Kentucky'nin küçük bir kasabası olan Paducah'ın dışında, kapatılmış bir nükleer zenginleştirme tesisinden kalan binlerce depolama silindirinde büyük miktarda uranyum bulunuyor. Lazerler bu uranyumun geri kazanılmasına yardımcı olabilir.
Global Laser Enrichment (GLE) adlı şirket, bu eski malzemeyi lazer zenginleştirme adı verilen yeni bir teknolojiyle yeniden işlemeyi planlıyor. Bu yöntem, geleneksel zenginleştirme yöntemlerinden daha verimli olabilir. Şirket, bu teknoloji sayesinde malzemeyi tazeleyip doğal kaynaktan çıkarılan uranyumla aynı konsantrasyonda hammadde üretebileceğini belirtiyor. Gelecekte ise lazer zenginleştirmenin, gelişmiş reaktörlerde kullanılan tür de dahil olmak üzere nükleer yakıt üretiminde kullanılabileceği ifade ediliyor.
Nükleer enerji, bugün küresel elektriğin yaklaşık %9'unu karşılıyor. ABD ve Çin gibi büyük güçlerin yeni reaktörler inşa etmeyi planlamasıyla bu oranın artması bekleniyor. Yeni ve daha ucuz yakıt elde etme yöntemleri, bu nükleer projelerin rayında kalmasına yardımcı olabilir.
Doğal uranyum büyük ölçüde uranyum-238 (%99'un üzerinde) ve uranyum-235'ten (yaklaşık %0,7) oluşur. Uranyum-235, fisyon yapabilen türdür; yani yavaş düşük enerjili nötronlarla vurulduğunda elektrik üreten bir zincirleme reaksiyonu sürdürebilir. Bu nedenle reaktörler genellikle yerden çıkarılandan daha yüksek U-235 konsantrasyonuna sahip malzeme kullanır. Günümüzdeki konvansiyonel reaktörler genellikle yaklaşık %5 U-235 içeren düşük zenginleştirilmiş uranyum kullanırken, bazı gelişmiş reaktör tasarımları %20'ye kadar U-235 içeren yakıt kullanacak.
Günümüzde uranyum zenginleştirmede baskın teknoloji santrifüjlerdir. Bu ekipmanlar, uranyum içeren malzemeyi inanılmaz hızlarda döndürerek daha ağır malzemenin (U-238 içeren) kenara, daha hafif malzemenin (U-235 içeren) ise merkeze yakın kalmasını sağlar. (Hardal şişesini son damlasını çıkarmak için salladıysanız, santrifüjün temel mantığını kullanmışsınız demektir.) Ardından U-235 konsantrasyonu daha yüksek olan malzeme nükleer yakıt yapımında kullanılabilir.
Lazer zenginleştirme ise tüm moleküllerin atomik ölçekte, kendilerine özgü malzemeye bağlı olarak titreşip dönmesinden yararlanır. Farklı uranyum izotoplarının bile kendine özgü parmak izleri vardır.
Lazerler o kadar hassastır ki, belirli bir malzemeyi (örneğin U-235 içeren molekülleri) hedef alabilir. Bir karışıma lazer tuttuğunuzda, hedeflediğiniz malzemeyi seçici olarak uyarabilir ve ona biraz daha fazla enerji verebilirsiniz. Bu, malzemenin davranışını değiştirir ve kimyasal veya fiziksel yöntemlerle istenen malzemeyi ayırmayı kolaylaştırır.
Araştırma ve endüstride çok çeşitli ayırma yaklaşımları geliştirilmiştir. Bazıları U-235 atomlarını elektriksel olarak yükleyerek elektrostatik veya manyetik alanlarla hareket ettirmeyi amaçlar. Diğerleri ise malzemenin kimyasal tepkime şeklini değiştirir.
GLE'nin spesifik teknolojisinin detayları gizli tutuluyor ve şirket yetkilileri sürecin nasıl işlediğini paylaşmayı reddetti.
MIT'de nükleer bilim ve mühendislik alanında baş araştırma bilimcisi olan Charles Forsberg, uranyum zenginleştirmede lazer kullanımına olan ilginin onlarca yıldır var olduğunu söylüyor.
Ancak lazerler ilk günlerinde bakımı zor, kararsız ve kullanımı güçtü. O zamandan beri önemli ölçüde geliştiler ve lazer zenginleştirmeyi ilk araştırmalara göre çok daha cazip hale getirdiler.
Teknolojik gelişmelerden daha da önemlisi, son dönemdeki jeopolitik değişim yeni zenginleştirme teknolojilerini destekleyebilir. Rusya, dünyanın en büyük uranyum zenginleştirme ekosistemine sahip ve tarihsel olarak pazara hakim durumda. Forsberg, "Ruslar dünyayı zenginleştirilmiş uranyumla doldururken Batı'da kimse yeni bir zenginleştirme tesisi kurmayacaktı," diyor.
Ancak Ukrayna savaşının başlamasından bu yana ABD ve İngiltere gibi ülkeler Rus uranyumu ithalatını sınırlama veya yasaklama adımları attı. Forsberg, bunun yeni teknolojiler kullananlar da dahil olmak üzere şirketlerin yeni zenginleştirme tesisleri kurmasının önünü açtığını belirtiyor.
Ülkeler Rusya dışında uranyum tedariki ararken yakıt talebi artıyor. ABD'de lazer zenginleştirme kapasitesi kurmayı hedefleyen şirketlerden LIS Technologies'ın başkanı Christo Liebenberg, "Açık giderek büyüyor ve bu teknoloji tam da bunun ortasında yer alıyor," diyor.
LIS Technologies 2023 yılında kuruldu ve şirket kısa süre önce Tennessee, Oak Ridge'de 200 dönümlük bir arazi satın aldı. Şu anda ABD Nükleer Düzenleme Komisyonu'na tesisi için ön başvuru sürecinde. Şirket, doğal uranyum alıp yaklaşık %5 U-235 içeren bir ürün yapmayı planlıyor, ancak nihayetinde yeni nesil reaktörler için yakıt olarak kullanılabilecek daha konsantre malzeme üretmeyi umuyor.
GLE farklı bir yaklaşım izliyor: Teknolojisini yeni çıkarılan malzemeyi yakıtlarda kullanılabilecek %5 konsantrasyona zenginleştirmek yerine, eski atıkları rehabilite ederek başlamayı hedefliyor.
Şirketin ABD Enerji Bakanlığı ile Paducah'taki zenginleştirme sahasındaki atık malzemeyi yeniden işlemek için bir sözleşmesi var. Tesis, eski bir zenginleştirme sürecinden kalan az miktarda uranyum içeren 200.000 metrik tona kadar malzemeyi zenginleştirebilir.
GLE, en az %0,25 U-235 içeren malzemeyi alıp yaklaşık %0,7'ye zenginleştiriyor. Bu malzeme daha sonra daha ileri işlemlerden geçirilebilir ve yeni çıkarılan malzemenin yerine uranyum tedarik zincirine dahil edilebilir. GLE'den hükümet ilişkileri ve iletişim başkan yardımcısı Nima Ashkeboussi, "Bu bizim için bir nevi büyük bir yer üstü uranyum madeni gibi," diyor.
Her bir ünitesi bir santrifüjden daha karmaşık ve pahalı olsa da, aynı işi yapmak için çok daha azına ihtiyaç duyuluyor. Şirketin CEO'su Stephen Long, benzer bir santrifüj tesisinde binlerce santrifüj birlikte çalışırken, GLE'nin lazer zenginleştirme sürecini kullanan tam ölçekli bir tesiste binden az ünite bulunacağını söylüyor. Long, ilk yatırımın daha küçük olması gerektiğini ve işletme maliyetlerinin de kısmen sürecin santrifüjlerden daha az enerji kullanması nedeniyle daha düşük olmasının beklendiğini belirtiyor.
GLE'nin Wilmington, Kuzey Carolina'da bir test tesisi bulunuyor. Şirket 2025 sonbaharında birkaç yüz kilogram uranyum işleyerek bir pilot gösterim tamamladı. Bu sistemi hizmet dışı bıraktı ve şu anda Kuzey Carolina tesisinde teknolojinin ticari ölçekte nasıl çalıştığını gösterecek yeni bir gösterim kuruyor.
Şirket ayrıca Paducah'ta önerdiği tesis için ABD Nükleer Düzenleme Komisyonu'na lisans başvurusunda bulundu. Long, nihai güvenlik değerlendirmesinin Kasım ayında tamamlanması ve nihai onayın 2027'de gelmesi gerektiğini söylüyor. Tesiste malzeme işlemeye 2030 yılına kadar başlanması planlanıyor.
Uzun vadede, gezegende reaktörleri onlarca yıl çalıştırmaya yetecek kadar uranyum var. Ancak nükleer enerjiye olan ilgi arttıkça ve yakıt jeopolitiği değiştikçe, alternatif kaynakların yumuşatmaya yardımcı olabileceği kısa vadeli boşluklar veya fiyat artışları yaşanabilir.
Nükleer İnovasyon İttifakı'nda kıdemli araştırmacı olan Stephen Greene, lazer zenginleştirme tesislerinin mevcut teknolojilerden daha ucuz olabileceğini söylüyor. Ancak çoğu yeni teknolojide olduğu gibi, "bir tane inşa etmeyi denemeden gerçekten bilemezsiniz."
