Bugün öğrendim ki: Amerika Birleşik Devletleri, fosil yakıt ihtiyacını azaltmak için Antarktika'da bir nükleer reaktör işletiyordu. 10 yıldan az bir süre faaliyet gösteren reaktörün kalabalık mürettebatı, temizleme maliyetleri ve güvenilmezliği, erken devre dışı bırakılmasına yol açtı.
Tyler Reid
21 Mart 2014
Stanford Üniversitesi, Kış 2014, PH241 dersi ödevi olarak sunulmuştur.
Giriş
Şekil 1: McMurdo İstasyonu Dahil Önemli Antarktika Üsleri. (Kaynak: Wikimedia Commons)
1960'lar ve 1970'lerin başlarında, Antarktika'daki en büyük araştırma üssü olan McMurdo İstasyonu, orta boyda, taşınabilir bir nükleer reaktör tarafından çalıştırılıyordu. [1] Antarktika'daki aşırı sıcaklıklar, operasyonları sürdürmek için büyük miktarlarda fuel oil gerektiriyordu ve bu da nükleer enerjiyi cazip bir alternatif haline getiriyordu. [1] 10 yıllık ömrü boyunca, nükleer santral 78 milyon kilovat saatin üzerinde elektrik üretti ve fazlalık buharı bir tuzdan arındırma tesisinde kullanarak 13 milyon galon tatlı su üretti. [1] Bu cihaz yakıt ithalatının gerekliliğini azaltsa da, nihayetinde 1972'de erken emekliliğine zorlanan sorunlarla boğuştu. Antarktika'daki nükleer enerjiyle ilgili maliyetler onu pratik olmaktan çıkardı ve o zamandan beri üs, dizel-elektrik jeneratörleri tarafından çalıştırılıyor. [1] McMurdo İstasyonu'nu çalıştıran PM-3A nükleer reaktörü, Antarktika kıtasında faaliyet gösteren tek nükleer santral olarak duruyor.
McMurdo İstasyonu Tarihi
Antarktika'daki Ross Adası'ndaki Hut Point Yarımadası'nın buzsuz güney ucu, 100 yılı aşkın bir keşif ve bilimsel tarihe sahip ve günümüz McMurdo İstasyonu'nun bulunduğu yerdir. [2] Bu yer, Güney Kutbu'na sadece 729 deniz mili uzaklıktadır ve Robert F. Scott'ın 1902'de Güney Kutbu'na ilk keşif gezisini düzenlediği yerdir. [2] Amerika Birleşik Devletleri, Aralık 1955'te Deep Freeze I Operasyonu'nun bir parçası olarak bu yerde kalıcı bir üs kurdu. [2] Naval Air Facility McMurdo olarak bilinen bu yer, coğrafi Güney Kutbu'nda bir araştırma tesisi inşa etmek ve desteklemek için bir deniz limanı ve lojistik üs olarak hizmet verecekti. [2] McMurdo adı, 1841'de bir Antarktika keşif gezisinde Ross Adası'nı keşfeden İngiliz gemisi HMS Terror'daki bir teğmene saygı olarak seçildi. [2] 1958'de yerin adı McMurdo İstasyonu olarak değiştirildi ve o zamandan beri 1200'den fazla nüfusu destekleme yeteneğini korudu. [2] McMurdo İstasyonu, Antarktika'daki faaliyetlerin merkezi görevi görüyor ve şu anda Ulusal Bilim Vakfı'nın (NSF) bir bölümü olan Amerika Birleşik Devletleri Antarktika Programı (USAP) tarafından işletiliyor. [2]
Şekil 2: PM-3A çekirdeği. (Kaynak: Wikimedia Commons)
Nükleer Enerji Kararı
McMurdo İstasyonu'na bir nükleer santral kurma kararı, çeşitli faktörlere dayanıyordu. [3] İlk olarak, operasyonlar için gereken büyük yakıt talebini karşılamakla ilgili zorluklar vardı. Uçaklar, dizel-elektrik jeneratörler, ısıtma üniteleri ve çeşitli kara araçları, 1950'lerin sonlarında Antarktika'ya teslim edilen toplam yükün yarısından fazlasını tüketiyordu. [3] Tedarik zinciri lojistiğini daha da karmaşık hale getiren bir diğer husus ise, McMurdo'nun sadece yaz aylarında (güney yarımkürede yaz) tedarik gemilerine erişilebilir olmasıydı; bu nedenle tüm yıl için tüm malzemelerin bu kısa süre içinde teslim edilmesi gerekiyordu. [3] Nükleer enerjiden elde edilen artan elektrik arzının, yükün daha verimli kullanılmasına, maliyetlerin düşürülmesine ve ayrıca yağla çalışan ısıtma üniteleriyle ilgili yangın tehlikelerinin yerini alacak elektrikli ısıtmaya yol açacağına karar verildi. [3] Ayrıca, izole ve sert bir ortamda bir nükleer santralin kurulması ve işletilmesinden deneyim kazanılacaktı. [3]
Ağustos 1960'ta Amerika Birleşik Devletleri Kongresi, McMurdo için bir nükleer reaktörün tasarımını ve inşasını onayladı. [3] Aynı ay, ABD Atom Enerjisi Komisyonu, Maryland, Baltimore'daki Martin Marietta Şirketi ile Antarktika'daki PM-3A (A Antarktika için) nükleer reaktörünün tasarımını, üretimini, testini, paketlemesini, taşımasını, kurulumunu ve ilk işletilmesini sözleşmelendirdi. [4] PM-3A reaktörü, taşınabilir, orta boyda bir nükleer reaktördür ve türünün üçüncüsüdür. [4] PM-3A'dan önce bu tip iki tane daha yapılıp hizmete sokulmuştur. [4] İlki, Martin tarafından inşa edilen ve Kuzey Amerika Havacılık Savunma Komutanlığı'nın (NORAD) bir parçası olarak Wyoming'deki uzak bir radar istasyonunu çalıştırmak için kullanılan PM-1'di. [4] PM-2A (A Arktika için), Kuzey Grönland'da kurulan Uzak ABD askeri üssü Camp Century'yi çalıştırmak için American Locomotive Company tarafından inşa edildi. [4] Bu reaktörlerin her biri 1.25-2.0 MW güç aralığındaydı; PM-1 ve PM-3A 1962'de, PM-2A ise 1960'ta faaliyete geçti. [4]
Reaktör Tasarımı, Kurulumu ve Çalıştırılması
Şekil 3: McMurdo'ya gelen PM-3A bileşenleri. (Kaynak: Amerika Birleşik Devletleri Antarktika Programı. NSF'nin izniyle)
PM-3A nükleer reaktörü her şeyden önce taşınabilir olması gerekiyordu, çünkü teslimat sistemi olarak LC-130 uçağı göz önünde bulundurularak tasarlandı. [3] McMurdo'ya gemiyle ulaşılabilmesine rağmen, başlangıçta bu reaktörün, sadece uçakla ulaşılabilen Güney Kutbu'ndaki gibi iç kesimdeki üsleri çalıştıracağı düşünülüyordu. [3] Güvenilirlik ve taşınabilirlik nedenleriyle, PM-3A basınçlı su reaktörü olarak tasarlandı. [3] Çekirdeği, yakıt montajı yaklaşık olarak bir varil petrol büyüklüğünde olan, %93,1 oranında U-235 izotopu içeren yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum kullandı. [5] Şekil 2, PM-3A çekirdeğinin yerinde kurulumunu göstermektedir. Reaktör, Aralık 1961'de USNS Arneb aracılığıyla McMurdo'ya modüller halinde geldi. [3] Şekil 3, nükleer reaktör modüllerinden birinin McMurdo'da boşaltılmasını göstermektedir. PM-3A, McMurdo İstasyonu'na bakan bir yer olan Observation Hill'in yamacında, 300 fit yükseklikte sağlam volkanik kaya bir temel üzerine monte edildi. [3] Şekil 4, McMurdo İstasyonu'na bakan tamamlanmış reaktör sahasını göstermektedir.
PM-3A, 25 kişilik bir mürettebattan oluşan Donanma Nükleer İtki Birimi tarafından işletiliyordu. [3] Reaktör Mart 1962'de kritik hale geldi ve Temmuz 1962'de McMurdo'ya faydalı elektrik sağladı. [3] PM-3A nükleer santralinin testini ve hata ayıklamasını tamamlamak toplam 23 ay sürdü. [3] Bu süreden sonra, santralin kontrolü Martin Şirketi'nden ABD Donanması'na devredildi. [3] Tamamen faaliyete geçtiğinde, santralin rolü iki yönlüydü: McMurdo'ya 1,8 MW miktarında elektrik üretmek ve günde 14.000 galon miktarında tatlı su üretmek için bir tuzdan arındırma tesisini çalıştırmak için buhar üretmek. [3]
Devre Dışı Bırakma
1964'ten 1972'ye kadar olan çalışma ömrü boyunca toplam 438 arıza ile McMurdo'daki reaktör, zamanın sadece %72'sinde kullanılabilir olan güvenilmez bir güç üretim kaynağı olduğunu kanıtladı. [1] Bu nedenle, Mayıs 1972'de Bechtel Corporation'ın bağımsız bir değerlendirmesiyle PM-3A'nın maliyet etkin olmadığı ve modern dizel-elektrik jeneratörlerle değiştirilmesinin daha az personel gerektireceği ve daha güvenilir olacağı belirlendi. [1] Eylül 1972'de PM-3A rutin bakım ve inceleme için kapatıldı. [1] Sistemde, normalde sünek malzemelerde aşındırıcı bir ortamda gerilim altında ani arızanın meydana gelebileceği bir durum olan klorür gerilim korozyon çatlaması için koşulların mevcut olduğu belirlendi. [1,6] Erişilebilir bir boru bölümünün incelenmesi, bunun meydana geldiğine dair bir olaya rastlanılmadı; ancak Donanma, incelenemeyen yüzeylerde çatlama olasılığını dışlamayı reddetti ve bu nedenle güvenli kabul edilmeden önce reaktörün tamamen sökülüp incelenmesini istedi. [1] Bu tam inceleme ve reaktör bileşenlerinin olası onarımıyla ilgili maliyet, santralin devre dışı bırakılma kararında önemli bir faktördü. [1]
Şekil 4: 1965 civarında Observation Hill'deki nükleer santral. (Kaynak: Wikimedia Commons)
10 yıllık çalışma süresinden sonra, PM-3A 1972'de kalıcı olarak kapatıldı ve 20 yıllık beklenen tasarım ömrünün yalnızca yarısına ulaştı. [1] Bir sonraki adım, reaktör sahasının temizlenmesiydi. PM-3A ve üretilen radyoaktif atıklar, hem nükleer silah testlerini hem de Antarktika'ya nükleer atık dökülmesini engelleyen uluslararası olarak kabul edilen Antarktika Antlaşması nedeniyle McMurdo'da kalamazdı. [7] Bu nedenle, reaktör bileşenlerini, binaları ve kirlenmiş toprağı toplam 365 metrik ton radyoaktif atık olarak Amerika Birleşik Devletleri kıtasına taşımak için büyük ölçekli bir çalışma yürütüldü. [7] Daha sonra, reaktör kalkanı olarak kullanılan kırılmış çakıla soğutucu su sızıntısına neden olan, hapis kabında gerçekten çatlaklar olduğu belirlendi. [4] Bu nedenle, 9000 metreküpten fazla kirlenmiş toprak ABD kıtasına taşındı. [1] Toplamda, yedi zenginleştirilmiş uranyum yakıt çekirdeği McMurdo'ya gönderildi, bunlardan üçü daha kullanılmamıştı çünkü santralin birkaç yıl daha çalışması bekleniyordu. [7] Reaktör çekirdekleri, bileşenleri ve reaktörü korumak için kullanılan yüksek oranda radyoaktif çakıl, Güney Carolina'daki Enerji Bakanlığı Savannah Nehri Tesisi'ne gönderildi. [1] Kalan düşük seviyeli kirlenmiş toprak, Kaliforniya, Port Hueneme'deki Donanma üssüne gönderildi. [7] Saha üzerindeki çalışmalar yalnızca güney yazında yapılabildiği için temizlik çalışması 1979 yılına kadar sürdü.
Sağlık ve Çevresel Etkiler
PM-3A'nın çok sayıda arızasının yanı sıra temizlik faaliyetlerinin sonucu olarak, reaktörle ilgili personelin sağlığının olumsuz yönde etkilendiği konusunda endişeler vardı. [7] Donanma Nükleer İtki Birimi üyeleri sürekli olarak radyasyona karşı izlense de, askeri destek ekibinin çoğu izlenmiyordu. [7] Bu nedenle, Savunma Bakanlığı tarafından, McMurdo'dan elde edilen verilerin en kötü durumlarına dayalı olarak bu kişiler için radyasyon maruziyetine ilişkin üst sınır tahmini yapmak üzere bir çalışma yürütüldü. [7] Tatlı su üretimi için PM-3A kullanıldıktan sonra sudaki radyoaktivite seviyeleri izlendi. [7] Tatlı su üretiminin ilk birkaç yılında (1967 ve 1969 yılları arasında) içme suyunda anormal derecede yüksek miktarda trityum görüldü. [7] Ayrıca, 1969'da içme suyunda anormal derecede yüksek miktarda uzun ömürlü beta aktivitesi görüldü. [7]
Şekil 5: McMurdo'daki nükleer enerji tesisini anımsatan plaket. (Kaynak: Wikimedia Commons)
İçme suyundaki sorunların ve çevre kirliliğinin yanı sıra, bazıları yaralanmaya yol açan çok sayıda mürettebat radyasyon maruziyeti olayı kaydedildi. [7] Santral çalışırken, anormal radyasyon seviyelerine ilişkin 223 rapor kaydedildi. [7] Bu vakalardan 14'ü yaralanmaya, 123'ü ise 7 gün boyunca 0,350 rem miktarında maruziyete neden oldu. [7] Tipik bir yıllık arka plan kaynaklarından alınan dozun ortalama 0,240 rem olduğu tahmin edildiğinde bu önemli miktarda radyasyondur. [8] Kalan 86 olay, santral ve yakın çevresinde tespit edilen anormal radyasyon seviyeleriydi. [7] Sonuç olarak, bir destek üyesinin tiroid bezine 0,2 ila 0,6 rem veya kırmızı kemik iliğine güney yaz turu başına 0,2 ila 0,5 rem maksimum doz aldığı belirlendi. [7] Buradaki üst sınır, Amerika Birleşik Devletleri'nde yaşayan bir kişinin tipik arka plan radyasyonundan ve tıbbi işlemlerden aldığı tipik radyasyon dozuna eşdeğerdir. [7] Bununla birlikte, bu rakamların göz önünde bulundurulan faktörler ve verilerin sınırları dışında radyasyona maruz kalmış ve tazminat almaya hak kazanabilir kişilerin olabileceği kabul edilmektedir. [7] Ayrıca, yukarıda belirtilen tahmini doz, kirlenmiş parçacıkları solumuş veya yutmuş olabilecek devre dışı bırakma prosedürlerinin bir parçası olan üyeleri içermemektedir. [7]
Sonuç
McMurdo İstasyonu'na kurulan nükleer reaktör, Antarktika kıtasında faaliyet gösteren ilk ve tek reaktördü. 10 yıl çalıştı ve Antarktika'daki fosil yakıtlara olan ihtiyacı büyük ölçüde azalttı. Başlangıçta maliyet tasarruflu bir cihaz olduğu düşünülse de, güvenilmezliği, büyük işletme ekibi ve büyük temizlik çalışması, pahalı bir deney olduğunu kanıtladı. Bir anıt olarak, McMurdo'daki nükleer santralin bulunduğu yerde, PM-3A'nın insanlarını ve hizmetlerini anan bir plaket bulunmaktadır.
© Tyler Reid. Yazar, ticari olmayan amaçlarla, yazarına atıfta bulunarak bu eserin değiştirilmemiş halinin kopyalanması, dağıtılması ve gösterilmesine izin verir. Ticari haklar da dahil olmak üzere diğer tüm haklar, yazar tarafından saklıdır.
Referanslar
[1] "McMurdo İstasyonu Reaktör Sahası Sınırsız Kullanım İçin Serbest Bırakıldı," Antarktika J. Amerika Birleşik Devletleri 15, No. 1, 1 (1980).
[2] A. G. Klein vd., "Antarktika'daki McMurdo İstasyonu'nun Tarihsel Gelişimi, Çevresel Bir Bakış Açısı," Kutup Coğrafyası 31, 119 (2008).
[3] W. Shafer, "McMurdo İstasyonu'nda Beş Yıllık Nükleer Enerji," Antarktika J. Amerika Birleşik Devletleri 2, No. 2, 38 (1967).
[4] L. H. Suid, Ordu'nun Nükleer Enerji Programı: Bir Destek Kuruluşunun Evrimi (Praeger, 1990).
[5] J. B. Brown, V. W. Storhok ve J. E. Gates, "PM-3A Tip 1 Seri 2 Çekirdeğinin Radyasyon Sonrası İncelenmesi. Bölüm I. Yakıt Tüplerinin Radyasyon Sonrası İncelenmesi," Battelle Memorial Institute, 28 Şub 67.
[6] K. Sieradzki ve R. C. Newman, "Gerilim Korozyon Çatlaması," J. Fiz. Kim. Katılar 48, 1101 (1987).
[7] "1962 ve 1979 yılları arasında Antarktika'daki McMurdo İstasyonu'ndaki Askeri Personel İçin Üst Sınır Radyasyon Doz Değerlendirmesi," ABD Savunma Tehdit Azaltma Ajansı, DTRA-TR-12-003, Haziran 2013.