MAKALELER / NÜKLEER ATIKLAR - HAMMADDELER ANSİKLOPEDİSİ
|
YÜKSEK AKTİVİTELİ NÜKLEER ATIKLAR NÜKLEER YAKIT
Günümüzdeki nükleer reaktörlerin neredeyse tamamı (% 97'si) yakıt olarak uranyum-dioksit kullanır. Doğadaki her 1000 uranyum (U) atomunun 7'si U-235 (atom ağırlığı 235 olan uranyum izotopu), 993'ü ise U-238'dir (atom ağırlığı 238 olan uranyum izotopu). U-235 izotopu nötronlarla fisyon yapabilme (bölünebilme) yeteneğine sahiptir ve nükleer enerji üretiminde başrolü üstlenir. Günümüzdeki nükleer reaktörlerin 10'da 9'unu oluşturan hafif-su (bildiğimiz su) soğutmalı reaktörlerde fisyon zincir reaksiyonunun sürekliliğinin sağlanması için nükleer yakıt malzemesindeki U-235 oranının pratikte binde 35 civarında olması gerekir. Bu nedenle uranyum zenginleştirilerek U-235 oranı binde 7'den binde 35'e yükseltilir. Zenginleştirilmiş uranyumdan, basınç ve yüksek sıcaklık altında (sinterleme), seramik bir yapıya sahip uranyum-dioksit silindirleri üretilir ve küçük parmağımızın üst boğumu büyüklüğündeki bu küçük silindirler, ince (yaklaşık 1 cm çapında), uzun (yaklaşık 3.5-4.0 m), metal (zirkonyum alaşımı) tüplere yerleştirilerek nükleer yakıt elemanları elde edilir. Bu ince uzun elemanların (tüplerin) 200-250 tanesi genellikle kare şeklinde bir araya getirilerek nükleer yakıt demetleri oluşturulur. 1000 megavat-elektrik (MWe) gücündeki tipik bir nükleer reaktörde bu demetlerden 120-190 adet bulunur.
Nükleer yakıt elemanları içerdikleri U-235'in fisyonu sonucu enerji üretir; U-235'in yaklaşık % 75'i hafif izotoplara (fisyon ürünlerine) bölünürken, U-238'in de küçük bir kısmı çeşitli nükleer reaksiyonlar sonucu uranyum-ötesi ağır izotoplara dönüşür. Bu ağır izotopların en önemlisi doğada bulunmayan plütonyum-239'dur; Pu-239 da fisyon yapma yeteneğine sahiptir ve nükleer reaktörün enerji üretimine ciddi katkıda bulunur.
KULLANILMIŞ NÜKLEER YAKIT
KULLANILMIŞ NÜKLEER YAKITIN İŞLENMESİ (Reprocess)
NÜKLEER ATIKLARIN FARKLILIKLARI (1) Taze nükleer yakıt ve kullanılmış nükleer yakıt aynı dış yapıdadır (uzun, ince metal çubuklar); hangisinin kullanılmış, hangisinin kullanılmamış (taze) olduğunu ayırt etmek hiç de kolay değildir. Atık adını verdiğimiz maddeler orijinal yakıtın içinde küçük bir kısım olarak oluşur ve orada kalır; yani her şey ince metal tüplerin içinde olup biter. Nükleer enerji üretimi sırasında herhangi bir emisyon oluşmaz; nükleer reaktörün bacası tütmez, daha doğrusu gerçek anlamda bacası yoktur. (2) Nükleer enerji üretiminde yakıt ve dolayısıyla atık miktarları çok azdır. 1000 megavat-elektrik (MWe) gücündeki su soğutmalı bir nükleer santralin yılda yaklaşık 30 ton taze yakıta ihtiyacı vardır ve bu reaktörden bir yılda çıkan kullanılmış yakıt miktarı da 30 tondur (hacmen 7.3 m3). Aynı güçteki bir kömür santrali ise yılda 3 milyon ton kömürle beslenir ve yaklaşık 7 milyon ton baca gazı ve kül üretir (6.5 milyon ton karbon-dioksit, 750 bin ton kül, 120 bin ton kükürt-dioksit, 20 bin ton azot-oksitler). Nükleer santralin atık miktarı aynı güçteki bir kömür santraline kıyasla kütle olarak 250-300 bin kere, hacim olarak 70-80 milyon kere daha azdır. (3) Kullanılmış nükleer yakıttaki fisyon ürünü hafif izotopların çoğu ve ağır izotopların bir kısmı yüksek seviyede radyoaktiftir; kullanılmış nükleer yakıt reaktörden çıktığında yanına yaklaşılamayacak düzeyde radyasyon yayar. Fisyon ürünü hafif izotopların radyoaktivitesi zamanla hızla azalır; ilk 150 günde yüzde 3’e, 10 yıl sonunda binde 2’ye düşer. Ancak yine de yüksek aktiviteli nükleer atıkların biyolojik zehirlilik seviyesinin doğadaki uranyumun zehirlilik seviyesine düşmesi için 1000 yıla yakın bir süre geçmesi gerekir [1].
NÜKLEER ATIK YÖNETİMİ
JEOLOJİK TASFİYE Jeolojik tasfiye metodu yeni bir teknoloji ve üstesinden gelinemeyecek teknik zorluklar içermemektedir. Ancak, nihai tasfiye konusunda alınması gereken kararların gecikmesi nedeniyle henüz uygulama aşamasına gelinmemiştir. Tüm nükleer atık üreticisi ülkeler kullanılmış nükleer yakıtları su havuzlarında veya kuru depolama tesislerinde bekletmektedir. Jeolojik tasfiye konusunda en önemli adımı ABD 1982 yılında atmış ve kongresinden “nükleer atık yasası” geçirerek, 1998 yılında jeolojik tasfiyeye başlama kararı almıştı [4]. Teknik çalışmalar tamamlanıp yer seçimi yapılmış olmasına rağmen, çeşitli (politik, sosyal, toplumsal psikolojik, vd.) faktörler nedeniyle söz konusu yasanın uygulanmasında 12 yıllık bir gecikme gündeme gelmiş ve tasfiyeye başlama tarihi en erken 2010 yılına kaydırılmıştı. Kullanılmış nükleer yakıtların, işlenmeden, içerdikleri değerli maddelerle birlikte (% 96.4’ü U ve Pu), gömülmesi seçeneği ayrı bir tartışma konusudur ve bu yolu benimsediğini ilan eden ABD’de bilimsel çevreler tarafından genel olarak kabul görmemiştir. Bu durumun ABD’deki kullanılmış nükleer yakıtların direkt tasfiyesinin gecikmesinde ne ölçüde rol oynadığını tahmin etmek mümkün değil; fakat % 96.4’ü değerli olan bir malzemeyi tekrar ulaşılamayacak şekilde yeraltına gömmeye niyetlenmek pek de kolay olmasa gerek. Nitekim Fransa başta olmak üzere bazı Avrupa ülkeleri ve Japonya kullanılmış nükleer yakıtları işlemekte ve geri kazandıkları uranyum ve plütonyumu tekrar reaktörlerde yakıt olarak kullanmaktadır.
JEOLOJİK TASFİYENİN RİSKİ Yeraltı suyunun yerin 1 km altından yeryüzüne çıkabilmek için yeraltındaki katmanlar arasında normal seyirde (20-30 cm/gün) 80-100 km yol kat etmesi gerektiği dikkate alınarak, yüzeye ulaşması için gereken süre yaklaşık 1000 yıl olarak hesaplanabilir [5]. Bir de yeraltı suyunun nükleer atığı çözerek taşıması yolundaki engeller hesaba katılırsa, bahsi geçen riskin boyutu daha iyi anlaşılır. Sonuç olarak, diğer enerji üretim sistemlerinin atıklarının ve endüstriyel atıkların yarattığı risklerle karşılaştırıldığında, nükleer atıkların jeolojik tasfiyesinden kaynaklanan riskin yüzlerce kere daha az olduğu ortaya çıkar (mesela kömür yakmaya kıyasla 1400 kere daha az [5]).
DOĞAL NÜKLEER REAKTÖRLER ve ATIKLARI
“DÖNÜŞTÜRME” METODU (Transmutation)
GELECEK NESİLLERLE İLGİLİ ETİK KAYGILAR
İlk 2 şıkta nükleer atıklarla ne yapılacağına karar verme yetkisi ile birlikte, bakım ve kontrol sorumluluğu da gelecek nesillere yüklenmektedir. Son 2 şıkta ise gelecek nesillere yalnızca (gündelik bakım ve kontrol gerektirmeyen) atık mezarları bırakılmaktadır, ama pratik olarak ihmal edilebilir düzeyde dahi olsa bu mezarlardan radyoaktivitenin sızma olasılığı vardır. Belki gelecekte, kullanılmış nükleer yakıttaki uranyum ve plütonyum çok daha değerli olacaktır; oysa 3. şıktaki mezarda bulunan bu maddelere ulaşmak özellikle çok zor hale getirilmiştir. Belki gelecekte, camlaştırılmış atığın radyoaktivitesini yapay olarak azaltmak veya gidermek mümkün olacaktır; belki de gelecekte, bu atıkların içerdiği, doğada çok az bulunan fisyon ürünü “nadir toprak elementleri”ne büyük ölçüde gereksinim duyulacaktır... Belki de “en iyisi hiç nükleer atık bırakmamak” denebilir. Ama unutmamak gerekir ki kömür gibi fosil yakıtlı santralleri kullanırsak, mirasımız hava kirliliği, sera etkisi (global ısınma) ve asit yağmurları olacaktır; gereğinden fazla baraj inşa etmeye kalkarsak da, tüm flora ve faunasıyla sular altında kalmış “eskiden toprak” bölgeler bırakmak zorunda kalacağız gelecek nesillere.
NÜKLEER ATIK SORUNUNUN BOYUTU ABD’deki tüm yüksek aktiviteli nükleer atıkların bu yeraltı deposunda tasfiyesinin toplam maliyeti 25-35 milyar dolar olarak tahmin edilmektedir [1]. Bu rakam ilk bakışta çok büyük görünebilir. Ancak, bu tasfiye planının finansmanı, nükleer elektrik üreticilerinden toplanmakta olan paralarla oluşturulan “nükleer atık fonu” ile sağlanacaktır. Bu amaçla, 1983 yılından beri, üreticilerden her kilovat-saat (KWh) başına 0.1 sent toplana gelmiştir. Yani nükleer atık sorununun mali boyutu, ABD için, 1 kilovat-saat başına 0.1 sent civarındadır. Bu noktada, ülkemizde evlerimizde kullandığımız elektriğin her kilovat-saat’ine yaklaşık 10 sent ödediğimizi hatırlamak daha iyi bir değerlendirme yapmamıza yardımcı olabilir. Henüz nükleer reaktörü ve teknolojisi olmayan ülkemiz açısından ise nükleer atık sorununun boyutu aşağıdaki varsayım ile anlatılabilir. Türkiye’nin 2005 yılındaki tüm elektrik tüketimi olan yaklaşık 160 milyar kilovat-saat’in tamamı nükleer santrallerden karşılansaydı, bunun için her biri 1000 megavat-elektrik gücünde, % 80 kapasite faktörü ile çalışan toplam 23 nükleer reaktöre ihtiyaç olurdu; ve bu 23 santral 20 sene boyunca elektrik üretseydi, birikecek toplam kullanılmış nükleer yakıtın hacmi yaklaşık 3400 m3 tutardı ve bu kullanılmış yakıtın tamamı, yüzeyi olimpik ölçülerde olan bir havuzu ancak doldururdu. Havuzun derinliği 9-10 m olmalı ki 3.5-4.0 m boyundaki kullanılmış yakıt demetleri havuzun dibine düşey olarak tek sıra halinde dizildikten sonra, yukarıda en az 5 metrelik bir su tabakası kalsın. Bu su tabakası radyasyondan korunmayı (ve aynı zamanda soğutmayı) sağlar ve havuzun kenarında dolaşmak dahi mümkün olur.
Özetle, 1000 megavat-elektrik gücündeki 23 nükleer reaktörden 20 sene boyunca çıkan kullanılmış nükleer yakıtın tamamını muhafaza etmek için yaklaşık 10-m derinliğinde olimpik ölçülerde bir havuz yeterlidir. HAMMADDELER ANSİKLOPEDİSİ |
