Bugün öğrendim ki: Fransa, kullanılmış nükleer yakıtının %96'sını yeni yakıta dönüştürüyor ve geri kalanının çoğunu da camlaştırıyor.
Ky Friedman
20 Mart 2024
Stanford Üniversitesi, PH241 dersi için dönem ödevi olarak sunulmuştur, 2024 Kışı
Giriş
Şekil 1: COGEMA’nın La Hague Nükleer Yeniden İşleme Tesisi (Kaynak: Wikimedia Commons)
Küresel enerji dünyasında Fransa, nükleer olmayan bir aile içerisindeki "nükleer çocuk" gibidir. 58 nükleer reaktörleri, onlarca yıldır ülkenin elektriğinin yaklaşık %70'ini sağlamış ve diğer Avrupa ülkelerine ucuz elektrik ihraç etmiştir. [1] Elbette, Fransa'nın nükleer programı, benzersiz ölçeğinin ötesinde, uzun vadeli başarılı yakıt yeniden işleme programı ve tesisleri dahil olmak üzere çeşitli faktörlerle öne çıkmaktadır. Şu anda yakıt çubuklarından nükleer yakıtı geri dönüştüren tek ülke olmasa da, bunu en büyük oranda yapan ülke konumundadır ve yıllık yaklaşık 1700 ton yeniden işlenmiş yakıt üretmektedir. [2]
Fransa'da Nükleer Yakıt Yeniden İşlemenin Doğuşu
Fransız hükümetinin 1946 yılında ülkenin elektrik üretim, tedarik ve dağıtımını kamulaştırmasının ardından, ülke nükleer enerji alanına adım atmış ve 70'li yıllara gelindiğinde çift haneli sayıda aktif reaktöre ulaşmıştır. Dünyadaki diğer nükleer enerji üreten ülkelerle birlikte, reaktörlerinin her yıl binlerce ton kullanılmış yakıt ve radyoaktif atık üreteceğinin bilincinde olarak, nükleer enerji programının tüm döngüsünü yönetmek için programlar oluşturmaya başlamışlardır. [3]
Bununla birlikte, 60'lı ve 70'li yıllarda dünya genelinde, nükleer programların kullanılmış yakıt ve atıklarını nasıl yönetmeleri gerektiğine dair önemli tartışmalar yaşanmıştır. Nükleer silahların yayılması riskinden büyük endişe duyan Amerika Birleşik Devletleri, kullanılmış nükleer yakıt çubuklarının içindeki plütonyumun herhangi bir şekilde yeniden işlenmesinin nükleer yayılma riskini artıracağını düşünüyordu. Ancak Fransa ve Büyük Britanya, yeniden işlemeyi maliyetleri düşürmek, verimliliği artırmak, nükleer atığı azaltmak ve (bazılarına göre) nükleer yayılma riskini azaltmak için bir fırsat olarak görüyorlardı. Fransa, kullanılmış yakıtlarını kendi bünyesinde işleyerek kapalı nükleer yakıt döngüsünü erkenden benimseyen ülkelerden biri oldu. [4]
Fransa 1966 yılında, kullanılmış yakıt çubuklarından uranyum ve plütonyum çıkarıp bunları sonraki yakıt çubukları için kullanılabilir yakıta dönüştürmek amacıyla La Hague'de bir yeniden işleme tesisi açtı. Tesis, açıldığından beri 2000'li yıllara kadar 20.000 tondan fazla yakıt işledi ve toplamda 30.000 tonun üzerinde yakıtı yeniden işleyerek, 80'lerdeki analistlerin öngörüleriyle uyumlu bir hızda ilerledi ve bir yeniden işleme tesisi olarak tutarlılığını kanıtladı. [5,6]
Nükleer Yakıt Yeniden İşleme Sürecinin Çözümlenmesi
Kullanılmış yakıtı işlemek için birçok strateji bulunsa da, Plütonyum Uranyum İndirgeme Ekstraksiyonu veya PUREX süreci endüstri standardı olmaya devam etmektedir. Yakıt çubuklarını bir havuzda yaklaşık yedi yıl soğumaya bıraktıktan sonra, yeniden işleme tesisleri yakıtın yeniden işlenebilir olan %96'lık kısmını ayıklar. Ardından, yeniden işlenebilir yakıtı nitrik asit içinde çözerek süreci başlatır ve daha sonra çözeltiyi, uranyum ve plütonyumu ayrıştıran çözündürme işlemlerine tabi tutarlar. [7] Bu noktadan sonra kimyasal hat ikiye ayrılır.
Artık uranyum oksit formunda olan uranyum, zenginleştirilebilir ve reaktörlerde kullanılabilir; bu da madenciliği yapılması gereken uranyum miktarını azaltır ve dolayısıyla nükleer enerjide kullanılan uranyumun hem maliyetlerini hem de çevresel etkilerini düşürür. Plütonyum ise plütonyum oksit olarak diğer uranyum oksitlerle karıştırılarak karma oksit veya MOX yakıtı olarak adlandırılan yakıta dönüştürülür. MOX yakıtları, dünya genelindeki hafif su reaktörlerinde ve hızlı reaktörlerde kullanılabilir. Fransa'daki bazı hafif su reaktörleri, çekirdeklerinde %30'a varan oranda MOX yakıtı kullanmaktadır. [8] Fransa'da her yıl kullanılan MOX yakıtı miktarı dalgalanmalar göstermektedir ve genellikle Orano gibi işleme şirketleri tarafından rapor edilmektedir.
Yeniden İşlenemeyen Atık Sorunuyla Yüzleşmek
PUREX süreci Fransa'nın kayda değer bir verimlilik seviyesine ulaşmasını sağlasa da, tüm nükleer atıklar MOX yakıtına dönüştürülemez. Aslına bakılırsa, Fransa'nın yalnızca "yeniden kullanılabilir" olarak tanımladığı kullanılmış yakıtlar bu işleme tabi tutulur. [9] Yüksek seviyeli atıkların yanı sıra çeşitli orta seviyeli, düşük seviyeli ve uzun ömürlü fisyon atık ürünlerinin, kullanılmış yakıt çubuklarından farklı bir şekilde ele alınması gerekmektedir.
Çoğunlukla kullanılmış yakıt yeniden işlemesinden kaynaklanan yüksek seviyeli atıklar için Fransa, vitrifikasyon (Latince "cam" anlamına gelen "vitrium" kelimesinden) yöntemini kullanır. Bu yöntem, atığı yüksek sıcaklıkta silika ve cam oluşturan bileşiklerle karıştırarak atık ürünleri özünde bir tür cama dönüştürür. Bu süreç, nükleer atık parçacıklarının içinde askıda kaldığı cam benzeri bir yapı oluşturarak atığın daha kararlı bir şekilde depolanmasını sağlar. [10] Nükleer atıklar için evrensel bir raporlama ölçütü bulunmadığından toplamda ne kadar nükleer atığın vitrifiye edildiğini söylemek zor olsa da, Fransa'nın yüksek seviyeli olarak etiketlediği atıkların yaklaşık %95'inin nihayetinde vitrifiye edildiği iddia edilmektedir. [9] Kalan yüksek seviyeli atıkların yanı sıra orta ve düşük seviyeli atıklar, çoğunlukla La Hague, Marcoule ve diğer Fransız tesislerinde geçici depolamada tutulmakta veya CIRES yer üstü tesisi gibi depolama alanlarında bertaraf edilmektedir. [9]
Eleştiriler ve Gelecek Perspektifleri
Nükleer enerjinin neredeyse her yönü gibi, Fransa'nın kapalı yakıt döngüsü ve yeniden işleme programları da eleştiri ve incelemelere tabidir. Birincisi, nükleer yayılma riskiyle ilgili endişeler hiçbir zaman tam olarak giderilememiştir. Muhalifler, plütonyumun yakıt çubuklarından ayrıştırılıp kullanılabilir bir forma getirilmesinin, bu yakıtın çalınması veya kötü yönetilmesi durumunda terörizm riskini artırdığından endişe etmektedir. İkincisi, Fransa'nın ithal kullanılmış yakıtı işlemesine yönelik küresel talep azaldıkça ekonomik tablo belirsizleşmiş ve bazıları yeniden işleme programının yeni yakıt satın almaktan daha maliyetli olduğunu savunmaya başlamıştır. [11] Ayrıca, pek çok enerji sisteminde olduğu gibi, bazıları Fransa'nın yeniden işlemeye yönelik devam eden finansal ve bilimsel desteğinin, potansiyel olarak daha ucuz ve daha sürdürülebilir enerji kaynaklarından dikkatleri uzaklaştırdığını savunmaktadır.
Sonuç
Fransa, nükleer enerjide dünya lideri olmaya devam etmiş ve yerel elektrik şebekesi için nükleer enerjiye diğer tüm ülkelerden daha fazla bel bağlamıştır. Ancak nükleer enerji ve nükleer yakıtın yeniden işlenmesiyle ilgili küresel tartışmalar yarım asrı aşkın bir süredir canlı ve güçlü bir şekilde devam ederken, Fransa'nın gelecekteki enerji manzarasının tam olarak nasıl görüneceği belirsizliğini korumaktadır. Mart 2024'te çıkan raporlara göre Fransa'nın yakıt yeniden işleme faaliyetlerini 2040 yılına kadar sürdürmeyi planlamasıyla, Fransa'nın dünyanın "nükleer çocuğu" olarak giderek daha izole bir hale gelmesi mümkündür.
© Ky Friedman. Yazar, çalışmanın kendisine ait olduğunu ve Stanford Üniversitesi'nin dizgi ve referans kuralları dışında hiçbir katkıda bulunmadığını garanti eder. Yazar, bu çalışmanın ticari olmayan amaçlarla, orijinal biçiminde kalmak kaydıyla ve yazara atıfta bulunularak kopyalanmasına, dağıtılmasına ve sergilenmesine izin verir. Ticari haklar dahil tüm diğer haklar yazara aittir.
Kaynakça
[1] C.E. Velasquez ve ark., "Assessment of the French Nuclear Energy System - A Case Study," Energy Strategy Rev. 30, 100513 (2020).
[2] I. W. Leigh ve S. J. Mitchell, "International Nuclear Fuel Cycle Fact Book," Pacific Northwest Laboratory, PNL-3594, Ocak 1990.
[3] M. Schneider, "Nuclear Power in France: Beyond the Myth," Greens-EFA Group in the European Parliament, Aralık 2008.
[4] V. Gilinsky, "Plutonium, Proliferation and the Price of Reprocessing," Foreign Aff. 57, 374 (1978).
[4] R. J. Roscoe ve ark., "Mortality Among Navajo Uranium Miners," Am. J. Public Health 85, 535 (1995).
[5] J. Rastoin ve D. Bastien, "The Nuclear Fuel Cycle," Nucl. Eng. Des. 114, 187 (1989).
[6] "Spent Fuel Reprocessing Options," International Atomic Energy Agency, IAEA-TECDOC-1587, Ağustos 2008.
[7] E. R. Merz, C. E. Walter ve G. M. Pshakin, ed., Mixed Oxide Fuel (MOX) Exploitation and Destruction in Power Reactors (Springer, 1995).
[8] M. Schneider ve Y. Marignac, "Spent Nuclear Fuel Reprocessing in France," International Panel on Fissile Materials, Nisan 2008.
[9] R. Harms ve ark., "World Nuclear Waste Report 2019 - Focus Europe," World Nuclear Waste Report, 2019.
[10] "Vitrified High-Level Radioactive Waste," U.S. Nuclear Waste Technical Review Board, Kasım 2017.