Pennsylvania Üniversitesi önderliğinde bir araştırma ekibi, ABD Enerji Bakanlığı’ndan ileri teknolojik nükleer reaktörlerdeki kimyasal hasarı azaltmaya yönelik çalışmalarını yürütmek üzere 1 milyon dolar (yaklaşık 55.180 lira) fon aldı. Araştırmacıların hedefi, ergimiş tuzlu reaktörlerde ve gelişmiş geri dönüşüm sistemlerinde samaryum, özyrium ve tellürium gibi zorlu fisyon ürünlerini izlemek ve kontrol altına almak.
Nükleer enerjinin vaat ettiği en büyük avantajlardan biri, kesintisiz ve düşük karbonlu elektrik üretimi ile konvansiyonel tesislere göre çok daha yüksek yakıt verimliliğidir. Ancak yeni nesil reaktörler atomik ölçekte bir engelyle karşı karşıya: Uranyum atomları bölünüp enerji açığa çıkardığında, arkalarında ekipmanlara zarar veren ve geri dönüşüm çalışmalarını zorlaştıran kimyasal yan ürünler bırakıyor.
Ergimiş tuzlu reaktörlerin zorluğu
Konvansiyonel reaktörler basınçlı suyla soğutulurken, ergimiş tuzlu sistemler sıvı tuzlar kullanır. Bu reaktörler nükleer yakıttan daha fazla enerji çıkarabilir ve kullanılan malzemelerin geri dönüşümünü mümkün kılar. Ancak içerideki kimyasal ortam son derece agresiftir.
Araştırmanın odağındaki üç elementin her biri farklı bir meyil sunar. Araştırmacıların belirttiğine göre samaryum ve özyrium, geri döndürülen yakıtta istenmez; çünkü reaktör performansını ve yakıt geri dönüşüm süreçlerini etkileyebilirler.
“Tellurium ise ergimiş tuzlu reaktörlerde ve yakıt geri dönüşüm sistemlerinde kullanılan metalle tepkimeye girerek korozyona ve malzeme bozulmasına katkıda bulunabilir.”
Araştırma ekibi
Temel düzeyde anlayış gerekli
Bu sorunu çözmek için araştırmacıların elementlerin temel düzeydeki davranışlarını anlamaları gerekir. Araştırmanın başkanı ve Pennsylvania Üniversitesi malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü Hojong Kim, bu elementlerin oksidasyon durumlarının inceleneceğini açıkladı.
Oksidasyon durumu bir atomun kaç elektron kazandığını veya kaybettiğini tanımlar ve kimyasal davranışlarını güçlü biçimde etkiler. Ekip, bu yan ürünlerin yüksek sıcaklıklı bir geri dönüşüm yöntemi olan pirosüreç sırasında reaktör malzemeleriyle nasıl etkileştiğini inceleyecek.
Araştırma, Nevada-Reno Üniversitesi ve Idaho Ulusal Laboratuarı’ndan uzmanlarla işbirliği yaparak bilgisayar modellerini doğrudan laboratuvar deneyleriyle birleştirecek. Laboratuvarda doktora araştırmacısı Alok Pandey, üç elementi de ergimiş tuzlu çözeltilerde çözerek karışıma elektrik akımı geçirecek.
“Bu bize elementlerin elektrokimyasal özelliklerini anlamamızı sağlayacak. Nükleer yakıt geri dönüşümü sırasında bu ürünlerin geri kazanımı ve yönetimine yönelik stratejilerin geliştirilmesine yardımcı olabilir.”
Alok Pandey, doktora araştırmacısı
Geri dönüşüm bulmacasının çözülmesi
Proje aynı zamanda daha önce çözülememiş eski bir bulmacayı da yeniden gündeme getiriyor. Kim, 2018 yılında bir federal hibele samaryum analiz etmeye çalışmıştı. Bu çalışma, elementin çok düşük konsantrasyonlarda bulunması ve ilgili toprak metallerine göre öngörülemez davranması nedeniyle yarım kalmıştı.
Yeni teşhis yöntemlerinden yararlanarak ekip, artık bu sorunu çözebileceğine inanıyor. Çözüm beklenmedik bir işbirliğine dayanıyor: Bismut. Kim’in laboratuvarı daha önce ergimiş bismutun sıvı tuzlardan toprak metallerini temiz biçimde yakalayan kimyasal bir sünger gibi davrandığını keşfetmişti.
Mevcut denemeler başarıyla sonuçlanırsa, bu teknik daha sürdürülebilir yakıt döngülerinin kapısını açabilir. Korozyona yol açan ve performansı engelleyen yan ürünlerin uzaklaştırılmasıyla mühendisler gelişmiş reaktörleri daha uzun süre çalıştırabilir, uranyumun her tanesinden daha fazla enerji çıkarabilir ve uzun ömürlü nükleer atıkları önemli ölçekte azaltabilir.
Bu Gelişmeyi Toplulukta Değerlendirin
Haber hakkındaki düşüncelerinizi, donanım deneyimlerinizi ve teknik sorularınızı topluluk üyeleriyle anlık olarak tartışın.
Söz sizde.
Deneyiminizi, sorularınızı ve katkılarınızı paylaşın. E-posta adresiniz yayımlanmaz.