INVESTIGATION OF A (D,T) FUSION DRIVEN BLANKET DESIGNED FOR TRITIUM BREEDING WITH DIFFERENT MATERIALS



Benzer belgeler
HAFİF SU REAKTÖRLERİ İÇİN YAKIT ZENGİLEŞTİRMEK ÜZERE TASARLANAN BİR FÜZYON-FİSYON HİBRİD REAKTÖRÜN NÖTRONİK PERFORMANSI. H. YAPICI ve E.

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

TEKNOLOJİ. TEKNOLOJİ, (2001), Sayı 3-4, UC, UC 2 ve U 2 C 3 YAKITLARININ FÜZYON NÖTRON KAYNAKLI BİR HİBRİD REAKTÖRDE DEĞERLENDİRİLMESİ

Cilt: 10 Sayı: 2 s , 2007 Vol: 10 No: 2 pp , 2007

Bir Hibrit Reaktörde TRISO Kaplamalı Candu Nükleer Yakıt Atıklarının Nötronik Analizi

Adem ACIR Gazi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Makine Eğitimi Teknikokullar, ANKARA ÖZET

DOĞAL Li SOĞUTUCULU-ThSi 2 YAKITLI BİR FÜZYON-FİSYON HİBRİD REAKTÖRÜNDE FARKLI TRİTYUM ÜRETİM MALZEMELERİNİN ETKİNLİĞİNİN İNCELENMESİ

Cilt: 7 Sayı: 2 s , 2004 Vol: 7 No: 2 pp , 2004

UC 2 YAKITLI BİR HİBRİD REAKTÖRÜN FARKLI NÖTRON KÜTÜPHANELERİNE GÖRE NÖTRONİK PERFORMANSLARININ KARŞILAŞTIRLMASI ÖZET

Farklı Uranyum (Uo 2,Uc,U 3 si 2 ) Yakıtları Kullanılarak CANDU Reaktör Performansının Araştırılması

BİR TORYUM FÜZYON-FİSYON REAKTÖRÜNDE NÜKLEER ATIKLARIN FARKLI SOĞUTUCULARLA DEĞERLENDİRİLMESİ ÖZET

YAKITLI TERMAL REAKTÖR ATIKLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ VE FİSSİL YAKIT ÜRETİMİ. Osman İPEK

Prof.Dr. Veysel ÖZCEYHAN

Radyatör Arkalarına Yerleştirilen Yansıtıcı Yüzeylerin Radyatör Etkisi

FİZ314 Fizikte Güncel Konular

Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Isparta.

FİSYON. Ağır çekirdekler nötronla bombardıman edildiklerinde bölünürler.

Kişisel Bilgiler. :

LÜLEBURGAZDAKİ BİNA DIŞ DUVARLARI İÇİN OPTİMUM YALITIM KALINLIĞININ BELİRLENMESİ VE MALİYET ANALİZİ

Sıcaklık (Temperature):

ENERJİ DEPOLAMA YÖNTEMLERİ BEYZA BAYRAKÇI ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI TEKNOLOJİSİ

ELEKTRİK ENERJİSİ TALEP TAHMİNLERİ, PLANLAMASI ve ELEKTRİK SİSTEMİNİN DETAYLI İNCELENMESİ

ÇANAKKALE-ÇAN LİNYİTİNİN KURUMA DAVRANIŞI

1. Giriş 2. Yayınma Mekanizmaları 3. Kararlı Karasız Yayınma 4. Yayınmayı etkileyen faktörler 5. Yarı iletkenlerde yayınma 6. Diğer yayınma yolları

Ders Notları 3 Geçirimlilik Permeabilite

Abs tract: Key Words: Meral ÖZEL Nesrin İLGİN

ANKARA İLİ ELEKTRİK ÜRETİM-TÜKETİM DURUMU

Aralığında (γ,p) Reaksiyon Tesir Kesiti Hesaplamaları

T.C. İNÖNÜ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

CEPHE KAPLAMA MALZEMESİ OLARAK AHŞAPTA ORTAM NEMİNİN ETKİSİ

ESM 309-Nükleer Mühendislik

2. Amaç: Çekme testi yapılarak malzemenin elastiklik modülünün bulunması

6. SINIF FEN BİLİMLERİ DERSİ KURS KAZANIMLARI VE TESTLERİ

A DESIGN FOR APEX FUSION REACTOR MODEL BY USING MONTE CARLO METHOD APEX FÜZYON REAKTÖR MODELİNİN MONTE CARLO YÖNTEMİ KULLANARAK TASARLANMASI

Bölüm 2. Bu slaytlarda anlatılanlar sadece özet olup ayrıntılı bilgiler derste verilecektir.

Bernoulli Denklemi, Basınç ve Hız Yükleri Borularda Piezometre ve Enerji Yükleri Venturi Deney Sistemi

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ

İZMİR KEMALPAŞA ORGANİZE SANAYİ BÖLGESİ GÜNEŞ SANTRALİ UYGULAMASI

BİR FÜZYON-FİSYON REAKTÖRÜNDE TRISO KAPLAMALI CANDU NÜKLEER YAKIT ATIKLARININ NÖTRONİK ANALİZİ HAKAN TAŞKOLU YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ

Nükleer Teknoloji Tarihçesi, Gelişimi ve Elektrik Üretimi. Dr. Halil DEMİREL

KOCAELİ BÖLGESİ SOKAK AYDINLATMALARINDA LED ARMATÜR KULLANIMININ ENERJİ VERİMLİLİĞİ VE MALİYETİNE ETKİSİ

Doktora: Akdeniz Üniversitesi Nükleer Fizik (2011- Devam ediyor) Yüksek Lisans: Sakarya Üniversitesi Atom ve Molekül Fiziği ( )

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

9.7 ISIL İŞLEM SIRASINDA GIDA BİLEŞENLERİNİN PARÇALANMASI

TOA45 ÇOK KADEMELİ TAŞKIN YATAKLARDA MİNİMUM TAŞKINLAŞMA HIZININ BELİRLENMESİ

ÖLÇME, DEĞERLENDİRME VE SINAV HİZMETLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ

KOBİ LERDE SEKTÖR ve ÖLÇEK BAZINDA İŞGÜCÜ VERİMLİLİĞİ: Türkiye - Avrupa Birliği Karşılaştırması

Abs tract: Key Words: Meral ÖZEL Serhat ŞENGÜR

TÜM ÜLKELER NÜKLEER SANTRALLARIN YAPIMINDAN VAZGEÇERKEN, BĐZDE NEDEN HALA NÜKLEER SANTRAL(LAR) YAPILMASINA ÇALIŞILIYOR?

ISI TRANSFERİ LABORATUARI-1

EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI 6.SINIF FEN BİLİMLERİ DERSİ DESTEKLEME VE YETİŞTİRME KURSU KAZANIMLARI VE TESTLERİ

Bölüm 2 ENERJİ DÖNÜŞÜMLERİ VE GENEL ENERJİ ÇÖZÜMLEMESİ 1

GEMĐLERDE KULLANILAN VAKUM EVAPORATÖRLERĐNDE OPTĐMUM ISI TRANSFER ALANININ BELĐRLENMESĐ

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

Nükleer Füzyon Enerjisi (Nükleer Kaynaşma Birleşme Enerjisi) Termonükleer Füzyon Santralleri

KONYA İLİ HAVA KALİTESİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

TABİİ DOLAŞIMLI, ENDİREKT ISITMALI PRİZMATİK TİP KOLLEKTÖRLÜ GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ

DERS ÖĞRETİM PLANI. (Bölümden Bağımsız hazırlanmıştır

Gamma Bozunumu

Elektronların Dağılımı ve Kimyasal Özellikleri

Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin

Havacılık Meteorolojisi Ders Notları. 1. Atmosfer ve İçeriği

Kalıp ve maça yapımında kullanılan döküm kumlarının yaş basma ve yaş kesme mukavemetlerinin ve nem miktarlarının tayin edilmesi.

A NUMERICAL INVESTIGATION OF AIR FLOW IN AN EMPTY CHAMBER WITH PERFORATED DIFFUSER DESIGNED FOR AIR HANDLING UNITS

Karbonmonoksit (CO) Oluşumu

TÜRKİYE DE FARKLI GELİR GRUPLARI İÇİN ENFLASYON DEĞERLERİNİN ANALİZİ

0(312)

Hidrojen Depolama Yöntemleri

Elektronların Dizilişi ve Kimyasal Özellikleri

EK YAKIT OLARAK ÇİMENTO FABRİKALARINDA KULLANILABİLECEK ATIKLAR

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

AYÇİÇEK YAĞI ÜRETİMİ YAN ÜRÜNLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

Kısa Süreli Rüzgar Enerjisi Tahmini Giriş

Banka Kredileri ve Büyüme İlişkisi

ELYAF TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİN DELİNMESİNDE ÇİFT AÇILI MATKAP UÇLARIN İTME KUVVETİNE ETKİSİNİN İNCELENMESİ

GTİP KADIFE, PELUS VE TIRTIL MENSUCAT, DOKUNABILIR MADDELERDEN KURDELE

ÖLÇME, DEĞERLENDİRME VE SINAV HİZMETLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ

Gezegenimizin bir uydusudur Güneş sistemindeki diğer gezegenlerin uydularıyla karşılaştırıldığı zaman büyük bir uydudur

HİDROJEN ENERJİSİ TEKNOLOJİSİ HİDROJEN ENERJİSİ TEKNOLOJİSİNİN DÜNYADAKİ GELİŞİMİ

Kristalizasyon Kinetiği

Ekonomik Araştırmalar ÖDEME DAVRANIŞLARI. Mayıs Şirketlerin işletme sermayesi ihtiyaçları için iyi stok yönetimi çok önemli

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

VİSKOZİTE SIVILARIN VİSKOZİTESİ

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

EVALUATION OF THE POTENTIAL OF LIVESTOCK BREEDING IN THE CITY OF MUŞ FOR THE RESEARCH OF BIOGAS PRODUCTION

Halka açık seminer Elektrik Mühendisleri Odası Trabzon Şubesi Organizasyonu 22 Nisan 2000, saat 18:00 Hamamizade İhsan Bey Kültür Merkezi - Trabzon

5730 yıllık fiziksel yarı ömrü boyunca 158 kev (maksimum) enerjiye sahip -β partikülleri yayarak stabil bir element olan 14 N e bozunur.

Radyasyon Ölçüm Cihazları

Eriyik Tuz Reaktörlerinde Yakıt Malzemesi Olarak Kullanılan Na Çekirdeğinin Üretim Tesir Kesiti Hesaplamaları

ÖZGEÇMİŞ. Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl

İstatistiksel Mekanik I

Redoks Kimyasını Gözden Geçirme

DOĞAL GAZ YAKITLI BİR YANMA ODASINDA HAVA VE YAKIT SICAKLIKLARININ SICAKLIK, ENTALPİ VE ENTROPİ ÜZERİNDEKİ ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

1 mol = 6, tane tanecik. Maddelerde tanecik olarak atom, molekül ve iyonlar olduğunda dolayı mol ü aşağıdaki şekillerde tanımlamak mümkündür.

OPTİK MODEL KULLANARAK MeV LİK NÖTRONLARLA OLUŞTURULAN TRİTYUM ÜRETİM REAKSİYONLARI İÇİN YENİ TESİR KESİTİ FORMÜLLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

Nükleer Enerji (ENE 306) Ders Detayları

ULAŞIM. AFYONKARAHİSAR

TÜRKİYE CERN FIRSATINI KAÇIRDI

Transkript:

Niğde Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 6 Sayı 1-2, (2002), 67-74 TRİTYUM ÜRETİMİ İÇİN TASARLANAN (D-T) FÜZYON SÜRÜCÜLÜ BİR BLANKETİN SEÇİLEN DEĞİŞİK MALZEMELER İÇİN İNCELENMESİ Mustafa BAYRAK Niğde Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü, 51100, NİĞDE ÖZET Geleceğin nükleer reaktörleri olan füzyon reaktörlerinde yakıt olarak trityum kullanılmaktadır. Trityum tabiatta bulunmayıp yapay olarak üretilmektedir. Bu çalışmada, trityum üretim bölgesi için sekiz değişik malzemenin trityum üretim oranları, nötron çoğalım oranları ve ısı kazanımlarının blanket yarıçapına göre değişimleri incelenmiştir. Bu çalışma ile bir blankette kullanılabilecek trityum üretim malzemeleri ve trityum üretim bölgesinin boyutları arasında bir ilişkinin olup olmadığı araştırılmış olup, malzemelerin nötron reaksiyonlarının yarıçapa ve aynı zamanda nötron hızına göre değişimleri incelenmiştir. Araştırılan malzemelerin trityum üretim oranlarının yarıçapa bağlı olarak değişimleri incelendiğinde, tabii lityum, Li+Pb (%10) ve Li+Be (%10) un termal nötronlarla daha iyi reaksiyon yaptığı, bir başka ifade ile blanket yarıçapını artırmakla trityum üretiminin artacağı, diğerlerinde ise yarıçapı artırmanın trityum üretim oranına fazla bir katkısının olmadığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler : Füzyon reaktörü, trityum üretim oranı, ısı kazanımı INVESTIGATION OF A (D,T) FUSION DRIVEN BLANKET DESIGNED FOR TRITIUM BREEDING WITH DIFFERENT MATERIALS ABSTRACT In the fusion reactors which are the reactors of the future, tritium is used as fuel. Tritium dos not exist in the nature, but it is produced artificially. In this study, the changes of tritium breeding ratio, neutron multiplication ratio and heat releases of eight different materials with respect to blanket radius are investigated. With the study it is investigated whether there is a relation between tritium breeding zone that can be used changes of materials neutron reactions with respect to radius and also neutron speed are investigated. When the changes of tritium breeding ratio of the materials with respect to radius are investigated, it is observed that natural lithium, Li + Pb (10%) and Li + Be (10%) does better reactions with neutrons, namely tritium breeding ratio increases with increasing blanket radius, but for the other ones increasing the radius dos not have much support on the breeding ratio. Key Words: Fusion reactor, tritium breeding ratio, heat release 1. GİRİŞ Günümüzde teknolojinin gelişmesine paralel olarak dünya enerji ihtiyacı sürekli olarak artmaktadır. Sanayi ülkelerinde uygulanan enerji ekonomisi stratejileri bu artışı yumuşatmakla birlikte, gelişmekte olan ülkelerin çağdaş teknolojiyi yakalama çabaları bu geçiş evresinde büyük engellerle karşılaşmaktadır. Orta ve uzun vadeli düşünülecek olursa ileriki yıllarda tüm dünyanın yeni enerji kaynaklarına ihtiyaç duyacağı muhakkaktır. Hidrolik enerji kaynaklarının sınırlı olması günümüzde sanayinin ihtiyaç duyduğu enerji üretimini fosil ve nükleer yakıtlardan sağlanma cihetine götürmektedir. Fosil yakıtların sebep olduğu taşıma, dağıtım ve çevre kirliliği gibi problemlerin yanında rezervlerin sınırlı olması, bu tür yakıtların kullanılmasına sınırlama

M. BAYRAK getirmiştir. Dünya enerji ihtiyacının karşılanmasına yönelik olarak, çeşitli ülkelerce geliştirilen çeyrek asrı aşan çalışma programı, kaynak dağılımını fosil yakıtlardan nükleer yakıtlara kaydırmıştır [1]. Dünya elektrik enerjisi üretiminde nükleer enerjinin payının giderek arttığı görülmektedir. Bilindiği gibi nükleer enerji üretimi, başta Fransa olmak üzere Belçika, Kore, Macaristan ve Tayvan gibi ülkelerde toplam elektrik üretiminin yarısına erişmiş veya geçmiştir. Almanya, Bulgaristan, Finlandiya, İspanya, İsveç, İsviçre gibi ülkelerde ise nükleer pay 1/3 oranın üzerindedir. Diğer taraftan gelişmekte olan ülkeler, birkaç istisna dışında nükleer teknolojiye genellikle ilgisiz kalarak, bu zengin enerji kaynağından yararlanabilme şansını kaçırmaktadır. Gelişmiş ülkelerde ise nükleer enerji yatırımı hızla artmaktadır [2-4]. Nükleer enerji günümüzde çoğunlukla hafif su reaktörleri ile sağlanmaktadır. Ancak, 2000 li yıllarda, bu reaktörlerin kullanıldığı hafif zenginleştirilmiş yakıt yönünden bir darboğaz beklenmektedir. Bu sebeple, enerji açığının nükleer füzyonla karşılanması mümkün görülmekle beraber, orta vadede füzyon reaktörlerinin teknolojik gelişmesini tamamlaması mümkün görülmemektedir [3]. Bu çalışmada, (D, T) füzyon nötronlarına maruz kalan bir blanketin füzyon reaktörü için önemli olan trityum üretimi, nötron çoğalımı ve ısı kazanımı incelenmiştir. 2. BLANKET GEOMETRİSİ Bu çalışmada kullanılan blanketin kesiti Şekil 1 de görülmektedir. Füzyon odası 1.3 cm kalınlığında SS-304 çeliği ile çevrelenmiştir. Daha sonra 40 cm trityum üretim bölgesi ve 40 cm reflektör bölgesinden oluşmaktadır. Trityum üretim bölgesinde sekiz farklı malzeme kullanılarak hesaplamalar her bir malzeme için ayrı ayrı yapılmıştır. Bu malzemeler; Flibe (Li 2 BeF 4 ), Tabii Lityum, Lityum Hidrür (LiH), Lityum Florür (LiF), Lityum oksit (Li 2 O), Lityum Hidroksit (LiOH), Lityum Berilyum karışımı (Li+Be (%10)) ve Lityum kurşun Karışımı (Li+Pb (%10)). SS-304 Çizgisel nötron kaynağı (D,T) 14.1 MeV Trityum üretim bölgesi Reflektör 18.7 cm 1.3 cm 40 cm 40 cm Şekil 1. Araştırılan blanketin kesit görünüşü Ayrıca, blanket yapısında kullanılan tüm malzemelerin listesi ve atomik yoğunlukları Tablo 1 de verilmiştir. Blanketin fonksiyonları ise; plazmanın hakim olan çalışma modu ( D, T ) reaksiyonu ise, gerekli trityum üretimini sağlamak, nötron sayısını ve kendisine füzyon nötronları ile ulaşan enerjiyi çoğaltmak, termal enerji eldesini sağlamak ve bir dereceye kadar da nötronlar ve gamma ışınları için perdeleme görevini yerine getirmek şeklinde sıralanabilir [5]. Nötron ekonomisinin sağlanabilmesi için, blanket etrafı bir reflektör ile çevrilmiştir. Yüksek sıcaklıklara dayanabilme özelliğinden dolayı reflektör malzemesi olarak grafit seçilmiştir. Füzyon nötronları, ilk cidarın hemen gerisinde yer alan, nötron çoğaltıcı bir katmanda (Li, Be, Pb ) sayıca çoğaltılır. 68

TİRİTYUM ÜRETİMİ İÇİN TASARLANAN (D-T) FÜZYON SÜRÜCÜLÜ BİR BLANKETİN DEĞİŞİK MELZEMELER İÇİN İNCELENMESİ Tablo 1. Blanket malzemeleri ve atomik yoğunlukları Bölge Boyut (cm) Boşluk 0 18.7 Birinci bölge 18.7-20 Trityum üretim bölgesi 20-60 Malzeme (SS-304) C Si Cr Fe Ni Tabii Lityum 6 Li 7 Lİ LiF LiH LiOH Li 2 O Be Pb Flibe(Li 2 BeF 4 ) 6 Li 7 Li Be F Atomik yoğunluk 10 24 /cm 3 7.87287.10-4 6.7338-4 1.7277-2 5.92626.10-2 8.0546-3 3.336-3 4.2853.10-2 3.2964.10-2 4.6337.10-2 6.1182.10-2 6.2124.10-2 2.644-3 8.1153.10-2 8.23095.10-4 1.01511.10-2 5.4873-3 2.19485.10-2 Reflektör 60-100 Grafit (Karbon) 1.2840-1 3. SAYISAL HESAPLAMALAR Belirtilen reaktör tesisinde nötronik hesaplamaların yapılabilmesi için nötron akısını, geometriye ve nötron enerjisi ile hareket doğrultusuna göre tarif eden Boltzman Transport Diferansiyel Denklemi nin çözülmesi gerekir. Malzemelerin nötron karşısında nötronun kinetik enerjisine göre tavrı çok değişiktir. Genellikle nötron enerjisine bağlı olarak malzeme-nötron ilişkisini fonksiyonel olarak tarif etmek mümkün değildir. Bu sebeple tesir-kesit değerleri kullanılarak Boltzman Transport Denklemi ancak nümerik olarak çözülebilir. Tesir-kesit kavramı nötron-malzeme ilişkisi sonucu olabilecek yeni yapıların olma ihtimalini veren değerler olup, büyük oranda deneysel modellerle bulunmuştur. Tesir kesit değerleri nötron eğrilerine göre düzenlenmiş olarak data kütüphaneleri şeklinde kullanıma sunulmuştur. Sayısal çözüm için füzyon odasının yapısı gereği silindirik koordinatlar seçilmiştir. Boltzman Transpot Denklemi nin çözümü için ANISIN [6] nötron transport kodu seçilmiştir Malzeme-nötron ilişkisini nötron enerjisine bağlı şekilde veren kütüphane olarak Los Alamos National Laboratory tarafından CLAW-IV [7] tesir kesitleri kullanılmıştır. Bu kütüphanede tesir kesitleri nötron enerjisi 12 tanesi MeV, 9 tanesi kev ve 9 tanesi de ev mertebesinde olacak şekilde 30 gruba ayrılarak belirlenmiştir. Bu gruplar fisyon, füzyon, 1/E ve termal bölgeye göre düzenlenmiştir. Nötron akısının açıya göre değişimi Gaussian quadrature metodu kullanılarak S 8 P 3 yaklaşımı ile hesaplanmıştır [8]. Füzyon reaksiyonlarında bol miktarda enerji MeV mertebesinde olan nötron meydana gelecektir. Bu nötronlar trityum üretim bölgesinde kullanılan malzemelerin atom çekirdekleri tarafından absorbe edilerek ya yeni bir füzyon yakıtı ya da (n,2n), (n,3n) reaksiyonları ile nötron çoğalması meydana gelecektir. Her üç hal de reaktör teknolojisi açısından arzu edilen hallerdir. Eğer nötron trityum üretim bölgesinde kullanılan malzeme tarafından yutulmazsa çarpışma meydana gelecektir. Bu çarpışma sonucunda nötron yavaşlayacak ve kaybettiği kinetik enerji termal enerj seviyesine düşecektir. 69

M. BAYRAK 4. FÜZYON NÖTRON KAYNAĞI Füzyon nötron kaynağı ile ilgili olarak yapılan çalışmalar, termonükleer reaktör teknolojisinin gelişmesine parelel olarak incelenebilmektedir. Plazma teknolojisini de içine alan bu çalışmalar dünya üzerinde çeşitli araştırma laboratuvarlarında devam etmektedir. Termonükleer enerji kaynağı, düşük kütleli çekirdeklerin, uygun ortam şartlarında birleşerek, büyük bir enerjinin (MeV) mertebesinde açığa çıkmasının eşliğinde, daha büyük kütleli bir çekirdek oluşturmaları olarak tanımlanan birleşme reaksiyonlarına dayanır. Füzyon olarak da bilinen bu reaksiyonlardan bu çalışmada; D+T α (3.5 MeV) + n (14.1 MeV) + Q (17.6 MeV) (1) reaksiyonuna dayalı füzyon kaynağı kullanılmıştır. Bu reaksiyon sonucunda açığa çıkan nötron, 14.1 MeV gibi büyük bir enerjiyi üzerinde taşır. Füzyon reaksiyonları, ilk cidarın hemen gerisinde yer alan, nötron çoğaltıcı bir katmanda sayıca çoğaltılırken aynı zamanda enerjileri de modere edilmektedir. ( D, T) reaksiyonuna dayalı bir plazma için gerekli trityum, yine blanket içerisinde trityum üretme bölgesi olarak bilinen katmanlarda elde edilmekte olup, bu katmanın malzemesi ise Lityum ve bileşikleridir. Trityum izotopu tabiatta bulunmayıp yapay olarak üretilmektedir. Trityum elde edilmesine yönelik temel reaksiyonlar ise şunlardır. 6 Li + n α + T + Q (4.784 MeV) (2a) 7 Li + n α + T + n +Q ( 2.467 MeV) (2b) 5.SONUÇLAR Araştırılan blankette kullanılmak üzere, Tabii Lityum (%7.52 6 Li ve %92.48 7 Li) Flibe (Li 2 BeF 4 ), Lityum Hidrür (LiH), Lityum Florür (LiF), Lityum oksit (Li 2 O), Lityum Hidroksit (LiOH), Lityum Berilyum karışımı (Li+Be (%10)) ve Lityum kurşun Karışımı (Li+Pb (%10)) malzemeleri seçilmiştir. Bu malzemelerin ayrı ayrı trityum üretim oranları, nötron çoğalım oranları ve ısı kazanımları blanket yarıçapının değişimine göre incelenmiştir. Bunun sonucunda da en uygun trityum üretim malzemesi ve blanket yarıçapı tayini söz konusu olabilecektir. Kullanılan farklı malzemeler için sayısal hesaplama sonucunda elde edilen toplam değerler Tablo 2 de verilmiştir. Ayrıca trityum üretim bölgesinde elde edilen sonuçların blanket yarıçapına göre değişimleri hesaplanarak trityum üretim oranları Şekil 2(a-h) de, dikkate alınmaya değer nötron çoğalım oranları Şekil 3 de ve ısı kazanımları ise Şekil 4 de verilmiştir. Tablo 2. trityum üretim bölgesinde kullanılan sekiz ayrı malzemenin reaksiyon sonuçları Malzeme Trityum Üretim Oranı Nötron Çoğalımı Isı Kazanımı (MeV) Tabii Lityum 1.33 0.0625 16.8 LiF 1.20 0.0669 18.0 LiH 1.34 0.0391 18.3 Li 2 O 1.33 0.0478 17.5 LiOH 1.11 0.0240 18.0 Flibe 1.15 0.3120 18.3 Li+Pb(%10) 1.37 0.3710 16.6 Li+Be(%10) 1.47 0.5010 17.6 Şekil 2 (a,b ve c) incelendiğinde Li+Pb(%10) ve Li+Be(%10) malzemelerinin trityum üretim oranları () açısından, tabii lityuma göre daha iyi olduğu açıkça görülmektedir. 7 Li nin trityum üretim oranı (T7) her üç şekilde de fazla bir değişiklik göstermezken, 6 Li nın trityum üretim oranında (T6) r=20 cm den itibaren r=60 70

TİRİTYUM ÜRETİMİ İÇİN TASARLANAN (D-T) FÜZYON SÜRÜCÜLÜ BİR BLANKETİN DEĞİŞİK MELZEMELER İÇİN İNCELENMESİ cm ye kadar belirgin bir artış görülmektedir. T6 ve T7 eğrileri Şekil 2 a da (tabii lityum) r=36.5 cm de kesişirken, Şekil 2 b de (Li+Pb) r=28 cm de ve Şekil 2 c de (Li+Be) r=25 cm de kesiştiği görülmektedir. Bu değerler T6 eğrisindeki artışı göstermektedir. Ayrıca reflektör bölgesine yaklaştıkça (r=60 cm) Li+Pb (%10) ve Li+Be(%10) karışımının trityum üretim oranının arttığı görülmekte olup, bu Li+Pb ve Li+Be karışımlarının termal nötronlarla daha iyi reaksiyon yapmalarından kaynaklanmaktadır. Şekil 2 (d,e,f) incelendiğinde ise, LiOH, Li 2 O ve LiH malzemelerinin yüksek hızlı nötronlarla daha iyi reaksiyon yapmalarından dolayı, Şekil 2 (a,b,c) den farklı olarak bu grafiklerde T6 eğrisinin r=20 cm den r=60 cm ye doğru giderek düştüğü görülmektedir. Bundan dolayı, bu malzemelerin trityum üretim oranı () açısından hızlı nötronlarla daha iyi reaksiyon yaptığı görülmektedir. Reflektör bölgesine doğru bir miktar artış olsa da buna geri dönen nötron reaksiyonunun sebep olduğu görülebilir. Ayrıca grafikler incelendiğinde LiH ve LiOH malzemeleri kullanıldığı zaman T6 ve T7 eğrilerinin kesişmediği görülürken, Li 2 O malzemesinin r=23 cm de (kaynağa çok yakın) kesiştiği görülmektedir. LiH ve LiOH malzemelerinin trityum üretim oranları () arasında 0.23 gibi bir fark olmasına rağmen eğrilerdeki benzerlik dikkat çekicidir. Bu eğrilerden görüldüğü gibi tabii lityum, Li+Pb(%10) ve Li+Pb(%10) malzemelerinin kullanılması durumunda trityum üretim oranının (), 6 Li da termal nötronlarla artıp hızlı nötronlarla ise düştüğü gözlemlenmiştir. Hidrojen katkısının bulunduğu malzemelerde ise bu durumun tersine döndüğü ve r=20 cm den r=60 cm ye doğru 6 Li nın trityum üretim oranının () giderek azaldığı gözlenmektedir. Li 2 O da ise durum biraz farklıdır. 6 Li nın trityum üretim oranının genel olarak r=20 cm den r=60 cm ye kadar dengede kaldığı görülürken r=30cm den itibaren yine azalma vardır. Aynı zamanda bu üç grafikten de T7 nin r=60 cm de sıfıra yaklaştığı görülmektedir. Ayrıca tabii lityum, Li+Pb ve Li+Be dan farklı olarak LiOH, Li 2 O ve LiH te r=20 cm de T6 ve T7 değerlerinin daha yüksek çıkması, yukarıda belirtildiği gibi bu malzemelerin açısından hızlı nötronlarla daha iyi reaksiyon yaptığını göstermektedir. Flibe ve LiF (Şekil 2 g ve h) eğrilerini incelediğimizde, bu malzemelerdeki trityum üretim oranının () yarıçapa göre değişiminin Li 2 O dakine benzer olduğu görülür. Li 2 O dan farklı olarak bu grafiklerde T6 ve T7 eğrileri kesişmemektedir. LiH ve LiOH'ta bu durum çok açık bir şekilde gözlenirken Flibe ve LiF te r=20 cm den r=60 cm ye doğru yaklaşılmasının, yani diğer bir deyişle nötron hızındaki azalmanın 6 Li nın trityum üretim oranını fazlaca etkilemediği görülmektedir. Bu farklı sekiz malzemenin trityum üretim oranlarının (), blanket yarıçapına göre değişimi genel olarak değerlendirildiğinde, 7 Li nin trityum üretim oranı (T7) eğrisinin bütün malzemelerde de r=20 cm den r=60 cm ye doğru gidildikçe azalmakta olduğu görülür. 6 Li nın trityum üretim oranı (T6) eğrisi ise tabii lityum, Li+Pb(%10) ve Li+Be(%10) da r=20 cm den r=60 cm ye kadar sürekli olarak yükseldiği, LiH ve LiOH ta r=20 cm den r=60 cm ye doğru sürekli olarak azaldığı, Li 2 O, LiF ve Flibe de ise bir denge görülmesine rağmen az da olsa bir azalmanın olduğu görülür. En yüksek toplam trityum üretim oranı (), Li+Be(%10) da gerçekleşirken (1.47), tabii lityum, Li 2 O, LiH ve Li+Pb(%10)'de (1.3-1.4) gibi yüksek değerlerde gerçekleştiği görülmektedir. Ayrıca yarıçapı artırmanın tabii lityum, Li+Pb ve Li+Be gibi malzemelerde trityum üretim oranını artıracağı, diğer malzemelerde ise azaltacağı gözlenmektedir. Tabii Li 0.25 Li+Pb%10 Toplam trityum üretim oranı:1.33 Toplam trityum üretim oranı:1.37 ( a ) ( b ) 71

M. BAYRAK Li+Be(%10 ) LiOH Toplam trityum üretim oranı:1.47 Toplam trityum üretim oranı:1.11 ( c ) ( d ) Li2O LiH Toplam trityum üretim oranı:1.33 Toplam trityum üretim oranı:1.34 ( e ) ( f ) Flibe LiF Toplam trityum üretim oranı:1.15 Toplam trityum üretim oranı:1.2 ( g ) ( h ) Şekil 2(a-h). Seçilen farklı malzemeler için trityum üretim oranlarının yarıçapa bağlı olarak değişimi 72

TİRİTYUM ÜRETİMİ İÇİN TASARLANAN (D-T) FÜZYON SÜRÜCÜLÜ BİR BLANKETİN DEĞİŞİK MELZEMELER İÇİN İNCELENMESİ Şekil 3 de ise seçilen malzemelerin nötron çoğalımlarının yarıçapa bağlı olarak değişimleri görülmektedir. Burada sadece nötron üretimi için önemli olan malzemelere yer verilmiştir. Diğerlerinde nötron çoğalımı çok az olduğu için grafikte gösterilmemiştir. Nötron, çekirdek reaksiyonlarının en temel ihtiyacı olduğu için gereklidir. Şekilden de görüldüğü gibi, nötron çoğalımı r=20 cm de en yüksek değerlerde iken r=60 cm de en düşük değerlerdedir. Bu hızlı nötronların nötron çoğalımına katkısının daha fazla olduğunu göstermektedir. Termal nötronların ise nötron çoğalımına katkısı çok daha az olmaktadır. Nötron çoğalımı 0.030 0.025 0.020 0.015 FLiBe Li+Be Li+Pb Toplam nötron çoğalımı Li+Be(%10) :0.501 Li+Pb (%10):0.371 Flibe :0.312 0.010 5 0 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Şekil 3. Seçilen farklı malzemeler için nötron çoğalımlarının yarıçapa bağlı olarak değişimi Şekil 4'te seçilen trityum üretim malzemelerine ait blanket yarıçapına göre değişen ısı kazanımı eğrileri görülmektedir. Şekilden de görüleceği gibi bütün malzemeler yarıçapa bağlı olarak farklı bir ısı kazanımı reaksiyonu göstermektedirler. Trityum üretim bölgesi başlangıcında ısı kazanımı değeri düşük olan malzemelerin, reflektör bölgesine doğru gidildikçe ısı kazanımı değerlerinin arttığı görülmektedir. Toplam ısı kazanımı değerlerine bakıldığında ise Tablo 2 de görüldüğü gibi en yüksek ısı kazanımı değeri Flibe ve LiH de (18.3 MeV) gerçekleşmektedir. Isı Kazanımı (MeV) 1.00 0.80 FLiBe Li+Be LiF LiH Li2O LiOH Li+Pb Nat.Li 0.60 0.40-20 25 30 35 40 45 50 55 60 Şekil 4 Moderatör malzemelerinin yarıçapa bağlı olarak ısı kazanımları 73

M. BAYRAK REFERANSLAR 1. ŞAHİN S., Mainline fusion-fission (hybrid) reactor concepts, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne Institute de Genie Atomique PHB-Ecublens, 1015 Lausanne, Switzerland 2. ŞAHİN S., YAPICI H., Investigation of the neutronic potential of moderated and fast (D,T) hybrid blankets for rejuvenation of CANDU spent fuel, Fusion Technology, 16:331, 1989 3. ŞAHİN S., BALTACIOĞLU E., YAPICI H., Potential of a catalyzed fusion driven hybrid reactor for regeneration of CANDU spent fuel. Fusion Technology 20:26, 1989 4. ŞAHİN S., Nükleer Enerjide Yeni Dönem, İnsan ve Kainat, Şubat, 1992 5. ABDOU M., Nuclear Design of the Blanket/Shield System for a Tokomak Experimental Power Reactor, Nuclear Technology, 29, 7, 1976 6. W.W ENGLE Jr., ANISN, A One Dimensional Discrete Ordinates Ordinates Transport Code with Anisotropic Scattering, K-1693, Oak Ridge National Laboratory, 1970 7. BARRETT R.J., and FARLANE R.E. Mac, CLAW, Coupled 30 Neutrons, 12 gamma Ray Group Cross Sections for Neutron Transport Calculations, LA-7808 8. ŞAHİN S., Comparison of Diffusion and Transport Theory for For Fast Reactor Shielding Calculations, Atomkernenergie, 22, 24, 1973 74