ABD Enerji Bakanlığı, 100 bin yıllık riskin 300 yıla düşmesiyle nükleer atık tartışmasını alt üst etti

ABD Enerji Bakanlığı, 100 bin yıllık riskin 300 yıla düşmesiyle nükleer atık tartışmasını alt üst etti

Nükleer atıklar uzun zamandır inatçı ve belirleyici bir sorunla karşı karşıya: Neredeyse akıl almaz bir süre boyunca tehlikeli kalıyorlar. ABD Enerji Bakanlığı İleri Araştırma Projeleri Ajansı-Enerji'ye (ARPA-E) göre, işlenmemiş kullanılmış nükleer yakıtın doğal uranyum cevherinin radyoaktiflik seviyesine soğuması yaklaşık 100.000 yıl sürüyor. Bu rakam, on yıllardır enerji politikasını, kamuoyundaki korkuyu ve nükleer tartışmayı şekillendirdi.

Şimdi, DOE'nin ARPA-E'si, atıkları sadece gömmek yerine geri dönüştürerek bu sürenin yaklaşık 300 yıla indirilebileceğine inanıyor. Bu hedefi gerçekleştirmek için ARPA-E, Nükleer Enerji Atıklarının Dönüştürülmesi Optimize Edildi (NEWTON) programı aracılığıyla 8,17 milyon dolarlık hibe verdi ve her iki araştırma projesine de Jefferson Laboratuvarı liderlik etmesi için görevlendirdi.

Program, ABD'deki ticari santrallerde şu anda stoklanmış olan tüm kullanılmış nükleer yakıtı 30 yıl içinde işlemeyi amaçlıyor. Virginia, Newport News merkezli Jefferson Laboratuvarı, parçacık hızlandırıcı teknolojisindeki onlarca yıllık uzmanlığı nedeniyle seçildi. Sürekli Elektron Işın Hızlandırıcı Tesisi, 1995'teki ilk deneyinden bu yana dünya çapında 1.700'den fazla nükleer fizikçiyi destekledi.

Proton ve Sıvı Cıva Işını Nükleer Atıkları Nasıl Nötralize Edebilir?

Her iki hibenin de merkezinde yer alan teknolojiye hızlandırıcı güdümlü sistem veya ADS denir. Genellikle sıvı cıva olan hedef bir malzemeye yüksek enerjili proton ışını göndererek çalışır. Bu çarpışma, cıvanın "parçalanmasına" neden olarak, daha sonra kullanılmış nükleer yakıt kaplarına yönlendirilen ve uzun ömürlü radyoaktif izotopları çok daha kolay işlenebilen daha kısa ömürlü malzemelere parçalayan bir nötron patlaması açığa çıkarır.

Jefferson Laboratuvarı'nın Hızlandırıcı Operasyonları, Araştırma ve Geliştirme bölümünü yöneten ve her iki hibe projesinde de baş araştırmacı olarak görev yapan Rongli Geng, laboratuvarın onlarca yıllık hızlandırıcı deneyiminin bu çalışmayı gerçekleştirmek için benzersiz bir konumda olduğunu söylüyor. Geng, "Depolamada 100.000 yıllık bir ömür yerine, depolama süresini 300 yıla kadar kısaltabilirsiniz" dedi.

Bu süreç, radyoaktiviteyi azaltmaktan daha fazlasını yapıyor. ADS teknolojisi ayrıca dönüşüm sırasında ek elektrik üretiyor; yani kullanılmış nükleer yakıt hem nötrleştiriliyor hem de enerji üretmek için kullanılıyor. Bu çift çıktı, yani enerji ve atık azaltımı, NEWTON'un dönüşümü sadece bilimsel bir gerçeklik değil, pratik bir gerçeklik haline getirme hedefinin merkezinde yer alıyor.

Tüm Sistemi Çalıştıran Boşlukları Süper Şarj Etme

İlk 4,2 milyon dolarlık hibe, hızlandırıcı boşluklarının kendilerini hedefliyor. Günümüzün en gelişmiş araştırma makineleri, yalnızca mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa soğutulduğunda süper iletken hale gelen gümüş renkli bir metal olan saf niyobyumdan yapılmış boşluklar kullanıyor. Süperiletkenlik, onları verimli kılan şeydir, ancak aynı zamanda ADS'nin talep ettiği endüstriyel ölçekte pratik olmayacak pahalı kriyojenik soğutma sistemleri gerektirir.

Jefferson Lab ve ortakları, niyobyum boşluklarının iç yüzeylerini kalay ile kaplamanın performansı önemli ölçüde artırdığını ve standart ticari soğutma üniteleriyle daha yüksek sıcaklıklarda çalışmaya olanak sağladığını keşfetti. Hibe, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndan kanıtlanmış Spallasyon Nötron Kaynağı boşluk tasarımına dayalı olarak, nötron salınımı işlemi için protonları hızlandırmak üzere özel olarak tasarlanmış niyobyum-kalay boşluklarının test edilmesini destekleyecektir.

Mevcut tasarımları iyileştirmenin ötesinde, ekip ayrıca "konuşma boşlukları" adı verilen tamamen yeni bir bileşen sınıfı oluşturmayı ve test etmeyi planlıyor. Geng, "Büyük olasılıkla, tüm makine bu SRF teknolojisine dayanacak," dedi, "bu nedenle bu, katma değer sağlayacak türden bir yenilik." İşbirlikçiler arasında RadiaBeam Technology ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı yer alıyor.

Bu Sistemi Çalıştırmak İçin 10 Megavat Güç Gerektiren Patlamış Mısır Bileşeni

Yaklaşık 4 milyon dolar değerindeki ikinci hibe, hızlandırıcı boşluklarının güçlendirilmesi sorununu ele alıyor. Çözüm, mısır tanelerini patlamış mısıra dönüştüren temel teknoloji olan magnetronları içeriyor. Bir ADS'de magnetronlar, SRF boşluklarının parçacık ışınlarını sürmek için kullandığı enerjiyi sağlayacaktır. Yine de, bu enerjinin frekansı, boşluğun 805 Megahertz'lik çalışma frekansıyla tam olarak eşleşmelidir.

"Çok fazla güce, 10 Megavat veya daha fazlasına ihtiyacımız var. Bu nedenle verimlilik çok kritik hale geliyor," dedi Geng. Jefferson Laboratuvarı, büyük bir magnetron üreticisi olan Stellant Systems ile birlikte General Atomics Energy Group ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı ile birlikte, sistemin gerektirdiği yüksek güç çıkışını sağlamak için birbirine bağlanabilen gelişmiş magnetronlar inşa etmek ve test etmek için çalışacak.

Her iki proje de, laboratuvarda geliştirilen özel bilginin gerçek dünya üretiminde temellendirilmesini sağlamak amacıyla, baştan itibaren ticari ortakları içerecek şekilde kasıtlı olarak yapılandırılmıştır. "Buradaki zorluk, hızlandırıcı bilimini, teknoloji hazırlığı açısından şu an bulunduğumuz noktadan, bu uygulama için teknolojinin olması gereken noktaya gerçekten dönüştürmektir," dedi Geng. Eğer işe yararsa, matematik tamamen değişir.

Kaynak: BM