Küçük modüler nükleer reaktörün 3-boyutlu tasarımı ve toryum kullanımı ile analizi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nükleer Enerji Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: OSMAN ŞAHİN ÇELİKTEN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): ŞULE ERGÜN
Özet:Bu çalışmanın amacı tasarlanan küçük ölçekli bir nükleer reaktörün 3-boyutlu (3B) modelinin oluşturulmasıyla, reaktörde toryum kullanımının uygunluğunun araştırılmasıdır. Bu amaçla nötronik ve yanma analizleri için MCNP6.1.1b kodu, en sıcak kanalın ısıl-hidrolik analizleri için de COBRA-TF kodu kullanılmıştır. Nötronik ve yanma analizlerinin gerçekleştirilmesi amacıyla tam kor modeli oluşturulmuştur. Kor modelinden elde edilen enerji üretim bilgileri ise en sıcak kanal analizlerini gerçekleştirmek amacıyla COBRA-TF koduna girdi olarak aktarılmıştır. Tam ve 1/6'lık kor modelinin eksiksiz ve hatasız kullanılması gerçekleştirilen analizler açısından önemlidir. Bu amaçla kor yüklemesinde meydana gelecek değişikliklerin kolay bir şekilde yapılması amacıyla tüm reaktör modelini hızlı bir şekilde oluşturan bir kod sistemi Python3 programlama dilinde yazılmış ve platformlardan bağımsız bir yapı oluşturulmuştur. Kod sistemi oluşturulurken piksel hesaplamalarında ve bilgisayar oyunlarında kullanılan Küp Koordinat sistemi altıgen reaktör geometrisine uyarlanmış, Küp Koordinat sisteminde altıgen geometrik yaklaşımların kolay çözümlemeleri sayesinde tüm ve 1/6'lık kor modellemeleri hızlı bir biçimde oluşturulmuştur. Geliştirilen kod sistemi, reaktör modelindeki yapısal geometri değişkenlerinin parametrik yapıda oluşturulmasına özen gösterilerek sadece küçük ölçekli bir reaktörü değil, altıgen hücre yapısına sahip birçok reaktör modelini oluşturacak konuma getirilmiştir. Ayrıca nükleer reaksiyonlar için izotopik temeldeki sıcaklık bağımlı ve tüm etkileşimlerin bilgisini taşıyan nötron veri kütüphanelerini MCNP6.1.1b kodunda kullanabilmek amacıyla en güncel ham veri kütüphanelerinden tüm elementler için yeni veri kütüphanelerini üretmek amacıyla da NYOJ kodunu kullanabilecek kabiliyette yine Python3 betikleri geliştirilmiştir. Oluşturulan nötron veri kütüphaneleri "International Criticality Safety Benchmark Evaluation Project (ICSBEP)" raporu ile karşılaştırmalı değerlendirmelere tabi tutulmuştur. Sonrasında sıcaklık bağımlı nötron veri kütüphaneleri, reaktör modeli için malzemelerin sıcaklıklarını içerecek yapıda hazırlanmış ve MCNP6.1.1b kodu tarafından kullanılabilir hale getirilmiştir. Oluşturulan modelleme yapısı, elde edilen 3B model ve hazırlanan kütüphaneler tasarlanan 3B kor içinde toryum kullanımının uygunluğunun belirlenmesi amacıyla kullanılmıştır. Tasarlanan reaktör için gerçekleştirilen analizler sonucunda nükleer reaktör korunu tasarlarken öngörülen yanma oranı değerlerine ulaşılmış ancak öngörülen yapı ile yüksek fertil-fisil dönüşümü sağlanamamıştır. Ayrıca reaktör koru içinde meydana gelen reaksiyonlar sonucunda oluşan izotopik değişimler incelenmiştir. Tasarlanan reaktör modelinin en sıcak kanalının kritik ısı akısı oranı, olağan işletme koşulları ve beklenen işletim değişiklikleri açısından da güvenli bir konumda olduğu bulunmuştur.