Radyoaktif Atıkların Yok Edilmesi

Doç. Dr. Niyazi MERİÇ - Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü Müdürü

Atom çekirdeğinin radyasyon denen tanecikleri veya gama ışınlarını yaymasıyla radyasyon ortaya çıkar. Radyasyon çevremizde her zaman bulunmaktadır. Fazla miktarda radyasyona maruz kalındığında insan sağlığını olumsuz etkiler hatta ölüme bile yol açabilir. Radyoaktif atıklar, öncelikle belli yerlerde depolanırlar. Direkt yok edilemezler. Örneğin; nükleer reaktör atıkları ortalama 220 yıl içinde zararsız hale gelmektedirler.

Radyoaktif Bozunmanın oluşumu

Atom bilinen evrendeki tüm maddenin kimyasal ve fiziksel niteliklerini taşıyan en küçük yapıtaşıdır. Bir atomda, çekirdeği saran negatif yüklü bir elektron bulutu vardır. Çekirdek ise pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşur. Proton ve nötronun birlikteyken nükleon olarak adlandırılır. Bir atomdaki proton sayısına, atom numarası denir. Bir elementin bütün atomlarındaki proton sayıları aynıdır. Bir elementin atomları arasında, nötron sayısı farklılık gösterebilir. Farklı nötron sayılarına sahip aynı element atomlarına ise izotop denir. Nötron sayısının proton sayısına oranı, çekirdeğin kararlılığını belirler. Proton ve Nötron sayılarının çok farklı olduğu çekirdeklerde bulunmaktadır. Bu tür bir çekirdek; radyoaktif bozunmaya uğrayıp daha düşük bir enerji seviyesine geçerek, nötron ve proton sayılarını birbirine yakın değerlere çekmeye çalışır. Birbirine yakın sayıda proton ve nötron içeren çekirdekler radyoaktif bozunmaya karşı daha dayanıklıdır. Ancak atom numarası arttıkça, protonların birbirlerine uyguladıkları elektrostatik itme kuvvetleri artacağından, protonlar arasına girerek bu itmeleri azaltan nötron sayısı giderek çoğalır. Bunun sonucunda atom numarası 20’nin üzerinde olan, nötron ve proton sayıları eşit kararlı çekirdekler bulunmaz.

Radyoaktif bozunma, atom çekirdeğinin radyasyon dediğimiz tanecikler (Alfa, beta, proton, nötron vb) veya ışımalar (Gamma) yayarak kendiliğinden parçalanmasıdır, bir enerji türüdür. Bu tanecik ve ışımalar insan vücudunun da, birçok nesnenin de içinden geçebilir. Yalnızca toprağın, kayaların ve özellikle kurşunun içinden rahatça geçemez. Radyasyon yayan nesneler, radyoaktif olarak adlandırılır. Çevremizde her zaman için bir miktar radyasyon bulunur. Radyasyonun fazlası insan sağlığını tehdit ettiği gibi, daha ileri safhalarda ölüme bile yol açar. Radyoaktif bozunma, yavaş veya çok hızlı olabilir. Yarılanma süresi; göz önüne alınan element çekirdeğin yarısının parçalanması veya başka bir elemente dönüşmesi için gerekli süreye denir. Çekirdeğin yapısı, en önemli unsurdur. Bir saniyenin milyarda biri kadar süren yarılanma süresi olduğu gibi, 4,5 milyar yıla ulaşan yarılanma sürelerinin olduğu bilinmektedir.

Radyoaktif Atıklar Nasıl Oluşur?

Atom çekirdeğindeki proton ve nötron sayıları değiştirilebilse de bu çok büyük bir enerji gerektirir ve bu olay sonucunda, çekirdeğin değişmesi için soğurulan enerjiden daha fazla enerji dışarı salınır. Çekirdeğin daha az sayıda nükleon içeren çekirdeklere bölünmesine fizyon denir. Örneğin, Uranyum-235 nötron bombardımanına tutulur. Bombardımanda uranyum mevcut nötronlarından birini bile kaybetse kararsız bir hâl alır ve bu tepkime zincirleme reaksiyona girerek madde kendini parçalar. Ardından Baryum 142 ve Kripton 91 gibi radyoaktif atıklara yani radyoaktif çekirdeklere dönüşür. Bununla birlikte üç nötron salar ve yüksek miktarda gama ışıması yapar. Burada oluşan enerji yaklaşık 25.000 ton kömürün enerjisine eşittir.

Nükleer reaktör, zincirleme çekirdek tepkimesinin başlatılıp sürekli ve denetimli bir biçimde sürdürüldüğü aygıtlardır. Nükleer reaktörler; radyoaktif atıkların oluşumu pahasına nükleer enerjiyi, başka bir enerjiye ya da elektrik enerjisine çeviren santraller olarak kullanılırlar.

Dünyada Radyoaktif Atıkların Depolanması

2014 itibarıyla dünyada 1150 civarında nükleer reaktör çalışır durumdadır. Bunların yaklaşık 312 tanesi araştırma reaktörüdür. Sanayi ve ilaç için izotop üretiminde kullanılmaktadır. 400ü aşkın reaktör denizaltılarla ilgilidir. 438 dolayında reaktör elektrik enerjisi üretimine yönelik olarak faaliyet göstermektedir. 14 ülkede 68 reaktörün inşaatı ise devam etmektedir.

Radyoaktif atıklar nükleer reaktör, tıp, endüstri, araştırma gibi değişik uygulama alanlarında değişik aktivite, yarılanma süresi, fiziksel ve kimyasal durumlarda ortaya çıkmaktadırlar. Radyoaktif atıkların uzun süreli depolanması amacıyla yapılan tesislerdeki yaklaşım radyoaktif atıkların yoğunlaştırılması ve matris olarak tanımlanan; beton, asfalt, cam gibi kapalı ortamlarda saklanmasıdır. Radyoaktif atıklar içlerindeki radyonüklitlerin, yarılanma süreleri ve diğer özelliklerine bağlı olarak değişik sürelerde depolanmaları gerekir. Bir radyoaktif atık en az 10 yarılanma süresi kadar zaman sonra zararsız hale gelir. Buda nükleer reaktör atıkları için ortalama 220 yıldır.

Dünyanın birçok ülkesinde yaygın olan en büyük sorun ortaya çıkan nükleer atıklar ve bu atıkların depolanmasının çok maliyetli olmasıdır.

Nükleer santraller yıllarca denetim altında tutulması gereken binlerce ton tehlikeli radyoaktif atık üretirler. Bir nükleer santralde ortaya çıkan radyoaktif atık yılda ortalama 60 metreküptür. Bu atıkları güvenli olarak ortadan kaldırmanın yıllık faturası ise 38 milyon Euro’yu bulmaktadır. Kurtulmanın bir başka yolu bulunamadığından, radyoaktif atıklar çevreden tecrit edilebilmek için çok özel kaplara yerleştirilerek yarılanma süreleri ile orantılı yüzyıllarca saklanacakları aynı zamanda jeolojik açıdan çok korunaklı yeraltındaki özel depolara konulmaktadır. Bununla birlikte birçok ülke yayılan radyasyonun ölümcül olması ve atıkların yüzyıllarca toprak altında büyük bir dikkatle saklanmasının büyük risk oluşturması nedeni ile kendi topraklarında nükleer atık depolamak istememektedir. Bu ülkeler nükleer atıklarını bir yolunu bularak diğer ülkelerde depolama yoluna gitmektedirler.