Kullanılmış nükleer yakıtın on binlerce yıl boyunca radyoaktif kalması ve güvenli şekilde depolanması gerekliliği, bugüne kadar nükleer enerjinin önündeki en önemli engellerden biriydi. Ancak son dönemde bu alanda önemli atılımlar yapılıyor. ABD’de yürütülen yeni bir çalışma, kullanılmış nükleer yakıtı kalıcı bir yük olarak görmek yerine yeniden değerlendirilebilir bir enerji kaynağına dönüştürmeyi hedefliyor.
ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisi bünyesinde yürütülen iki kritik proje, “Hızlandırıcı Sürümlü Sistemler” (Accelerator-Driven Systems – ADS) adı verilen teknolojiyi daha uygulanabilir hâle getirmeye odaklanıyor. Amaç hem kullanılmış yakıttan ilave karbonsuz elektrik üretmek hem de atığın radyoaktif ömrünü dramatik biçimde kısaltmak.
Teknolojinin Temelinde Parçacık Hızlandırıcılar Yer Alıyor
ADS teknolojisinin temelinde parçacık hızlandırıcılar yer alıyor. Sistem, yüksek enerjili protonları sıvı cıva gibi bir hedefe göndererek “spallation” adı verilen süreci tetikliyor. Bu çarpışma sonucunda büyük miktarda nötron açığa çıkıyor. Serbest kalan nötronlar, nükleer atık içindeki uzun ömürlü ve istenmeyen izotoplarla etkileşime girerek onları daha kısa ömürlü ve daha az tehlikeli elementlere dönüştürüyor. Bu işleme “transmutasyon” deniyor. İşlenmemiş kullanılmış yakıt yaklaşık 100.000 yıl boyunca tehlikeli kalabilirken, ADS ile ayrıştırılıp geri dönüştürüldüğünde bu sürenin yaklaşık 300 yıla kadar düşürülebileceği belirtiliyor. Bu da atık yönetimi denkleminde köklü bir değişim anlamına geliyor.
Üstelik süreç yalnızca atığı azaltmakla kalmıyor. Spallation ve sonrasındaki nükleer tepkimeler sırasında ortaya çıkan yüksek ısı, elektrik üretmek için de kullanılabiliyor. Yani sistem hem atığı “yakıyor” hem de şebekeye ek enerji sağlıyor. Bu da ADS’yi yalnızca bir atık bertaraf teknolojisi olmaktan çıkarıp potansiyel bir enerji üretim platformuna dönüştürüyor.
Ancak teknolojinin ticari ölçekte uygulanabilir olması için iki büyük teknik engelin aşılması gerekiyor: verimlilik ve güç gereksinimi. Geleneksel parçacık hızlandırıcıları, süperiletkenlik sağlamak için son derece düşük sıcaklıklara ihtiyaç duyuyor ve bu da devasa, pahalı kriyojenik soğutma sistemleri anlamına geliyor. Jefferson Lab ekibi bu sorunu, saf niyobyumdan üretilen hızlandırıcı oyuklarının iç yüzeyini kalayla kaplayarak çözmeye çalışıyor. Niyobyum-kalay kaplı bu boşluklar daha yüksek sıcaklıklarda çalışabiliyor; böylece standart ticari soğutma sistemleri kullanılabiliyor ve maliyet ciddi ölçüde düşüyor. Ayrıca daha karmaşık bir tasarım üzerinde de çalışılıyor. Bu tasarımın, nötron üretiminde daha yüksek verim sağlaması hedefleniyor.
İkinci önemli başlık ise ışını besleyen güç kaynağı. Araştırmacılar, mikrodalga fırınlarda da kullanılan magnetronları ADS için uyarlamaya çalışıyor. Hedef, sistemi çalıştırmak için gereken yaklaşık 10 megavatlık gücü verimli biçimde sağlayabilmek. Buradaki en kritik zorluk, üretilen enerjinin frekansının hızlandırıcı boşluklarıyla tam uyumlu olması. Bu sistemde hedeflenen frekans 805 megahertz. Bu doğrultuda Stellant Systems ile iş birliği içinde, yüksek güç eşiğine ulaşabilecek gelişmiş magnetron prototipleri geliştiriliyor. Projeye RadiaBeam ve General Atomics gibi sanayi ortaklarının da erken aşamada dahil edilmesi, teknolojinin laboratuvar ortamından ticari üretime daha hızlı taşınmasına yardımcı olabilir..
Programın uzun vadeli hedefi, ABD’deki tüm ticari nükleer yakıt stokunun önümüzdeki 30 yıl içinde geri dönüştürülebilmesini mümkün kılmak. Jefferson Lab’deki araştırmacılara göre asıl meydan okuma, mevcut hızlandırıcı biliminin teknolojik hazırlık seviyesini bu özel uygulamanın gerektirdiği düzeye taşımak. Başarılı olunması hâlinde ise nükleer atık sorunu, enerji üretiminin ayrılmaz ve çözümsüz bir yan ürünü olmaktan çıkıp, kontrollü ve üretken bir kaynağa dönüşebilir.
Kaynak : https://www.donanimhaber.com/parcacik-hizlandiricilar-nukleer-atigi-enerjiye-donusturebilir–202364
