NÜKLEER FİSYON Doç. Dr. Turan OLĞAR

Benzer belgeler
NÜKLEER FİSYON Doç. Dr. Turan OLĞAR

FİZ314 Fizikte Güncel Konular

FİSYON. Ağır çekirdekler nötronla bombardıman edildiklerinde bölünürler.

Fisyon,Füzyon, Nükleer Güç Santralleri ve Radyasyon. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ A.Ü. Nükleer Bilimler Enstitüsü

Nükleer silahlarının reçetesi >100 yıl önceden biliniyor:

Radyoaktif elementin tek başına bulunması, bileşik içinde bulunması, katı, sıvı, gaz, iyon halinde bulunması radyoaktif özelliğini etkilemez.

KİM-117 TEMEL KİMYA Prof. Dr. Zeliha HAYVALI Ankara Üniversitesi Kimya Bölümü

Nükleer Reaktör Tipleri

Nötronlar kinetik enerjilerine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar

NÜKLEER REAKSİYONLAR II

ENERJİ DEPOLAMA YÖNTEMLERİ BEYZA BAYRAKÇI ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI TEKNOLOJİSİ

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Temel kavramlar Atomsal yapı

GENEL BAKIŞ. Petrol ve Doğal Gaz Üretimi 2004 Senaryosu. Fosil Yakıt Rezervleri: Ekonomik olarak Kullanılabilir Kaynaklar Bilinen Tüm Kaynaklar

ESM 309-Nükleer Mühendislik

Burada Q=200 MeV kadar bir enerjidir. (1 MeV=1.6x10-13 Joule)

1. Hafta. İzotop : Proton sayısı aynı nötron sayısı farklı olan çekirdeklere izotop denir. ÖRNEK = oksijenin izotoplarıdır.

Nükleer Enerji Üretim Teknolojilerinin Dünyadaki Gelecegi vetürkiye. Mehmet Tombakoglu Ph.D Nükleer Mühendislik Hacettepe Üniversitesi

MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ ATOM

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders 3

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü

ESM 309-Nükleer Mühendislik

Hayat Kurtaran Radyasyon

ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİNDE KULLANILAN KAYNAKLAR

Element atomlarının atom ve kütle numaraları element sembolleri üzerinde gösterilebilir. Element atom numarası sembolün sol alt köşesine yazılır.

3- KİMYASAL ELEMENTLER VE FONKSİYONLARI

İÇERİK. Amaç Yanma Dizel motorlardan kaynaklanan emisyonlar Dizel motor kaynaklı emisyonların insan ve çevre sağlığına etkileri Sonuç

Yıldızların: Farklı renkleri vardır. Bu, onların farklı sıcaklıklarda olduklarını gösterir. Daha sıcak yıldızlar, ömürlerini daha hızlı tüketirler.

3.1 ATOM KÜTLELERİ MOL VE MOLEKÜL KAVRAMLARI Mol Hesapları SORULAR

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü

2.3 Asimptotik Devler Kolu

ATOMUN YAPISI ATOMUN ÖZELLİKLERİ

Nükleer Reaktörler. Özgür AYTAN

1. Ünite 1 ve 2. Konular Fizik Biliminin Önemi - Fiziğin Uygulama Alanları

FİZ 908 Nükleer Enerji ve Politikaları Ders Notları

Bölüm 6 TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI

MADDENİN SINIFLANDIRILMASI

Nükleer Enerji Santrali Nedir? Yararları ve Zararları

10. Sınıf Kimya Konuları KİMYANIN TEMEL KANUNLARI VE TEPKİME TÜRLERİ Kimyanın Temel Kanunları Kütlenin korunumu, sabit oranlar ve katlı oranlar

GAZLAR GAZ KARIŞIMLARI

CANLILARIN KİMYASAL İÇERİĞİ

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

İKİ YADA DAHA FAZLA MADDENİN ÖZELLİKLERİNİ KAYBETMEDEN ÇEŞİTLİ ORANLARDA KARIŞMASI İLE OLUŞAN TOPLULUĞA KARIŞIM DENİR KARIŞIMLAR İKİ SINIFTA

İKİ YADA DAHA FAZLA MADDENİN ÖZELLİKLERİNİ KAYBETMEDEN ÇEŞİTLİ ORANLARDA KARIŞMASI İLE OLUŞAN TOPLULUĞA KARIŞIM DENİR KARIŞIMLAR İKİ SINIFTA İNCELENİR

BİYOLOJİK MOLEKÜLLERDEKİ

Doz Birimleri. SI birim sisteminde doz birimi Gray dir.

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Büyük Patlama ve Evrenin Oluşumu. Test 1 in Çözümleri

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

ATOM BİLGİSİ I ÖRNEK 1

TAEK Proton Hızlandırıcı Tesisi (PHT) (E<30 MeV için) SAĞLIK, MÜHENDİSLİK VE NÜKLEER UYGULAMALARI

NÜKLEER YAKIT ÜRETİMİ VE NÜKLEER ATIK DÖNÜŞÜMÜNDE HIZLANDIRICI KAYNAKLI SİSTEMLE FÜZYON-FİSYON (HİBRİD) SİSTEMLERİN KARŞILAŞTIRILMASI

Sıcaklık (Temperature):

RADYOAKTİFLİK. Bu çalışmalar sonucunda radyoaktif olarak adlandırılan atomların yüksek enerjili tanecikler ve ışınlar yaydıkları belirlenmiştir.

4. Ünite 2. Konu Enerji Kaynakları. A nın Yanıtları

MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ

NORMAL ÖĞRETİM DERS PROGRAMI

Gelin bugün bu yazıda ilkokul sıralarından beri bize öğretilen bilgilerden yeni bir şey keşfedelim, ya da ne demek istediğini daha iyi anlayalım.

tmmob makina mühendisleri odası uygulamalı eğitim merkezi Buhar Kazanı Verim Hesapları Eğitimi

İçerik. Giriş. Yakıt pili bileşenlerinin üretimi. Yakıt pili modülü tasarımı ve özellikleri. Nerelerde kullanılabilir?

BÖLÜM 1: TEMEL KAVRAMLAR

BÖLÜM 3: (6,67x10 Nm kg )(1,67x10 kg)»10 36 F (9x10 Nm C )(1,6x10 C) NÜKLEONLAR ARASI KUVVET- NÜKLEER KUVVET

MADDE VE ÖZELLİKLERİ. Kimya Konu Tarama Testi-2

Malzeme Bilgisi. Madde ve Özellikleri

Fukushima Nükleer Santral Kazası ve

Nükleer reaktörler. Dr.M.Azmi Aktacir 2018 ŞANLIURFA

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

Kaynak: Forum Media Yayıncılık; İş Sağlığı ve Güvenliği için Eğitim Seti

ATOMUN YAPISI. Özhan ÇALIŞ. Bilgi İletişim ve Teknolojileri

Atomlar ve Moleküller

EDUCATIONAL MATERIALS

TÜPRAŞ HAM PETROL ÜNİTESİNDE ENERJİ ve EKSERJİ ANALİZİ

İstatistiksel Mekanik I

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU

6- RADYASYON KAYNAKLARI VE DOZU

Yrd. Doç. Dr. H. Hasan YOLCU. hasanyolcu.wordpress.com

2.ÜNİTE:ATOM VE PERİYODİK SİSTEM ATOM ALTI TANECİKLER

Bölüm 5 KONTROL HACİMLERİ İÇİN KÜTLE VE ENERJİ ÇÖZÜMLEMESİ

MADDE NEDİR? Çevremize baktığımızda gördüğümüz her şey örneğin, dağlar, denizler, ağaçlar, bitkiler, hayvanlar ve hava birer maddedir.

RADYONÜKLİTLERİN KİMYASI VE ANALİZİ

5) Çözünürlük(Xg/100gsu)

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders 4

NÖTRON RADYASYONU ZIRHLAMA MALZEMESİ OLARAK POLYESTER MATRİSLİ VERMİKÜLİT TAKVİYELİ NUMUNE HAZIRLANMASI VE ZIRHLAMA KABİLİYETİNİN ARAŞTIRILMASI

YOĞUNLUK : minimum kg/m3. ISI İLETKENLİK : 0,028W/Mk SU EMME : % 0,1 SU BUHARI DİFÜZYON DİRENCİ : YANGIN SINIFI : B1 (TS 11989)

E = U + KE + KP = (kj) U = iç enerji, KE = kinetik enerji, KP = potansiyel enerji, m = kütle, V = hız, g = yerçekimi ivmesi, z = yükseklik

Örneğin; İki hidrojen (H) uyla, bir oksijen (O) u birleşerek hidrojen ve oksijenden tamamen farklı olan su (H 2

T. C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ GAZİ EĞİTİM FAKÜLTESİ FİZİK EĞİTİMİ A. B. D. PROJE ÖDEVİ

ÇALIŞMA YAPRAĞI (KONU ANLATIMI)

SU ARITMA TESİSLERİNDE HAVALANDIRMA

RADYASYON DEDEKTÖR ÇEŞİTLERİ

İÇİNDEKİLER 2

Bölüm 7 ENTROPİ. Bölüm 7: Entropi

ATOM NEDİR? -Atom elementin özelliğini taşıyan en küçük parçasına denir. Her canlı-cansız madde atomdan oluşmuştur.

YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI VE DALGA ENERJİSİ. O.Okan YEŞİLYURT Gökhan IŞIK

INSA 283 MALZEME BİLİMİ. Giriş

ESM 309-Nükleer Mühendislik

Japonya daki yeni bir deneme başarılı olduğu takdirde, dünyadaki uzun yarı ömürlü radyoaktif atıkları yoketmek mümkün olabilecektir.

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

Transkript:

Doç. Dr. Turan OLĞAR Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Fizik Mühendisliği Bölümü

Reaktör bileşenleri; Yakıt veya fisyon yapabilen malzeme Nötronları yavaşlatmak için yavaşlatıcı (Hızlı nötron kullanan reaktör kullanılıyorsa yavaşlatıcıya gerek yoktur) Nötron kaçağını azaltmak için koru (yakıt+yavaşlatıcı) saran yansıtıcı Gaz olan radyoaktif fisyon ürünlerinin kaçmasını önleyen bir reaktör kabı Nötron ve gamma ışınlarına karşı zırhlama Isıyı çıkartmak için soğtucu Güç miktarını kontrol etmek için kontrol sistemi Acil önlem sistemleri

Reaktör tipleri; Güç reaktörleri Araştırma reaktörleri Dönüşüm reaktörleri Güç reaktörleri, fisyon ürünlerinin kinetik enerjilerini ısı olarak çıkaran ve bununla suyu kaynatarak buhar üretip bir türbini çalıştıran sistemlerdir.

Reaktör tipleri; Güç reaktörleri Araştırma reaktörleri Dönüşüm reaktörleri Araştırma reaktörleri, çekirdek veya katıhal fiziği alanlarındaki araştırmalar için nötron üretme amacı ile planlanmışlardır. Bu reaktörler genelde düşük güç seviyelerinde 1-10 MW mertebesinde çalıştırılır. Araştırma reaktörlerinde nötron akısı büyüktür (10 13 n/cm 2 /s). Örneğin, bu reaktörlerde kristal yapısı araştırılabilir

Reaktör tipleri; Güç reaktörleri Araştırma reaktörleri Dönüşüm reaktörleri Dönüştürücü reaktörler yavaş nötronlarla fisyon yapamayan maddeleri büyük bir kazançla fisyon yapabilen maddelere dönüştürmek için planlanmışlardır. Dönüşümler arasında bazıları 238 U den 239 Pu a ve 232 Th den 233 U e olan dönüşümlerdir. Her iki durumda bir nötron soğurulur ve iki β parçacığı bozunumu olur.

Reaktör tipleri; Güç reaktörleri Araştırma reaktörleri Dönüşüm reaktörleri U n U Np 238 239 23dak 239 Np 239 2,3gün 239 Pu Th n Th Pa 232 233 22dak 233 Pa 233 27gün 233 U

Reaktör tipleri; Güç reaktörleri Araştırma reaktörleri Dönüşüm reaktörleri 238 U ve 232 Th gibi yavaş nötronlarla fisyon yapabilen maddelere dönüşebilen izotoplara üreyebilen (fertil) malzeme denir. η değeri 2 olan bir reaktör planlanırsa yakıtta bir nötron soğurulmasına karşılık çıkan iki nötrondan biri zincir reaksiyonun devamına diğeri de fertil malzemeye gider. η >2 yapılabilirse harcanandan daha fazla fisyon yapabilen malzeme üretilir ve bu tür reaktörlere üretken reaktör denir

Nötron Enerjisi; Reaktörler yavaş, orta ve hızlı nötronlarla çalıştırılabilir. Hızlı reaktörlerde yavaşlatıcı kullanılmaz. Hızlı nötronlar için tesir kesiti düşük olduğundan aynı gücü sağlamak için hızlı reaktörlerin yalıt gereksinimi, termal reaktörlerinkinin 10-100 katı kadardır. Ayrıca yavaşlatıcı kullanılmadığından hızlı reaktörlerin koru daha az hacim kaplar.

Yakıt Tipi; En çok kullanılan yakıtlar doğal uranyum (0,72 % 235 U), zenginleştirilmiş uranyum (>0,72 % 235 U), 239 Pu ve 233 U dür. 239 Pu ve 233 U dönüştürücü yada üretken reaktörlerde fertil malzemeden kimyasal yolla ayrılarak elde edilirler. Reaktörlerde kullanılan zenginleştirilmiş uranyum, küçük kütle farkına duyarlı gazlı difüzyon yöntemi ile elde edilir. Bunun için 235 U ve 238 U arasındaki küçük kütle farkına duyarlı uranyum heksaflorid (UF 6 ) gözenekli yapıdaki engel kullanılır.

Yakıt Tipi; Bir gazın difüzyon sabiti, gazın kütlesinin kare kökü ile ters orantılıdır. Daha hafif olan izotop, termal dengede olan 235 U ve 238 U karışımından hızının büyük olmasından dolayı daha çabuk difüzyona uğrar. Engelden bir geçiş ile elde edilen zenginlik bağıl olarak 0,4% tür. Yani başlangıçta 0,72 % 235 U için, bir geçiş sonucu zenginlik 1,004 x 0,72 olur. Dolayısıyla engel binlerce kez geçilmelidir.

Yavaşlatıcı; İdeal bir yavaşlatıcı 1. Ucuz ve bol olmalıdır 2. Kimyasal olarak kararlı olmalıdır 3. Kütlesi yaklaşık 1 olmalıdır 4. Yoğunluğu büyük bir sıvı veya katı olabilir 5. Nötron yakalama tesir kesiti minimum olmalıdır Grafit şeklindeki karbon 1,2,4 ve 5 kriterlerini sağlar.

Yavaşlatıcı; Normal su 1,2,3,4 kriterlerini sağlar ancak sudaki protonun nötron yakalama tesir kesiti yüksektir. n p d Ağır suyun (D 2 O) nötron yakalama tesir kesiti çok küçüktür, fakat yakalama ile radyoaktif trityum oluşur. Ağır sulu reaktörler, düşük nötron yakalama tesir kesitinden dolayı yakıt olarak doğal uranyum kullanabilir. Fakat hafif su ile çalışan reaktörler, yüksek nötron yakalama tesir kesitinden dolayı zenginleştirilmiş uranyum kullanırlar. Çünkü bu tür reaktörlerde ekstra nötron soğurulması gerçekleşecektir.

Birleştirme; Reaktörler genellikle heterojen ve homojen olarak, sınıflandırılırlar. Heterojen reaktörlerde yakıt ve yavaşlatıcı ayrık, homojen rekatörlerde ise karışık şeklinde bulunur. Heterojen reaktörlerde f termik faydalanma katsayısı ve p rezonans kurtulma olasılığının hesaplanması zordur. Homojen bir reaktör (doğal uranyum grafit karışımı) kritikliğe ulaşmaz ancak heterojen bir reaktör kritikliğe gidebilir.

Soğutucu; Soğutucu, reaktör korunun erimesine fırsat vermeden ısı çıkışını sağlayan başlıca elemenadır. Güç reaktörlerinin tasarımındaki en önemli bileşen soğutucunun ısı transferindeki verimlilik kabiliyetidir. Soğutucu malzemeler ısı sığası yüksek olan, gazlar (hava, CO 2, helyum), su ve diğer sıvılar olabilir. Soğutucu olarak su kullanan reaktörlerde buharın ısı sığası küçük olduğundan, suyun sıvı halde kalmasını sağlamak için su yüksek basınçta tutularak kaynama noktası normal seviyeye göre yükseltilir. Bu tür reaktörlere basınçlı su reaktörleri denir. Kaynama noktasının yüksek oluşu ve normal basınçta sıvı halini koruması nedeniyle (yüksek basınç zorunluluğu yoktur) sıvı sodyum, yakıt yoğunluğu yüksek olan hızlı üretken reaktörlerde soğutucu olarak kullanılır. Çünkü çok küçük hacimde verimli ısı transferi sağlanır.

Soğutucu; Kaynar sulu yada basınçlı-su reaktörlerinde, hem yavaşlatıcı hem de soğutucu olarak normal (hafif) su kullanılır. Normal su kullanan reaktörlerde zenginleştirilmiş uranyum (2-3% 235 U) kullanılır. ABD de genelde normal sulu reaktörler kullanılır. Çünkü zenginleştilmiş uranyum temini burda kolaydır. Kanada da ise ağır su ve doğal uranyum temini daha kolay olduğundan ağır sulu reaktörler kullanılır (Soğutucu olarak ağır yada normal su kullanırlar). Yavaşlatıcı olarak grafit kullanan reaktörler, parçalı yani heterojen olarak tasarımlandıklarından yakıt olarak doğal veya zenginleştirilmiş uranyum kullanabilirler.

Radyoaktif Fisyon Ürünleri Fisyon enerjisinin küçük bir kısmı (10-15%) β ile γ bozunumu ile açığa çıkar. Nötron fazlalığı olan ürünler kararlı bir izobara dönüşene kadar kütle zinciri içinde β bozunumuna uğrarlar. Her zincir kararlılığa yaklaştığında iki durum ortaya çıkar. Bunlar bozunum enerjisinin azalması ve yarı ömrün artmasıdır. Uzun yarı ömürlü ürün atıkları nükleer reaktörlerin atıkları arasında en tehlikeli olanlarıdır. Reaktörlerin çalışmaları süresince yakıt elemanları içinde biriken fisyon ürünleri, nötron yakalama tesit kesitlerinin yüksek oluşundan dolayı fisyonu yavaşlatabilirler. Bazı radyokatif fisyon ürünleri araştırma amaçlı kullanılabilir dolayısıyla bazı izotopların elde edilmesinde ekonomik yol bunların kullanılan yakıttan ayrıştırılmasıdır.

Radyoaktif Fisyon Ürünleri Ürünün toplam β bozunumundan elde edilen enerjisi yaklaşık 19 MeV dir. Fisyon ürünlerinden elde edilen γ-bozunumu enerjisi yaklaşık 7 MeV dir. β bozunumunda enerji elektronla antinötrino arasında paylaşılır. Elektrona verilen ortalama enerji bozunum enerjisinin yaklaşık 0,3-0,4 ü kadardır. Yani 6-8 MeV kadarı ısı olarak çıkar geri kalan anatinötrinolar yakıt elemanından kaçarak ne bozunum ısısına ne de radyasyona katkıda bulunur.

Radyoaktif Fisyon Ürünleri β ve γ bozunumunda açığa çıkan enerji, 1,2 t 1,26t MeV / s 1,2 t 1,40t MeV / s Burada β ve γ sısrasıyla, fisyon başına β ve γ bozunumu olarak depo edilen güçleri zamanın fonksiyonu olarak t nin 1-10 6 s değerleri arasında göstermektedir. Bir reaktör çalışırken, fisyon ürünleri sürekli olarak üretilirken diğer yandan diğer ürünler de bozunmaktadır. Reaktör kapatıldığında bozunmakta olan ürünlerin enerjileri, reaktörün ne kadar zaman ve hangi güç seviyesinde çalıştığına bağlıdır. Reaktör 0 ile T zamanı arasında çalıştırılmış olsun.

Radyoaktif Fisyon Ürünleri Reaktör kapatıldıktan t zaman sonra, başlangıçtaki çalışma seviyesindeki watt başına, β ve γ bozunumu olarak çıkan güç 11 0,2 0,2 P t 4,10x10 t t T MeV / s Reaktör kapatılmadan önce 10 3 MW güçte çalışıyorsa, ifade 10 9 ile çarpılmalıdır.

Radyoaktif Fisyon Ürünleri Fisyon ürünleri içerisinde önemli olan izotop 135 Xe dir ve doğrudan 235 U in fisyonundan (%0,2 bollukla) veya 135 I in bozunumu ile (bolluk oranı yaklaşık % 6,4) oluşur. Bozunum zinciri Sb Te I Xe Cs Ba 135 1,7s 135 19s 135 6,6h 135 9,1h 135 3My 135 135 Xe in yavaş nötron yakalama tesir kesiti 2,7x10 6 b dır. Bu tesir kesiti çok büyüktür ve fisyon yapabilecek nötronların sayısının azalmasına sebep olduğundan reaktörün güç seviyesinin sabit tutulabilmesi için, reaktör kontrol sisteminde bir düzeltmeye ihtiyaç vardır. 135 Xe in bu etkisi fisyon ürünü zehirlenmesi olarak adlandırılır.