ABD’de Nükleer Atık İçin Yeni Dönem Başlıyor: Değerli İzotoplar Geri Kazanılabilir

ABD’de depolanan yaklaşık 94 bin ton yüksek seviyeli nükleer atığın yeniden işlenerek yakıt, uranyum, plütonyum ve değerli izotoplara dönüştürülmesini hedefleyen REDUCE projesi geliştiriliyor. Projede kullanılan PaCERS teknolojisi, geleneksel ayırma süreçlerinde saatler sürebilen işlemleri saniyelere indirmeyi hedeflerken nükleer atığın ekonomik değerini yeniden gündeme taşıyor. SHINE Technologies, Argonne Ulusal Laboratuvarı ile Case Western Reserve University tarafından yürütülen çalışma, depolama yükünü azaltabilecek daha hızlı bir yakıt geri kazanım yaklaşımı üzerinde ilerliyor.

PaCERS Teknolojisi Nükleer Yakıt Ayırma Süresini Kısaltıyor

Kullanılmış nükleer yakıtın yeniden işlenmesinde temel sorunlardan biri, yakıt içindeki farklı elementlerin güvenli biçimde birbirinden ayrılmasıdır. Geleneksel PUREX sürecinde yakıt nitrik asit içerisinde çözündürülürken uranyum ile plütonyum gibi elementler sıvı-sıvı ekstraksiyon yöntemleriyle ayrıştırılıyor. Büyük kolonlarda gerçekleştirilen işlemler yüksek radyasyon ortamında çalıştığı için kimyasal maddelerin dayanıklılığı, tesis boyutu ile işlem süresi önemli mühendislik sorunları oluşturuyor.

PaCERS sistemi, yerçekimine dayalı ayırma yerine yüksek hızlı santrifüj kuvvetinden yararlanıyor. Radyokimyasal ayırma için geliştirilen sistemin 1.000 g’nin üzerinde kuvvet oluşturması, farklı sıvı fazların çok daha kısa sürede ayrılmasını sağlıyor. Daha küçük miktarda çözücü kullanılması da ekipmanın daha kompakt tasarlanmasına katkı sağlarken kısa yarı ömürlü izotopların işlem sırasında kaybedilmeden toplanması açısından avantaj sağlayabilir.

Nükleer reaktörlerden çıkan kullanılmış yakıt, tamamen işe yaramaz bir malzeme olarak değerlendirilmiyor. Yakıtın yaklaşık yüzde 90’ını oluşturan uranyum ile plütonyumun yanı sıra Stronsiyum-90, Rodyum-103, Paladyum-105-110 ile Amerikyum-241 gibi farklı izotoplar da ayrıştırılabilecek maddeler arasında bulunuyor. Söz konusu elementlerin bazıları tıp, sanayi, araştırma veya yeni yakıt döngülerinde kullanılabilecek özelliklere sahip.

Araştırmada verilen ekonomik tahminler, mevcut atık stokundaki belirli izotopların toplam değerini yaklaşık 24 milyar dolar seviyesinde gösteriyor. Uranyum ile plütonyum için hesaplanan potansiyel değer ise trilyonlarca dolara kadar çıkıyor. Nükleer atığın ekonomik değerine ilişkin rakamlar piyasa fiyatları, geri kazanım maliyetleri ve kullanılabilir malzeme miktarı gibi değişkenlere bağlı olduğu için söz konusu tutarlar doğrudan elde edilecek gelir anlamına gelmiyor.

ABD, ticari nükleer enerji kapasitesi açısından dünyanın önde gelen ülkelerinden biri olmasına rağmen kullanılmış yakıtın yeniden işlenmesi konusunda uzun süredir daha temkinli bir politika izliyor. 1970’li yıllarda ticari yeniden işleme faaliyetlerine yönelik yaklaşımın değişmesi, ülkedeki kullanılmış yakıtın büyük bölümünün uzun süreli depolama sistemlerine yönlendirilmesine neden oldu. Avrupa ile Asya’daki bazı nükleer enerji ülkeleri ise farklı ölçekte yeniden işleme teknolojilerini kullanmaya devam etti.

REDUCE projesinin ortaya çıkardığı yaklaşım, ABD’nin mevcut depolama stokuna yalnızca bertaraf edilmesi gereken bir malzeme olarak bakmak yerine yakıt döngüsünün yeniden değerlendirilebileceği bir kaynak olarak yaklaşmasını sağlıyor. Özellikle yüksek miktarda uranyum içeren kullanılmış yakıtın geri kazanılması, yeni yakıt üretimi için ihtiyaç duyulan doğal uranyum miktarı üzerinde uzun vadede etkili olabilecek seçeneklerden biri olarak değerlendiriliyor.

REDUCE projesinin hedefi yalnızca ekonomik değeri bulunan maddeleri ayırmakla sınırlı kalmıyor. Araştırmacılar, geri kazanılamayan bazı radyoaktif elementlerin nötronlarla dönüştürülerek daha kısa ömürlü maddelere çevrilebileceği bir nükleer yakıt döngüsünü de değerlendiriyor. Fisyon reaktörleri veya özel olarak tasarlanan nötron kaynakları, uzun ömürlü bazı radyoaktif çekirdeklerin farklı izotoplara dönüştürülmesinde kullanılabilir.

Uzun ömürlü aktinitlerin dönüştürülmesi, nihai atığın radyoaktivitesinin uzun dönemli yönetimi açısından önem taşıyor. Böyle bir yaklaşım, tüm yüksek seviyeli atığı ortadan kaldırmasa da jeolojik depolama gerektiren malzemenin hacmini veya uzun süreli radyolojik yükünü azaltma potansiyeli taşıyor. Nükleer atık yönetiminde kapalı yakıt döngüsü yaklaşımı da benzer şekilde kullanılmış yakıttaki kalan enerji içeriğinin yeniden değerlendirilmesini amaçlıyor.

Nükleer atıkların ekonomik bir kaynağa dönüştürülmesi için hızlı ayırma teknolojisinin tek başına yeterli olması beklenmiyor. REDUCE ekibinin yüksek radyasyon altında ekipman dayanıklılığını, kimyasal süreçlerin kararlılığını, farklı izotopların saflığını ve ortaya çıkabilecek ikincil atıkların yönetimini doğrulaması gerekiyor. Plütonyum içeren akışların güvenli biçimde kontrol edilmesi de nükleer madde güvenliği ile yayılmanın önlenmesi açısından ayrı bir mühendislik gerekliliği oluşturuyor.

PaCERS’in laboratuvar veya pilot ölçekte elde ettiği işlem hızının endüstriyel kapasiteye taşınması, projenin ekonomik değerini belirleyecek temel aşamalardan biri olacak. ABD’deki büyük kullanılmış yakıt stokunun yeniden değerlendirilmesi hâlinde teknoloji yalnızca atık miktarını azaltan bir yöntem olarak değil yeni yakıt kaynakları ile radyoizotop üretimini destekleyen bir altyapı olarak da değerlendirilebilir. REDUCE projesinin ilerleyen aşamalarındaki ölçek büyütme sonuçları, nükleer atığın maliyet kaleminden stratejik bir hammaddeye dönüşüp dönüşemeyeceğini gösterecek.