Nükleer atıklar söz konusu olduğunda ne kadarının değerli, ne kadarının işe yaramaz olduğunu söylemek genellikle zordur. Bristol Üniversitesinden fizikçi ve kimyacı bilim insanları, "işe yaramaz" gözüyle bakılan nükleer atıklardan küçük miktarda enerji üreten ancak uzun ömürlü elmas piller üretmenin yolunu buldular. Bu piller o kadar dayanıklı ki, ömürleri insanoğlunun tarihinden bile daha uzun.
Nükleer atıkları sürdürebilir biçimde depolayamıyor, onlardan kurtulamıyoruz. Bu sorun 21. yüzyılın en sıkıntılı teknik problemlerinden birisi. Aslında bu sorun sadece uzun süreli saklama söz konusu olduğunda ciddi bir hal alıyor. Yoksa tek derdimiz, bu atıklardan kalıcı olarak kurtulmak olsaydı önümüzde onlarca çözüm yolu var. Ancak kullanılmış nükleer malzeme, tıbbi alanda ihtiyaç duyulan bir çok radyoaktif izotopu barındırıyor. Bazı atıklar da tekrar işlenerek nükleer yakıt olarak tekrar kullanılabiliyor. Bu nedenle gerektiğinde bu atık malzemeye tekrar ulaşabilmemiz şart. Bu yüzden de tamamen ortadan kaldırmak yerine saklamamız gerekiyor.
Bristol ekibi, bunun beklenmedik bir örneğine İngiltere'de, şu anda yaşlanmaya bırakılan Magnox reaktörlerinin büyük miktardaki nükleer atığı üzerinde rastladı. Atık şu an yarım yüzyıldan uzun bir süredir dinlendirilmiş durumda ve ışıma ömrü bir gün biter umuduyla gün sayılıyor. Bu birinci nesil reaktörler, nükleer fisyon sürecini devam ettirmek ve nötronları yavaşlatmak için grafit bloklar kullandı. Yaklaşık 104,000 ton grafit malzeme onca yıl radyasyona maruz kalınca bu bloklar içindeki atıl karbonun bir kısmı radyoaktif olan karbon-14'e dönüştü. Bu nedenle söz konusu grafit malzeme şuan nükleer atık olarak bekletiliyor.
Karbon-14, birkaç santimetre havaya bile nüfuz etmeyen düşük verimli bir beta parçacık yayıcısı olmasına rağmen, çevreyle direkt temasına izin vermek yine de çok tehlikeli. İşte Bristol ekibinin çözümü burada devreye giriyor. Gömmek yerine C-14'ün çoğunu grafit bloklardan çıkarmak ve onu elektrik üreten elmas haline getirmek istiyorlar.
"Nükleer elmas aküsü"nün çalışma prensibi çok basit bir temele dayanıyor. Yapay (insan yapımı) bir elması radyasyona maruz bırakırsanız, küçük bir elektrik akımı üretecektir. Bu araştırma sonucunda hareketli bir parçası olmayan, yayılımı azaltan ve bakım gerektirmeyen bir pil inşa etmek hedefleniyor.
Bristol araştırmacıları, karbon-14'ün Magnox bloklarında düzgün dağılmadığını, ancak uranyum yakıt çubuklarına en yakın tarafta yoğunlaştığını biliyor. Grafit bloklarını, karbon-14'ü radyoaktif uçtan dışarı atması için ısıtmayı düşünüyorlar. Bu işlem sırasında salınan C-14 gazı toplanacak ve düşük basınç, yüksek ısı altında insan yapımı elmas haline dönüştürülecek. Aynı zamanda grafit blokları da daha az radyoaktiviteye sahip düşük zehirli nükleer atığa dönüşmüş olacaklar.
Bir defa oluşunca C-14 beta parçacıklar yayınlamaya başlayacak ve elmasın kafesiyle etkileşime girecek, kopan elektronlar elektrik akımı meydana getirecekler. Elmasın kendisi zaten radyoaktif bu yüzden elmasa ikinci bir radyoaktivitesi olmayan elmas kabuk giydirilecek ve bu da radyasyon kalkanı görevi görecek. Daha basit anlatmak gerekirse, bu pilin yanı başında oturan bir insan bir muzdan maruz kaldığı kadar radyasyona maruz kalacak. Elbette elmasın yüksek sertliği radyoaktif malzemenin güvenliğini de sağlamış olacak. Radyoaktif bir malzemeyi elmastan daha iyi ne koruyabilir?
Karbon-14, kısa menzilli radyasyon yayar, çünkü etraftaki herhangi bir katı madde tarafından çabucak emilir. Bu, çıplak deriyle temas etmeyi tehlikeli hale getirir. Ancak elmas içinde güvenli bir şekilde tutulursa kısa menzilli radyasyon kaçamaz. Aslında elmas insanın bildiği en sert madde, bundan daha fazla koruma sağlayacak bilinen hiç bir madde yok. Neil Fox
Ekip şimdiden radyoaktif yakıt olarak izotop nickel-63 kullanan bir prototip elmas batarya üretti ve şimdi daha verimli olacak karbon-14 kullanmak için çalışmaya devam ediyorlar. C-14 çok uzun bir yarılanma ömrüne sahip. Bu ömür pile de yansıyacak. Tahminler pilin yarı ömrünün 5730 yıl olacağı yönünde.
Bu pilleri, konvansiyonel pilleri şarj etmek ya da değiştirmenin mümkün olmadığı durumlarda kullanabileceğimizi düşünüyoruz. Kalp pilleri, uydular, yüksek irtifa cihazları, hatta uzay aracı gibi enerji kaynağının uzun ömürlü olması gereken ve düşük güç tüketen elektronik cihazlarda kullanım alanı bulacağını düşünüyoruz. Aslında insanlara da sormak istiyoruz. Eminiz ki pek çok olası kullanım önerisi gelecek. #diamondbattery etiketini kullanarak bu teknoloji başka nerede kullanılabilir lütfen fikirlerinizi bizimle paylaşın. Malzemeler Profesörü Tom Scott
Ekibin sonuçları Cabot Enstitüsünde "Dünyayı Değiştirmek için Fikirler" dersinde sunuldu.
Aşağıdaki videodan nükleer elmas pilinin nasıl çalıştığını izleyebilirsiniz.
Kaynak: Bristol Üniversitesi
#bilim #kimya #nükleer #enerji #pil
‘Diamond-age’ of power generation as nuclear batteries developed