Nükleer Atıkların Depolanması ve Elden Çıkarılması

Kullanılmış nükleer yakıtların veya yüksek aktiviteli nükleer atıkların idaresi daha farklı bir yaklaşım gerektirir. Nükleer atık yönetimi “geçici depolama ve nihai tasfiye” adımlarından oluşur. Reaktörden alınan kullanılmış nükleer yakıt önce derin su havuzlarında beklemeye bırakılır; su, hem radyasyona karşı korumayı hem de gerekli soğutmayı sağlar. Havuzların dolması durumunda, en az 4-5 yıl havuzlarda bekletilmiş yakıtlar bir yerüstü kuru depolama tesisine nakledilip orada muhafaza edilebilirler. Su havuzlarında (veya kuru depolarda) muhafaza işlemi yıllardır güvenle uygulanmaktadır;

personele veya çevreye zararın söz konusu olduğu herhangi bir önemli vaka meydana gelmemiştir [27]. Ancak, bu depolama işlemi, düşük maliyetli olmasına karşın, sürekli bakım ve kontrol gerektirmektedir ve bu nedenle bir nihai tasfiye metodu olarak sınıflandırılamaz. Nükleer atıkların nihai tasfiye yolu olarak “jeolojik depolama” metodu ve U ve Pu izotoplarının kimyasal yolla ayrılmaları ve bunların reaktörde yeniden kullanılacak şekilde yakıt haline getirilmeleri süreci olarak yeniden işleme metodu genel kabul görmüştür.

5.3.1.Jeolojik depolama

Yüksek aktiviteli nükleer atık üreten tüm ülkeler bu atıkları yerin 500-1500 m altında özel olarak seçilmiş jeolojik oluşumlarda inşa edilecek depolara gömmeyi planlamaktadır [28, 29]. Nükleer atığının uzun süreler boyunca bozulmayacak ve kimyasal tepkimelere girmeyecek bir forma getirilmesi gerekir. Bu da genelde camlaştırma(vitrification) ile sağlanır.

Kullanılmış nükleer yakıtların kimyasal olarak işlendiği durumda yakıtın yüksek radyoaktivite içeren %3,6‟lık kısmı bir nitrat çözeltisi şeklinde ayrılır ve yüksek sıcaklıkta cam eriyiği ile karıştırılıp (atık/cam oranı yaklaşık 1/6) metal silindirler içinde soğumaya bırakılarak camlaştırılır. Camlaştırılmış atık içeren silindirler bir metal dış muhafaza (varil gibi) içine konarak yeraltı deposuna yerleştirilmeye hazır hale getirilir. Kullanılmış nükleer yakıtın direkt tasfiyesi

söz konusu ise yakıt çubukları metal silindirlere ve muhafazalara konarak yeraltı deposuna gönderilir. Her iki durumda da tasfiye edilecek malzeme (boyutları farklı da olsa) bir dış muhafaza içindeki metal silindirlerden oluşur.

Bu silindirler yeraltı deposunun zemininde açılmış deliklere yerleştirilir, kenarlar bentonit (bir çeşit kil) ile doldurularak delikler tıkanır. Tüm depo dolduğunda yeraltındaki tüneller ve boşluklar da dolgu malzemesi ile kapatılarak depo mühürlenir.

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 [30].

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. 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.

Yeraltı deposunun yer seçimi ve tasarımı gömülen nükleer atıklar en azından yüzlerce yıl yerinde kalmasını sağlayacak yani radyoaktivitenin henüz yeterince düşük düzeye inmemişken yeryüzüne (biyosfere) ulaşmasını engelleyecek şekilde seçilmelidir. Radyoaktivitenin yeraltından biyosfere ulaşması ancak yeraltı suyu vasıtası ile olabilir. Dolayısıyla, deponun, yeraltı

suyunun zor ulaştığı jeolojik oluşumlarda ve yeraltı suyundan uzak bölgelerde inşa edilmesi önem taşır. Buna rağmen, yeraltı suyu depoya ulaşsa bile, radyoaktif atıkları çözerek biyosfere taşıması gerekir ki, bu noktada, sırasıyla, jeolojik oluşumun kendisi, bentonit dolgu, dış muhafaza, metal silindir ve atığın kendi formu (camsı yapı veya zirkonyum alaşımı içinde seramik yapı) engeller oluşturmaktadır. Yeraltı suyunun bütün bu engelleri aşarak radyoaktif maddeleri biyosfere taşıması olasılığı son derece düşüktür;

ayrıca bu zaten düşük olasılığın, atıkların hala tehlikeli seviyede radyoaktivite içerdiği süre zarfında gerçekleşmesi olasılığı çok daha düşüktür.

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. 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 [31].

5.3.2. Nükleer atığın ayrılması ve dönüşümü

Ayırma ve geri kazanmanın temel amacı uranyumun, plütonyumun yüksek aktiviteli fisyon ürünlerinin birbirinden ayrılmasıdır. Kullanılmış yakıtı kimyasal işleme tabi tutarak içerdiği uranyum ve plütonyumu geri kazanmak mümkündür. Elde edilen plütonyum ve uranyum ise yeniden nükleer reaktörlerde yakıt (MOX yakıt) olarak kullanılabilir.

Uzun ömürlü radyoaktif atıkların kullanılmış yakıttan ayrılması için uygulanan iki farklı metot vardır. Bunlar sulu ve susuz kimyasal ayırma metotlarıdır.

Purex metodu uranyum, plütonyum ve fisyon ürünlerinin ayrılmasını sağlamak amacıyla, organik çözücü olarak Tri-Butil-Fosfat (TBP) kullanıldığı sulu geri kazanma yöntemidir. Purex metoduyla nükleer atık içinde bulunan Np, Am ve Cm gibi minör aktinitler yüksek aktiviteli fisyon ürünleriyle birlikte ayrılır.

Sulu geri alma metoduna alternatif olarak eriyik tuzunda ayırma işleminin yapıldığı susuz (pyrochemical) geri alma tekniği kullanılmaktadır. Susuz tekniklerde uçucu hale getirme, birbirine karışmayan metal-metal veya metal-tuz fazlarını kullanarak sıvıdan sıvıyı ayırma, eriyik tuzda elektro-saflaştırma, kısmi kristalleştirme gibi değişik aşamalardan yararlanır. Ergime noktası düşük olan klorid veya florid benzeri erimiş tuzlardan, ya da kadmiyum, bizmut veya alüminyum gibi erimiş metallere dayalıdırlar. Metal yakıtlara, oksitlerden daha kolay uygulanabilirler [16].

6. MONTE CARLO YÖNTEMİ VE MCNPX BİLGİSAYAR PROGRAMI