Kullanılmış nükleer yakıtın on binlerce yıl boyunca radyoaktif kalması ve inançlı formda depolanması gerekliliği, bugüne kadar nükleer gücün önündeki en değerli manilerden biriydi. Lakin son devirde bu alanda kıymetli atılımlar yapılıyor. ABD’de yürütülen yeni bir çalışma, kullanılmış nükleer yakıtı kalıcı bir yük olarak görmek yerine yeniden kıymetlendirilebilir bir güç kaynağına dönüştürmeyi hedefliyor.

ABD Güç Bakanlığı’na bağlı Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisi bünyesinde yürütülen iki kritik proje, “Hızlandırıcı Sürümlü Sistemler” (Accelerator-Driven Systems – ADS) ismi verilen teknolojiyi daha uygulanabilir hâle getirmeye odaklanıyor. Hedef hem kullanılmış yakıttan ek 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 güçlü protonları sıvı cıva üzere bir gayeye göndererek “spallation” ismi verilen süreci tetikliyor. Bu çarpışma sonucunda büyük ölçüde nötron açığa çıkıyor. Hür kalan nötronlar, nükleer atık içindeki uzun ömürlü ve istenmeyen izotoplarla etkileşime girerek onları daha kısa ömürlü ve daha az tehlikeli elementlere dönüştürüyor. Bu sürece “transmutasyon” deniyor. İşlenmemiş kullanılmış yakıt yaklaşık 100.000 yıl boyunca tehlikeli kalabilirken, ADS ile ayrıştırılıp geri dönüştürüldüğünde bu müddetin yaklaşık 300 yıla kadar düşürülebileceği belirtiliyor. Bu da atık idaresi denkleminde esaslı bir değişim manasına geliyor.

Üstelik süreç sadece atığı azaltmakla kalmıyor. Spallation ve sonrasındaki nükleer yansımalar sırasında ortaya çıkan yüksek ısı, elektrik üretmek için de kullanılabiliyor. Yani sistem hem atığı “yakıyor” hem de şebekeye ek güç sağlıyor. Bu da ADS’yi sırf bir atık bertaraf teknolojisi olmaktan çıkarıp potansiyel bir güç üretim platformuna dönüştürüyor.

Ancak teknolojinin ticari ölçekte uygulanabilir olması için iki büyük teknik pürüzün aşılması gerekiyor: verimlilik ve güç ihtiyacı. Klâsik parçacık hızlandırıcıları, süperiletkenlik sağlamak için son derece düşük sıcaklıklara gereksinim duyuyor ve bu da devasa, değerli kriyojenik soğutma sistemleri manasına geliyor. Jefferson Lab takımı bu sorunu, saf niyobyumdan üretilen hızlandırıcı oyuklarının iç yüzeyini kalayla kaplayarak çözmeye çalışıyor. Niyobyum-kalay kaplı bu boşluklar daha yüksek sıcaklıklarda çalışabiliyor; böylelikle standart ticari soğutma sistemleri kullanılabiliyor ve maliyet önemli ölçüde düşüyor. Ayrıyeten daha karmaşık bir tasarım üzerinde de çalışılıyor. Bu dizaynın, nötron üretiminde daha yüksek randıman sağlaması hedefleniyor.

İkinci kıymetli başlık ise ışını besleyen güç kaynağı. Araştırmacılar, mikrodalga fırınlarda da kullanılan magnetronları ADS için uyarlamaya çalışıyor. Amaç, sistemi çalıştırmak için gereken yaklaşık 10 megavatlık gücü verimli biçimde sağlayabilmek. Buradaki en kritik zorluk, üretilen gücün 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 üzere sanayi ortaklarının da erken basamakta dahil edilmesi, teknolojinin laboratuvar ortamından ticari üretime daha süratli taşınmasına yardımcı olabilir..

Programın uzun vadeli gayesi, ABD’deki tüm ticari nükleer yakıt stokunun önümüzdeki 30 yıl içinde geri dönüştürülebilmesini mümkün kılmak. Jefferson Lab’deki araştırmacılara nazaran asıl meydan okuma, mevcut hızlandırıcı biliminin teknolojik hazırlık düzeyini bu özel uygulamanın gerektirdiği seviyeye taşımak. Başarılı olunması hâlinde ise nükleer atık sorunu, güç üretiminin ayrılmaz ve tahlilsiz bir yan eseri olmaktan çıkıp, denetimli ve üretken bir kaynağa dönüşebilir.