Nükleer Santrallerin Ürettiği Radyoaktif Atıklardan Nasıl Kurtuluruz?

Tüm endüstrilerde olduğu gibi elektrik üretimi de kimi atık maddeler doğurur. Kullanılan yakıt ne olursa olsun, elektrik üretimi neticesinde ortaya çıkan atıklar insan hayatının korunması ve çevreye verilen zararların asgari düzeye indirgenmesini mümkün kılacak yollarla yönetilmelidir. Bu sürecin radyoaktif atıkları kapsayan kısmı, biyosfere geri dönecek tüm radyonüklidlerin oran ve konsantrasyonlarının zararsız düzeye düşürülecek şekilde izole edilmesi anlamına gelir. Bu izolasyonun sağlanması için de hemen hemen tüm radyoaktif atıklar kontrol altına alınır ve yönetilir; bazı atıklar kalıcı olarak derinlere gömülür. Nükleer enerji çerçevesinde ortaya çıkan atıklar, diğer tüm termal elektrik üretim yöntemlerinden farklı olarak yönetmeliklerle yönetilmektedir ve hiçbirinin kirliliğe neden olmasına müsaade edilmez.

Nükleer enerji, oldukça küçük bir miktar yakıttan oldukça yüksek bir miktar enerji üretimi sağlanmasıyla öne çıkar. Bununla beraber, nükleer yakıt döngüsünün tüm aşamaları bir miktar atık açığa çıkarmaktadır. Ortaya çıkan bu atıkların büyük bir kısmı radyoaktiftir ve tehlikeli madde olarak değerlendirilmesi ve dikkatli bir şekilde yönetilmesi gerekir. Atıkların yönetimine ve bertaraf edilmesine ilişkin tüm maliyet, elektrik hizmet bedeline dahil edilerek elektrik tüketicileri tarafından karşılanır.

Yalnızca radyoaktif atıkların değil, tüm zehirli atıkların güvenli bir şekilde yönetilmesi gerekir. Radyoaktif atıklar, nükleer kapasiteye sahip tüm ülkelerin toplam endüstriyel zehirli atık üretiminin yalnızca çok küçük bir kısmını oluşturur. Nükleer atıklara yönelik akılda tutulması gereken bir başka detay da bu atıkların yalnızca nükleer yakıt döngüsü sonucunda ortaya çıkmadığı; radyoaktif materyallerin tıp, tarım, araştırma, imalat, tahribatsız deney ve maden arama faaliyetlerinde de geniş bir kullanım alanı bulduğu gerçeğidir. Bunun yanında nükleer atıkların zehirli yanının, yani radyoaktivitesinin diğer tüm zehirli endüstriyel materyallerin aksine zaman içinde azaldığı da unutulmamalıdır.

Pixabay

Radyoaktif Atık Türleri

Radyoaktif atık, kendiliğinden radyoaktif olan ve/veya radyoaktivite ile kontamine olmuş ve herhangi bir alanda kullanılamayacak materyalleri içerir. Kullanılmış nükleer yakıt ve plütonyum gibi belirli materyallerin atık olarak değerlendirilip değerlendirilmeyeceği devlet politikaları ile net bir şekilde belirlenmiştir.

Tüm radyoaktif atıklar zaman içinde radyoaktif olmayan elementlere dönüşür ve radyonüklidlerin bir yarı ömrü vardır. Yarı ömrü uzun radyonüklidler genellikle alfa ve beta yayıcılardır ve bu radyonüklidlerin yönetimi daha kolaydır; ancak daha kısa yarı ömüre sahip radyonüklidler daha delici gama ışınları yayarlar. Bir izotop ne denli radyoaktifse bozunum da o kadar hızlı gerçekleşir. Buna bağlı olarak radyoaktif atıklar, radyoaktivite düzeyleri gözetilerek Düşük Seviyeli (DSA), Orta Seviyeli (OSA) ve Yüksek Seviyeli (YSA) Atıklar olarak sınıflandırılmaktadır.

Düşük Seviyeli Atıklar

Tüm radyoaktif atıkların hacmen %90'ını, radyoaktivite bağlamında ise yalnızca %1'ini oluşturan düşük seviyeli atık (DSA), ton başına dört giga-bekerel (GBq/t) alfa aktivitesini veya 12 GBq/t beta-gama aktivitesini aşmayan radyoaktif içeriği kapsar. Bu atıklar, dokunma ve taşıma sırasında koruma gerektirmez ve yüzeye yakın tesislerde bertaraf edilmeye uygundur.

Düşük seviyeli atıklar, nükleer yakıt döngüsünün yanı sıra tıbbi ve endüstriyel kullanımlar neticesinde de ortaya çıkmaktadır ve radyoaktivitesini ancak kısa süre koruyabilen kağıt, paçavra, alet, kıyafet, filtre vb. maddeleri içerir. Bu atıkların radyoaktivite düzeyleri, bertaraf edilmeden önce sıkıştırma veya yakma yoluyla düşürülür.

Çok Düşük Seviyeli Atıklar

İstisna atıklar veya çok düşük seviyeli atıklar, insanlara veya çevreye zararlı kabul edilmeyecek düzeyde radyoaktif materyal içeren; nükleer/endüstriyel alanların yıkımında açığa çıkan çimento, sıva/alçı, tuğla, metal, vana ve boru gibi inşaat atıklarıdır. Gıda işleme, kimya ve metal gibi endüstriler de imalat süreçlerinde kullanılan belirli minerallerin içerdiği radyoaktivite sebebiyle çok düşük seviyeli atık ortaya çıkarabilmektedir. Bu atıklar da ev atıklarıyla beraber bertaraf edilir; bununla beraber Fransa gibi bazı ülkeler, özel olarak tasarlanmış çok düşük seviyeli atık bertaraf tesisleri geliştirmektedir.

Orta Seviyeli Atıklar

Orta seviyeli atıklar, düşük seviyeli atıklardan daha radyoaktif olmalarına karşın (<2 kW/m³) bu fark, depolama ve bertaraf etme tesislerinin seçiminde dikkate alınacak boyutta değildir; ancak yine de bir miktar korunma gerektirir.

Bu atıklar, tipik olarak reçine, kimyasal atık çamurları ve metal yakıt kaplamalarının yanında devre dışı bırakılan reaktörlerin kontamine materyallerini de içermektedir. Küçük boyutlu ve katı olmayan atıklar çimento veya bitüm (İng: "bitumen") şeklinde katılaştırılabilir. Orta seviyeli atıklar, tüm radyoaktif atıkların hacmen %7'sini ve toplam radyoaktivitenin %4'ünü oluşturur.

Yüksek Seviyeli Atıklar

Nükleer reaktörlerde uranyumun yanması ile ortaya çıkan ve reaktör çekirdeğinde oluşan fisyon ürünlerini ve transuranik elementleri içeren yüksek seviyeli atıklar, bozunma ısısının (>2kW/m³) materyalin kendi sıcaklığını ve çevre sıcaklığını önemli ölçüde artıracak düzeyde radyoaktif olan atıklardır. Bu nedenle bu atıkların yönetiminde soğutma ve korunma gerekir. Bu atıklar, toplam radyoaktif atık hacminin yalnızca %3'ünü, toplam radyoaktivitenin ise %95'ini oluştururlar. Yüksek seviyeli atıklar, iki başlık altında değerlendirilir:

• Kullanılmış ve atık olarak işaretlenmiş yakıtlar.
• Kullanılmış yakıtların yeniden işlenmesiyle meydana gelen ayrıştırılmış atıklar.

Yüksek seviyeli atıklar, belirli radyonüklidlerin insanlar ve bu radyonüklidleri çevreleyen çevre için zararsız olarak kabul edileceği düzeye düşene kadar geçmesi gereken süre çerçevesinde belirlenen uzun süreli ve kısa süreli bileşenler içerir. Bu bağlamda, kısa ömürlü fisyon ürünlerinin uzun ömürlü aktinidlerden ayrılabilmesi veya ayrılamaması, yüksek seviyeli atıkların yönetiminde ve bertarafında önemli bir noktayı oluşturur. Yüksek seviyeli atıklar, nükleer güce ilişkin özel dikkat ve önem arz eden konulardır; bu nedenle ciddiyetle yönetilmektedir.

Atıklar Nerede ve Nasıl Ortaya Çıkar?

Radyoaktif atıklar, nükleer yakıt döngüsünün her aşamasında açığa çıkar. Bu yakıt döngüsü, uranyumun çıkarılmasını ve öğütülmesini, işlenmesini, reaktör içinde kullanılmasını, yapılıyorsa yeniden işlenmesini, reaktörden alınan kullanılmış yakıtın işlenmesini ve son olarak atıkların bertarafını içerir. Uranyumun çıkarılması ve öğütülmesi, yakıtın üretilmesi süreçlerinde de atık ortaya çıkmaktadır; ancak radyoaktivite bağlamında atıkların büyük bir kısmı elektrik üretmek amacıyla uranyumun fiilen yakılması neticesinde ortaya çıkar. Kullanılmış yakıtların yeniden işleme tabi tutulması durumunda atık miktarı önemli ölçüde azalmaktadır.

Cevherden Yakıta Uranyum

Geleneksel uranyum madenciliği, cevherde bulunan doğal radyoaktif elementlerin hemen hepsini içeren ince kumlu atıkların da ortaya çıkmasına sebep olmaktadır. Bu atıklar, özel mühendislik ürünü barajlarda toplanır ve radon gazı sızıntılarını engellemek ve uzun süre stabil kalmalarını sağlamak amacıyla bir kil ve kaya tabakasının altına gömülür. Kısa süreli çözümler ise atıkların su içine hapsedilmesini içerir. Bu şekilde muhafaza edilen atıkların radyoaktivite düzeyi asıl hallerinin %75'ine kadar geriler. Bu başlıkta konu olarak alınan ince kumlu atıklar, radyoaktif atık olarak sınıflandırılmamaktadır.

Madencilik faaliyetleri sonucunda elde edilen uranyum oksit konsantresi (sarı kek - U₃O₈), bina yapımında kullanılan granitten biraz daha fazla radyoaktiftir. Bu konsantre, rafine edildikten sonra uranyum hekzaflorür (UF⁶) gazına dönüşür. Gaz haliyle zenginleştirmeye tabi tutulur ve U-235 içeriği %0.7'den %3.5'e çıkarılır. Konsantre, bu işlemin ardından reaktör yakıt bileşeni olarak kullanılmak üzere sert bir seramik oksit (UO₂) haline getirilir.

Zenginleştirmenin ana yan ürünü, UF₆ veya U₃O₈ olarak depolanan U-238 izotopu, yani tükenmiş uranyumdur. Bu tükenmiş uranyum, yat omurgaları ve askeri tertibat gibi aşırı yüksek yoğunluğun değerli olduğu alanların yanında yeniden işlenmiş plütonyumla birlikte karışık oksit (MOX) yakıt imalatında ve sökülen silahların içerdiği yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyumun seyreltilmesi için kullanılır. Bu seyreltme neticesinde elde edilen uranyum, reaktör yakıtı olarak kullanılabilmektedir.

Elektrik Üretimi

Radyoaktivite bağlamında ele alındığında elektrik üretimi için reaktörlerin kullanılmasıyla açığa çıkan atık ürünler arasında başı Yüksek Seviyeli Atıklar çekmektedir. Reaktör faaliyetleri sırasında uranyum ve plütonyumdan fisyon ürünleri ve transuranik elementler elde edilir ve bu ürünler, kullanılmış yakıtın içinde tutulur. Kapalı çevrimi benimsemiş ve kullanılmış yakıtları yeniden işleme tabi tutan ülkelerde fisyon ürünleri ve minör aktinitler, uranyum ve plütonyumdan ayrılarak Yüksek Seviyeli Atık olarak işlem görür. Kullanılmış yakıtların yeniden işlenmediği ülkelerde ise yakıt, doğrudan Yüksek Seviyeli Atık olarak sınıflandırılır.

Yüksek ve Orta Seviyeli Atıklar ise reaktör soğutma sistemlerinin ve yakıt depolama havuzlarının temizliği; reaktörün içinde veya çevresinde kullanılmaları nedeniyle radyoaktif hale gelen ekipmanların, filtrelerin ve metal bileşenlerin dekontaminasyonu gibi genel faaliyetlerin sonucunda açığa çıkmaktadır.

Kullanılmış Yakıtların Yeniden İşlenmesi

Kullanılmış nükleer yakıtlar, geri dönüşüm amacıyla parçalanabilir materyallerin çıkarılması ve Yüksek Seviyeli Atıkların miktarının düşürülmesi amacıyla uzun süredir işlenmektedir. Rusya, Çin ve Japonya'nın yanında birçok Avrupa ülkesi kullanılmış nükleer yakıtların yeniden işlenmesine yönelik politikalara sahiptir. Kullanılmış herhangi bir yakıt, kullanılan U-235'in bir kısmını, reaktör çekirdeğinde oluşan çeşitli plütonyum izotoplarının bir kısmını ve U-238 içerir. Tüm bu bileşenler, orijinal uranyum'un %96'sını ve (U-238 hariç olmak üzere) tüm orijinal enerji içeriğinin yarısından fazlasını oluşturmaktadır.

Kullanılmış yakıtların yeniden işlenmesi, kullanılmış yakıtlardan kayda değer ölçüde plütonyumun geri dönüştürülmesini ve bir MOX üretim tesisinde seyreltilmiş uranyum oksitle tekrar karıştırılarak taze yakıt üretilmesini mümkün kılar. Bu süreç, orijinal uranyum cevherinden yaklaşık %25-30 düzeyinde daha fazla enerji çıkartılmasını sağlamaktadır ve Yüksek Seviyeli Atık oranını yaklaşık %85 oranında düşürmektedir. Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu (IAEA) tahminleri, sivil nükleer enerji üretiminin başlamasından bu yana üretilmiş 390 bin metrik ton ağır metalin 127 bininin yeniden işlendiği yönündedir.^[1] Buna ek olarak yeniden işlenme süreci sonlandığında elde kalan Yüksek Seviyeli Atıklar, önemli ölçüde daha az radyoaktif olmaktadır ve "normal" bozunmaları 300 bin yıl alacakken 9 bin yıl içinde orijinal cevherle aynı seviyeye kadar bozunur.

Ticari amaçlı yeniden işleme tesisleri, günümüzde Fransa ve Rusya'da faaliyet göstermekte olup Japonya'da yeni bir yeniden işleme tesisi yapılmakta; Çin'de ise bir yeniden işleme tesisinin yapılması planlanmaktadır. Fransa, diğer ülkelerin yeniden işleme işlemlerini üstlenmekte ve Japonya'nın kullandığı yakıtların birçoğunu yeniden işleme tabi tutmaktadır. Bu yeniden işleme ile açığa çıkan atıklar ve MOX yakıtı içinde bulunan geri dönüştürülmüş plütonyum Japonya'ya iade edilmektedir.

Günümüzde yeniden işlemede kullanılan geleneksel süreç, ışınlanmış nükleer yakıtın nitrik asitte çözülmesini ve bunu takiben bir organik seyreltici içindeki TBP (Tribütil Fosfat) karışımı kullanılarak çözücü ayırması (İng: "solvent extraction") yolu ile uranyum, plütonyum ve fisyon ürünlerinin ayrılması işlemleri olarak özetlenen ve PUREX olarak kısaltılan süreçtir. Bu süreçte oldukça yüksek ısılar kullanıldığı için süreç, "piroproses" olarak da adlandırılmaktadır. PUREX süreci sayesinde tüm aktinit anyonları (özellikle uranyum ve plütonyum) bir arada geri kazanılmaktadır. Bu teknoloji, henüz tam olarak faaliyete geçirilmemesine karşın kullanıldığında yeniden işleme sonucu ortaya çıkan atıkların orijinal cevher radyoaktivitesine denk seviyeye gelmesinin yalnızca 300 yıl alacağı düşünülmektedir.

World Nuclear

Devre Dışı Bırakılan Nükleer Santraller

Nükleer reaktörler bağlamında radyoaktivitenin %99'u yakıt ile ilişkilendirilmektedir. Radyoaktivitenin kalan kısmı, yüzey kontaminasyonlarının yanı sıra uzun süre nötron ışımasına maruz kalmış çelik bileşenler gibi "aktivasyon ürünlerinden" kaynaklanmaktadır. Bu aktivasyon ürünlerinin atomları, demir-55, kobalt-60, nikel-63 ve karbon-14 gibi farklı izotoplara dönüşür. Demir-55 ve kobalt-60 yüksek derecede radyoaktiftir ve gama ışını yayar. Bu yüksek radyoaktivite nedeniyle yarı ömürleri de kısadır; son kapatmanın ardından 50 yıl içinde tehlike düzeyleri oldukça azalır. Kapatılan nükleer santral atıkları arasında bir miktar sezyum-137'ye de rastlanmaktadır.

Kapatma işlemi ardından elde kalan hurdaların bir kısmı geri dönüştürülebilmektedir. Ancak bu hurdaların nükleer endüstri haricinde bir alanda kullanılmasına büyük oranda izin verilmemektedir. Dolayısıyla bu hurdaların büyük bir kısmı gömülür, birazı da nükleer endüstri dahilinde kullanılmak üzere geri dönüştürülür.

Eski Atıklar

Mevcut nükleer güç üretim faaliyetlerinin rutin olarak doğurduğu atıkların yanında "eski atık" olarak adlandırılan bir atık türü daha vardır. Bu atık, nükleer güç ve özellikle askeri programlar temelinde enerji üretim programlarının oluşturulduğu çok sayıda ülkede karşımıza çıkmaktadır. Yüksek hacimlerde olabilen ve yönetimi zor olan bu atıklar, bulunduğu ülkelerde nükleer enerjinin enerji üretiminde ticari bir çözüm olarak sunulmasına ön ayak olmuş projelerden doğan miras atıklardır. Günümüzde bulunan finansman düzenlemeleri kapsamına alınmayan, öncül Gelişmiş Gaz Soğutmalı Reaktör (AGR) ve Magnox çalışmalarından türemiş ve toplamının %30'u askeri programlarla ilişkilendirilen bu atıkların yönetimi için Birleşik Krallık'ta (iskontosuz) 164 milyar £ bütçe ayrılmaktadır. Amerika, Rusya ve Fransa'nın da eski atık yükümlülükleri kayda değer boyutlardadır.

Nükleer Dışı Radyoaktif Atıklar

Son yıllarda radyasyon korunması ve radyoaktif atık yönetimi çevrelerinde enerji ile ilgili olmayan nükleer atıkların etkili yönetimi konusuna olan ilgi artmıştır. Nükleer enerji santrali olmayan ülkeler de dahil olmak üzere tüm ülkeler, nükleer enerji üretimi çatısında yer almayan, ulusal laboratuar ve üniversite araştırma faaliyetleri, kullanılan/kaybolmuş endüstriyel ölçü aletleri ve radyografi kaynakları ve hastanelerde gerçekleştirilen nükleer tıp faaliyetleri gibi faaliyetlerden doğan radyoaktif atıkları yönetmek zorundadır. Bu atıkların birçoğunun yarı ömürleri uzun değildir; ancak bu atıkların birçok farklı kaynaktan gelmeleri fiziksel ve radyolojik özelliklerinin saptanmasını güçleştirmekte, ulusal düzeyde yönetimlerine yönelik çeşitli soru işaretleri ve zorluklar doğurmaktadır.

Arıtma ve Karıştırma

Arıtma, güvenlik ve ekonomik bağlamda atıkların bazı özelliklerinin değiştirilmesini içerir. Arıtma teknikleri arasında hacmin düşürülmesi için sıkıştırma, radyonüklid içeriğin arındırılması için filtreleme veya iyon değişimi, veya kompozisyonda bazı değişiklikler yaratmak için çökeltme bulunmaktadır.

Karıştırma, atığın güvenle ele alınabilecek, taşınabilecek, depolanabilecek ve bertaraf edilebilecek bir biçime dönüştürülmesi faaliyetidir. Bu adım tipik olarak atıkların konteyner içinde immobilizasyonunu, sıvı formda bulunan Düşük Seviyeli Atıkların ve Orta Seviyeli Atıkların çimento içine hapsedilmesini; Yüksek Seviyeli Atıkların kalsine edilmesi/kurutulmasıyla cam bir matris içinde vitrifiye edilmesini içerir. Bu şekilde immobilize edilen atıklar, özelliklerine uygun konteynerlara yerleştirilir.

Depolama ve Bertaraf Etme

Atıkların depolanması, yönetim sürecinin herhangi bir aşamasında gerçekleşebilir ve atıkların hem dış çevreden izole, hem de erişilebilir şekilde tutulmasını içerir. Atıklar bazen atık yönetiminin bir sonraki aşamasını kolaylaştırmak amacıyla bekletilebilmektedir; bu sayede atık materyallerin doğal yollarla bozunuma uğraması sağlanır ve takip süreçleri kolaylaşır. Depolama tesisleri genellikle reaktörlerin yakınında bulunur, ancak atıkların ortaya çıktığı tesisten ayrı yerlerde de bulunabilmektedir.

Atıkların bertarafı, atıkların öngörülebilen herhangi bir şekilde kullanılamayacağı durumlarda gerçekleşir. Yüksek Seviyeli Atıklar da yaklaşık 40-50 yıl içinde radyoaktivite düzeyleri görece düşük seviyelere gerilemesiyle bertaraf edilmektedir.

Pixabay

Düşük Seviyeli ve Uzun Ömürlü Orta Seviyeli Atıklar

Düşük Seviyeli Atıkların büyük bir kısmı ve kısa ömürlü Orta Seviyeli Atıklar, paketlenmelerinin ardından derhal kara temelli bertaraf tesislerine gönderilir. Bu çerçevede tüm türleriyle atıkların büyük bir kısmının (%90'dan daha fazlasının) bertarafına yönelik tatmin edici bir yöntemin geliştirildiğini ve tüm dünyada uygulandığını söylemek mümkündür.

Yakın yüzey bertaraf tesisleri aşağıdakiler de dahil olmak üzere birçok ülkede faaliyet göstermektedir;

• Birleşik Krallık - Cumbria'daki Drigg'de bulunan LLW Deposu, Nükleer Hizmetten Çıkarma Kurumu (İng: "Nuclear Decomissioning Authority") adına Birleşik Krallık Nükleer Atık Yönetimi (Washington Group International liderliğinde Studsvik UK, Serco ve Areva'dan oluşan bir konsorsiyum) tarafından işletilmektedir.
• İspanya - ENRESA tarafından işletilen El Cabril LLW ve ILW bertaraf tesisi.
• Fransa - ANDRA tarafından işletilen Centre de l'Aube ve Morvilliers.
• İsveç - Forsmark'ta bulunan, SKB tarafından işletilen SFR.
• Finlandiya - TVO ve Fortum tarafından işletilen Olkiluoto ve Loviisa.
• Rusya - NO RAO tarafından işletilen Ozersk, Tomsk, Novouralsk, Sosnovy Bor.
• Güney Kore - Wolseong, KORAD tarafından işletilmektedir.
• Japonya - Rokkasho-Mura'daki Japan Nuclear Fuel Limited tarafından işletilen LLW Bertaraf Merkezi.
• ABD - New Mexico sınırına yakın, Waste Control Specialists tarafından işletilen Texas Compact tesisi; tümü Energy Solutions tarafından işletilen Barnwell, Güney Carolina; Clive, Utah; Oak Ridge, Tennessee tesisleri; ve American Ecology Corporation tarafından işletilen, Washington'da bulunan Richland.

Yeniden işleme tesislerinde ortaya çıkan bazı düşük seviye sıvı atıklar denize boşaltılmaktadır. Denize boşaltılan bu atıklar arasında çevre çalışmalarında izleyici olarak kullanılan ve yüzlerce kilometre öteden dahi tespit edilebilen teknesyum-99 gibi radyonüklidler de yer almaktadır. Bununla birlikte denize boşaltılan atıklar yasalarca düzenlenmektedir ve kontrol altına alınmıştır; bu materyaller ile karşılaşan bir kimsenin aldığı radyasyon, doğal arka plan radyasyonunun ancak küçük bir kısmı kadardır.

Nükleer enerji santralleri ve yeniden işleme tesisleri, atmosfere düşük miktarda radyoaktif gazlar (kripton-85 ve ksenon-133 ve eser miktarda iyot-131) ve trityum salmaktadır. Bununla beraber bu kimyasallar inerttir (başka maddeler ile reaksiyona girmezler) ve kısa ömürlüdür. Bu gazların salınımı, santral ve tesislerde geciktirilerek radyasyon miktarları düşürülür. Dolayısıyla net etkileri herhangi bir yaşam döngüsü analizinde dikkate alınacak boyutlara ulaşmamaktadır.

Uzun Ömürlü Orta ve Yüksek Seviyeli Atıklar

Atık olarak işaretlenen kullanılmış yakıtlar da dahil olmak üzere bazı Orta Seviyeli ve Yüksek Seviyeli Atıkların uzun süre radyoaktivitelerini korumaları, derin jeolojik bertaraf yönteminin küresel boyutta kabul görmesine önayak olmuştur. Uzun süreli atık yönetimine ilişkin birçok başka alternatifler de denenmiş, ancak kazılmış bir alanda derinlere gömme yoluyla bertaraf, birçok ülke tarafından benimsenen yöntem haline gelmiştir. Amerika'da transüranik atıkların (askeri kaynaklı, plütonyum ile kontamine olmuş uzun ömürlü Orta Seviyeli Atıklar) bertarafı, Atık İzolasyon Pilot Tesisi'nde (WIPP) gerçekleştirilmektedir.

Günümüze kadar nihai Yüksek Seviyeli Atık gömülerine pratik boyutta ihtiyaç duyulmamıştır. Yukarıda da açıklandığı gibi kullanılmış yakıtlar yeniden işlemeye tabi tutulabilir veya doğrudan bertaraf edilebilir. Ancak, bu atıkların yönetimi konusunda tercih edilen yoldan bağımsız olarak nihai bertaraftan önce 40-50 yıl beklemenin teknik yönden avantajları bulunmaktadır. Bu süre zarfında atığın ısı ve radyoaktivite düzeyi %99'un üzerinde azalır. Kullanılmış yakıtların geçici depolaması, genellikle reaktörlere bağlı havuzlarda; birden fazla reaktörün bulunduğu tesislerde ortak bir havuzda veya bazı zamanlar merkezi bir alanda gerçekleştirilir. 2022 tarihi itibariyle 263 bin ton kullanılmış yakıtın depolandığı; bu miktarın üçte ikisinin depolama havuzlarında bulunduğu ve giderek artan bir kısmının da kuru depolarda tutulduğu bilinmektedir.^[1]

Reaktörlerde bulunan depolama havuzları ve İsveç'te bulunan CLAB tesisi gibi merkezi tesisler, kullanılmış yakıtın üzerinde birkaç metre su gelecek şekilde 7-12 metre arasında derinlikte tasarlanmıştır. Havuzlar, çelik astarlı kalın betonarme ile yapılır. Kullanılmış yakıtlar, uçlardan monte edilmiş, tipik olarak 4 metre uzunluğunda raflara yerleştirilir. Bu raf sistemleri metalden imal edilir ve nötron soğutucular ile desteklenir. Reaktör bünyesinde bulunan havuzlar, genellikle reaktörün planlanan çalışma ömrü boyunca ortaya çıkan tüm kullanılmış yakıtı alabilecek boyutlarda tasarlanır.

Havuzlarda en az beş yıl boyunca soğutulmuş yakıtlar, varil benzeri kuru konteynerlarda veya beton korumalı ve hava sirkülasyonu olan mahzenlerde depolanır. Yaygın olarak benimsenen yöntemlerden birisi, her biri 40'a kadar yakıt tertibatı alabilen ve inert gazlı mühürlü çelik konteynerlar veya çok amaçlı metal muhafaza kaplarının (İng: "Multi-Purpose Canister", "MPC") kullanımını içerir. Konteyner ve kaplar, kullanılmış yakıtın taşınması ve nihai bertarafı için de kullanılabilmektedir. Bu konteyner ve kaplar, beton ve çelik ile üretilmiş havalandırmalı depolama modüllerine kapatılarak depolanır. Depolama yüzey üzerinde yaklaşık 6 metre uzunluğunda ve hava konveksiyonu ile soğutulan tesislerde veya yeraltında yalnızca başları görünecek şekilde depolanabilir. Bu modüller, 45kW ısı yüküne kadar dayanıma sahiptir, oldukça güçlüdür ve tam koruma sağlar.

Kullanılmış bir yakıtın yeniden işlenmesi sonucunda ortaya çıkan sıvı Yüksek Seviyeli Atıklar ciddi miktarda ısı üretir. Bu atıkların soğutulması ve katılaştırılması gerekir. Öngörülebilen bir kullanım alanı bulunmayan ve küresel boyutta atık olarak sınıflandırılan bu ürünler, borosilikat (Pyrex) cama vitrifiye edilerek yaklaşık 1.3 metre yüksekliğinde ağır paslanmaz çelik silindirlere kapatılır ve bertaraf edilmek üzere yer altının derinliklerinde depolanır. Bu işlem, Birleşik Krallık ve Belçika'da aktif tesislerin yanı sıra Fransa'da iki ticari tesiste gerçekleştirilmektedir. Batı Avrupa'da bulunan bu tesislerin kapasitesi, 2.500 muhafaza kabı (bin ton) olup bazıları 30 yılı aşkın süredir operasyoneldir. Birleşik Krallık - Sellafield'de bulunan tesiste 6 bin kap vitrifiye Yüksek Seviyeli Atık imal edilmiştir.

Avustralya Synroc (sentetik kaya) sistemi, bu atıkların immobilizasyonuna yönelik daha üst düzey bir yöntem olup askeri kullanım harici atıklar için ticari faaliyet alanı bulabileceği düşünülmektedir.

Kullanılmış bir reaktör yakıtının yeniden işleme tabi tutulmaması halinde yakıt, tüm yüksek radyoaktif izotopları içermeye devam edecektir. Bu nedenle yeniden işleme tabi tutulmayan yakıtlar, doğrudan bertaraf edilmek üzere Yüksek Seviyeli Atık olarak sınıflandırılır. Yüksek düzeyde ısı üreten ve soğutulması gereken bu atıklar, büyük oranda uranyum (ve bir miktar plütonyum) içermeleri nedeniyle potansiyel olarak değerli bir kaynaktır. Bu nedenle geri dönüşü olmayacak şekilde bertaraf edilmesine yönelik kimi endişeler doğmuştur ve giderek artmaktadır.

Nihai bertaraf konusunda, atığın bertaraf edilmesinin üzerine onbinlerce yıl geçse bile herhangi bir kayda değer çevresel salınımın meydana gelmemesi için "çoklu bariyer" jeolojik bertaraf teknikleri planlanmıştır. Bu teknik ile Yüksek Seviyeli Atık ve uzun ömürlü Yüksek Seviyeli Atıklarda bulunan radyoaktif elementlerin immobilize ve biyosferden izole edilmesi hedeflenmektedir:

1. Çözünmez bir matris içinde (borosilikat cam veya sentetik kaya) atığın immobilize edilmesi. Yakıt peletleri halihazırda kararlı bir seramik (UO₂) halindedir.
2. Atıkların paslanmaz çelik gibi korozyona dayanıklı bir konteyner içine hapsedilmesi.
3. Atıkların insanlardan ve çevreden uzaklaştırılması (nihai olarak yer altında stabil bir kayaca gömülmesi.)
4. Gömülen alanın ıslak olması halinde bentonit kili gibi geçirimsiz bir dolgu ile çevrelenmesi, bu yolla radyonüklid sızınımının kayda değer boyutlara ulaşmasının engellenmesi.

Bu yönetim planlarının uzun vadeli olması, sürdürülebilirlik seçeneklerinin bir veya birden fazla önceden belirlenmiş aşama içermesini gerektirir. Böylelikle bu aşamalara gelindiğinde sürecin nasıl devam edeceği konusunda bir karar alınabilmektedir.

Radyoaktif atık yönetimine ilişkin önemli bir soru, atıkların depolama tesislerinden geri alınabilecek şekilde depolanması veya kalıcı olarak gömülmesi ile ilgilidir. Geri alma yollarının açık tutulması birçok açıdan mantıklıdır; örneğin gelecek nesiller gömülmüş atıkları değerli bir kaynak olarak görebilir. Bir diğer taraftan bu atıkların kalıcı olarak gömülmesi de tesislerin uzun süreli güvenliğini sağlamak açısından faydalıdır. Atıkların yaklaşık bin yıl boyunca gömülü kalması, içerdikleri radyoaktivitenin büyük bir kısmının bozunmasını sağlayacak; bin yılın sonunda içerecekleri radyoaktivite, yaklaşık olarak doğal şekillerde meydana gelmiş uranyum cevherine denk bir düzeyde olacaktır. Temel konsept olarak uygulanan, kazılmış depolama alanlarında depolanan atıklar, oldukça basit bir şekilde geri alınabilmektedir. Öte yandan derin kuyu içi (İng: "deep borehole") depolama kalıcıdır.

Fransa'da 2006 yılında yürürlüğe giren atık kanunu, Yüksek Seviyeli Atıkların "geri alınabilir" olmasını gerektirmektedir. Bu kanuna 2015 yılında yapılan bir değişiklikle bertaraf politikasında uzun vadeli esnekliğin garanti edildiği açıklığa kavuşturulmuş, "geri alınabilir" ifadesinin ise kısa vadeli kullanımlar anlamına geldiği vurgulanmıştır. Fransa, İsviçre, Kanada, Japonya ve ABD de geri alınabilirliği şart koşmaktadır. Bu politikanın birçok başka ülkede de takip edilmesine karşın politika çerçevesinde uzun vadede güvenlik gerekliliklerinin yerine getirilmesi için depolama alanlarının mühürlenmesi gerekeceği öngörülmektedir.

Jeolojik Bertarafın Doğal Öncülleri

Jeolojik izolasyonun mümkün olduğu doğada birkaç örnekle (veya analoglarla) halihazırda kanıtlanmıştır. Bu örneklerden en göze çarpanı neredeyse 2 milyar yıl önce, günümüz Batı Afrikası - Gabon'da bulunan Oklo'da meydana gelmiştir. Bölgede birkaç spontane "nükleer reaktör", zengin bir uranyum cevheri damarında faaliyet göstermiştir. 2 milyar yıl önce doğan uranyumdaki U-235 konsantrasyonu %3 düzeyindedir. Bu doğal nükleer reaktörler, faaliyetleri sonlanmadan önce yaklaşık 500 bin yıl boyunca "çalışmış"; 5 tonun üzerinde fisyon ürünü, 1.5 ton plütonyum da dahil olmak üzere Yüksek Seviyeli Atıklarda bulunan tüm radyonüklidleri üretmiştir. Bu materyallerin tamamı bölgede kalmış ve zaman içinde radyoaktif olmayan elementlere dönüşmüştür.

Bu tür doğa olayları, jeolojik depolama alanlarına yönelik tüm değerlendirmeler için önem arz etmektedir ve birkaç uluslararası araştırma projesine konu olmuştur.

Atık Yönetiminin Finansmanı

Nükleer enerji, tüm atık sorumluluğunun alındığı ve hizmet bedeline masraf edildiği tek büyük ölçekli enerji üretim teknolojisidir. Sivil sektör radyoaktif atığın yönetimi için mali karşılıklar ayrılmış olup nükleer santral atıklarının yönetim ve bertaraf maliyetleri, üretilen elektriğin toplam maliyetinin yaklaşık %5'ini oluşturmaktadır.

Çoğu nükleer tesis, atıkların yönetimi ve bertarafına yönelik bir vergi ödemekle yükümlüdür. Örneğin ABD'de kilowatt/saat başına 0.1 sent, Fransa'da 0.14 sent ödenmesi gerekmektedir.

Atık yönetimi ve hizmetten çıkarmaya yönelik fiili düzenlemeler çeşitlilik göstermektedir. Bununla beraber tüm düzenlemeler, ihtiyaç duyulması halinde atık yönetimi ve hizmetten çıkarma işlemleri için yeterli fonun bulunması amacına hizmet etmektedir. Bu çerçevede üç yaklaşım takip edilir:

1. Bilanço Karşılıkları: Atık yönetimi ve hizmetten çıkarmanın maliyetini karşılayacak bir meblağ, şirket bilançosuna bir yükümlülük olarak dahil edilir. Atık yönetimi ve hizmetten çıkarma süreçleri ilerlerken şirket, yeterli yatırım ve nakit akışını sağlamakla yükümlüdür.
2. İç Fon: İlgili ödemeler, nükleer tesisin işletme ömrü boyunca şirket içinde tutulan ve yönetilen bir fona aktarılır. Bu fonun yönetimine yönelik kurallar değişiklik göstermektedir; ancak birçok ülke, yeterli menkul kıymet ve yatırım getirisine bağlı olarak fonun şirket varlıkları dahilinde kullanılmasına izin verir.
3. Harici Fon: Ödemeler, genellikle hükümet bünyesinde bulunan veya bir grup bağımsız vekil tarafından yönetilen bir fona aktarılır. Bu fonun yönetimi de değişiklik göstermektedir; bazı ülkeler bu fonun yalnızca atık yönetimi ve hizmetten çıkarma süreçlerinde kullanılmasına izin verirken bazı diğer ülkelerde şirket içi yatırımlarda kullanılmak üzere fonun belirli bir yüzdesinin borç olarak verilmesi mümkündür.

Nükleer Endüstri Ne Kadar Atık Açığa Çıkarıyor?

Sivil nükleer endüstri tarafından üretilen Yüksek Seviyeli Atıklar hacmen küçüktür. Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu (IAEA), ilk nükleer faaliyetlerin faaliyete geçmesinden bu yana kullanılmış yakıt olarak 392 bin ton ağır metalin açığa çıktığını, bu miktarın 127 bin tonunun yeniden işlendiğini ve mevcut katı Yüksek Seviyeli Atık envanterinin yaklaşık 29 bin metreküp olduğunu tahmin etmektedir. Bu miktar, kabaca bir futbol sahası boyutunda bir alanı kaplayan üç metre uzunluğunda bir binaya denktir.

Açığa çıkan Çok Düşük, Düşük ve Orta Seviyeli Atıklar hacmen daha büyük, ancak radyoaktivite yönünden daha zayıftır. Bu materyallerin doğal radyoaktivitelerinin düşük olması nedeniyle Düşük ve Çok Düşük Seviyeli olarak sınıflandırılan atıkların çoğu halihazırda bertaraf edilmiştir. IAEA'ın tahminleri, günümüze kadar üretilen Düşük ve Çok Düşük Seviyeli Atıkların %80'inden fazlasının bertaraf edildiği yönündedir.

Yalnızca radyoaktif atıklar değil, tüm tehlikeli atıkların dikkatli bir şekilde yönetilmesi ve bertaraf edilmesi gerekmektedir. Nükleer enerji endüstrisinin açığa çıkardığı atıklar, hem diğer elektrik üretim, hem de diğer endüstriyel faaliyetlere kıyasla daha azdır. Örneğin dünyanın en eski nükleer endüstrisine ev sahipliği yapan Birleşik Krallık'ta günümüze kadar üretilen ve 2125'e kadar üretileceği düşünülen radyoaktif atıklar toplam yaklaşık 4.9 milyon tondur. Tüm bu atıkların paketlenmesinin ardından toplam hacmin büyük ve modern bir futbol stadyumu kadar alanı kaplayacağı düşünülmektedir. Öte yandan konvansiyonel atıklar yılda 200 milyon tonu bulmaktadır; ve bu 200 milyon tonun 4.3 milyon tonu tehlikeli atık klasmanındadır. Yine Birleşik Krallık'ta toplam radyoaktif atıkların %94'u Düşük Seviyeli, %6'sı Orta Seviyeli, ve %0.03'ten azı Yüksek Seviyeli Atık olarak sınıflandırılmaktadır.

Sivil nükleer enerji endüstrisi, 50 yılı aşkın geçmişinde ciddi bir sağlık veya çevre sorununa mahal vermemiş; kamu sağlığına karşı ciddi bir tehdit oluşturmamıştır. Enerji üretimi alternatifleri de kendi içlerinde belirli zorluklarla karşı karşıyadır ve istenmeyen yan ürün ve etkileri genellikle iyi kontrol edilememektedir.

Nükleer atıkların üretimi ve yönetimini daha iyi anlamak için büyük ölçekli ticari elektrik üretim teknolojilerinin karbondioksit emisyonları başta olmak üzere istenmeyen yan ürünlerinin anlaşılması önem arz eder. Nükleer enerji santralleri, 2019 yılında 2657 TWh üretimle dünyanın tüm tüketiminin %10'unu; fosil yakıtlar (öncelikle kömür) %63'ünü (9914 TWh), doğal gaz (6346 TWh) ve petrol (747 TWh) karşılamıştır. Nükleer enerji ile sağlanan elektriğin %10'u, açık ara en temiz fosil yakıt olan doğal gaz ile sağlanacak olsaydı atmosfere 1300 milyon ton daha fazla CO₂ salınırdı. Bu oran, trafiğe 250 milyon aracın çıkması halinde atmosfere salınacak karbondioksite denktir.

Hidrokarbon endüstrileri, ciddi miktarda karbon emisyonlarının yanında ciddi miktarlarda radyoaktif atığın da açığa çıkmasına neden olmaktadır. Petrol ve gaz endüstrileri kaynaklı radyoaktif materyaller, "teknolojik olarak geliştirilmiş doğal olarak oluşan radyoaktif materyaller" (tenorm) olarak isimlendirilmektedir. Petrol ve gaz üretiminde açığa çıkan radyum-226, radyum-228 ve kurşun-210, dünyanın bir çok bölgesinde boru ve ekipmanlarda kireç olarak birikmektedir. Yayınlanmış veriler, radyonüklid konsantrasyonlarının Pb-210 için 300 bin Bq/kg, Ra-226 için 250 bin Bq/kg ve Ra-228 için 100 bin Bq/kg'a kadar çıktığını göstermektedir. Bu düzeyler, nükleer endüstrisinde kullanılan metal ve beton materyallerinin geri dönüştürülmesine yönelik izin aralığının bin kat üzerindedir. Bir başka deyişle, nükleer sektörde 500 Bq/kg üzerinde konsantrasyonlara sahip materyallerin geri dönüştürülmesi mevzuatlarla engellenmektedir.

Tenorm atık akışının en büyük öğesi kömür külüdür. Küresel olarak yaklaşık 280 milyon ton kömür külü açığa çıkmaktadır. Bu kül, uranyum-238 ve tüm gaz halde olmayan bozunma ürünlerinin yanı sıra toryum-232 ve türevlerini de taşımaktadır. Kömür külü, yalnızca gömülürken veya yapı malzemelerinde bir bileşen olarak kullanılırken aynı radyonüklidleri aynı konsantrasyonda içeren nükleer atıklar derin bertarafa gönderilebilmektedir.

Sonuç

• Nükleer enerji, tüm atık sorumluluğunun alındığı ve hizmet bedeline masraf edildiği tek büyük ölçekli enerji üretim teknolojisidir. Bunun yanında nükleer güç ile açığa çıkan atık miktarı, diğer termal elektrik üretim teknolojilerine kıyasla oldukça düşüktür, kullanılmış yakıtlar bir kaynak olarak da kullanılabilmektedir; ve nükleer atıklar, diğer zehirli endüstriyel atıklara kıyasla daha tehlikeli veya daha zor yönetilen bir nitelikte değildir. Yüksek Seviyeli Radyoaktif Atıkların nihai bertarafına yönelik güvenli yöntemler teknik açıdan kanıtlanmıştır ve uluslararası fikir birliği, en iyi yöntemin jeolojik bertaraf (derinliklere gömülme) olduğu yönündedir.
• Nükleer atıklar, başta radyoaktivite düzeylerine bağlı olarak Çok Düşük, Düşük, Orta ve Yüksek Seviyeli Atıklar olarak sınıflandırılmaktadır. Düşük Seviyeli Atıklar toplam atıkların hacmen %90'ını, toplam radyoaktivitenin ise %1'ini oluşturmakta; Orta Seviyeli Atıklar toplam atıkların hacmen %7'sini, radyoaktivitenin ise %4'ünü; Yüksek Seviyeli Atıklar ise toplam atıkların hacmen %3'ünü, ancak toplam radyoaktivitenin %95'ini oluşturmaktadır.
• Bu değerlere bağlı olarak Yüksek Seviyeli Atıklar (kullanılmış, atık olarak değerlendirilen yakıtlar ve kullanılmış yakıtların yeniden işlenmesiyle ayrılan atıklar), nükleer güç çerçevesinde dikkatle ele alınmakta ve yönetilmektedir.
• Atıklar, cevherin çıkarılmasın ve yakıtın üretilmesi, elektrik üretimi, kullanılmış yakıtların yeniden işlenmesi ve nükleer tesislerin hizmetten çıkarılmasına ilişkin süreçlerde ortaya çıkmaktadır. Bunun yanında küresel boyutta nükleer enerji programları alanında öncül ülkelerde "miras atık" olarak ifade edilen eski atıklar da bulunmaktadır. Bu konu hakkında dikkate alınması gereken bir husus da radyoaktif atıkların yalnızca santrallerden çıkmadığı; ulusal laboratuarlar, üniversite araştırmaları, radyografi ve nükleer tıp faaliyetlerinin de bir miktar radyoaktif atık doğurduğu gerçeğidir.
• Nükleer atıkların yönetimi ve bertarafına ilişkin fikir ayrılıkları bulunmaktadır. Zira kullanılmış yakıt gibi nükleer atıklar, bin yıl gibi bir süre gömülü kalmalarına rağmen doğal bir uranyum cevherine denk düzeyde radyoaktivitelerini koruyabilmektedir. Bu nedenle Fransa, İsviçre, Kanada, Japonya ve ABD gibi ülkelerde atıkların kalıcı olarak bertaraf edilmesi (derinliklere gömülmesi) yerine daha sonradan kullanılabilecek şekilde "rafa kaldırılması" konularında kimi adımlar atılmaktadır.