ABD, 2050 yılına kadar 300 gigawatt (GW) nükleer kapasite eklemeyi ve radyoaktif atık depolama süresini binlerce yıldan sadece birkaç yüzyıla düşürebilecek bir nükleer yakıt geri dönüşüm stratejisi geliştirmeyi hedefliyor.
Ülke şu anda, elektriğinin yaklaşık yüzde 20’sini ve yaklaşık 100 gigawattlık üretim kapasitesini karşılayan 94 hafif su reaktörü işletiyor. 2050 hedecine ulaşmak, ülkenin mevcut nükleer filosunu önemli ölçüde genişletecek.
Öte yandan, mevcut uygulamalar değişmeden kalırsa bu durum çok daha fazla kullanılmış nükleer yakıt anlamına gelebilir. Bu zorluğun üstesinden gelmek isteyen Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki (ANL) bilim insanları, bu yakıtı gelişmiş reaktörlerde kullanmak üzere geri dönüştürebilecek teknolojiler inşa etmeye başladı.
Piro-işleme (pyroprocessing) teknolojisi, daha az atık üretirken yeni çıkarılan uranyuma olan talebi de azaltabilir. Laboratuvara göre bu yöntem, atık depolama süresini yüz binlerce yıldan sadece birkaç yüzyıla indirebilir.
Kullanılmış Nükleer Yakıtın Geri Dönüştürülmesi
Argonne, yaklaşık yarım asırdır kullanılmış nükleer yakıtın geri dönüşümü üzerine araştırmalar yürütüyor. Piro-işleme, kullanılmış yakıtı gelişmiş nükleer reaktörlerde yeniden kullanılabilecek bir malzemeye dönüştürmenin bir yolu olarak bugünlerde yeniden ilgi görüyor. Bu süreç, katı maddeleri fiziksel veya kimyasal olarak değiştirmek için yüksek sıcaklıklar kullanıyor.
Teknoloji, ANL’nin hızlı bir reaktörü saha içi yakıt geri dönüşümüyle birleştiren ANL’nin Integral Fast Reactor (IFR) programının temel unsurlarından biriydi. Japonya, 1980’lerde ve 1990’larda ikinci seçenekte karar kılmadan önce plütonyum-uranyum karma oksit (MOX) yakıtının yanı sıra IFR’yi de değerlendirmişti. Ülke şimdi, 2040’larda hizmete girmesi beklenen reaktörler için IFR ve piro-işleme yöntemlerini yeniden değerlendirmeye başladı.
Aynı zamanda Argonne, nükleer geri dönüşüm teknolojilerini ticari kullanıma yakınlaştırmak için Deep Isolation ve Oklo gibi şirketlerle birlikte çalışıyor. ANL ve Deep Isolation araştırmacıları, kullanılmış nükleer yakıttaki kararlı oksitleri metalik forma dönüştürüyor. Bu işlem, elektrokimyasal işlemeden önceki kritik ilk adımı oluşturuyor.
Ekip ayrıca süreci gerçek zamanlı olarak takip edecek sensörler geliştiriyor ve aynı performansı sunabilecek daha ucuz malzemeleri test ediyor. Oklo ile birlikte ekip, elektro-tasfiye için makine öğrenimi sistemleri ve dijital ikizler inşa ediyor.
Araştırmaları Daha İleriye Taşımak
Başka bir çalışmada ise Argonne araştırmacıları, yakıt geri dönüşümü konusunda Wisconsin merkezli SHINE Technologies ile çalışıyor. Yaklaşımları, farklı sıvıları ayırmak için santrifüj kontaktörlerine dayanıyor.
ANL nükleer kimyageri ve ekip lideri Dr. Peter Tkac, “Ayrıştırma adımlarını optimize etmemiz ve saf, ayrılmış akışlar üretmek yerine hassas nükleer malzemeleri bir arada tutan bir süreç geliştirmemiz çok önemli.” dedi. Tkac, ekibin ayrıştırma süreçlerini yüksek radyasyonlu geri dönüşüm tesislerini taklit eden koşullar altında test edebildiğini açıkladı.
Ekip proje için, nükleer geri dönüşüm tesislerinin içindeki yoğun radyasyonu yeniden oluşturmak adına bir Van de Graaff elektron hızlandırıcısı kullanıyor. Böylelikle geri dönüşüm kimyasallarının zaman içinde nasıl bozunduğunu analiz edebiliyorlar.
Ekip ayrıca özel parçalar üretmek için özel 3D yazıcılardan yararlanıyor. Bu sayede nihai olarak endüstriyel ölçekli sistemlere geçmeden önce farklı tasarımları hızla değerlendirebiliyorlar.
Tkac bir basın açıklamasında, “Nükleer yakıtı geri dönüştürmek için iyi bir stratejimiz var” vurgusunu yaptı ve ekledi: “İzlenecek yaklaşımlar, enerji üretimi için seçilen nükleer reaktör teknolojilerine bağlı olacak.”
Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/nuclear-fuel-recycling-cut-us-waste-storage
