Radyoaktif atıkların saklanmasında zeolit ve bentonitin kullanılması

Abstract

Günümüzün modern dünyasında radyoaktif maddeler nükleer tıp, endüstri, tarım vb. birçok alanda gittikçe artan miktarda faydalı bir şekilde kullanılmaktadır. Radyoaktif atıkların kullanıldığı pek çok tesiste radyoaktif atıklar da oluşmaktadır. Bu atıkların işlenerek zararsız hale getirilmesinde hedef insan sağlığı ve çevrenin korunmasıdır. Atık madde içindeki radyonüklitlerin çevreye sızması ve böylece insana ulaşmasının engellenmesi radyoaktif atık yönetiminin temelim oluşturur. Bu yönetimde iki temel yaklaşım mevcuttur. Birisi yoğunlaştırıp sınırlamak, ikincisi seyreltip dağıtmak şeklinde olup, tercih edileni yoğunlaştırıp sınırlamaktır. Bu yöntemde radyoaktif atıklar işlenerek mümkün olan en dayanıklı şekle dönüştürüldükten sonra depolanırlar. Bu maksatla halen dünyada en çok uygulanan yöntemler çimentolama ve bitümlemedir. Sağladığı yüksek hacim küçültme oranı ve radyonüklit sızdırmazlığma rağmen ısıya dayanıksızlığı ve yanması nedeniyle bitümleme daha az kullanılmaktadır. Çimentolama işlemi ise, betonun ısıya ve basınca dayanıklılığı, geçirimsizliği, nispeten ucuzluğu ve kolay temin edilmesi yüzünden daha çok tercih edilmektedir. Ancak uzun yaş dönemlerinde fiziksel koşullardan ziyade kimyasal etkilerin ön plana çıkması nedeniyle, çimentolama işleminin yeterliliğinin incelenmesi, ayrıca daha olumlu koşulların yaratılmaya çalışılması önem arz etmektedir. Bu çalışmada radyoaktif atıkların saklanmasında zeolitlerin (klinoptilolit) ve sodyum bentonit kilinin çimentolama işleminde kullanılmasının sağlayacağı avantajları araştırmak üzere, Co-57, Se-75, ve Cs-134 radyonüklitlerinin karıştırıldığı çeşitli harçlar üretilmiştir. Zeolit olarak Bigadiç yöresinden temin edilen klinoptilolit, bentonit olarak ise ticari yoldan elde edilen sodyum bentonit kullanılmıştır. Zeolit (klinoptilolit) agrega olarak, bentonit ise katkı malzemesi olarak çimentolama işlemine dahil edilmiştir. Harçlar, zeolit agregalı çimento harcı (Z.A.Ç.), bentonit kil katkılı çimento harcı (B.K.K.Ç.) ve normal kumlu çimento harcı (N.K.Ç.) olarak üretilmiştir. Bu harçlar üretilmeden önce yeterli mukavemete ve su geçirimsizliğine sahip olmaları için basınç ve su geçirimlilik testlerine tabi tutulmuş ve uygun granülometreleri ile su / çimento, çimento / zeolit, çimento / kum oranlan belirlenmiştir. Üretimleri sırasında içine radyonüklit katılan harçlar 28 günlük priz süresinden sonra belirli zaman aralıklarında süzülme (leaching) testine tabi tutulmuştur. Her süzülme testi sonunda numunelerin konulduğu kaptaki su yenilenmiştir. Belirli sürelerde yapılan süzülme testi sonucu radyonüklitlerin sızdığı su numunelerinin y foton sayım değerleri, y spektrometresinden okunmuştur. Bu değerler önceden aktivitesi bilinen ve mukayese için hazırlanan aynı cins radyonüklitli su numunesinin sayım değerleri ile kıyaslanarak, numunelerden suya geçen radyonüklitlerin aktiviteleri tesbit edilmiştir. B.K.K.Ç., Z.A.Ç. ve N.K.Ç. harç örneklerinin, Cs-134, Co-57 ve Se-75 radyonüklitlerini tutma yetenekleri, süzülme hızlan, difüzyon katsayılan ve süzülme oranlan hesaplanarak kıyaslanmıştır. Yapılan değerlendirme sonucunda; B.K.K.Ç. harcının Se-75'i.s Z.A.Ç. harcınm ise Co-57 ve Cs- 134 radyonüklitlerini diğer harç örneklerine göre çok daha iyi tuttuğu belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar tablo ve grafiklerle gösterilmiştir.

In developed countries, nuclear techniques have been instrumented for the peaceful use of nuclear energy since the second half of this century. Many radiation producing machines and radioisotopes are developed and used in medicine, industry and other fields, to serve to the man-kind around the world. In parallel to these developments, some techniques have been particularly used in industry, besides medicine for about 20 years also in Turkey. In Turkey there are about 25 companies which employed destruction tests on the industrial products with x and y rays. Including, radioisotopes; which are used in the medical centers. The contribution of these techniques to the scientific developments is very great. Today one can say that the revolution in this technical field is due to the use of these radioactive elements. To understand the use of these techniques in the field of activation analysis, it is necessary to elaborate on the meaning of radiation, radioactivity, radioisotope etc.. Radiation is the stream of the particles or emission and propagation of waves transmitting energy through space or through a medium out of an atom. The energy transmitted by waves through space or some medium represents the electromagnetic radiation e.g. radiowaves, infrared, ultraviolet, visible light, x rays and y (gamma) rays, or particules. The streams of particles represent the particulate radiation, such as electrons, neutrons, protons, a particles etc.. Nuclei, which spontaneously undergo nuclear disintegration by emitting particles or electromagnetic radiation are called radioactive atoms. Unstable nuclei, which exist in the nature, are called naturally radioactive elements. In the nature, there are some particular isotopes which are generally called as radioisotope element. For example, 40 K is a radioisotope element exist in the nature. Radioactive wastes which are residues produced in many uses like in medicine, industry, agriculture etc.. Radioactive wastes can be classified according to certain criteria. One classification, which can be based on specific activities, dose rates or radiotoxicities. Second classification criteria might be the origin of physico-chemical natures or types of radiation and half-lives of the radionuclides. According to these half life and specific activities of nuclides, the nuclear wastes are classified as low (LLW), intermediate (ILW), and high (HLW) level wastes.