Radyoaktif Atıklar Lazerle Temizlenecek

Nobel ödüllü fizikçi Gérard Mourou nükleer güç santrallerinin ürettiği radyoaktif atıkları lazer ışınlarıyla temizlemenin bir yolunu buldu. Burada radyoaktif atıkları yeraltına gömmek veya camlaştırmak gibi saklama yöntemlerinden söz etmiyoruz. Mourou çözümünü nükleer enerji sektörüne satabilirse nükleer atıklar zararsız çöpe dönüşecek ve bizzat radyoaktivite ortadan kalkacak.

Lazerle radyoaktif temizlik

2018 Nobel fizik ödülünü bir meslektaşıyla paylaşan Profesör Gérard Mourou, radyoaktif atıkları lazer ışınlarıyla temizleyerek radyoaktiviteyi ortadan kaldırmanın bir yolunu buldu. Bu da nükleer enerji santrallerinin ürettiği zehirli atıkların çevreyi kirletmesini önleyecek.

Bu yöntem yaygınlaşırsa sektörden beslenen birkaç politikacı ve iş insanı dışında kimsenin desteklemediği kirli nükleer enerji, çevrecilerin isteyeceği kadar temiz bir endüstri olacak.

İnanması zor değil mi?

Biz de bu yazıda önce radyoaktivitenin ne olduğunu ve radyoaktif atıkların nasıl üretildiğini göreceğiz. Radyasyonun lazer ışınlarıyla temizlenmesinin neden inanılmaz bir gelişme olduğunu o zaman anlayacağız. Ancak, bu buluş dünyanın radyoaktif atıklardan temizlenmesini tek başına sağlayabilir mi ve buna gerek var mı sorularına ise yazının sonunda değineceğim.

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Radyoaktivite nedir?

Bugüne dek evrende 118 element tespit ettik. Bunların büyük kısmını keşfettik, geri kalanını ise nükleer reaktörlerde yapay olarak ürettik. Ancak, en ağır elementlerin atom çekirdekleri çok büyük ve dengesiz oluyor.

Öyle ki çekirdeklerde bulunan proton ve nötronları bir arada tutan güçlü nükleer kuvvetin çekim gücü, plütonyum gibi ağır metallerin çekirdeğini oluşturan parçacıkları bir arada tutmaya yetmiyor.

Böylece plütonyum ve diğer ağır elementler, sahip oldukları potansiyel enerjiyi ortama yüksek enerjili parçacıklar halinde yayıyor. İşte bu parçacık yayınına radyasyon, radyasyon yayan elementlere radyoaktif elementler ve bütün bu sürece radyoaktivite diyoruz.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Radyoaktif bozunum

Süper ağır atom çekirdekleri alfa parçacıkları (helyum çekirdeği), beta parçacıkları (yüksek hızlı elektronlar), protonlar (hidrojen çekirdekleri), pozitronlar (anti elektron) vb. yayarak fazlalıklarını atıyor, kilo vererek daha hafif ve kararlı çekirdeklere dönüşüyor.

Buna radyoaktif bozunum diyoruz. Örneğin, plütonyum atomları zamanla bozunarak kararlı kurşun atomlarına dönüşüyor.

Bu bağlamda 1 kg plütonyumun yarısının bozunarak kurşuna dönüşmesine o radyoaktif elementin yarı ömrü diyoruz ve ünlü bilgisayar oyunu serisi Half-Life da adını bundan alıyor (siz de egzotik elementleri periyodik tabloda keşfedecek kaç element kaldı? yazısında okuyabilirsiniz).

İlgili yazı: Neden Mars’ta Koloni Kuramayız?

 

Radyoaktif atıklar

Türkiye’de kurulan Akkuyu santrali gibi nükleer güç santralleri atomu parçalayarak enerji üretiyor. Atom parçalanınca, çekirdeğini oluşturan parçacıkları bir arada tutan enerji aniden ortama salınıyor. Bu da kontrollü nükleer patlamaya yol açıyor. Nükleer güç santralleri bu şekilde güç üretiyor.

Atomu nasıl parçalıyorlar?

En yaygın kullanılan yöntem protonlarla birlikte atom çekirdeklerini oluşturan nötronları kullanmak: Nükleer güç santrallerinde üretilen nötronları kullanarak zenginleştirilmiş uranyuma, yani ekstra parçacık içerdiği için ağırlaşarak dengesiz hale gelmiş olan uranyum çekirdeklerine ateş ediyorlar.

Nötronlar uranyum atomlarına mermi gibi çarpıyor ve sahip olduğu kinetik enerjiyle çekirdekteki parçacıkları yerinden sökerek çekirdeği parçalıyor. Radyoaktif atıklar bu süreçte ortaya çıkıyor.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Nasıl yani?

Ne yazık ki parçalanan bütün uranyum atomları hemen dengeli ve radyoaktif elementlere dönüşmüyor. Bunların çekirdeklerinin büyük kısmı, protonlara göre fazladan birkaç nötron içeren radyoaktif izotoplara dönüşüyor.

Ayrıca atomlar öyle kurşunu altına dönüştüren felsefe taşı efsanesinde anlatıldığı gibi bir anda başka bir atoma da dönüşmüyor. Nükleer fizyon denilen atomik parçalanma sırasında ara ürünler (bozunum ürünleri) oluşuyor.

Bunların içinde uranyumdan çok daha radyoaktif olan stronsiyum 90 ve sezyum 137 var ki bunlar nükleer güç santrallerinin ürettiği en zararlı radyoaktif atıkları oluşturuyor.

Sert nötron radyasyonu

Ancak, radyoaktivitenin en kötü yanı sert nötron radyasyonuna yol açan hızlı nötronların, canlıların DNA moleküllerini oluşturan atomlara çarpıp bunları kopartarak genetik hasar vermesi değil (radyasyon zehirlenmesi). Radyoaktivitenin en kötü yanı normal atomları da radyoaktif yapması!

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Nasıl olur?

Normal atom çekirdeklerine çarpan nötronlar, proton veya nötronları sökerek atomun dengesini bozuyor ve bu da söz konusu elementleri radyoaktif atığa dönüştürüyor. Hatta bazen bizzat nötronlar normal atomlara yapışıp onları ekstra ağır radyoaktif izotoplar haline getiriyor.

Bu sebeple insanlar polonyum 210 gibi radyoaktif tozlar yuttukları zaman (Rus gizli servisi eski bir ajanını bu şekilde zehirledi) sadece polonyumdan zehirlenmiyorlar. Polonyum 210, hem DNA’ya hasar veriyor hem de bizzat insan vücudunu radyoaktif hale getirip kendi kendini zehirlemesini sağlıyor.

Yarı ömür

Kısacası radyasyon çok pis bir şey. Peki nasıl temizleriz? Gördük ki radyoaktif atıkları toprağa gömersek bunlar toprağı ve yeraltı sularını da radyoaktif hale getiriyor. Üstelik radyoaktif elementlerin yarı ömrü de çok uzun: Akkuyu gibi nükleer güç santrallerinin üretebildiği atıkların yarı ömrü 30 ile 24.000 yıl arasında değişiyor ve bu sürede doğayı kirletmeye devam edecekler.

İlgili yazı: Kök Hücrelerle Körlük Tedavisi Ne Zaman Geliyor

 

Lazerle radyoaktif temizlik

Nobel ödüllü fizikçi Gérard Mourou’nun geliştirdiği yöntemin sırrı da burada yatıyor. Hatta Mourou, Nobel ödülünü yeni lazer ışını teknolojisi geliştirdiği için kazandı. Lazerle radyoaktif atıklar nasıl temizlenir derseniz:

Lazer ışınları yüksek enerji taşıyor; çünkü fotonların kütlesi olmasa da momentumu var ve momentumu başka cisimlere aktarabiliyorlar. Nitekim bize en yakın yıldıza 20 yılda gidecek olan lazer yelkenli Starshot uzay sondalarını lazer ışınları itecek.

Mourou bu tekniği fersah fersah ileri götüren bir keşif yaptı ve dedi ki ben lazer ışınları ile radyoaktif atom çekirdeklerine ateş edeceğim. Ya onları radyoaktif hale getiren ekstra nötron ve protonları atomdan söküp atacağım ya da atoma fazladan proton veya nötron yapıştıracağım.

Her iki durumda da radyoaktif atomlar kısa sürede zararsız normal atomlara dönüşecek. Örneğin, yarı ömrü 28,8 yıl olan stronsiyum 90, birkaç günde radyoterapide kullanılan itriyum 90’a ve o da süper uzun yarı ömürlü olan (ve dolayısıyla çok az radyoaktif olan) zirkon 90’a dönüşebilir.

Lazer ışınları sayesinde

Mourou, eski öğrencisi Donna Strickland ile birlikte geliştirdiği lazer teknolojisiyle, 24 bin ve hatta 1 milyon yıllık yarı ömrü olan radyoaktif atomları 30 dakikada zararsız hale getirebileceğini söylüyor. Kısa Atımlı Enerjik Büyültme (Chirped Pulse Amplification, CPA) teknolojisi Rochester Üniversitesi’nin Lazer Enerji Teknikleri Labotuarı’nda geliştirildi.

İlgili yazı: Evren Boşluktan Nasıl Oluştu?

 

CPA lazeri nasıl çalışıyor?

Bu teknolojide, hedefe çok kısa atımlı ve çok yüksek enerjili süper yoğun lazer ışınlarıyla ateş ediyorsunuz (Komşu yıldızlara gitmek için son 40 yılda tasarlanan en gelişmiş uzay gemisi olan elektron atımlı lazer füzyon roketi Daedalus da inşa edilirse bu teknolojiyi kullanacak).

Mourou ve Strickland az enerji harcayarak kısa atımlı lazer ışınları üretmenin bir yolunu buldular. Öyle ki radyoaktif elementleri lazerle temizlerken bütçenin astarı yüzünden pahalıya gelmeyecekti.

Bunun için normal lazer ışınlarını alıp ip gibi gererek enerji tasarrufu sağladılar. Ardından ışınları standart optik sistemler kullanarak büyülttüler. Sonra da sıkıştırıp kısa atımlı ve çok güçlü lazer ışılarına dönüştürdüler.

Süper ince bu lazerler o kadar keskindi ki bizzat atomları cerrah bisturisi gibi kesebiliyor ve atom çekirdeklerine ameliyat yaparak onları radyoaktif elementlerden normal elementlere dönüştürüyordu.

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

Ne kadar kısa atımlı?

1 attosaniye, yani saniyenin milyarda birinin milyarda biri. Nitekim elinizde bu kadar hassas ve enerjik bir lazer varsa bırakın molekülleri değiştiren kimyasal reaksiyonları naklen izlemeyi, bizzat atomların içini canlı yayında görebilirsiniz.

Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam, stronsiyum 90 ve sezyum 137 sadece 28,8 yılda daha zararsız izotoplara dönüşüyor, bunları temizlemeye ne gerek var? Depolasak yetmez mi?” Keşke o kadar kolay olsaydı!

Stronsiyum 90 ve sezyum 137 çok radyoaktif oldukları için o kadar kısa ömürlü izotoplar. 30 yıllık yarı ömür de toprağı ve yeraltı suyunu zehirleyerek insanlarda kansere yol açmalarına yeterli (radyoaktif su, tarlada yetişen tahılları ve bu suyu içen besi hayvanlarını da etiyle sütüne kadar zehirliyor)

Kısacası lazer ışınlarıyla ucuza radyoaktif temizlik yapmak istiyorsak bu işe özellikle nispeten az miktarda üretilen Stronsiyum 90 ve sezyum 137’den başlamalıyız. Onları önce temizleyip radyoaktivitesini azaltmalı ve sonra güvenle toprağa gömmeliyiz.

Ya uranyum ve plütonyum?

Uranyum 235 ve plütonyum 239 izotopları bu ikisinden çok daha az radyoaktif ama yine de kanserojen maddeler. Üstelik plütonyum 239’un yarı ömrü 24 bin yıl! Lazer ışınlarıyla bunları da temizlemek gerekiyor.

İlgili yazı: Konutlar İçin Ucuz Güneş Enerjisi Rehberi

 

Fransızlar imdada (?) yetişti

Mourou, projesine mali destek bulmak için Fransa’daki Alternatif Enerjiler ve Atomik Enerji Komisyonu (CEA) ile işbirliği yaptı (Fransa dünyada nükleer enerjinin en yaygın olduğu ülke). Böylece lazer ışınlarıyla radyoaktif atık temizleme teknolojisini 15 yıl içinde ticari ürün haline getirmeyi umuyor.

Peki bu teknoloji ne kadar gerçekçi?

Önce belirteyim: Ben atomu parçalayarak enerji üreten nükleer fizyon güç santrallerini yeterince güvenli bulmuyorum. Bunun nedenini atom enerjisi kurumlarından aldığım kaynaklarla yazdığım Akkuyu Santrali Temiz Söylemini Çürüten 15 Kanıt yazısında anlattım.

Bu yazıda nükleer fizyon santrallerini savunmuyorum. Bunun yerine, hemen hiç radyoaktif atık üretmeyen nükleer füzyon santrallerinin geliştirilmesini öneriyorum. Bunlar zaten çok temiz olduğu ve klasik nükleer santrallerden 10 kat fazla enerji ürettiği için lazer ışınlı temizliği asıl bu santrallerde kullanmak gerekir.

Ayrıca enerji şirketlerine güvenmek zor. Nitekim geçenlerde Meksika Körfezi’nde petrol kuyuları işleten Taylor Energy şirketinin çevreyi nasıl kirlettiğine dair bir haber yayınlandı. Buna göre, şirketin sahip olduğu bir petrol platformu 2004 yılında yaşanan Ivan kasırgasında suya batmış bulunuyor.

Bu batık 14 yıldır körfezi petrolle kirletiyor ve ABD hükümeti bunu yeni fark ettiğini söylüyor. Şimdi de Taylor Energy’nin hükümete “Ben enerji şirketiyim, tazminat ödersem batarım. Bırakın kirletsin veya siz temizleyin, benden bloke ettiğiniz 450 milyon dolarlık temizlik fonunu da geri verin” dediği söyleniyor.

İlgili yazı: Nükleer Makarna Çelikten 10 Milyar Kat Sert

 

Kıssadan hisse

Bugün hiçbir şirket dünyanın dört bir tarafına dağılmış veya Çernobil ile Fukuşima kazalarında çevreyi kirletmiş olan radyoaktif atıkları temizlemek için isteyerek bir kuruş harcamayacaktır. Zaten toprağa gömülen atıklar öyle tehlikeli ki bunları çıkarıp temizlemek ayrı bir risk.

Sonuç olarak bu şirketler en fazla yeni atıkları santralden çıkar çıkmaz temizleyebilirler. Ancak, önce bu teknoloji gelişecek de; sonra ABD, Rusya, Fransa, Japonya vb. ülkeler nükleer enerji şirketlerine lazer ışınlı temizlik yapmayı şart koşacak… Ölme eşeğim ölme!

Lazer ışınlı temizlik teknolojisinin bugünkü en tehlikeli atıkları temizlemek için kullanılmasını isterim. Ayrıca nükleer motorlu uzay gemilerine binecek astronotları korumak ve Ay ile Mars’ta kurulacak nükleer enerji santrallerini temiz tutmak için bu teknolojiyi uygulamak da harika olur.

Buna karşın, lazer ışınlı radyoaktif temizlik teknolojisini, Dünya gezegenindeki kirli nükleer enerji sektörünün işlerine eskisi gibi devam etmesini ve yeni nükleer santraller açmasını sağlamak için kullanmak gaflet olur (Bu teknoloji eski teknoloji ürünü nükleer enerji santrallerine PR desteği vermek için kullanılmamalı).

Temiz enerji

Sonuç olarak küresel ısınma ile çevre kirliliğini önlemek üzere 1) Nükleer füzyon santrallerini geliştirmek ve 2) Bunların atık ısısını antirefle güneş panelleriyle uzaya vermek gerekiyor. Bunun dışında güneş ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir temiz enerji kaynaklarına yatırım yapmalıyız. Peki Dünyada Olmayan Elementler İçeren Yıldız’dan haberiniz var mı? Yeni buluşların yolunuzu aydınlatmasını umarak iyi dinlenceler dilerim.

Nükleer atıkların elden çıkarılması

¹Relativistic electron acceleration by mJ-class kHz lasers (pdf)
²Backgrounder on Radioactive Waste