ABD'de depolanan yaklaşık 94.000 ton yüksek seviyeli nükleer atığın yeniden işlenerek değerli malzemelere dönüştürülmesini hedefleyen yeni bir proje geliştiriliyor. REDUCE adı verilen çalışma, kullanılmış nükleer yakıttaki yeniden kullanılabilir uranyum ve plütonyumun yanı sıra farklı radyoaktif izotopların geri kazanılmasını amaçlıyor. Projede kullanılan PaCERS teknolojisi, geleneksel kimyasal ayırma yöntemlerinin saatler süren işlemlerini saniyeler seviyesine indirmeyi hedefliyor.
PaCERS teknolojisi nükleer yakıt ayırmayı hızlandırıyor ABD, dünyanın en yüksek nükleer reaktör kapasitesine sahip ülkesi olmasına rağmen nükleer yakıtın yeniden işlenmesi konusunda onlarca yıldır sınırlı bir yaklaşım izliyor. Ülke, 1970'lerde üretken reaktörler ve kullanılmış yakıtın yeniden işlenmesi konusunda geri adım atarken, bazı ülkeler yakıt döngüsünün bu aşamalarını sürdürdü. Bunun sonucunda ABD'de biriken kullanılmış yakıt, büyük ölçüde uzun süreli depolama yaklaşımıyla yönetildi.
Bu malzemenin içinde hâlâ önemli miktarda uranyum ve plütonyum bulunması, atığın ekonomik ve teknolojik açıdan yeniden değerlendirilmesine yönelik çalışmaları gündeme getiriyor. Kullanılmış nükleer yakıtın yaklaşık yüzde 90'ının hâlâ uranyum ve plütonyumdan oluştuğu belirtiliyor. Bunun yanında Stronsiyum-90, Rodyum-103, Paladyum-105-110 ve Amerikyum-241 gibi izotoplar da farklı uygulamalar açısından değerlendirilebilecek malzemeler arasında yer alıyor.
Kaynakta, atık stoklarında bulunan bu izotopların toplam potansiyel değerinin yaklaşık 24 milyar dolar olduğu, uranyum ve plütonyumun değerinin ise trilyonlarca dolara ulaşabileceği öne sürülüyor. Bu değerler, nükleer atığın yalnızca bertaraf edilmesi gereken bir yük olarak görülmesinin ötesinde ekonomik bir kaynak olarak da incelenmesine zemin hazırlıyor. REDUCE projesi, SHINE Technologies, Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Case Western Reserve Üniversitesi tarafından geliştiriliyor.
Süreçte kullanılan yaklaşım, nükleer elementlerin ayrıştırılmasında daha önce kullanılan kimyasal ekstraksiyon yöntemlerinin temel prensiplerinden yararlanıyor. Kullanılmış yakıt nitrik asitte çözündürüldükten sonra elementlerin birbirinden ayrılması gerekiyor ve geleneksel PUREX yöntemlerinde bu işlem büyük, yerçekimiyle çalışan kolonlarda gerçekleştiriliyor. Organik ve sulu çözücülerin kontrollü şekilde etkileşmesiyle yapılan bu ayırma, etkili olmasına rağmen uzun işlem süreleri ve radyasyon nedeniyle bozunabilen kimyasallar gibi sorunlar barındırıyor.
PaCERS, yani Radyokimyasal Ayırma için Paketlenmiş Santrifüj Ekipmanları, bu noktada yerçekimi yerine santrifüj kuvvetinden yararlanıyor. Sistem, çözeltiyi 1000 g'nin üzerinde bir kuvvete maruz bırakarak farklı bileşenlerin ayrılmasını hızlandırıyor ve işlem süresini saatlerden saniyelere düşürmeyi hedefliyor. Daha az sıvı kullanılması, tesislerin daha küçük ölçekte kurulabilmesine ve kısa yarı ömürlü bazı izotopların işlem sırasında kaybedilmeden geri kazanılabilmesine olanak sağlayabilir.
Tasarımın bir diğer amacı ise plütonyumun istenmeyen şekilde yoğunlaşmasını önleyerek nükleer güvenlik açısından daha kontrollü bir ayırma süreci oluşturmak. Projenin uzun vadeli hedefi yalnızca ekonomik değere sahip yakıt ve izotopları geri kazanmak değil, aynı zamanda depolanması gereken nükleer atığın miktarını ve uzun vadeli tehlikesini azaltmak. Araştırmacıların yaklaşımına göre yeniden kullanılamayan bazı radyoaktif elementler, gelecekteki fisyon reaktörlerinden veya özel olarak tasarlanmış sistemlerden gelen nötronlarla dönüştürülebilir.
Böyle bir süreç, bazı elementlerin çok daha kısa zaman ölçeklerinde tükenmesini sağlayarak binlerce veya daha uzun süreli depolama ihtiyacının azaltılmasına katkıda bulunabilir.
