T.C. NEVŞEHİR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 i T.C. NEVŞEHİR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ BAZI DEFORME ÇEKİRDEKLERDE DENGE ÖNCESİ NÖTRON YAYINLANMA SPEKTRUMLARININ YENİ BİR YAKLAŞIM KULLANILARAK HESAPLANMASI Tezi Hazılayan Ehan ERSOY Tezi Yöneten Doç.D. Haun Reşit YAZAR Fizik Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi Temmuz 2012 NEVŞEHİR

2

3 ii TEŞEKKÜR Tezimin hazılanması esnasında hiçbi yadımı esigemeyen ve biz genç aaştımacılaa büyük destek olan, bilimsel deney imkânlaını sonuna kada bizlein hizmetine veen, tez yöneticisi hocam, Sayın Doç. D. Haun Reşit YAZAR a, büyük fedakâlıklaından dolayı teşekkü edeim. Tezde kullanılan bilgisaya kodlaının temini, çalıştıılmasındaki teknik desteği ve çalışma süesince yapıcı öneilei, göstediği ilgi ve hoşgöüsünden dolayı tez izleme komitesi ve jüi üyeleinden Sayın Pof. D. Eyyüp Tel e, büyük fedakâlıklaından dolayı teşekkü edeim. Yaalı göüş, eleştii ve yadımlaından dolayı saygı değe hocam Yd. Doç. D. Muhittin ŞAHAN a, büyük fedakâlıklaından dolayı teşekkü edeim.

4 iii BAZI DEFORME ÇEKİRDEKLERDE DENGE ÖNCESİ NÖTRON YAYINLANMA SPEKTRUMLARININ YENİ BİR YAKLAŞIM KULLANILARAK HESAPLANMASI Ehan ERSOY Nevşehi Ünivesitesi,Fen Bilimlei Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Temmuz 2012 Tez Danışmanı: Doç.D. Haun Reşit YAZAR ÖZET Nüklee yapı çeçevesinde yapılacak çalışmalaın neticesinde, nüklee eaksiyon mekanizmalaı önemli ye tutmaktadı. Bu da hem teoik hem de deneysel çalışmalaı geektimektedi. Denge-öncesi oluşan nüklee eaksiyon mekanizmalaı için başlangıçtaki eksiton sayılaının (uyaılan paçacık-deşik sayısı) bilinmesi paçacık yayınlanma spektumlaının ve tesi kesitleinin hesaplanması bakımından önemlidi. Bu çalışmada bazı defome hedef çekideği için, nüklee eaksiyon tesi kesitleinin elde edilmesinde kullanılan modelle için başlangıç eksiton sayılaı liteatüden faklı Tel ve akadaşlaının önediği bi yöntemle hesaplanacaktı. Bu yöntemde, bazı defome hedef çekideğinin nöton ve poton yoğunluklaı otalama alan yaklaşımının dikkate alındığı iki-cisim nükleon-nükleon etkileşmesini temsil eden Skyme tipli kuvvetleini kullanan Hatee-Fock yaklaşımından elde edilecekti. Elde edilen sonuçla liteatüdeki diğe çalışmalala kaşılaştıılması planlanmaktadı. Anahta Kelimele: 238 U, Denge Öncesi Reaksiyon, Başlangıç Excition Sayısı, Geometi Bağımlı Hibid Model (GDH), SKYRME Kuvveti, Hatee-Fock Yöntemi

5 iv CALCULATION OF NEUTRON EMISSION SPECTRUMS OF SOME DEFORMED NUCLEUS PRE-EQUILIBRIUM BY MEANS OF USING A NEW APPROACH Ehan ERSOY Nevşehi Unıvesıty, Gaduate School of Natual and Applied Science M.Sc. Thesis, July 2012 Thesis Supeviso: Doç. D. Haun Reşit YAZAR ABSTRACT As a esult of the studies within the famwok of the nuclea stuctue, nuclea eaction mechanisms ae impotant. This equies both a theoetical and expeimental studies. Fo the oiginal pe-equilibium exciton numbe of the nuclea eaction mechanisms(induced by the numbe of paticle-iddled) specta and coss sections calculated intems of publication is impotant to know the paticle. Fo this study, some of the defomed taget nucleus, the nuclea eaction coss sections used in obtaining the liteatue fo models of diffeent initial excition numbe calculated by a method poposed by Tel et al. In this method, some defomation of the aveage density of potons and neutons in the coe of the taget appoach is taken into account in the twoshaft-type foces, using the nucleon-nucleon inteaction epesenting Skyme Hatee- Fock appoach can be obtained. The esults obtained ae compaed with liteatue is planned. Key Wods: 238 U, Pe-equilibium Reaction, Numbe of initial Excition, Geomety Dependent Hybid Model, SKYRME Foce, Hatee-Fock Method

6 v

7 vi İÇİNDEKİLER KABUL ONAY...i TEŞEKKÜR... ii ÖZET... iii ABSTRACT... iv İÇİNDEKİLER... vi TABLOLAR LİSTESİ... vii ŞEKİLLER LİSTESİ.. viii KISALTMALAR LİSTESİ... ix SEMBOLLER LİSTESİ... xi 1.BÖLÜM GİRİŞ... 1 URANYUM ELEMENTİ BÖLÜM HİBRİT REAKTÖRLERİNDE URANYUM DEĞERLENDİRİLMESİ Nüklee Yakıtla Fisyon Yakıtlaı Füzyon Yakıtlaı Nüklee Reaktöle Reaktö Tiplei ve Özelliklei Füzyon-Fisyon (Hibid) Reaktöleinin Fiziği Füzyon-Fisyon Hibid Reaktö Çalışmalaının Ana Hatlaı Nüklee Eneji Ham maddelei Uanyum-Toyum Uanyum Tükiye de Uanyum Rezevi BÖLÜM TESİR KESİTİ Difeansiyel Tesi Kesiti BÖLÜM HIZLANDIRICI SÜRÜMLÜ SİSTEMLER VE OLUŞAN REAKSİYONLAR Spallasyon Reaksiyonu BÖLÜM

8 vii 5. NÜKLEER REAKSİYON TEORİLERİ VE HESAPLAMA YÖNTEMLERİ Nüklee Reaksiyon Teoilei Bileşik Çekidek Reaksiyonlaı Diek Reaksiyonla Eksiton Modeli BÖLÜM DENGE REAKSİYON MODEL HESAPLAMALARI BÖLÜM DENGE-ÖNCESİ REAKSİYON MODEL HESAPLAMALARI Giffin (Eksiton) Model Hesaplamalaı Hibid (Melez) Model Hesaplamalaı Geometi Bağımlı Hibid Model Hesaplamalaı BÖLÜM HARTREE-FOCK YAKLAŞIMI Skyme Tipi Etkileşmele Skyme Hatee-Fock Metodu BÖLÜM DENGE-ÖNCESİ REAKSİYONLARDA BAŞLANGIÇ EXCTION SAYILARININ YENİ BİR YAKLAŞIMLA HESAPLANMASI BÖLÜM SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ... 80

9 viii TABLOLAR LİSTESİ Tablo 4.1. Nöton üetimi için hedef olaak düşünülen malzemelein yoğunluk ve izotopik kesilei Tablo 8.1. Skyme kuvvet paametelei Tablo 9.1. SKYRME kuvveti kullanılaak elde edilen nöton yoğunluğu ρ n (R) ve poton yoğunluğu (R ) ρ p... 55

10 ix ŞEKİLLER LİSTESİ Şekil 1.1. Doğal Uanyum Elementi... 3 Şekil 2.1. Nüklee Yakıtla ve Reaktöle Şekil 2.2. Tükiye nin Uanyum ve Toyum Rezev Haitası Şekil 4.1. Doğuma Posesi ve Nöton Üetimi Şekil 4.2. Tüm Kompleksin Gösteimi Şekil 4.3. Spallasyon Reaksiyonu Şekil 5.1. Ota enejili nüklee Reaksiyonun Yönünün Şematik Gösteimi Şekil Zn* Bileşik Çekideği İçin Faklı Oluşum Ve Bozunum Duumlaı Şekil 5.3. Çekidek Yüzeyinde Meydana Gelen Doğudan Reaksiyonlaın Geometisi Şekil 7.1. Giffin Modelinde, Bi Reaksiyonun İlk Eveleinin Şematik Gösteimi Şekil 7.2. Hibid Modeldeki Reaksiyonun İlk Bikaç Duumunun Şematik Temsili Şekil MeV enejili nötonlala oluştuulan 238 U(n,xn) Reaksiyonu İçin Deneysel ve Teoik Yayınlama Spektumlaın Kaşılaştıılması Şekil MeV enejili Nötonlala Oluştuulan 238 U(n,xn) eaksiyonu için deneysel ve teoik yayınlama spektumlaının kaşılaştıılması Şekil MeV lik nötonlala oluştuulan 238 U(n,xn) eaksiyonundan yayınlanan nöton spektumunun deneysel değelele kaşılaştıılması Başlangıç eksiton sayılaı TEL ve akadaşlaının fomülü kullanılaak mekezden (R=0) yüzey bölgesi (R012 fm) ne kada hesaplanmıştı Şekil MeV lik nötonlala oluştuulan 238 U(n,xn) eaksiyonundan yayınlanan nöton spektumunun deneysel değelele kaşılaştıılması. Başlangıç eksiton sayılaı TEL ve akadaşlaının fomülü kullanılaak mekezden (R=0) yüzey bölgesi (R012 fm) ne kada hesaplanmıştı Şekil Şekil U Çekideği için SKM* Paametelei Kullanılaak Hesaplanan Nöton ve Poton Yoğunluğu U Hedef Çekideğine nöton giiş eaksiyonlaı için başlangıç

11 x nöton ve poton eksiton sayılaının SKM* paametelei kullanılaak yoğunluğa bağlı hesaplamalaı Şekil U çekideği için S6 paametelei kullanılaak hesaplanan nöton ve poton yoğunluklaı Şekil U hedef çekideğine nöton giiş eaksiyonlaı için başlangıç nöton ve poton eksiton sayılaının S6 paametelei kullanılaak yoğunluğa bağlı hesaplamalaı Şekil U çekideği için S1 paametelei kullanılaak hesaplanan nöton ve poton yoğunluklaı Şekil U hedef çekideğine nöton giiş eaksiyonlaı için başlangıç nöton ve poton eksiton sayılaının S1 paametelei kullanılaak yoğunluğa bağlı hesaplamalaı Şekil U çekideği için T3 paametelei kullanılaak hesaplanan nöton ve poton yoğunluklaı Şekil U hedef çekideğine nöton giiş eaksiyonlaı için başlangıç nöton ve poton eksiton sayılaının T3 paametelei kullanılaak yoğunluğa bağlı hesaplamalaı... 72

12 xi KISALTMALAR LİSTESİ HF H-FP HODF HP ROAT SHF SHFB WSDF CERN TAEK IAEA INC CEM NNDC WE ÇNAEM HF H-FP HODF HP SHF ADS ABD MTA LWR EA Hatee-Fock HARTREE-FOCK Pogamı Hamonik Osilatö Dalga Fonksiyonu HAFOMN Pogamı Rölativistik Otalama Alan Teoisi Skyme-Hatee-Fock Skyme-Hatee-Fock-Bogolyubov Woods Saxon Dalga Fonksiyonu Avupa Nüklee Aaştıma Mekezi (Euopean Oganization fo Nuclea Reseach) Tükiye Atom Enejisi Kuumu Intenational Atomic Enegy Agency Intanuclea Cascade Cascade Exciton Model Nuclea National Data Cente Weisskopf-Ewing Çekmece Nüklee Aaştıma ve Eğitim Mekezi Hatee-Fock HARTREE-FOCK Pogamı Hamonik Osilatö Dalga Fonksiyonu HAFOMN Pogamı Skyme-Hatee-Fock Acceleato Diven System Ameika Bileşik Devletlei Maden Tetkik Ve Aama Genel Müdülüğü Light Wate Reactos Enegy Amplifie

13 xii SEMBOLLER LİSTESİ A Z Ε F Γ b P H nx v P v (ε)dε n 0 σ R T 1/2 p d α S(E) de/dx ρ R Q σ σ coul σ pnon dσ/dε dσ/dω d 2 σ/(dε.dω) P(n,t) Çekideğin kütle numaası Çekideğin poton sayısı Femi enejisi b paçacığının bileşik çekidekten biim Zamanda yayınlanma olasılığı Paçacık sayısı Deşik sayısı Bi n exciton duumundaki v tüündeki paçacıklaın sayısı Enejisi ε ile ε+dε aasında olan ve süekli bölgeye yayınlanan v tipi paçacıklaın (nöton ve poton) sayısı Başlangıç exciton sayısı Reaksiyon tesi kesiti yaı ömü poton döteon alfa duduma gücü özgül eneji kaybı Malzemenin yoğunluğu tepkimenin meydana gelme hızı tepkime enejisi Reaksiyon tesi kesiti poton Coulomb etkisi tesi kesiti elastik olmayan poton tesi kesiti Eneji difeansiyel tesi kesiti Açısal difeansiyel tesi kesiti Eneji ve açısal çift difeansiyel tesi kesiti n exciton duumunda bulunma olasılığı

14 xiii W(n) M 2 λ c (ε) λ + (ε) λ + λ - g D f b I(ε) T(n,p) Ic S c M p M n S n S p E/A yük n p t n n exciton duumundan tüm enejilede yayınlanma hızı İlk ve son duumla aasındaki iki cisim etkileşmeleine ait matis elemanının kaesinin otalaması Bi paçacığın (ε) kanal enejisiyle süekli bölgeye yayınlanma hızı ε enejili bi paçacığın süekli bölgeye yayınlanmış olduğu zamanki çekidek içi geçiş hızı n, n+2 duumlaı için iç geçiş hızlaı n,n-2 duumlaı için iç geçiş hızlaı Tek-paçacık düzey yoğunluğu İndigenmiş dalga boyu b paçacığının bağlanma enejisi E b ile E aasındaki fakın fonksiyonudu Çıkan nötonlaın eneji dağılımı Reaksiyon eşik değei paçacığın c bozunma kanalındaki spini a nın bileşik çekidekten ayılma enejisi Potonun indigenmiş kütlesi Nötonun indigenmiş kütlesi Nöton ayılma enejisi Poton ayılma enejisi Paçacık Başına Bağlanma Enejilei Yük yoğunluk yaıçaplaının kae otalamalaının kaekökü Nöton yoğunluk yaıçaplaının kae otalamalaının kaekökü Poton yoğunluk yaıçaplaının kae otalamalaının kaekökü Nöton dei kalınlıklaı

15 xiv ρ n ρ p Nöton yoğunluğu Poton yoğunluğu ρ yük Yük Yoğunluk Dağılımlaı

16 1 1.BÖLÜM GİRİŞ Atom çekideği, günümüzde hala çözülememiş çok paçacıklı kuantum sistemidi. Çekidek fiziğinin ilk günleinden bu yana yaklaşık 70 yıldı çekidek modellei geliştiilmişti. Bu modelle çekideğin özellikleini tam olaak açıklayamamakla bilikte he model kendi içinde bazı özelliklei iyi tanımlayabilmektedi. Son zamanlada yeni izotoplaın keşfiyle çekidek modelleine olan ilgi yeniden oluşmuştu. Çekidek poblemleinin çözülememesinin pek çok nedenlei vadı.bunladan biincisi, bi kuantumlu çok cisimli sistem olaak çekideğin sebestlik deecesi istatistik ve temodinamiğin temel kuallaına göe incelenemeyecek kada azdı. Ayıca yoğun madde fiziği aaştımalaından geliştiilen teknikle nüklee fizik poblemleine doğudan uygulanamaz. Çekidek poblemleinin çözümünün güçlüğünün bi başka nedeni ise atom, molekül ve yoğun madde özelliğini belileyen elektomanyetik kuvvetlee kıyasla çekidek özellikleini belileyen nüklee kuvvetlein yapısının tam olaak bilinmemesidi. Dolayısıyla çekidek içeisindeki nükleon-nükleon etkileşimlei fizikte bildiğimiz temel kuvvetlei kullanaak çözmeye çalışmak doğu değildi. Ayıca çok nükleona sahip ağı çekidekle için bu duum poblemin çözümünü daha da zolaştıı. Tüm bu güçlüklei çözmek ve çekideğin temel özellikleini incelemek için uygun yaklaşımla benimseni.bu yaklaşımla çekideğin özellikleini tam olaak açıklayamamakla bilikte bize çekidek hakkında öğenmek istediğimiz bazı bilgilei edinmemizi sağla.bu çalışmamızda çekideğin biçok özelliğini açıklamakta başaılı olan shell model yaklaşımı üzeinde çalışıldı. Nüklee Shell modeli nüklee yapının incelenmesinde uygun bi yaklaşımdı. Model atomda kullanılan Shell modeline benzemekle bilikte bazı etkileşim ve kullanılan notasyon faklılıklaı vadı. Shell modeli yaklaşımında,çekidek içeisindeki bi nükleonun diğe nükleonlaın

17 2 oluştuduğu otalama mekezi bi potansiyel içeisinde bağımsız olaak haeket ettiği vasayılı.böylece,femiyonla gubuna gien özdeş nükleonla,pauli pensibine uyacak şekilde belili kabuklada ve izinli yöüngelede çapışmaksızın haeket edele.alt kabukla aası geçişle izinli yöüngele için mümkün olmakla bilikte kabukla aası geçişle izinli değildi. Bu model bağımsız paçacık vasayımını esas alı ve taban duumundaki (kapalı kabuklu) çekideklein özellikleini belilemekte oldukça iyi sonuçla vemektedi. Hatee-Fock teoisi, W iki- paçacık etkileşiminden bi U tek-paçacık potansiyeli tüetmemiz için bi yöntem sağla.bu yaklaşımda ayalanabilen paameteleiyle olaycıl (phenomenological) etkileşimle kullanılı.biz iki-cisim etkileşimi için Skyme kuvvetleinin etkilei ele alınacaktı.bu tü kuvvetleinin özelliklei bölüm(1) de geniş olaak anlatılmıştı.faklı biçimlee sahip olaycıl (phenomenological) kuvvetle faklı poblemlede kullanılı. Shell modeli, çekideğin pek çok özelliğini açıklamakta başaılı olmakla bilikte çekidek füzyon ve fisyon olaylaını cevapsız bıakmaktadı. Bu olaylaı en iyi açıklayan model Sıvı Damlası Modeli olmasına kaşın, bu model de çekideğin diğe özellikleini belilemekte tamamen başaısızdı. Biz,bu çalışmamızda S1,S6,T3 ve SKM* Skyme paameteleini kullanaak U 238 çekidekleinin taban duum özellikleini belilendi.yaptığımız hesaplamala sonucunda bu çekideklein taban duum tek-paçacık enejileini (nötonla ve potonla için ) çekideğin yük yoğunluğunu, poton, nöton ve çekideğin kütle yoğunluğu hesapladı. Hesaplamala sonucu elde edilen değele mevcut deneysel sonuçlaa kıyaslanmıştı. Uanyum Elementi Uanyum adyoaktif bi element doğa da az olaak bulunan konsantasyonlaında (milyonda bikaç paça ) topakta, kaya, su yüzeyinde ve yealtı sulaında bulunu. O doğal olaak meydana gelen ağı element,ile atom numaası 92 di.saf uanyum gümüş enkli ağı bi metal needeyse kuşunun yoğunluğunun iki katıdı.doğa da uanyumun bikaç izotopu vadı: öncelikle uanyum-238,uanyum-235 ve çok küçük mikta uanyum-234(izotopla poton sayılaı aynı nöton sayılaı faklı olan atomladı.) doğada bulunan uanyum öneklei, hemen hemen hepsi ( 99.27) uanyum-238

18 3 atomlaından oluşu. Daha az %1(hakkında % 0,72) bulunan uanyum-235 atom, ve çok küçük mikta (%0,0055 kütleli) bulunan uanyum-234. kütleli Şekil 1.1. Doğal Uanyum Elementi Uanyum alfa paçacığı yayaak çok yavaş bozunu. Yaılanma süesi uanyum-238 için 4,5 milya yıl, bu anlam da çok adyoaktif değil, düşük spesifik aktiflik göstei.bu izotoplaın çok uzun yaılanma ömüleinin olduğu ve halen dünyada üzeinde bulunma nedeni vadı. Üç tane daha izotop (uanyum-232,uanyum-233 ve uanyum-236) doğada bulunmaz ama nüklee eaksiyonlala bu 3 izotop üetilebilmektedi. Alfa paçacığı yayaak bu izotop bozunu. Doğal uanyum küçük miktada, topak, kaya ve su içinde hemen hemen he yede bulunu, uanyum cevhei genellikle sadece bikaç yede set kaya ya da kumtaşı bulunu, nomalde topak ve bitki ötüsü ile kaplıdı. Uanyum çıkaılan yele güneybatı Ameika bileşik devletlei, Kanada, Avustalya, Avupa da bazı yele, Eski Sovyet Biliği, Namibya, Güney Afika, Nijeya ve başka yelede bulunu. Biçok atık madde olduğunu ABD Eneji Bakanlığı şehilede ve diğe tesislede doğal uanyum, madencilik de, feze ve üetim tesisleinde kullanılı. Uzun yılla, uanyum enk seamiklein içinde kullanılıdı, üetilen enkle tuuncukımızı limon saısı aasında değişi. Aynı zamanda fotoğafı eken enklendimek için kullanılıdı.uanyum adyoaktif özelliklei 1896 yılına kada tanınmadı ve bi eneji

19 4 potansiyel kaynağı olaak kullanılması için 20. yüzyılın otalaına kada geçekleşmedi. Nüklee eaktöle,uanyumu bi nöton kaynağı ve hedef malzeme olaak kullanaak plütonyum üetmek için hizmet etmektedi.(plütonyum-239 elde edildiğin de uanyum- 238 bi nöton yakala.) Bugün için biinci yakıt olaak kullanılan nüklee güç eaktöleinde genel de elektik üetili. Küçük nüklee eaktölede üetilen uanyum izotoplaı dünyada tıpta ve sanayide kullanılı.doğal uanyum izotopu zenginleştiilmiş olmalı uanyum-235 nüklee yakıt olaak kullanılması için hafif su eaktöü, ve bu zenginleşme genellikle gaz difüzyon yöntemlei ile elde edilmişti. Yüksek zenginlenleştiilmiş uanyum bileşeni ilk olaak nüklee silahlada bulunu. Zenginleştime işleminin bi yan üünü uanyum bitmişti, uanyum bitip yeine izotopu-235 elde edili. Bugün için nüklee eneji hammaddelei kapsamına Uanyum ve Toyum gimektedi. Ancak Toyuma dayalı nüklee santallein henüz ekonomik boyutta deveye gimemelei nedeniyle, Toyum hala sıasını bekleyen bi nüklee yakıt hammaddesi duumundadı. Dünya Uanyum kaynaklaı çeşitli üetim maliyetleine göe, göünü ve muhtemel olaak sınıflandıılıla. Günümüzde kilogamı 80 ABD dolaına mal edilen göünü ezevleden Uanyum üetilmektedi.dünyada 1991 yılı itibaiyle kilogamı 80 ABD dolaına mal edilebilen ton göünü Uanyum ezevi vadı.bunun bi bölümü işletilebili ezev, bi bölümü ise yeinde ezevdi.yani işletme kayıplaı hesaba katılmamıştı.geçek işletilebili miktalaın, veilen değelein %5 ile %50 altında olduğu tahmin edilmektedi. Nüklee eneji hammaddelei esas olaak nüklee eaktöde elektik enejisi elde etmek için yakıt olaak kullanılmaktadı. Dolayısıyla tüketimi, kuulu nüklee eneji kapasitelei belilemektedi. Dünyada mevcut eaktölein Uanyum tüketimi, 1991 yılında toplam ton olmuştu. Kısa dönem için yapılan tahminle, Uanyum tüketiminin 2000 yılında ton, 2010 yılında tona yükseleceğini göstemektedi. Dünya Uanyum üetiminin yaklaşık %70 ini üç şiket elinde bulundumaktadı.bunla; COMECO (Canadian Mining Enegy Co.) adlı Kanada şiketi, COGEMA (Compagnie Genaale des Matiees Nucleaies) adlı Fansız şiketi ve RTZ (Rio Tinto Zinc Co.) adlı İngiliz şiketidi.uanyum üeticisi ülkele, 1991 yılında, BDT haiç, ton

20 5 civaında Uanyum üetmişledi. Buna aynı yıl ton civaında olan BDT nin üetimi de dahil edildiğinde, dünyada toplam ton Uanyum üetildiği otaya çıkmaktadı. Uanyum piyasasındaki fiyat gelişmelei yıllaa göe büyük faklılıkla göstemişti yılında 15$/Kg olan Uanyum fiyatı, 1978 yılında 113$/Kg a kada çıkmış, 1990 yılında ise 70$/Kg U seviyesine inmişti. Tükiye de Uanyum aamalaına 1990 yılı sonuna kada devam edilmiş ve 5 yatakta toplam Ton göünü Uanyum ezevi otaya konulmuştu. Bu yataklaın otalama tenö ve ezevlei, aanıp, bulunduklaı yıllada dünyaca kabul edilen ekonomik sınılada olmalaına ağmen, bugün için, bu değele söz konusu sınılaın oldukça altında kalmıştı. Bunun nedeni, son yıllada nüklee santal planlamalaındaki önemli değişmele ve özellikle Kanada ve Avustualya da yüksek tenölü, üetim maliyetlei çok düşük Uanyum yataklaının bulunmasıdı. Tükiye de geçmiş dönemlede laboatuva çapta olsa da önemli teknolojik çalışmala yapılmıştı. Uanyum cevheinden saı pasta üetilmesi ve saı pastanın nüklee yakıt haline getiilmesindeki bütün aşamala geçekleştiilmişti. Yakın geçmişte, dünya Uanyum üetimi, süekli olaak tüketimin altında kalmıştı. Öte yandan, ileiye dönük tahminle, aynı tendin devam edeceğini otaya koymaktadı. Önümüzdeki bikaç yıl içinde aadaki açığın eldeki stokladan kaşılanabileceği düşünülse dahi, 2010 yılına gelindiğinde üetim kapasitesi Ton Uanyum düşecek, tüketim ise, Ton Uanyuma yükselecekti. Bu duumda, 1970 li yılladaki petol kizinde olduğu gibi, 2000 li yıllada bi Uanyum kizine giileek, Uanyum fiyatlaının yükselmesi büyük bi olasılık olaak göülmektedi. Ülkemizin duumuna bakıldığında, elektik üetiminde kullanılabilecek yüksek kaloili büyük kömü ezevleimiz ve de zengin petol ya da doğal gaz kaynaklaımız yoktu. Ayıca hidoelektik potansiyel kullanımı da doyum noktasına gelmek üzeedi li yıllada kaşılaşılabilecek eneji sıkıntısını aşabilmek için nüklee eneji kullanımına geçiş kaçınılmaz olacaktı. Daha önce de değinildiği gibi, 2000 li yıllada Uanyum azı, kuulu eaktölee dahi yetmeyecekti. Bu duumda Tükiye nin öz kaynaklaından yaalanması zounlu olacaktı. Bu nedenle, Tükiye Uanyum aamalaına etkin bi

21 6 şekilde yeniden başlamalıdı. Bugüne kada bulunan ezevlein, Tükiye nin nihai potansiyelini oluştumadığı, aamalaa devam edilmesi duumunda, daha büyük ezevle bulunabileceğine inanılmaktadı. Bunun için geekli olan, yeteliliğini kanıtlamış eleman kadosu ve moden ekipman ülkemizde mevcuttu.

22 7 2.BÖLÜM NÜKLEER YAKITLAR VE REAKTÖRLER 2.1. Nüklee Yakıtla Ağı adyoaktif (Uanyum gibi) atomlaın bi nötonun çapması ile daha küçük atomlaa bölünmesi (fisyon) veya hafif adyoaktif atomlaın bileşeek daha ağı atomlaı oluştuması (füzyon) sonucu çok büyük bi miktada eneji açığa çıka. Bu enejiye nüklee eneji deni. Nüklee eaktölede fisyon eaksiyonu ile edilen eneji elektiğe çevili. Güneşteki eaksiyonla ise füzyon eaksiyonudu. Bu eaksiyonun yaattığı sıcaklık fisyon eaksiyonundakinden çok daha fazladı (bikaç milyon deece santigad). Bu yüzden bu sıcaklığı kontol edebilecek bi füzyon eaktöü henüz kuulamamıştı. Fisyon bi nötonun, Uanyum gibi ağı bi element atomunun çekideğine çapaak yutulması, bunun sonucunda bu atomun kaasız hale geleek daha küçük iki veya daha fazla faklı çekideğe bölünmesi eaksiyonudu. Dolayısıyla fisyon, bi çekidek tepkimesidi. Paçalanma sonucunda otaya çıkan atomlaa fisyon üünlei deni. Bunlaın bazılaı adyoaktifti. Bi nöton yutulması ile başlayan fisyon tepkimesi sonucunda, büyük miktada eneji ile bilikte, biden fazla nöton otaya çıka. Çekidek tepkimelei sonucunda açığa çıkan eneji, kimyasal tepkimelee göe yaklaşık bi milyon kat düzeyinde daha fazladı. Fisyon sonucunda otaya çıkan nötonlaın, otamda bulunan diğe fisyon yapabilen atom çekideklei taafından yutulaak, onlaı da aynı eaksiyona sokması ve bunun adışık olaak tekalanmasıdı. Kontolsuz bi zincileme eaksiyon, çok çok kısa bi süe içinde çok büyük bi enejinin otaya çıkmasına neden olu. Atom bombasının patlaması bu şekildedi. Nüklee santallada ise zincileme eaksiyon kontollu bi

23 8 şekilde yapılı. Bu kontolun kaybedileek nüklee yakıtın bi bomba haline dönüşmesi fiziksel olaak olanaksızdı. Füzyon hafif adyoaktif atom çekidekleinin bileşeek daha ağı atom çekidekleini meydana getimesi olayıdı. Füzyon tepkimesinde otaya çıkan sıcaklık çok daha büyüktü. Güneşteki tepkimele bu guba gie. Nüklee yakıtla ( 233 U, 235 U, 239 Pu gibi), kimyasal yakıtlaa ( kömü, petol gibi) nazaan biim kütle başına (kg) takiben 10 8 misli daha fazla eneji ihtiva etmektedi. Buna paalel olaak, konvansiyonel teknolojiden nüklee teknolojiye geçiş esnasında, medeniyet ve teknoloji alanında yapılan sıçama, yelkenli gemiden buhalı gemiye, atlı aabadan benzinli motolaı kullanan aabalaa ve uçaklaa geçişte yaşanan tekamülden daha büyük olmuştu. Günümüzde nüklee teknoloji, elektik enejisi üeten nüklee santalle vasıtasıyla 30 dan fazla ülkeye fiilen gimiş bulunmaktadı. Halihazıda yaklaşık MW el kuulu güce sahip 430 nüklee santal, dünya elektik üetiminin %17 sini kaşılamaktadı. Fansanın %75 i, Belçika nın %58 i nüklee eaktöle taafından üetilmektedi. A.B.D.de bugün %20 de seyeden nüklee eneji üetiminin, 21 inci asın ilk yaısında %50 lee yükseltilmesi hedeflenmektedi Fisyon Yakıtlaı Fisyon yakıtlaı iki kısma ayılı : 1) Çekideklei temal nötonlala ( düşük enejili nötonla) paçalanabilen yakıtla, bu yakıtlaa genel olaak fisyon yapabilen (fisil) yakıtla deni. Fisyon yapabilen yakıtla şunladı: 233 U, 235 U, 239 Pu, 241 Pu 2) Çekideklei hızlı nötonlala ( yüksek enejili nötonlala ) paçalanabilen yakıtla, bu yakıtlaa genel olaak üetken (fetil) yakıtla deni. Üetken yakıtla 232 Th, 238 U, 240 Pu, 242 Pu dı. Fisyon eaksiyonlaında çekidekle, enejisi MeV metebesinde olan nötonlala çapıştığı zaman fisyon yapabilile. Bu çekidekle üetken (fetil) çekidekledi, fisyon yapabilen çekidekle ise temal nötonlala çekidek paçalanması yapan yakıtladı. 233 U, 238 U, 232 Th gibi izotopla yüksek enejili hızlı nötonlala çekidek

24 9 paçalanması yapabildiklei için nüklee eaktölede tek başına kullanılmaz. 233 U, 235 U, 239 Pu gibi fisil izotopla patik olaak nüklee eaktö yakıtlaıdı. 241 Pu ise bi eaktöde hiçbi zaman doğudan doğuya kullanılmazla, bu bakımdan patik bi yakıt değildi. Tabii Uanyumun %99,93 ü 238 U ve %0.07 si ise 235 U du. Düşük yoğunluktaki tabii Uanyum eaktöleinin ömü bittiği halde, bunlaı kullanmak eneji üetimi için yeteli olacaktı. Günümüzde çalışan tabii Uanyum eaktöleinde 235 U yüzdesi attıılmış veya zenginleştiilmişti. Uanyum zenginleştime işlemi oldukça kaışık ve ekonomik olmayan bi işlemdi. Bununla beabe fisil izotoplaı elde etmek için bi başka yol üetken çekidekleinin nöton ile absobe edildiği zaman adyoaktif bi bozunma seisi sonunda fisil çekidekle elde edilmesidi. Bu dönüşüme genel olaak fetil fisil dönüşümü deni ve bu dönüşüm aşağıdaki şekilde veilebili, U( n, γ ) U Np 239 Pu Th( n, γ ) Th Pa U (2.1) Buada 238 U ve 232 Th gibi üetken yakıtla nüklee eaksiyon sonucu 239 Pu ve 233 U gibi iki fisyon yapabilen yakıta dönüşmüştü. Zenginleştime işlemi çok pahalı olduğu için bu yol en geçeli olmaktadı. Üetken izotopla içeisinde en önemlilei 238 U ve 232 Th di. Bu izotopla dünyada bol miktada bulunmaktadı ve aynı zamanda bu izotoplaın fisyon yapabilen hale gelmesini sağlayan nötonlaı ancak nüklee eaktölede bulmak mümkündü. Geçekte de günümüzde kullanılan eaktölede düşük yoğunluktaki tabii Uanyum yakıtı kullanılmaktadı. Bu gibi dönüşüm işlemlei zincileme çekidek paçalanması eaksiyonlaından sebest kalan çok sayıda nötonun üetken çekidekle taafından yutulmasıyla meydana geli. Bu gibi işlemlede anahta paamete yakıt çekideklei taafından yutulan nöton başına he bi paçalanma neticesinde meydana gelen nöton sayısıdı Füzyon Yakıtlaı Döteyum, çekideğinde bi poton ve bi nöton bulunan bi hidojen izotopudu. Atom çekideği yalnız bi potondan meydana gelen hidojene oanla iki kat daha

25 10 ağıdı. Bu nedenle ağı hidojen ismiyle de bilini. Hidojen nüklee mühendisliğin en önemli elementidi. Tabiatta bulunan hidojen elementi iki izotopun kaışımı halindedi. Ancak bu kaışım çok dengesizdi. Doğal hidojen %99,985 1 H ve % H den oluşu. Bu oana göe bi ton su sadece yaklaşık olaak 33 g döteyum içei. He ne kada döteyum oanı gayet az ise de dünyanın ¾ ünün sulala kaplı olduğu düşünülüse, döteyum ezevinin oldukça büyük miktalada olduğu göülebili. Tityum hidojeninin en ağı ve adyoaktif bi izotopudu. Tityum izotopu bi poton ve iki nötondan meydana geli. Tityum izotopu tabiatta bulunmaz, yapay olaak üetili. Genel olaak tityum izotopu lityumun temal nötonlala eaksiyonu sonucunda üetili. Gelecekte füzyon eaktöleinin yakıtı olaak kullanılacak olan tityum üetilme eaksiyonu aşağıdaki şekildedi. 6 7 Li + 1 n 3 T + 4 He Li + n T + He + n (2.2) Göülüyo ki fisyon eaktöleinde olduğu gibi füzyon eaktöleinde de nöton eaksiyonlaı ile yakıt üetimi vadı. Fisyon yakıtı olaak plutonyum, füzyon yakıtı olaak tityum yapay olaak üetilmektedi Nüklee Reaktöle Nüklee eaktöle, içeisinde nüklee eaksiyonlaın kontollü bi şekilde yüütüldüğü otamladı. Çok büyük enejile açığa çıkaan iki tü nüklee eaksiyon vadı. Bunla büyük atom çekidekleinin paçalanması (fisyon) veya küçük atom çekidekleinin bileşmesi (füzyon) eaksiyonlaıdı. Bu yüzden nüklee eaktöle, içeisinde geçekleşen eaksiyon tüüne göe iki guba ayılabilile: 1. Fisyon eaktölei 2. Füzyon eaktölei Hâlihazıda füzyon eaksiyonu ile çalışan bi nüklee eaktö mevcut değildi. Fiki olaak Hazian 1942 de otaya atılan füzyon olayı ancak 1952 de bomba olaak denenebilmişti. Bu büyük gücün kontol altına alınması, başka bi deyişle füzyona

26 11 dayanan bi nüklee eaktöün yapılması ise henüz geçekleştiilememişti. Ancak, bu konudaki çalışmala bütün hızıyla devam etmektedi. Günümüzde faklı şekillede tasalanmalaına ağmen temel olaak fisyon eaksiyonuna dayanan yüzlece nüklee eaktö mevcuttu. Atom bombasında çok kısa süede geçekleşen fisyon eaksiyonu, nüklee eaktölede daha uzun süede geçekleştiileek olay kontol altına alını. Nüklee eaktöü oluştuan en önemli elemanladan biincisi Uanyum yakıttı. ( 239 Pu da yakıt olaak kullanılabili.). Uanyum adyoaktif özelliği düşük olan bi elementti. Reaktöde eaksiyona gimeden önce lastik bi eldivenle bile tutulabili. Ancak, fisyon eaksiyonu sonucunda oluşan üünlein çoğu oldukça adyoaktifti. Nüklee eaktö çalışmaya başladıktan sona ne içine gimek ne de eaktöden çıkan yakıt atıklaına yaklaşmak imkansızdı. Yakıt olaak kullanılacak Uanyumun eaktöe gimeden önce he tülü safsızlıktan aındıılması geeki. Ayıca yapısındaki 235 U oanı %3 dolayına yükseltilmiş yani izotopik olaak zenginleştiilmiş Uanyum daha kullanışlıdı. Günümüzde yakıt olaak Uanyum dioksit (UO 2) tecih edilmektedi. UO 2 önce toz haline getiilip sona 1 cm çap ve yüksekliğinde küçük silindile şeklinde sıkıştıılı. Daha sona fıında pişiileek seamik yakıt lokması haline getiilen bu silindile 4 m uzunluğunda ince bi metal zaf içine yeleştiileek yakıt çubuklaı elde edili. Büyük bi eaktöde bu yakıt çubuklaından yaklaşık tane vadı. Reaktöün ikinci temel elemanı nöton yavaşlatıcısıdı. Bunun için ise su kullanılı. Uanyum yakıt eaktöde bi su banyosuna daldıılmış çubukla şeklindedi. Fisyon eaksiyonu sonucunda oluşan nötonla yakıt çubuklaından su banyosuna geçele. Su taafından yavaşlatılan nötonlaın fisyon yapma yeteneği ata. Bu yavaş nötonlaın yeniden Uanyum yakıt ile çapışmalaı ise fisyon olayının zincileme eaksiyon şeklinde sümesini sağla. Fisyon eaksiyonu sonucunda oluşan büyük ısının, yakıtın kızışmasını önlemek için otamdan tansfe edilmesi geeki. Bunun için ise nötonlaı yavaşlatmak için otamda

27 12 bulunan suyun bi pompa ile devedilmesi sağlanı. Yaklaşık 300 C de olan sıcak su boula yadımı ile soğuk su içeen bi hazneden geçiili. Bu esnada ısı tansfei ile soğuk su ısınaak buha oluşu. Elde edilen buha bi buha tübininden geçiileek ısı enejisi elektik enejisine dönüştüülü. Nüklee eaktölein en önemli elemanlaından bi diğei ise kontol çubuklaıdı. Reaktöün kontolü otamdaki nöton sayısının kontolü ile mümkündü. Eğe, fisyondan doğan nötonlaın oluşma hızı Uanyum yakıt taafından yakalanma hızına eşit ise eaktö aynı güçte çalışmaya devam ede. Otamdaki nötonlaın sayısı attıkça güç yükseli, azaldıkça güç düşe. Otamda nöton kalmazsa eaksiyon duu. Bunun için, eaktöe kadmiyum veya bodan yapılan ve nötonlaı soğuan kontol çubuklaı yeleştiili. Bu çubukla eaktöde istenilen deinliğe indiileek eaksiyon kontol altında tutulu. Sonuç itibaiyle bi nüklee güç eaktöü, temelde fisyon eaksiyonundan oluşan ısıyı yayan bi su ısıtıcısıdı. Aynen temik santallede olduğu gibi elde edilen ısı ile sudan buha; buhaın tübinlei döndümesinden ise elektik enejisi elde edili. Pensip olaak bibiine çok benzeyen temik santallele nüklee santalle aasında çok önemli fakla vadı. Öncelikle nüklee santalle, temik santallede olduğu gibi dışaı CO 2 ve SO 2 gibi gazla salmazla, kül bıakmazla. Bundan dolayı çeveyi kiletmediklei söylenebili. Ancak, nüklee eaktöden çıkan kullanılmış yakıt yüksek adyoaktiviteye sahip bi çok madde içei. Yüksek aktiviteli bu nüklee atıklaın çeveye ve insana zaa vemeden tasfiye edilmesi çok önemli bi poblemdi. Bu atıklaın dış otamla itibatı telafisi mümkün olmayan sounlaa yol açabili. Bu konudaki en büyük gelişme nüklee atıklaın yeyüzünün 500 ile 1200 m altında inşa edilen özel depolaa gömülmesidi. Ye altında gömülü olan nüklee atıklaın yeyüzüne çıkmasını sağlayacak tek mekanizma yealtı suyu ile teması olacaktı. Bunun için, atıklaın gömüleceği ye seçiminde jeolojik ve çevesel faktöle dikkate alını. Ayıca, bu atıkla yüksek sıcaklıkta cam eiyiği ile kaıştıılıp metal silindile içine boşaltılı ve soğuduğunda camsı bi yapı oluştuu. Cam suda çözünmeyen, uygun mekanik özelliklee sahip bi malzeme olduğundan ye altındaki nüklee atıklaın yeyüzüne çıkma ihtimalini daha da azaltmaktadı. Aslında nüklee atıklaın tehlikesi, kuşun, cıva ve asenik gibi zehili atıklaa kıyasla daha azdı. Çünkü, nüklee atıklaın

28 13 adyoaktivitesi zamanla azalıken, zehili atıkla çeveye atıldıklaı ilk günkü gibi kalıla Reaktö Tiplei ve Özelliklei Dünyadaki nüklee eaktölein sınıflandıılması aşağıda şematik olaak veilmişti Şekil 2.1. Nüklee eaktölein sınıflandıılması 2.6. Füzyon-Fisyon (Hibid) Reaktöleinin Fiziği 20. yüzyılda, özellikle II. Dünya savaşından sona Dünyada eneji ihtiyacı damatik olaak atmaktadı. Halbuki eneji talebi endüstiyel ülkelede daha fazla veya daha az değişim aalığında atmaya devam etmesi bekleni. Gelişmekte olan ülkele, günümüz teknolojisinde öneilen potansiyelde hayat standadını ayalamak için eneji üetim aalığının çok miktada atışını elde etmeyi denemekti. Mevcut olan

29 14 fosil ve nüklee eneji endüstiyel eneji üetiminin ana bileşenleidi. Yakıt taşınma, dağıtımı ve çevesel poblemle atmosfede kilenme ve aşıı CO 2 gibi lojistik poblemle fosil enejinin % 50 'si kada nüklee eneji üetim oanı belilenebili. Bu duum güneş gücü uydulaı veya jeotemal güç sisteminin büyük bi giişinde indigenebili. Fansa, İsviçe ve İsveç gibi ülkele nüklee güç sistemlei yadımı ile toplam elektik üetiminin % 30-40'ını üetile. Nüklee eneji üetiminde atan talebi kaşılamak için, çok sayıda büyük hacimli hafif su eaktölei (LWR) inşa edilmektedi. Bu eaktöle yıl ömülü olaak çalıştıılan % 2-% 4 oanında zenginleştiilmiş bol miktada nüklee yakıt geektii. Bu tip bi eneji statejisi nüklee fisil yakıtın hazılanmasında çok ciddi tıkanmayla kaşı kaşıya kalacaktı. Şimdi ana LWR fisil yakıtı ( 235 U), tabii Uanyumdan elde edilmektedi. Bilindiği gibi tabii Uanyum % 0.7 oanında 235 U içei. Fisyon edilebilen tabi kaynaklaın %99 u eneji üetiminde kullanılamamaktadı. Bu fisyon edilebilen yakıtdan bi mikta dönüşüm yolu ile Plutonyum üetilse de bu oan civaındadı. Hızlı Üetken (fast beede) veya temal üetken eaktölein geliştiilmesi ile tabii Toyum kaynaklaı fisil yakıt 235 U e dönüştüülebilmektedi. Ancak bu dönüşüm çok zaman almaktadı. Hızlı üetken eaktölede bu süe çok sayıdaki LWR'lee yakıt temin edemeyecekti. Ayıca yeni kuulacak olan hızlı üetkenlede yakıt talebinde bulunacaktı. Yalnız fissil olmayan (dış) nöton kaynaklaı, iyi kuulmuş edilen LWR eaktöle teknolojisi esas alınaak nüklee enejinin üetiminin devam etmesi için ihtiyaç duyulan nüklee yakıt miktalaını sağlamaktı. Fisil yakıt üeticileinde mevcut olan, iki temel nöton zenginleştiilme işlemi aşağıdaki gibi olabili, 1) Füzyon üeticile, (D,T) veya (D,D) füzyon eaksiyonlaından esas alınmıştı. 2) Elekto-nüklee üeticile, yüksek enejili potonlaı 1 GeV civaında bombadıman edilmesi altında ağı çekideklein maden filizleini ayımada esas alınmıştı. Füzyon-fisyon hibid sistemi tamamlanan özelliklee sahip füzyon ve fisyon posesleinin bi kombinasyonudu. Bu kombinasyonda füzyon plazmasının çevesi üetken yakıtladan ( 238 U veya 232 Th) oluşan bi blanketle saılmakta ve eaksiyondan çıkan füzyon nötonlaı bu blankette yakalanmaktadı. Yakalanan nötonla bu yakıtlaı fisil yakıt olan 239 Pu 'a veya 233 U e dönüştümektedi.

30 15 Özellikle yüksek enejili D,T (14,1 MeV) nötonlaı fetil yakıtlaa fisyon yaptıabilmektedi. Bazı fisil yakıtla eaktöde yansa bile önemli bi miktaı özel tekniklele LWR lede kullanılmak üzee çıkaılabilmektedi. Çalışmala bi füzyon üeticisinin biim eneji başına hızlı üetken eaktöleden 30 kat daha fazla fisil yakıt üetebileceğini göstemişti. Aşağıda hibid eaktödeki füzyon enejisi 27 MeV, hızlı üetken eaktöündeki fisyon enejisi 200 MeV olmak üzee hesaplama gösteilmişti. BR E BR E 1 1 HR FB = = (2.3) değei elde edili. Hibid eaktöün başka bi avantajı yüksek bi veimle aktinitlele yakılmasıdı. Aktinitle (adyoaktif atık malzeme) LWR'lede önemli miktada atık malzeme olaak çıkmaktadı. Yüksek enejili füzyon nötonlaı bu aktinitlei yakılabili veya yüksek kalitede fisil yakıta dönüştüebili. Hızlı eaktö için başlangıçta plütonyum malzemesine ihtiyaç vadı. Halbuki hibid eaktöü tabii veya hacanmış Uanyum ve Toyum kullanılabilmektedi. Bi hibid eaktöün diğe avantajı LWR'de hacanan yakıtı gençleştii ve yakıt çevim posedüüne geçişe müsaade ede. LWR'nin hacanan yakıtı, füzyon nötonlaının ışınımı altında 238 U 'de hızlı fisyon poseslei boyunca bi hibid blanketinde de eneji üetmeye devam ede. Aynı zamanda plütonyum izotoplaının yapılması da devam ede. Böylece belili bi ışınım peiyodundan sona, bu hacanan yakıtın fissil gelişimi, LWR için taze bi yakıt olacak şekilde seviyesinde zenginleştiili. Malzeme tahip oluncaya kada bu çevimle teka edilebili Füzyon-Fisyon Hibid Reaktö Çalışmalaının Ana Hatlaı Füzyon ve fisyon eaktö özellikleini bünyesinde bileştien eaktöle hibid eaktöle olaak isimlendiili. Füzyon eaktölei yüksek eneji nötonlaının yüksek

31 16 bi miktaını üetebilmektedi. Füzyon plazması bi fetil blanket taafından çevelenise yüksek enejili füzyon nötonlaı (n,2n) veya (n,3n) eaksiyonlaı ile fetil malzemelede hızlı fisyonlaa sebep olmaktadı. Bu duum füzyonda, bi veya iki nöton ilavesi ile üetilebilmektedi. Hızlı üeticile nüklee enejinin bi biiminde tipik olaak kat fazla fisil yakıtı üetebili. Hibid eaktöle hızlı fisyon blanket ve füzyon eaktöünden meydana gelmektedi. Hızlı fisyon blanketinde (D,T) füzyon kaynağının etafı, 238 U veya 232 Th gibi fetil malzeme blanketi ile çevelenmişti. Füzyon nötonlaı fetil malzemede önemli hızlı fisyonlaı meydana getii. Böylece füzyon enejisi kuvvetlendiileek ayalanı ve füzyon nötonlaı çoğaltılabili. Yaklaşık olaak nötonlaın he bii füzyon nöton kaynağı için lityumdan tityum üetilmesi geekmektedi ve geide kalan fisil yakıtı üeti. Füzyon kaynağından çıkan patikülle ilk cidaa (fist şall) çapaak duduulmaktadı. Nötonla ise ilk cidaı geçeek fetil malzeme ile eaksiyona gieek hem yakıt hem de temal eneji üetimi yapmaktadı. Fisyon sonası otama çıkan nötonla ise bi sonaki katman olan Lityum bölgesine gieek tityum elde edilmesini sağlamaktadı. Buada fetil malzeme yeine nöton çoğaltıcı ve tityum üetici blanket (beilyum, kuşun, lityum v.b.)konmuştu. Lityum blanketi yeine de 233 U üetmek üzee sıvı fetil malzeme (genellikle Toyum) yeleştiilmişti. Nöton çoğaltıcısı Beilyum, nötonlaın sayısını atıı ve enejileini modee ede. 232 Th için eşik enejisi seviyesine düşeek fetil bölgesine gien nötonla yakalanaak 233 U üetile. Yaı Ömü 27 gün olan 233 Pa yakıt blanketinden çıkaılmadan önce 233 U fisil yakıtına önemli oanda dönüşmüş olu. Diğe yandan, temal nötonla çoğunlukla 6 Li ile eaksiyona gimektedi. Bu yolla Lityumdan füzyon için Tityum üetilmektedi. Toyumdan nöton absobsiyonu yolu ile üetilen 233 U fisil yakıtının, eaktöden çıkaılaak fisyon eaktöleinde yakıt olaak kullanılması azu edilmektedi. 233 U temal nötonlala kolayca eaksiyona gidiği için henüz eaktöden çıkaılmadan yanma ihtimali bu şekilde azaltılaak maksimum fisil yakıt üetimi ve minimuma indiilmiş fisyon sağlanmış olmaktadı. Diğe yandan bu blanketlede fisyon güç yoğunluklaı yüksek olmasına ağmen kitik altı çalışabilmesi emniyet açısından çok önemlidi. İşletme peiyodu boyunca blanket

32 17 enejisindeki atış fissil yakıt üetiminin kaalı olmasını sağlayacaktı. Tesis dengesi için tübin ve diğe elemanla, hibid blanketten çıkacak olan yüksek enejili nötonla dikkate alınaak blanket ömü sonuna kada dayanabilecek şekilde dizayn edilmelidi Nüklee Eneji Hammaddelei Uanyum-Toyum Uanyum Uanyum hiçbi zaman doğada sebest olaak bulunmaz.çeşitli elementlele bileşeek Uanyum minealleini meydana getii. Yekabuğunda yüzlece Uanyum mineali vadı;ancak bunlaın büyük çoğunluğu ekonomik boyutta Uanyum içemezle. Ekonomik yatak oluştuanla, autunite, pitchblende (uaninite) coffinite ve tobenite di. Uanyum cevhei doğada bulunuş şeklinden nüklee eaktöde kullanılacak yakıt haline getiilinceye kada biçok eveden geçe. Bunla: 1) Cevhe Aama 2) Cevhe Yatağının İşletilmesi, Cevhe Çıkama 3) Saı Pasta Üetimi 4) Saı Pasta Aıtma (ADU yapımı) 5) Kalsinasyon ve UO 2 ye indigeme 6) UO 2 nin UF 4 e Dönüştüülmesi 7) UF 4 den UF 6 Yapımı Uanyum uluslaaası piyasalada nüklee eneji hammaddesi olaak, saı pasta halinde işlem göü. Üün standadı olaak saı pastanın en az %60U içemesi istenmekte ve aıtılmış bi Uanyum bileşiğinde (UO 2, UF 6 gibi) diğe elementlein toplamının 1g Uanyum için 300ppm den fazla olmaması geekmektedi.

33 Tükiye de Uanyum ezevi Tükiye de bugüne kada bulunmuş Uanyum yataklaının büyük bi çoğunluğu sedimante tip yatakladı. Bu guba, Köpübaşı, Fakılı ve Sogun Uanyum yataklaı gimektedi. Sadece Demitepe yatağı dama tipi Uanyum yataklaı gubuna gimektedi. Tükiye de aamala sonucunda 9 129Ton Uanyum bulunmuştu. Bulunan Uanyum yataklaının tenö ve ezevlei aşağıda veilmişti. Köpübaşı: % U 3 O 8 otalama tenölü,1351 Tonu Kasa tipi, 1201 Tonu Taşhaman tipi, 300 Tonu Ecinlitaş tipi olmak üzee toplam Ton göünü ezevi vadı. Cevhe, Neojen yaşlı sedimanla içindedi. Fakılı: %0.05 U 3 O 8 otalama tenölü, 490 Ton göünü ezevi vadı. Cevhe, Neojen yaşlı sedimanladadı. Küçükçavda: %0.04 U 3 O 8 otalama tenölü, 208 Ton göünü ezevi vadı. Cevhe, Neojen yaşlı sedimanladadı. Sogun: %0.1 U 3 O 8 otalama tenölü, Ton göünü ezevi vadı. Cevhe, Eosen yaşlı sedimanladadı. Demitepe: %0.08 U 3 O 8 otalama tenölü, 1729 Ton göünü ezevi vadı. Cevhe, Paleozoyik yaşlı şistledeki fay zonlaındadı. Yukaıda adı geçen sahalaın: -Otalama tenö ve ezevlei, aanıp bulunduklaı yıllada dünyaca kabul edilen ekonomik sınılada olmasına ağmen, bugün için bu sınılaın (min.2000 ppm) oldukça altında kalmalaı, -Rezevlein oldukça küçük miktalada olması nedeniyle, geekli olan küçük kapasiteli tesislein ekonomik olaak çalıştıılmasının güçlüğü, -Dünya Uanyum fiyatlaının, özellikle son yılladaki düşüklüğü ve bu düşüşün devam etmesi (17-20$/Kg U), gibi nedenlele ekonomik olaak değelendiilmeleinin mümkün olmadığı tespit edilmişti. Söz konusu jeolojik anomalilein Uanyum yatağı olaak

34 19 işletilebilmesi için, ezevin kısıtlılığını dikkate almaksızın, Uanyum fiyatlaının minimum 130$/KgU a ulaşması geekmektedi 2.2.Tükiye nin Uanyum ve Toyum ezev haitası 21. Yüzyılda Dünya eneji tüketiminin gideek atması ile mevcut eneji kaynaklaı azalmakta ve işletilmekte olan mevcut eaktöle büyük miktada adyoaktif atık oluştumaktadıla. Bu poblemle ile kaşı kaşıya gelen Dünya ülkelei eneji üetimi ve atıklaın otadan kaldıılması için büyük bi çaba içeisindedile. Mevcut nüklee eneji üetimi daha ziyade hafif su eaktölei teknolojisine dayanmaktadı. Mevcut eaktöle uanyum yakıtının ancak %1 kadaını değelendiip %99 kadaını kullanılmayan yüksek deecede adyoaktif atık olaak geide bıakıla. Hafif su eaktö teknolojisinin yaygın oluşu ve nüklee enejinin dünya eneji üetiminde gideek atması; nüklee yakıt üetimi için başka kaynaklaın aanmasını zounlu hale getimektedi[1].

35 20 Uanyum Yakıtlı Hafif Su Reaktöü Yakıt : Uanyum yakıt çubuklaı Gigawat çıktı başına yakıt gidisi : 250 ton ham uanyum 1 GW eaktö için yıllık yakıt maliyeti : milyon $ Soğutucu : Su Saflık potansiyeli: Ota Düşük yoğunluklu nüfus yoğunluğu ile çevelenmiş m 2 [2]

36 21 3.BÖLÜM TESİR KESİTİ Eneji yükselteci sistemi yüksek enejili poton demeti altında çalıştığı için hedef çekideğin nükleonik kaekteistikleinin eksta çalışmalaını geektimektedi, özellikle de atık üün çekidek veimlei önemlidi. Hedef mateyalden çıkan nötonlaın eneji spektumu, nöton üünü ve poton ile bombadıman edildiği zaman hedef içinde depo edilen eneji gibi detaylı bilgilee eneji yükselteci sisteminde geek duyulmaktadı. Spallasyon sonası oluşan atık çekidek hedef içeisinde hızlandııcı penceesine ve yapısal mateyallede adyasyon zaaına, aşınmaya ve çüümeye katkıda bulunmaktadı. Bu yüzden Hızlandııcı kaynaklı eneji yükselteci sistem tasaımı spallasyon hedef içinde atıklaın üetim tesi kesitleinin net bi şekilde bilinmesini geektii. Tesi kesiti (σ) kavamı, gelen şuadaki azalmayı hesaplamak gayesiyle takdim edilmişti. A yüzeyine ve dt kalınlığına sahip ince bi mateyal üzeine І şiddetiyle gelmekte olan bi paçacıkla şuası düşünelim. Bi paçacık ince levhadan geçeken şayet bi çekideğe çok yaklaşmışsa bu çekidek taafından bu paçacığın bi mikta yutulma (soğuulma) veya saçılma şansı vadı. Faz edelim ki, σ bi atomu kuşatan etkin alandı; öyle ki şayet gelen paçacık bu alana düşese bi nüklee eaksiyon meydana gelecekti. Diyelim ki, levhanın biim hacmi başına n tane hedef çekideği olsun. Gene faz edelim ki, levha o kada ince olsun ki hiçbi çekidek diğe bi çekidek üzeine binmesin ve böylece he biinin gelen paçacıklala nüklee eaksiyona aynı ölçüde sebep olmalaı mümkün olsun [3]. Bu kabullenişleden sona ndt = biim yüzey başına düşen çekidek sayısı Andt = A alanındaki toplam çekidek sayısı

37 22 olacaktı. He bi çekidek σ etkin alanıyla iştiak ettiğinden, bi nüklee eaksiyon için mümkün olan toplam hassas veya etkin alan Anσdt =toplam etkin alan olacaktı. Etkin alan kesi (f) ise f=toplam etki alan/toplam yüzey alan=σandt/a=nσdt ifadesiyle veili. Bu etkin alan kesi, şuanın ince levhadan geçeken І şiddetinde meydana gelen değişiklik kesini temsil ede. Böylece şiddetteki dі değişimi dі=-fі ile veili. İhtimaliyetten bahsettiğimize göe f nin ve σ nın atomun geometik büyüklüğüyle pek ilgisi yoktu. Geçekten de σ, bi nüklee eaksiyonun meydana gelme ihtimaliyetiyle oantılıdı. Bağlantıla bileştiilise -dі/і = nσdt elde edili. Buadaki negatif işaet t kalınlığı attıkça І şiddetinin azalacağı anlamına geli. t=0 anında І=Іo olduğunu kabul edeek yukaıdaki bağıntının integali alınısa І=І 0 e -nσt elde edili. Şuadaki N paçacık sayısı şuanın şiddetiyle oantılı olduğundan bağıntı paçacık sayısı cinsinden N=N o e -nσt olaak yazılabili. Buada No ince levhaya gelen paçacıklaın sayısı ve N de levhanın t kalınlığını geçen paçacıklaın sayısıdı. Tesi kesiti genellikle σ ile gösteili. Tesi kesitinin biimi ban dı ve b ile gösteili.

38 23 1b = cm 2 olup daha küçük biimi miliban dı Difeansiyel Tesi Kesiti 1mb = 10-3 b Gelen paçacıkla hedef çekidekleiyle etkileştikleinde, he zaman sadece bi tü nüklee eaksiyon medyana getimelei geekmez. Şayet biden fazla tüde eaksiyon meydana gelmişse he bi tü için tesi kesiti genellikle faklı olacaktı. Bu özel tesi kesitleine kısmi-tesi kesitlei deni ve toplam tesi-kesiti bunlaın toplamına eşit olacaktı. Nüklee eaksiyon veya saçılma meydana geldikten sona dışaı göndeilen paçacıkla çoğu kez anizotopik dağılım gösteile ve aynı zamanda faklı açılada faklı enejilee sahip olula. Geliş istikametiyle θ açısı yapaak saniyede dω katı açısı içinde giden paçacıklaın sayısının bilinmesi önemlidi. Bunun hesabının yapılması için, açıya bağımlı başka bi tesi-kesiti adı veili ve biim katı açı başına düşen tesikesiti olaak taif edili. Bunu (θ,φ) ile gösteeceğiz: dσ σ ( θ, φ ) = d Ω (tesi-kesiti/steadyan) (3.1) Böylece toplam tesi-kesiti olacaktı. dω katı açısının değei ( mesafe ) dσ σt = d Ω (3.2) dω Ω ( dθ)( sinθdφ) alan da dω= = = = sinθdθdφ (3.3) ifadesiyle veili. Toplam katı açı 2ππ (3.4) Ω= dω= sinθ dθdφ = 4π Ω 0 0 olup katı açı kesi ise dω A 1 A = = Ω 4π 4π 2 2 (3.5)

39 24 di. σ T, toplam tesi kesiti iki bağıntı bileştiileek bulunabili. dσ σ T = dω= dω dσ sinθdθdφ dω (3.6) Şayet difeansiyel tesi kesiti φ den bağımsız ise tesi kesiti (φ üzeinden integal alındıktan sona) dσ σ T = 2π sinθdθ (3.7) dω olacaktı. Buada dσ/dω=σ(θ) difeansiyel-tesi-kesitidi. Difeansiyel-tesi-kesiti ölçümünün faydası, sadece enejiye bağımlı olmayıp, aynı zamanda tesi kesitinin yöne bağımlılığının nüklee eaksiyonun cinsine göe olduğu geçeğinin bulunmasında da vadı. Bi nüklee kuvvet tipi kabulleneek, faklı nüklee eaksiyonlaın açısal dağılımını ifade etmek mümkündü. Teoiyle deney aasındaki uygunluk, fazedilen nüklee kuvvet şeklinin doğuluk deecesini veecekti.

40 25 4.BÖLÜM HIZLANDIRICI SÜRÜMLÜ SİSTEMLER VE OLUŞAN REAKSİYONLAR Hızlandııcıdan gelen bi paçacık demeti (çoğu tasaımlada poton) ağı elementlein kalın bi hedefine çaptığı zaman hedef içinde atomik çekideğin spallasyonu ile çok miktada nötonla ve yüklü paçacıkla elde edili. Hızlandııcı Süümlü Sistemle (Acceleato Diven System-ADS ) hem yüksek seviyeli atık yakabilen hem de uanyum dışındaki yakıt çevimleinin (toyum yakıt çevimi, kaışık oksit yakıt çevimi) esnek olaak kullanılabileceği bi tasaım olaak kaşımıza çıkmaktadı. ADS'de hedef malzeme üzeine yönlendiilen potonla ile kaynak nötonla üetili. Hedef malzeme katı ya da sıvı fazdaki ağı metalden yapılmıştı. Nüklee eaksiyon sonucunda he bi poton için hedefte onlaca nöton üetili. Üetilen nötonla, kitik-altı koa göndeileek diğe nüklee eaksiyonlaın başlamasını sağla (Şekil 4.1). Kitik-altı ko temal ya da hızlı nöton spektumunda çalışabilecek şekilde tasaımlanmıştı. [4][5][6] Şekil Spallasyon (doğuma) posesi ve nöton üetimi

41 26 Hızlandııcı süümlü sistem veya Eneji Yükselteci (Enegy Amplifie-EA) konvansiyonel nüklee eaktöledeki olası kitiklik kazası ( k eff >1) iskinin gideileceği ( k eff =0,96-0,98 Aalığında), pasif güvenliğe sahip bi kitikaltı eaktö sistemiyle, yüksek poton akımlı (>10mA) ve enejili (1-1,5 GeV) bi hızlandııcı kompleksinin bilikte çalıştıılmasının planlandığı yeni nesil eaktöledi. Bu eaktölede amaç, yüksek temodinamik veimle (%40-44) toyum yakıttan eneji üetmek ve mevcut adyoaktif atıklaı kısa ömülü adyonüklidlee dönüştüeek yakmak veya yok etmekti. Kitikaltı bi eaktöden ( k eff =0,98), 1500 MW güç (temodinamik veim ADS için[7][8] (~%42) üetimi için düşünülen hızlandııcının poton demet akımı, I p =12,5 ma ve enejisi E p =1,0 GeV di. Özellikle hızlandıılan akım k çoğaltma katsayısında işlemesi için daha fazla kazanç sağlamalı. Eneji kazancı G aşağıdaki gibi ifade edili. G 0 = ; G 2,5 (4.1) 1 - k G 0 Eğe k=0,95 ile ful güce ulaşmak istenise buna denk gelen kazanç G=50 di. Buada G 0 kazanç oantı sabitidi ve iyi tasaımlanmış bi eneji yükselteci için 2,4-2,5 di. k; kitik altı etkin değe. Eneji yükseltecinin genel tasaımı Şekil 4.2. de göüldüğü gibidi. Bu deece yüksek akıma ve enejiye sahip olan poton demeti ile kuşun veya kuşunbizmut hedef elementin üzeine uygun bi konfigüasyonda bombadımanı sonucu meydana gelen spallasyon (doğuma) eaksiyonlaıyla he poton başına nötonun üetimi geçekleştiilmektedi. Dolayısıyla ADS/EA sistemleiyle yüksek nöton akılaına ( n cm 2 s 1 ) ulaşılabilmektedi. Elde edilen yüksek nöton akısı, dünyada 238 U dan 4 kat daha fazla olan 232 Th un hiçbi izotop zenginleştimesi yapılmaksızın yakıt olaak kullanılmasına imkân vemektedi. ADS/EA sistemi, poton demet akımı kesildiğinde, nüklee kaskad eaksiyonlala üetilen ısının isksiz olaak çekilebildiği pasif bi sistemdi. ADS üç ana kısımdan oluşmaktadı: Hızlandııcı, hedef ve ısının oluşup tansfe edildiği bölüm. Eneji yükselteci sistemi yüksek enejili