksiyaları zamanı hasil olunan enerjidən sülh məqsədləri ilə istifadə olunması isə hələ ki, mümkün olmamışdır.

 Nüvə sənayesinin inkişafını iki mərhələyə bölmək olar. Birinci mərhələdə nüvə sənayesinin əsas işi təbii radioaktiv izotopların alınması: uran, torium, radium, polonium və s., müxtəlif ionlaşdırıcı şüalanma mənbələrinin əldə olunması, izotopların ayrılması metodlarının işlənilməsi, ionlaşdırıcı şüalanma qeydedicilərinin istehsalı (ionlaşma kameraları, Heyger-Müller sayğacı və s.), kütlə spektrometrləri, ion sürətləndiriciləri, tibbi diaqnostik aparatların hazırlanması ilə bağlı idi.

 Nüvə sənayesinin ikinci dünya müharibəsinin başlanğıcı ilə üst-üstə düşən ikinci mərhələsi isə izotopların istehsalat üçün ayrılmasından ( uranın, hidrogenin və litiumun izotoplarının ayrılması və s.), atom reaktorlarının yaradılması (istilik neytronlu, sürətli neytronlu, impuls rejimdə və s.), Pu-239 istehsal edən reaktorların yaradılması, nüvə və termonüvə silahının müxtəlif komponentlərinin hazırlanması, süni radionuklidlərin istehsalı, texniki, tibbi, kənd təsərüfatında və geofiziki tətbiq sahələrinə malik radiasiyon cihazların yaradılması, sürətləndiricilərin inkişafı və s. ilə bağlı olmuşdur. Atom elektrik stansiyaları və atom mühərrikli sualtı qayığlar da məhz bu mərhələdə işə salınmışdır. Hal-hazırda nüvə sənayesi demək olar ki, bütün dünya dövlətlərində çox böyük sürətlə inkişaf etməkdədir.

 Radioaktivlik hadisəsi və bu zaman buraxılan şüalanmanın kəşfindən dərhal sonra atom nüvəsində böyük miqdarda enerjinin olduğu aydın oldu. Lakin, ionlaşdırıcı şüaların enerjisi energetik nöqteyi nəzərdən elə də maraq doğurmurdu. Uranın bölünməsi və zəncirvari reaksiyanın mümkünlüyünun kəşfi, mənzərəni kökündən dəyişdi. Bundan dərhal sonra isə bir çox alimlər nüvə reaktorlarının və nüvə silahının yaradılmasının perespektivlərini qiymətləndirməyə başladılar. Uranın istilik neytronlarının təsiri ilə bölünə bilməəsi kəşf olunandan sonra Almaniyada, ABŞ-da, Böyük Britaniyada, Yaponiyada, SSSR-də nüvə silahlanması üzrə proqramlar işə düşməyə başladı. Zəncirvari proseslərdən istifadə ideyası ilk dəfə uranın bölünməsi kəşf olunmazadan əvvəl Macar fizik Leo Szilard tərəfindən 1933-ci ildə irəli sürülmüşdür.

Almaniyada uran layihəsi ikinci dünya mühariəsinin başlanğıcına qədər başlamışdı. Belə ki, 1938-ci ilin sonlarında Alman alimləri Otto Qan və onun köməkçisi Friz Ştrassman, uran nüvəsinin neytronlarla bombardman edilməsi zamanı bəzi nüvələrin böyük enerjinin ayrılması ilə təxminən iki bərabər hissəyə ayrıldığını müşahidə etmişlər. Bir il sonra bu nəticələr  L. Szilard, Yu. Vigner, E. Fermi tərəfindən ABŞ-da, Dj. Uiler tərəfindən İngiltərədə, F. Jolio-Küri tərəfindən Fransada, Ya. Zeldovich, və Yu. Xariton tərəfindən SSSR-də təsdiqini tapdı. O. Qan  v. F. Ştrassman tərəfindən müşahidə olunan bu hadisə 6 yanvar 1939 ci ildə “Naturwissenschaften” jurnalında dərc olunur və  artıq həmən ilin aprel ayında Q. Yos, V. Xanle, və V Qrot, kimi fiziklər o vaxtki Almaniya rəhbərliyinə nüvə silahının hazırlanması üzrə tövsiyyə xarakterli müraciət ünvanlayır. Hətta bu məqsədlə sonradan  müəyyən maliyyə vasiti ayrılmasına baxmayaraq bəzi çətinliklər səbəbindən işlərin gedişatı nüvə silahının əldə olunmasına imkan vermir. Lakin həmən ərəfədə Almaniyada bu istiqamətdə aparılan bu tədqiqatlar İngiltərə və ABŞ-ı çox narahat edirdi və buna görə də bu dövlətlər də paralel olaraq bu istiqamətdə tədqiqatların aparılmasına böyük diqqət ayırırdı. 1939-1940 ci illərdə bu sahədə tədqiqat aparan dahi alimlər öz çıxışları zamanı uran nüvəsində olan bu böyük miqdarda enerjidən həm sülh həm də nüvə silahı əldə etmək üçün istifadənin mümkünlüyünü xüsusi ilə vurğulayır və bu zaman urandan hərbi məqsədlərlə istifadənin mümkünlüyü ABŞ-ın diqqətini daha çox cəlb edirdi. 1939-ci ilin mart ayında hərbi-dəniz nazirliyinin rəhbərliyi ilə baş tutan konfransda Fermi uranda istilik neytronlarının təsiri altında idarə oluna biləcək zəncirvari nüvə reaksiyalarının, sürətli neytronlarla isə partlayış xarakterli reaksiyanın gedə bilməsinin mümkünlüyünü göstərdi. 2 Avqust 1939 ci ildə Eynşteyn ABŞ-ın o vaxtki prezidenti Ruzveltə uranın energetik və hərbi tətbiq imkanlarının əks olunduğu məktubu ABŞ-ın nüvə silahının hazırlanması üzrə  “Manhautten” layihəsinin əsasını qoyur.

 İlk əvvəl nüvə silahının hazırlanması üzrə lider dövlət Böyük britaniya olmuşdur lakin Almaniya tərəfindən bombardman edilməsi ilə bağlı çətinliklər bu prossesə bir zərbə oldu. Daha sonra isə bu prosses ABŞ-da vüsət almağa başladı. 1940-ci ilin aprelindən 1942-ci ilin dekabırına kimi ABŞ və İngiltərə nüvə silahının əldə olunması layihəsi üzərində müştərək iş həyata keçirirdi.

 Bir qədər sonra isə ABŞ alimi Oppenqaymer- in elmi rəhbərliyi ilə nüvə silahının əldə olunması məqsədi ilə izotopların ayrılması və plutoniumun istehsalı üçün reaktorların tikilməsi üzrə işlər daha intensiv xarakter almağa başladı. Aparılan bu işlərin nəticəsi olaraq ABŞ-da 1945-ci ildə əvvəlcə poligonda daha sonra isə Yaponiya əlehinə hərbi əməliyyat zamanı həm plutonium həm də uran əsasında hazırlanmış nüvə silahı sınağdan keçirilmişdir. Təbii ki, SSSR-də də ikinci dünya müharibəsi illərində zəif də olsa bu istiqamətdə tədqiqatlar həyata keçirilirdi. Həmin illərdə SSSR-i iqtisadiyyatını təzyiq altında saxlayan ağır hərbi əməliyyatlar nüvə sənayesinin inkişafına diqqət ayırmağa imkan vermirdi. İkinci dünya müharibəsi sona çatandan sonra ABŞ-n Xirosima və Nagasaki şəhərlərinə atdığı nüvə silahları SSSR-nin maraqları ilə tam ziddiyyət təşkil edirdi. Odur ki, ikincidünya müharibəsi bitəndən bir neçə il sonra artıq SSSR, İngiltərə və Fransa nüvə silahına yiyələndi. ХХ əsrin sonlarına yaxın nüvə silahına malik dövlətlərə Çin, Hindistan, Pakistan, Cənubi Afrika respublikası, Şimali Koreya, İsrail ( nəticə etibarı ilə CAR sonradan özünün nüvə potensialını məhv etmək məcburiyyətində qaldı) da əlavə olundu. Həmin illərdə Braziliya, Argentina və İran islam respublikasında gizli şəkildə nüvə silahının əldə olunması istiqamətində işlər aparılırdı.

 Elm və texnikanın heç bir sahəsi nüvə energetikası qədər sürətlə inkişaf etməmişdir. Belə ki, 1954 ci ildə ilk dəfə SSSR-də (Obninsk şəhəri) ilk AES inşa edildikdən sonra müxtəlif dünya dövlətlərində  1978-ci ilə qədər artıq ümumi gücü 100QVt olan 200 AES fəaliyyət göstərirdi.

 Hələ 1950-60-ci illərdə nüvə energetikasına olan marağın və eləcə də nüvə texnologiyalarına yiyələnən dövlətlərin sayınındakı artm  nəticəsində nüvə silahına malik olacaq dövlətlərin sayının çoxala biləcəyi  ehtimalı bir çox alimləri və siyasətçiləri xüsusi ilə ABŞ və SSSR-ni narahat edirdi. Əsasən  ABŞ və SSSR-i arasında bu istiqamətdə aparılan beynəlxalq danışıqların nəticəsi olaraq 1957-ci ildə Beynəlxalq Atom Enerjisi üzrə Agentlik, 1968 ci ildə isə nüvə silahlarının yayılmaması barədə müqavilənin imzalanılmasına nail olundu.

 Hal-hazırda nüvə enerjisindən sülh məqsədləri ilə istifadə olunması demək olar ki bütün dünya dövlətlərini əhatə edir.  Tarixi nöqteyi nəzərdən ilk əvvəl elektrik və istilik energetikası, daha sonra nəqliyyat energetikası (xüsusi ilə dəniz nəqliyyatı) bir qədər sonra isə nüvə texnologiyalarının kosmik tətbiqinə nail olunmuşdur. Hazırki dövrdə nüvə texnologiyaları elmdə, sənayedə, kənd təsərüfatında, tibdə, energetikada və s. çoxşaxəli tətbiq sahələrinə malik olmaqla müasir svilizasiyanın tərkib hissəsinə çevrilmişdir.

Ənənəvi  reaktorlar əsasında nüvə energetikası...

Nüvə enerjisi nüvə çevrilmələri zamanı ayrılan nüvənin daxili enerjisi olub, böyük qiymətə malikdrir. Radioaktiv parçalanma zamanı ayrılan enerjinin intensivliyi kiçikdir. Lakin, bu enerjidən də atom batareyalarının hazırlanmasında istifadə olunur. Atom enerjisinin daha geniş şəkildə istifadəsi əsasən iki reaksiya nəticəsində mümkündür. Bunlardan birincisi ağır nüvələrin bölünməsi reaksiyası, digəri isə yüngül nüvələrin sintezi reaksiyasıdır. Hər iki reaksiya halında çox böyük miqdarda enerji ayrılır. Ağır nüvələrin bölünməsi  reaksiyası zamanı ayrılan enerjidən həm sülh həm də hərbi məqsədlər üçün istifadə olunduğu halda, yüngül nüvələrin sintezi reaksiyasından hələ ki, yalnız hərbi məqsədlər (hidrogen bombası) üçün istifadə etmək mümkündür. Bu reaksiyaların idarə olunması hələ ki, mümkün deyildir. Nüvə enerjisinin elektrik enerjisinə çevrilməsi prossesi Atom elektrik stansiyalarında (AES) həyata keçirilir. XX-ci əsrin 50-60-ci illərindən başlayaraq çoxlu sayda ənənəvi energetik reaktorlar tikilərək istifadəyə verilmişdir. Hal-hazırda 31 dünya dövlətləri üzrə ümumi gücü ~375 GVt. olan 416 energetik nüvə reaktoru istismar olunmaqdadır.

Nüvə energetikasının əsas üstünlükləri aşağıdakılardır:

Enerjinin ekoloji cəhətdən təmiz şəkildə əldə olunması;

Təhlükə riskinin çox aşağı olması;

Əldə olunan enerjinin maya dəyərinin aşağı olması;

Hasil olunan tullantıların həcminin digər enerji növlərinə nisbətən az olması;

İstifadə olunan yanacağın həcminin kiçik olması.

Lakin bu deyilənlərlə yanaşı onu da qeyd etmək lazımdır ki, bir çox hallarda ənənəvi reaktorlar əsasında nüvə energetikasına yiyələnmək istəyən ölkələr aşağıdakı çətinliklərlə üzləşirlər:

Əldə olunan enerjinin maya dəyərinin ucuz olmasıına baxmayaraq, AES-in tikintisinə, təhlükəsizliyinin təmin olunmasına, işlənmiş yanacağın saxlanılmasına və yenidən işlənilməsi üçün böyük xərclər tələb olunur;
Bu sahənin elm tutumlu bir sahə olduğundan, yüksək ixtisaslı kadrların mövcudluğu mühüm şərtlərdən biridir.

Lakin bir çox dövlətlər belə bir məktəbə malik deyildir;

İnfrastrukturun inkişaf etdirilməsinin vacibliyi;

Nüvə və fiziki nüvə təhlükəsizliyinin təmin olunması;

Nüvə energetikası, işlənmiş nüvə yanacağının saxlanılması və utilizasiyası ilə bağlı qanunverici və tənzimləyici bazanın yaradılması;

Nüvə yanacağı xammalı ilə təmin olunma;

Radioaktiv tullantılar və işlənmiş nüvə yanacağı ilə davranma qaydalarına yiyələnmə;

Nüvə silahının yayılmaması ilə bağlı konvensiya, nüvə materiallarının fiziki mühafizəsi və digər beynəlxalq norma və qaydaların tələblərini lazımı qaydada yerinə yetirmək;

İctimai rəyin formalaşdırılması.

Müxtəlif dövlətlərdə hərbi nüvə proqramının inkişafı fonunda yaradılan elmi-texniki resurslar atom enerjisindən sülh məqsələri ilə istifadəsi üçün vacib baza yaratmış oldu. Belə ki, atom layihələri üzərində çalışan alimlər nüvə yanacağ ehtiyatlarının yer üzərində demək olar ki, tükənməz olduğunu nəzərə alaraq, nüvə energetikasının inkişaf perespektivlərini daim önə çəkirdilər.

Nəhayət, ilk Atom elektrik stansiyası 27 iyun 1954-ci ilə SSSR-də Obninsk şəhərində istifadəyə verildi. Böyük Britaniyada ilk AES 1956, ABŞ-da isə 1957-ci ildə istifadəyə verilmişdir. Daha sonra isə 1960-70 ci illərdə müxtəlif dövlətlərin ərazisində çoxlu sayda AES tikilmişdir. Lakin 1979-ci ildə ABŞ-da “TRİ-MAYL-AYLƏND” AES-də, və 1986-ci ildə SSSR-də Çernobl AES-də baş verən qəzalar bu prossesi bir qədər zəiflətdi. Çernoblda baş verən qəza bu sahənin mütəxəssislərini AES-n layihələndirilməsi, tikilməsi və təhlükəsizliyinə qarşı yeni standartlar tətbiq etməyə, bu sahədə  yüksək ixtisaslı kadrların hazırlanmasına və təhlükəsizlik mədəniyyətinə xüsusilə diqqət ayırmağa məcbur etdi. Sonrakı dövrdə bu sahədə qəzaların azlığı, və təhlükə riskinin digər enerji mənbələrinə nisbətən aşağı olması bu sahəyə marağı daha da artırmış oldu.

İstilik və Atom elektrik stansiyaları arasında əsas fərq, AES-də yanacağın yanma tələb etməməsidir. Bunun nəticəsi olaraq AES ətraf mühiti yanma məhsulları olan bəzi zərərli qazlarla çirkləndirmir və yanmaya oksigen sərf olunmur. Mövcud AES-lərin çoxu təbii və ya aşağı zənginləşmiş uranla işləyir. Bir qisim AES-də yanacağ kimi (MOX) uran-plutonium qarışığından istifadə olunur. Bu yanacağın əldə olunması mürəkkəb prossesdir və yüksək texnika və texnologiyaların mövcudluğunu tələb edir. İstifadə olunan yanacağ, istilikdaşıyıcı, yavaşıdıcı və reaktorun gücündən asılı olaraq müxtəlif energetik reaktorlar istismar olunmaqdadır. Yuxarda qeyd olunduğu kimi, nüvə energetikası resursları demək olar ki, tükənməzdir. Əsas nüvə yanacağı xammalı urandır ki, onun da yer üzərində miqdarı milyon tonlarla hesablanır. Ən böyük uran yataqları Avstraliya,  Qazaxıstan, Rusiya, Kanada, ABŞ, CAR, Braziliya, Nambiya, Nigeriya, Ukraina, Özbəkistan, Hindistan və Çinədə yerləşir.

Mövcud uran ehtiyatlarının 93%-i bu dövlətlərin ərazisində cəmlənmişdir. Qeyd etmək lazımdır ki, son zamanlar nüvə energetikasına olan marağın artması ilə bərabər yeni uran yatağlarının axtarılması işi də daha geniş vüsət almışdır. AES-də istifadə olunmuş nüvə yanacağı və nüvə silahlarının sökülməsi nəticəsində əldə olunan nüvə materialları da yanacağ resursu şəklində istifadə oluna bilər. İstilik elektrik stansiyalarına nisbətən AES-də daha kiçik həcmdə nüvə yanacağı xammalı tələb olunur. Belə ki, 20 qr kütləyə malik uran tableti, enerji istehsalına görə təxminən 730 kg kömürə və ya 520 litrə neftə ekvivalentdir. Hal-hazırda AES-də istehsal olunan elektrik enerjisinin dəyəri üzvi yanacaqlardan istifadə edərək alınan elektrik enerjisinin dəyərindən daha ucuz başa gəlir. Bundan əlavə, yeni istismara başlayan kiçik modul tipli reaktorlar isə demək olar ki, bu istiqamətdə bir inqilab yaradaraq tamamilə yeni imkanlar açır.

Kiçik modul tipli reaktorlar əsasında nüvə energetikası   

Kiçik modul tipli reaktorlar: Bu tip reaktorlara olan maraq durmadan artmaqdadır və hal-hazırda yalnız bir neçə belə reaktor istismardadır (2  (iki) KLT-40S 35 MVt Rusiya və HTR-PM 200 MVt Çin). Bu reaktorların ayrı-ayrı sistem və komponentləri modullar şəklində istehsal yerlərində yığılaraq tikiləcəyi əraziyə çatdırılır və inşa olunur. Bu qurğuların çoxu qabaqcıl təhlükəsizlik sistemləri ilə təmin olunub və bir və ya bir neçə modul şəkilində tikilərək istifadəyə verilə bilir ki, bu da onların gücünün geniş intervalda dəyişməsinə imkan verir.

Kiçik modul tipli reaktorları soyuducu maddənin növünə görə aşağıdakı şəkildə qruplara bölmək olar:

1) Su ilə soyudulan reaktorlar;

2) Yüksək temperaturlu qazla soyudulan reaktorlar;

3) Maye metallarla soyudulan reaktorlar;

4) Ərim

iş duzlarla soyudulan reaktorlar.

  Bundan əlavə, bu reaktorlar yalnız elektrik enerjisinin alınmasında deyil həm də digər məqsədlər üçün istifadə olunur (İstilik enerjisi, hidrogen istehsalı, dəniz suyunun şirinləşdirilməsi və s.). Başqa sözlə bu reaktorlar  modul tipli olub çoxşaxəli tətbiq sahələrinə malikdirlər ki, bu da onların tikintisinə ilkin kapital qoyuluşunun əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına gətirib çıxardır. Bu tip qurğular əsaən əhalisi və ərazisi kiçik olan dövlətlər, fərdi biznes sektorları üçün daha çox uyğundur. Təhlükəsizlik sistemlərinin işinə görə bu tip reaktorlar ənənəvi reaktorları geridə qoyur və onların tikintisi üçün daha az zaman və ərazi tələb olunur. Bundan əlavə, bu reaktorlar quruda (yer üzərində) və suda (gəmidə) inşa oluna bilər. Hal-hazırda quruda tikilə biləcək 14 su ilə soyudulan reaktor layihəsi üzərində 9 ölkədə aktiv şəkildə işlər aparılır. Onlardan biri CAREM Argentinada tikilməkdədir və 2028-ci ildə işə salınacağı gözlənilir. Digər bir reaktor ACP100 tikintisinə çində 2021-ci ildən başlanılıb və artıq istismar olunmaqdadır. Yaxın illərdə işə salınacaq layihələrə misal olaraq RİTM-210 (Rusiya), NuScale VOYGR (ABŞ), Westinghause AP300 (ABŞ), Rolls-Royse SMR (İngiltərə), EDF-NUWARD SMR (Fransa) misal göstərmək olar. Təxminən  80 layihə üzərində işlər müxtəlif mərhələdə davam etdirilir.

  Suda (gəmi üzərində) inşa oluna bilən reaktorların əsasən 6 (altı) layihəsi mövcuddur. Bunlardan ikisi KLT-40S (Rusiyada, Pe vek) hər biri 35 MVt güclü olmaqla 2020-ci ildən etibarən istismar olunmaqdadır.  

Ənənəvi və kiçik modul tipli energetik reaktorların müqayisəli təhlili:

1) Ənənəvi reaktor     

2) Kiçik modul tipli reaktor

 1)Ənənəvi energetik reaktorlar:

Gücü(böyük): 1000 MVt; Ərazi (böyük): 2,6 kv km;

İlkin kapital qoyuluşunun yüksək olması;

Tikintisinə daha böyük zaman (5-10 il) tələb olunması;

Daha geniş infrastrukturun və insan resurslarının tələb olunması; 

Güclü  elektrik şəbəkəsinin tələb olunması; çevikliyin olmaması;

Aktiv təhlükəsizlik sistemlərinin daha çox olması;

Yanacağın dəyişilməsi üçün təxminən 45 gün fəaliyyətinin dayandırılması;                             

 2) Kiçik modul tipli reaktorlar:

Gücü (Kiçik): 70MVt; Ərazi (Kiçik):0,16 kv km;

İlkin kapital qoyuluşunun aşağı olması;

Tikintisinə kiçik zaman tələb olunması (təxminən 3 il);

Nisbətən kiçik nüvə infrastrukturunun və insan resurslarının tələb olunması;

Müxtəlif güclərdə tikilə bilməsi; çevikliyin olması, digər enerji mənbələrini əvəz edərək enerji kəsilməzliyini təmin edə bilməsi;

Daha qabaqcıl nüvə yanacağına malik olması;

Fəaliyyəti kəsilmədən yanacağın dəyişilə bilməsi;

Uzun müddət yanacağının dəyişmədən fəaliyyət göstərə bilməsi (3-7il bəzən 20 il);

Radioaktiv tullantıların və işlənmiş nüvə yanacağının həcminin ənənəvi reaktorlara nisbətən çox kiçik olması;

Passiv təhlükəsizlik sistemlərinin daha çox olması;

Göründüyü kimi, kiçik modul tipli energetik reaktorlar daha sadə quruluşa malik olub daha təhlükəsiz və qabaqcıl və innovativ texnologiyaya əsaslanaraq ənənəvi reaktorların istismarı ilə bağlı bir sıra çətinlikləri aradan qaldırır. Odur ki, bu qurğular dayanaqlı, kəsilməz, ekoloji cəhətdən təmiz nüvə enerjisindən istifadə edərək  enerji təhlükəsizliyinin təmin edilməsi istiqamətində yeni imkanlar yaratmış olur.

MİA.AZ