2022 yılında, Beloyarsk Nükleer Santrali 4. Ünitesi ‘ndeki BN-800 reaktörü Rus nükleer endüstrisi tarihinde ilk kez tamamen karma uranyum-plütonyum oksit yakıtı (MOX yakıtı) ile çalışacak. Bu, nükleer yakıt çevrimini ‘kapatma’ yönünde önemli bir adım olacak.

MOX Yakıtı Ve Üreticileri Hakkında

Konvansiyonel termal reaktörler, fisyon reaksiyonunda sadece U-235 çekirdeklerinin yer aldığı nükleer yakıt kullanıyor.

MOX yakıt peletleri, tüketilmiş nükleer yakıttan çıkarılmış plütonyum oksit ve tüketilmiş uranyum heksaflorürden (uranyum zenginleştirme prosesinin atıkları) üretilen uranyum oksitten elde ediliyor. Diğer bir deyişle, yeni yakıt, ışınlama ve zenginleştirme proseslerinden kaynaklanan atıklar kullanılarak üretiliyor. MOX yakıtı, Rusya’da adı BN-800 olan hızlı reaktörlere yükleniyor.

Konvansiyonel termal reaktörlerle (“iki bileşenli tasarım”) hızlı reaktörlerin kombinasyon halinde kullanımının çeşitli zorlukları bulunuyor. Rosatom yakıt bölümünde görevli, Kapalı Nükleer Döngü Teknolojisi Başkan Yardımcısı Vitaly Khadeev süreci, “İlk olarak, nükleer yakıt yapımında kullanılabilecek daha geniş bir malzeme yelpazesine sahip olacağız. Sonra, harcanan nükleer yakıtı (yeniden işleme tabi tutulduktan sonra) depolamak yerine yeniden kullanabileceğiz. Daha sonra da, büyük miktarlarda tükenmiş uranyum heksaflorür ve plütonyumu bertaraf edebileceğiz.” şeklinde özetledi. Hızlı reaktörlerin bir diğer avantajı da fisyon ürünlerini ve uranyum ötesi elementlerinin hayli radyoaktif izotopları olan minör aktinitleri yakma kabiliyetleri. Bu süreçte yanma, minör aktinitlerin radyoaktivitelerini azaltmaya yardımcı oluyor.

Uzman tahminlerine göre, aynı malzemenin tekrar tekrar işlenmesi yakıt çevrimindeki kullanımını 100 kat uzatıyor. Bu rakam farazi değil: U-235  doğal uranyumda %1’den az, atıkları ise 100 kat daha fazla U-238 içeriyor. 10 yıllık  süre boyunca üretilen uranyum miktarının kapalı yakıt çevriminde kullanılması halinde, kabaca  yapılmış hesaplar bile bu miktarın 1000 yıliçin yeterli olacağını gösteriyor.

Hatta enerji üretim çevriminde aynı malzemenin tekrar tekrar kullanılması onu yenilenebilir bir enerji kaynağı haline getiriyor. IAEA genel müdür yardımcısı Mikhail Chudakov, iki bileşenli tasarımın (üretim reaktörleri ve termal reaktörler) nükleer enerjinin yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak belirlenmesine olanak verdiğine inanıyor. Chudakov, “Birincisi, üretim reaktörleri zincirleme reaksiyonda daha fazla kullanılabilecek malzemeler üretirler. İkincisi, insan yapımı minörleri yani minör aktinitleri yakmak için hızlı reaktörlere ihtiyaç vardır.” diyor.

Teknolojinin Nüansları

Rosatom kapalı nükleer yakıt çevriminin iki teknolojisi üzerinde çalışmalarını sürdürüyor. Üretim reaktörlerinde MOX yakıtı kullanımına dayalı teknoloji adım adım hayata geçiriliyor. BN-800 reaktöründe kullanılan MOX yakıtının üretimi, Madencilik ve Kimya Tesisinde yapılıyor. Ocak 2020’de ilk 18 yakıt demetinin yüklendiği reaktöre, 2020 yılında 180 demet daha yüklenecek. MOX yakıtının yüklenmesinin 2022’nin ilk yarısında tamamlanarak BN-800’ün tamamen karma oksit yakıt ile çalışmasının sağlanması bekleniyor.

İkinci teknolojiye ise, ‘Proryv’ (Rusça’da ‘atılım’ anlamına gelmektedir) adı veriliyor. Bu teknolojide uzmanlaşılması için Rosatom, yakıt üretim/yeniden üretim departmanı, harcanmış yakıt yeniden işleme bölümü ve kurşun soğutmalı hızlı nötron reaktörü BREST-OD-300’dan (‘300MW pasif güvenlikli pilot demonstrasyon hızlı nötron reaktörünün Rusça kısaltması’) oluşan bağımsız bir pilot merkez inşa edecek. Sodyum soğutmalı BN tipi reaktörlerin aksine, BREST soğutucu olarak kurşun kullanacak.

BREST tasarımında, reaktör çekirdeği sıvı kurşun dolu bir beton havuza yerleştiriliyor. Buhar jeneratörleri ve birincil çevrim sirkülasyon pompaları da bir havuz içine konuluyor. Nükleer yakıt kurşunu ısıtınca, akışkan duruma geçmiş olan kurşun buhar jeneratörüne akıyor ve ikincil çevrimdeki suya ısı aktarıyor.

Kurşun soğutucu ve reaktör tasarımı, daha küçük bir muhafaza ve daha küçük bir çekirdek tutucusunun kullanılmasını mümkün kılarak birçok yardımcı sistemi yedekli hale getiriyor. Tümleşik tasarım (tek basınçlı kaptaki çekirdek ve buhar jeneratörleri) soğutucu sızıntılarının kontrol altına alınmasını sağlayarak soğutucu kaybı kazalarını önlüyor. BREST, karma uranyumplütonyum nitrit (MUPN) yakıtı kullanacak. Bu yakıt, adından da anlaşılacağı gibi oksit değil nitrit karışımı içeriyor.

Yakıt üretim/yeniden üretim bölümünün inşaatı 2022 yılında bitirilecek. Ekipmanları hali hazırda kurulmuş durumda. BREST- OD-300’ün 2026 yılında, kullanılmış yakıt yeniden işleme bölümünün ise önümüzdeki on yıl sonunda işletmeye alınması planlanıyor.

Rosatom’un nükleer yakıt çevrimini kapatmayı amaçlayan girişimleri, 13 yıl önce Fizik ve Enerji Mühendisliği Enstitüsünün (Rosatom’un bir bölümü) eski müdürü Anatoly Zrodnikov’un şu sözlerini anımsatıyor: “Kapalı yakıt çevrimi bize ne verecek? (…) Cevabı felsefi açıdan çok ilginçtir. İlk ham maddeler neredeyse tükenmez hale gelir ve bu maddeler çok uzun, tarihsel açıdan anlamlı bir süre için, yani 1.000 yıldan fazla bir süre için yeterli olacaktır. Ve ihtiyacımız olduğu kadar ikincil yakıt üretebiliriz. Diğer bir deyişle, elektrik üretimi sınırlı kaynaklara değil, yeniden elde edilebilir olan teknoloji ve fikri varlıklara bağlı olacaktır. Nihayetinde, bu nükleer enerjinin tamamen yenilenebilir bir kaynak haline geldiği anlamına gelecektir.”