İçinde bulunduğumuz yüzyılda, enerji talebi büyük ölçüde artmaktadır. Gelişmekte olan ülkelerde sanayileşme ve kentleşmedeki hızlı artış, halen kişi basına göre çok düşük olan enerji gereksinimini geniş boyutlara taşıyacaktır. Enerji arzındaki artış, dünya nüfusunun en az yarısının yaşam standardının yükseltilmesinin yanında, ülkeler ve bölgeler arası dengesizliklerin azaltılmasında da rol oynayacaktır (*).
Öte yandan, fosil yakıtların enerjiye dayalı kullanımı, çevreye verilen zararlarda temel neden olarak görülmektedir. Fosil yakıtların enerji santrallerinde, ısınmada ve ulaşımda kullanılmasından kaynaklanan sera gazları salınımı, küresel ısınmanın en büyük faili sayılmaktadır. Enerjiye duyulan büyük ihtiyacın yanı sıra faaliyetleri esnasında bu tür salınımlara neden olmamaları nükleer güç santrallerini alternatif bir enerji kaynağı haline getirmektedir. Bununla beraber emniyet, güvenlik, atık ve nükleer silahların yayılması açısından halk arasında kaygılar oluşmuştur. Örneğin, nükleer atıkların emniyetli ve güvenli olarak idaresinde, önemli ölçüde başarılı teknolojik gelişmeler sağlanmasına rağmen, kamuoyu kuşkusu devam etmektedir.
Radyoaktif atıkların yok edilmesi yada nihai depolanması konusunda üzerinde çalışılan en önemli yöntem transmutasyon veya dönüsüm yöntemidir. Elementlerin transmutasyonu (birbirine dönüştürülmesi) yönteminde elementler nükleer reaktörlerde rutin sekilde birbirine dönüştürülmektedirler. Nükleer tesislerde, ağır element olan uranyum atomları, fisyon yada parçalanma ürünleri olarak adlandırılan teknesyum gibi çok daha hafif atomlara bölünmektedir. Bu reaksiyonlar esnasında, enerji ile birlikte nötron parçacıkları açığa çıkmaktadır. Açığa çıkan nötronların bir kısmı, daha fazla uranyum çekirdeklerine çarparak bunları parçalamakta ve bu durum nötronların çığ gibi artmasına neden olmaktadır. Devam eden süreç, zincirleme reaksiyonu olarak adlandırılmaktadır. Reaksiyona giremeyen nötronlar, uranyum çekirdekleri tarafından yakalanmaktadır. Bu nükleer reaksiyonlar; uranyum çekirdeklerini daha ağır yaparak, neptunyum, plutonyum, amerisyum ve küryum gibi transuranyum veya uranyum ötesi elementlerine dönüştürmektedir. Diğer taraftan, örneğin, nükleer reaktörlerde uranyumun parçalanmasından her yıl yaklaşık 6 ton teknesyum-99 (Tc-99) yan ürün olarak ortaya çıkmaktadır. Tc-99’un yarı ömrü 200.000 yıl olup, suda çözünürlülüğü nedeni ile, gıda zincirine kolaylıkla geçebilmektedir. Transmutasyon tesisi sayesinde, bu izotop, bir nötron alarak teknesyum-100 (Tc-100)’e dönüşmektedir. Tc-100’ün yarı ömrü ise, sadece 15.8 saniyedir. Radyasyon ölçüm cihazının düğmesine basıncaya kadar, bu yeni radyoaktif element, β bozunumu ile, tümüyle kararlı ve zararsız bir madde olan rutenyum-100 (Ru-100) haline gelmektedir. Bu islem, sıvı kurşunla soğutulan dönüştürme yada transmutasyon tesisinde gerçekleştirilmektedir.
Transuranyum elementlerinin tamamı, bir taraftan nükleer fisyonun yan ürünleri olup, diğer taraftan da radyoaktiftirler ve çoğunluğu binlerce hatta milyonlarca yıl radyoaktif kalmaktadır. Bu nedenle yok edilmeleri yada nihai depolanmaları oldukça zor olduğundan, en pratik yöntem olarak, kararlı kaya formasyonlarındaki derin yer altı yataklarına gömülmekte ve sadece bekletilmektedir. Ayrıca, esas itibari ile, plutonyumdan nükleer bombalar da yapılabilmektedir. Bununla beraber, Japonya’da Kyoto Üniversitesindeki Kumatori Hızlandırıcılı Reaktör Deneme Tesisi ( Kumatori Accelerator-driven Reactor Test Facility - KART ) yetkilileri, nükleer atık sorunlarını asmaya yönelik rafa kaldırılmış eski bir projeyi, Mart-2006’da yeniden gündeme getirdiler. Bu durum, emniyetli sekilde nihai depolamada bekletilen uzun yarı-ömürlü radyoaktif atıkları, daha kısa yarı ömürlü radyoaktif atıklara dönüştürme işleminden başka bir şey değildir.
Kumatori projesinin ana fikri, ilk defa Cenevre yakınlarında bulunan “Centre Europeen pourla Recherche Nucleaire (CERN)” Avrupa Nükleer Arastırma Merkezi’nin bir zamanlar direktörü olan Carlo Rubbia tarafından ortaya atılmıstı. Proje, “kritik-altı” bir nükleer reaktör inşa etmeyi kapsamaktaydı. Böyle bir reaktörde, zincirleme reaksiyonlar sürdürülemeyecekti. Bunun yerine, çekirdekleri dönüştüren atom-altı parçacıklar, bir parçacık hızlandırıcısını kullanmak sureti ile, dışarıdan sağlanacaktı.
Kullanılmış nükleer yakıtın yaklaşık % 95’i dönüştürülmemiş uranyum olduğundan, birinci aşama, radyoaktif atıktan % 5’ini çıkarıp ayırmaktır. Bu işlem, kimyasal olarak yapılmaktadır. Elektrik yükü olmayan nötronlar, çok büyük mıknatısların etki alanında tutulamadıkları için, bir hızlandırıcıda hızlandırılmaları olası değildir. Bununla beraber, protonların esas görevi, hedefteki atom çekirdeklerine şiddetle çarparak nötronların açığa çıkmasını sağlamaktır.
Her sey yolunda gittiği takdirde, açığa çıkan nötronlar, teknesyum ve diğer fisyon ürünleri tarafından, yeni elementlere dönüşmek sureti ile soğurulmaktadır. Ayrıca bu nötronlar, uranyumdan daha ağır elementleri, uranyum fisyonundan oluşan benzer ürünlere parçalamaktadır. Her ne kadar, başlangıçta, yeni elementler kullanılmış nükleer atıktan çok daha fazla radyoaktif olsalar da, radyoaktivite, sadece birkaç yüz yıl sürecek mertebededir. Bu durum, radyoaktif atıkların, uzun vadeli atık depolama için tasarlanmış olanlar kadar pahalı olmayacağına delalet etmektedir. Diğer taraftan da, tüm işlem, tükettiğinden daha fazla enerji üretecektir. Dr Rubbia bu sistemi enerji yükselteci veya enerji amplifikatörü olarak adlandırmaktadır. Japon ve Avrupalı fizikçiler tarafından, bu tesislerin her birinin maliyetleri, yaklaşık 1 milyar dolar olarak hesaplanmakta ve 2015 yılından sonra faaliyete geçirilmesi planlanmaktadır.
Öte yandan, Washington, DC’de faaliyet gösteren “Enerji ve Çevre Arastırma Enstitüsü” (The Institute for Energy and Environmental Research-IEER ); uranyumun kullanılmış yakıttan ayrılarak düsük düzeyli radyoaktif atık olarak depolanmasının, nihai derin yer altı depolanmasına göre, halk için çok daha büyük bir risk oluşturabilecegini iddia etmektedir.. Ayrıca, kullanılmış yakıtın bazı uzun yarı ömürlü radyoaktif elementlerinin, tamamı ile dönüştürülemeyeceğini veya transmutasyona uğratılamayacağı savunulmaktadır. Örneğin, radyoaktif selenyumun nötron yakalaması hemen hemen mümkün değildir. Bu nedenle, kullanılmış yakıtta bulunan radyoaktif selenyumun yarısını bertaraf etmek için yüz yıldan daha fazla bir süre gerekmektedir. IEER yetkilileri, transmutasyon işlemindeki bu ciddi eksikliğin esas itibari ile, nükleer güç yanlıları tarafından yapıldığı seklinde değerlendirme yapmaktadırlar.
Karbondioksitin iklim değisikliklerine neden olması, nükleer güç kullanımını çok ciddi bir alternatif haline getirmektedir. Diger taraftan, nükleer atıklar binlerce yıl tehlike olusturdugundan, nihai depolanmaları on milyarlarca dolara mal olmaktadır. Bu durumda da tansmutasyonun yönteminin değeri kendiliğinden ortaya çıkmaktadır.
Ahmet Cangüzel Taner
Fizik Yüksek Mühendisi
Radyasyondan Korunma Derneği Üyesi
(*) Kaynak: The Economist Dergisi ( 18 Mart-24 Mart 2006 ).