Poornima Apte | Nükleer Bilim ve Mühendislik Bölümü

ABD’nin net sıfır hedefine ulaşabilmesi için nükleer enerjinin seçenekler arasında yer alması gerekiyor. Sorun: Üretiminde hâlâ ölçek eksikliği yaşanıyor. Profesör Koroush Shirvan’ın danışmanlığını yaptığı üçüncü sınıf doktora öğrencisi Isabel Naranjo De Candido, erişimi hızla artırmak için reaktörleri hızla ayağa kaldırmamız gerektiğini söylüyor.

Bir seçenek, temiz elektriğe ihtiyaç duyan alanlara taşınabilen mikroreaktörler, taşınabilir üniteler ile çalışmaktır. Naranjo De Candido’nun MIT’de Profesör Jacopo Buongiorno tarafından yönetilen yüksek lisans tezi bu tür reaktörlere odaklandı.

Nükleer enerjiye erişimi iyileştirmenin bir başka yolu da modüler reaktörler geliştirmek, böylece bileşen birimleri kaliteyi korurken hızlı bir şekilde üretilebilmektedir. “Buradaki fikir, üretimin sanayileşme tekniklerini uygulayarak şirketlerin daha öngörülebilir bir tedarik zinciriyle daha fazla [nükleer] gemi üretmesidir” diyor. Varsayım, sadece birkaç tasarlanmış bileşeni tekrar tekrar üretmek için standartlaştırılmış tariflerle çalışmanın hızı ve güvenilirliği artırdığı ve maliyeti düşürdüğü yönündedir.

Doktora çalışmalarının bir parçası olarak Naranjo De Candido, bu küçük, modüler reaktörlerin operasyonlarını ve yönetimini optimize ederek yaşam döngülerinin tüm aşamalarında verimli olabilmeleri üzerinde çalışıyor: inşaat; Işletme ve bakım; ve kullanımdan kaldırılması. Araştırmasının motivasyonu basit: “İklim değişikliği için nükleere ihtiyacımız var çünkü iklim değişikliğiyle mücadele etmek için güvenilir ve istikrarlı bir enerji kaynağına ihtiyacımız var” diyor.

İtalya’da bir çocukluk

Günümüzde nükleer enerji ve mühendisliğe olan tutkusuna rağmen Naranjo De Candido, İtalya’nın Padua kentinde liseden sonra ne yapmak istediğinden emin değildi. İtalyan bir hekim annenin ve İspanyol bir mimar babanın kızı olarak, ortaokuldan kısa bir süre sonra bilime dayalı bir liseye kaydoldu çünkü en çok keyif aldığı yolun bu olduğunu biliyordu.

Okulda çok yüksek notlar alarak Pisa’daki özel Sant’Anna İleri Araştırmalar Okulu’nda okumak için tam burs kazandı. Asırlık bir manastırın içinde yer alan okulda yalnızca yüksek lisans ve doktora dereceleri veriliyordu. “Ne okuyacağımı seçmem gerekiyordu ama emin değildim. Mühendisliğe ilgi duyduğumu biliyordum,” diye anımsıyor, “bu yüzden daha genel bir konu olduğu için makine mühendisliğini seçtim.”

Sant’Anna’nın Naranjo De Candido’nun tutkularını keşfetmesi için mükemmel bir seçim olduğu ortaya çıktı. Öğrenimi sırasında aldığı ilham verici bir nükleer mühendislik dersi, onu Pisa’daki yüksek lisans eğitiminin bir parçası olarak bu alanda çalışma yoluna soktu. Orada bulunduğu süre boyunca, öğrenci değişim programının bir parçası olarak Çin’e ve staj için İsviçre ve Amerika Birleşik Devletleri’ne olmak üzere tüm dünyayı dolaştı. “İyi bir altyapı ve müfredat oluşturdum ve bu da MIT’e [kabul edilmemi] sağladı” diyor.

NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı’ndaki staj sırasında, onu doktora çalışmaları için okula başvurmaya teşvik eden bir MIT makine mühendisliği öğrencisiyle tanıştı. İtalyan nükleer sektöründeki bir başka akıl hocası da nükleer mühendislik eğitimi almak için MIT’e başvurmasını önerdi ve o da bu adımı atmaya karar verdi. Ve bunu yaptığına sevindi.

Nükleer enerjiye erişimin iyileştirilmesi

MIT’de Naranjo De Candido, reaktör boyutunu küçülterek ve mikroreaktörleri ihtiyaç duyulan yerlere seyahat edebilecek kadar hareketli hale getirerek nükleer enerjiye erişimi iyileştirme üzerinde çalışıyor. “Mikroreaktörün fikri, yakıt bittiğinde, sahadaki tüm mikroreaktörü yeni yakıt doldurulmuş bir üniteyle değiştirmeniz ve eskisini, yakıt ikmali yapılacağı merkezi bir tesise geri götürmenizdir” diyor. Bu tür mikroreaktörlerin ilk kullanım durumlarından biri, 7/24 güvenilir güce ihtiyaç duyan uzak madencilik sahaları olmuştur.

Mikroreaktörlerin yaklaşık 10 katı büyüklüğündeki modüler reaktörler, erişimi farklı şekilde sağlar: Bileşenler uygun ölçekte üretilebilir ve monte edilebilir. Bu reaktörlerin sadece elektrik sağlamadığını, aynı zamanda endüstriyel ısı pazarına da hitap ettiğini söylüyor. “Bunları endüstriyel tesislerin yakınına yerleştirebilir ve ısıyı doğrudan amonyak veya hidrojen üretimi veya suyun tuzdan arındırılması için kullanabilirsiniz” diye ekliyor.

Bu modüler reaktörlerin sayısı arttıkça, sektörün basitçe bunları inşa etmeyi ve operasyonlarını diğer şirketlere devretmeyi seçen işletmeleri de kapsayacak şekilde genişlemesi bekleniyor. Geleneksel nükleer enerji reaktörlerinde tam bir personel grubu bulunabilirken, modüler olanlar gibi daha küçük ölçekli reaktörler çok sayıda personel istihdam etmeye gücü yetmiyor, bu nedenle yeteneklerin optimize edilmesi ve personelin birçok birim arasında paylaştırılması gerekiyor. “Bu şirketlerin birçoğu, tam olarak kaç kişiye ve ne kadar para tahsis edileceğini ve kaynakların aynı anda birden fazla reaktöre hizmet edecek şekilde nasıl organize edileceğini bilmekle çok ilgileniyor” diyor.

Naranjo De Candido, hammadde maliyetinden işçi eğitimine, reaktör boyutundan, megavat çıkışına ve daha fazlasına kadar çok çeşitli değişkenleri hesaba katan ve yeni tesislerin hangi kaynaklara ihtiyaç duyabileceğini tahmin etmek için geçmiş verilere dayanan karmaşık bir yazılım programı üzerinde çalışıyor. Program aynı zamanda operatörlere kabul etmeleri gereken ödünleşimler hakkında da bilgi veriyor. Örneğin şöyle açıklıyor: “İnsanları belirlenen tipik seviyenin altına düşürürseniz, bu, tesisin güvenilirliğini, yani arıza ve arıza olmadan çalışabileceği saat sayısını nasıl etkiler?”

Bir nükleer reaktörün yönetimi ve işletilmesi özellikle karmaşıktır çünkü güvenlik standartları, işçilerin belirli alanlarda çalışabilecekleri süreyi ve güvenli bölgelerin nasıl ele alınması gerektiğini sınırlamaktadır.

Naranjo De Candido, “Sektörde [nitelikli yetenek] sıkıntısı var, dolayısıyla bu sadece maliyetleri düşürmekle ilgili değil, aynı zamanda fabrikaların kurulmasını mümkün kılmakla da ilgili” diyor. Mekanik bileşenlerde uzmanlaşmış profesyonellerden elektronik kontrollere kadar farklı türde yeteneklere ihtiyaç vardır. Üzerinde çalıştığı model, bu tür uzmanlaşmış becerilere olan ihtiyacın yanı sıra ihtiyaç duyulduğunda birden fazla alanda çapraz eğitim yeteneklerine yer açmayı da göz önünde bulunduruyor.

Nükleer enerjiyi daha erişilebilir hale getirme hedefine uygun olarak optimizasyon yazılımı herkesin kullanımına açık olacak. Naranjo De Candido, “Bunun kamu hizmeti sağlayıcıları, satıcılar ve diğer aktörler için daha iyi iletişim kurabilmeleri için ortak bir zemin olmasını istiyoruz” diyor ve şöyle devam ediyor: “Bunu yapmanın nükleer enerji santrallerinin işleyişini büyük ölçekte hızlandıracağını umuyor; bu da gelecekte gerçekleşecek bir başarı” bir an bile erken değil.

Yazının İngilizcesi