/. Ulusal Nükleer Yakıt Teknolojisi Sempozyumu, Jil 1007(INARM Utunhııl TR0000037 NÜKLEER YAKIT DEMETLERİNİN TEDARİK, TASARIM VE İMALATINDA KALİTE TEMİN S. AKTÜRK, S. ZARARSIZ, A. ALAT Türkiye Atom Enerjisi Kurumu ANKARA ÖZET Bu çalışmada nükleer yakıt demetlerinin tedarik, tasarım ve imalatında kalitenin temin edilmesiyle ilgili esasları ortaya koyacak olan bir Güvenlik Rehberinin kapsamı üzerinde durulacaktır. Nükleer güç tesislerinde yakıt topluluğunun tedarik edilmesi, tasarımı, imalatı, denetim testleri, paketleme, taşıma, depolama ve teslim alma sırasındaki muayenesi ile ilgili kalite temin programı için gereken şartların ve önerilerin ortaya konulduğu bu tebliğde, ayrıca genel hatlarıyla tipik bir yakıt demeti tasarımında gözönüne alınması gereken hususlarla, imalat kontrollerinde özel önem gösterilmesi gereken hususlar üzerinde durulmakta, yakıt imalatı ve kalitenin sağlanmasında uygulanan bazı prosesler anlatılmaktadır. Bir yakıt demetinin tanımlanması sisteminde bulunması gerekenler verilmektedir. ABSTRACT In this study, the scope of a Safety Guide which specified certain principles related with quality assurance in the procurement, design and manufacture of nuclear fuel assemblies is discussed. Requirements and recommendations for quality assurance programmes that are relevant with the procurement, design, manufacture, inspection, testing, packaging, shipping, storage and receiving inspection of fuel assemblies in nuclear power plants are provided in this paper. In addition items that require particular consideration in a typical fuel assembly manufacture and some processes which have been adopted in fuel manufacturing and quality verification are explained in a general context. Items in an identification system of a fuel assembly are given. 333
GİRİŞ Nükleer güç tesislerinin sorumluluğunu taşıyan organizasyon, aynı zamanda tesisle ilgili kapsamlı kalite temin programının hazırlanması ve uygulanmasından da sorumludur. Bu organizasyon; kontratlarda öngörülen yükümlülükler ve resmi sorumluluklar çerçevesinde nükleer yakıtın tasarımı, tedarik edilmesi ve imalatı gibi konularda, kapsamlı programın bir kısmı veya tümünün hazırlanmasını ve uygulanmasını diğer organizasyonlara verebilir. Nükleer güç tesislerinin yakıtıyla ilgili hazırlanacak olan kalite temin programı kapsamında; yakıt demetinin tedarik edilmesi, tasarımı, imalatı, denetimi ve testleri, paketleme, taşıma, depolama ve teslim alma sırasındaki muayenesi faaliyetleriyle ilgili esaslar yer alır. YAKIT DEMETİ TEDARİK KONTROLÜ Tasarımlanacak, imal edilecek ve kabul edilecek yakıt demeti ile ilgiii esaslar ve talimatlar hazırlanmış olmalı ve tedarik dokümanlarında bulunmalı veya refere edilmelidir. Kalite Temin Şartlan Tedarik dokümanı, nükleer yakıt demetlerinin tasarımcı ve imalatçısının ilgili kod ve bunun güvenlik rehberinin öngördüğü şartlan sağlayan kalite ternin programına sahip olmasını şart koşmalıdır. Tasarımcı ve imalatçı, faaliyetlerine başlamadan önce programlan gözden geçirmeli ve onaylamalı, bunlar sorumlu organizasyon tarafından kabul edilmelidir. Teknik Şartlar Tedarik dokümanları, sağlanacak olan parçalar ve hizmetlerle ilgili teknik özellikleri de kapsamalıdır. Tedarik dokümanlarında güvenlikle ilgili kodlar, standartlar, veri listeleri, çizimler, yöntemler ve talimatların bulunmalı veya refere edilmelidir. Ayrıca tedarik dokümanları, tanımlama, imalat, kabul deneyleri, arşiv numuneleri, muhafaza etme, taşıma ve depolama için herhangi özel bir talimat veya şart mevcutsa bunları da belirlemelidir. Tesis ve Dokümanlara Giriş Hakian Tedarik dokümanları ülke uygulamalarına uygun ve tutarlı olarak, satın alıcının belirlediği veya yetkili kıldığı kişiler tarafından yapılan teftiş şartlan dahil tedarikçinin tesislerine ve kayıtlarına girebilme şartlarını ve kayıtlarını alıkoyma şartlarım kapsar. Malzeme ve Hizmetlerin Kabulü Tedarik dokümanları, malzeme ve hizmetlerin kabulü için şartlan ve metodlan belirlemelidir. Uyumsuz olanlar gözden geçirilmeli; imalatçı tarafından kabul edilebilir olarak değerlendirilenler satın alıcının onayı için rapor edilmelidir. 334
Son kabul; tasarım doğrulama sonuçlarına, imalatçının tesislerinde yapılan muayene ve teftiş sonuçlarına, tedarik dokümanlarında belirtilen kayıtların tekrar gözden geçirilmesine bağlı olmalıdır. Kalite Teinin Kayıtları Tedarik dokümanı, hazırlanacak olan kalite temin kayıtlarını tanımlamalı ve muayene, doğrulama ve muhafaza edilmesi için kime gönderileceğini belirlemelidir. Tedarik dokümanı, ayrıca tasarımcı ve imalatçının hangi dokümanı ne kadar süreyle muhafaza etmesiı gerektiğini, hangisinin yakıt gönderilirken gönderilmesi gerektiğini belirlemelidir. YAKIT DEMETİ TASARIM KONTROLÜ Kalite Temin Şartlan Yakıt tasarımı ile ilgili kalite temin programında, yakıt demeti tasarımının kendine has özellikleri gözönünde bulundurulmalıdır, örneğin; (1) Yakıt demeti tasannu ile kor tasannu arasındaki ilişkiler karmaşıklığı (2) Yakıt performansı üzerine bazı özel yakıt tasarımlarının ve işletme parametrelerinin etkisinin karmaşıklığı (3) Yakıt tasarımı için standardizasyonun derecesi Yakıt demeti tasarımıyla ilgili esaslar, tasarım ilişkileri ve bunların kontrolü için minimum bir kontrol listesini de içine alan referans kor tasarımı ve yakıt tasanmı veri listesinde verilmelidir. Tasarım Parametreleri Tasarımcıya yakıtla ve ışınlama sonrası deney sonuçlarıyla ilgili işletme deneyimi ve imalat işlemleriyle ilgili bilgi desteği sağlanmalıdır. Ayrıca ilişkilerin ve performansa göre karmaşıklığın bir sonucu olarak, tasanm dökümanlannda genel hatlarıyla aşağıdaki özellikler önemlidir; (1) Yakıt malzemesi Yakıt malzemesinin zenginleştirme, kimyasal kompozisyonu, kirliliği, yapısı (homojenlik, yoğunluk ve mikroyapı), boyutları ve bütünlüğü (2) Zehirler Zehir malzemesinin reaktivite değeri, kimyasal kompozisyonu, kirliliği, homojenliği, yoğunluğu, boyutları ve bütünlüğü 335
(3) Zarflama/kaplama Zarflama veya kaplamanın kimyasal kompozisyonu, kirliliği, korozyona direnci, mekanik özellikleri, boyutları ve bütünlüğü (4) Destek yapı ve ortak maddeler Kimyasal kompozisyonu, kirlilikleri, korozyona direnci, malzemelerin uygunluğu, mekanik özellikleri, titreşimsel davranışı, bütünlüğü, boyutları ve akış özellikleri (5) Yakıt çubuğu/demeti Bütün işletme durumlarında, kaza şartlarında ve tahmin edilen ömrü boyunca yakıt çubuğu/ demetinin davranışı ve bütünlüğü ile ilgili özellikler Tasarım doğrulama Tasarım doğrulama metotları yakıt demetinin belli bir tipiyle ilgili deneyime ve mevcut teknolojiye bağlıdır. (1) Reaktörde kullanılmakta olan bir yakıt demeti tasarımı, yetkilendirilmeden yapılmış tasarım değişikliklerinin olup olmadığıyla ilgili tasarım kontrollerini gerektirir. (2) Reaktörde kullanılmakta olan bir yakıt demeti tasarımı, tasarım ilişki kontrollerine özel önem verilerek tasarımın yeniden gözden geçirilmesini gerektirir. (3)Daha önce kullanılan tasarımda ufak da olsa değişiklikler yapıldığında, yakıt demeti tasarımının yeniden gözden geçirilmesi ve bazı durumlarda, bu değişikliklere göre alternatif hesaplamalar ve/veya akış testlerinin yapılması gerekir. (4) Daha önce kullanılan tasarımda önemli değişiklikler (örneğin, çubuk aralığında, çubuk çapında, yapı malzemesinde yapılan değişiklikler gibi) yapıldığında yakıt demeti tasarımının yeniden gözden geçirilmesine iiave olarak genellikle yakıt demetlerinin orijinaline ait modelin veya ön bir demetin vasıf testinin yapılması gerekir. Tasarım İlişki Kontrolü Tasarım ilişkilerinin bu konudaki yönetmeliklere göre dikkatle kontrolü gerekir. Bu kontrollerde yakıt demeti tasarımındaki küçük değişikliklerin bile diğer tasarım alanlarında etkileri olacağı gözönünde bulundurmalıdır. Tasarım ilişki kontrolünün ana hatları aşağıdaki gibi belirlenir. (1) Kor yapı tasarımı (2) Fizik tasarımı ve yakıt idaresi (3) Termodinamik ve akış özellikleri (4) Malzemenin uygunluğu (5) Güvenlik analizi 336
(6) Reaktivite kontrol sistemlerinin tasarımı (7) Kor içi enstrümantasyon tasarımı (8) Yakıt bulundurma ve depolama ekipman ve tesislerinin tasarımı YAKIT DEMETİ İMALAT KONTROLÜ Kalite Teinin Şartları Yakıt imalatçısı için kalite temin programıyla ilgili esaslar bu konudaki yönetmeliklerde bulunmaktadır. İmalat Proseslerinin ve Şartlarının Kontrolü ve Vasıflandırılması Yakıt imalatçısının kalite temin programı, öze! nitelikli personelin ve özel dikkatin gerekli olduğu imalat proseslerinin belirlenmesini ve kontrolünü kapsamalıdır. Özel dikkat gerektiren prosesler, malzeme veya komponentin özelliklerini veya kalite karakteristiklerini etkileyen, son ürün aşamasında kolaylıkla doğrulanamayan özelliklere veya karakteristiklere sahip olan proseslerdir. Karmaşık veya hassas veya kapsamlı donanım, özel ekipman veya özel eğitim gerektiren proseslerde özel dikkate de ihtiyaç duyulur. Yakıt imalatında ve kalite doğrulanmasında uygulanan bu proseslerin bazıları şunlardır: 1. İmalat -Uç tıpa ve yapısal kaynak -Sinterleme ve ısıl işlem -Kaplama veya bağlama -Sterilize etme ve elektro parlatma -Gaz doldurma -Pelet bütünlüğünü koruma -Yakıt çubuğu içine pelet doldurma 2.Kalite doğrulama -Ultrasonik muayene -Girdap akım muayenesi -Penetrasyon muayenesi 337
-Radyografik muayene -Helyum kaçak muayenesi -Yakıt çubuğunun gama veya nötron taraması -Örneklerin uygun bir şekilde tahribatlı muayenesi -Boyut kontrolü için özel metotlar İmalat aşamalarında temiz şartların hazırlanması ve korunması için ve uyumsuz malzemenin girişi ve kullanımının önlenmesi için prosedürler hazırlanmalıdır. İmalat Kontrolü Yakıt demetlerinin tamirini ve yeniden çalışmasını ihtiva eden imalat kontrolü prosedürleri, onaylanmış teknik şartlara göre düzenlenmelidir. Bu kontrol için istatistiksel metodların kullanımı gözönünde bulundurulmalıdır. Genel hatlarıyla kontrollerde aşağıdakilere dikkat edilmelidir: 1) Yakıt işleme kontrolü Yakıt malzemesinin dönüşümünün ve yakıt imalatının zenginleştirme, homojenlik, kimyasal kompozisyon ve kirlilik, fiziksel özellikler ve boyutlar açısından kontrolü. (2) Zehir kontrolü Zehir malzemesinin homojenlik ve safsızlık açısından kontrolü ve çubuk imalatının fiziksel karakteristikleri ve boyutları açısından kontrolü. (3) Yakıt zarfi ve kaplamasının kontrolü Yakıt zarfi ve kaplaması imalatının kimyasal kompozisyon, kirlilik, mekanik ve metalurjik özellikler, bütünlük, boyutlar ve korozyon karakteristikleri açışımdan kontrolü. (4) Destek yapı ve ortak maddelerin kontrolü Bileşenlerin imalatının kimyasal kompozisyon, kirlilik, mekanik ve metalurjik özellikler, bütünlük, boyutlar ve korozyon karakteristikleri açısından kontrolü. (5) Yakıt çubuğu/elemanı imalatının kontrolü Yakıt çubuğu/elemanı imalatının yakıt istifleme karakteristiği, hidrojen içeriği, zenginleştirme, uç kapama kaynak bütünlüğü, iç basıncı, iç gaz analizi ve boyutları açısından kontrolü. (6) Yakıt demetlemesinin kontrolü Yakıtın demetlenmesi esnasında yakıt çubuğunun tanımlanması, konumlandırılması, boyutları, kaynak bütünlüğü, temizliği, yüzey durumu ve uranyumdan kaynaklanan yüzey kirliliği kontrolü. 338 '
Yakıt Demeti Tanımlanması Yakıt demetlerinin ve gerektiği yerlerde yakıt çubuklarının tek olarak tanımlanmasına, yakıt çubuklarının izlenebilirliği, miktarı ve yakıt idaresi amaçları için satın alıcı ve imalatçı arasında karar verilmelidir. Herbir yakıt demetinin imalatı ve yapılışı esnasında bu tanımlama sisteminin uygulanabilmesi için parametreler belirlenmelidir. Bir tanımlama sisteminde; tanımlama sisteminin kapsamı, tanımlama sistemindeki numaraların bileşimi, karakter tarzı, birleştirme metodu, boyut ve yerleştirme şekli ile düzenlemesinin bulunduğu numaralama sistemi ve çizimlerin, imalatçı kayıtlarının, izleme kapasitesinin ve doğrulamanın bulunduğu sorumluluklar tanımlanmış olmalıdır. YAKIT DEMETLERİNİN PAKETLENMESİ, TAŞINMASI VE DEPOLANMASI Paketleme koşullan; yakıt demetlerinin taşınması, muhafaza edilmesi ve depolanması sırasında yeterli korumanın sağlanmasını garanti edecek şekilde düzenlenmelidir. Prosedürler; imalat, demetleme ve taşıma sırasında, yakıt demetlerinin muhafazasında ve depolanmasında yeterli dikkatin gösterileceğini garanti edecek şekilde hazırlanmalıdır. Taşıyıcılar, koruyucu aletler, kaldıraçlar, yönlendiriciler ve ulaştırma araçları gibi alet ve araçlar tasarlanmış kullanım amaçlarına uygun vasıflandırılmalıdır. Prosedürler, tüm operasyonlar sırasında kazayla olabilecek kritik durum olasılığının bertaraf edilmesi için gerekli okn koşullan kapsamalıdır. Paketleme, taşıma, depolama sırasında yakıt demetlerinin kontrolü için metodlar ve şartlar ilgili yönetmeliklerde tanımlanır. YAKIT DEMETLERİNİN GÜÇ SANTRALI SAHASINDA TESLİMALMA MUAYENESİ Yakıt demetlerinin güç santralı sahasında teslim alma muayenesinden sorumlu organizasyon yükümlüdür. Teslim alma muayenesi, yazılı prosedürlere göre yapılmalı ve dökümante edilmelidir. Gönderilen dokümantasyon, eksik olup olmadığı ve uygunluğunun belirlenmesi için tekrar gözden geçirilmeli, taşıma kaplarının ve yakıt demetlerinin tanımlanması doğrulanmahdır. (l)yakıt demetlerinin gönderme kaplarının muayenesinde aşağıdaki hususlar kontrol edilmelidir: 339
-Dış zarar -Güvenlik mühürü -Malzeme veya parçaların gevşekliği -Kap içindeki artık tortular -Şok detektörleri üzerindeki şok göstergesi s* -Suyla teması ^ -Uranyumdan kaynaklanan yüzey kirliliği (2) Yakıt demetlerinin muayenesinde aşağıdaki hususlar kontrol edilmelidir: -Bütünlük -Temizlik -Tüm boyutları içeren boyut düzeltme -Yaylanma, bükülme, ve diğer deformasyonlar TEŞEKKÜR Bu çalışmamızda katkılarından dolayı Metalürji Yük. Müh. Sn. İlksen Hilal Dara' ya teşekkür ederiz. KAYNAKLAR [I] IAEA Safety Guides Safety Series No. 50-SG-QA11 "Quality Assurance in the Procurement, Design and Manufacture of Nuclear Fuel Assemblies", Vienna, 1983. 340