Sombrero füzyon reaktöründe farklı termokimyasal döngüler kullanılarak nükleer hidrojen üretim potansiyelinin incelenmesi
Investigation of nuclear hydrogen production potential usingdifferent thermochemical cycles in a sombrero fusion reactor
Yazar: GAMZE ŞENER
Danışman: PROF. DR. ADEM ACIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada SOMBRERO füzyon reaktöründe farklı yakıt oranları için nötronik performans analizi ve hidrojen üretim potansiyeli incelenmiştir. Hesaplamalarda %2 artış oranında %2 UO2 ve %10 UO2 aralığında nükleer yakıt kullanılmıştır. Blanket geometrisinde ilk Li2O katmanı kalınlıkları %6, %12 ve %19 olarak değiştirilmiştir.  Nötronik hesaplamalar Monte Carlo yöntemi yardımı ile gerçekleştirilmiştir.  İlk olarak, füzyon reaktörünün sürdürülebilirliği için trityum üretim oranı (TBR)  ve blanket enerji çoğaltım faktörü (M) hesaplanmıştır. İkinci olarak, SOMBRERO füzyon reaktöründe Hibrit Sülfür-Bromür ve Hibrit Kalsiyum-Bromür termokimyasal çevrimleri kullanılarak hidrojen üretim performansı araştırılmıştır. Hesaplamalarda, M değerine bağlı olarak termal güç oranı (1-𝜓), hidrojen üretim ünitesinin toplam termal gücü (P_hpf) ve hidrojen üretim miktarı (m ̇ ) elde edilmiştir. Hibrit Sülfür-Bromür için hidrojen üretim miktarı %2 UO2 yakıtlı blanket yapısı için 2,76 kg/s elde edilirken, %10 UO2 yakıtlı blanket yapısı için 3,78 kg/s hesaplanmıştır. %2 UO2 ve %10 UO2 yakıtlı blanket yapısı için Hibrit Kalsiyum-Bromür termokimyasal çevrimleri kullanılarak elde edilen hidrojen üretimi ise sırasıyla 3,29 kg/s ve 4,52 kg/s olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak blankette ilk Li2O katmanı kalınlıkları ve kullanılan yakıt oranının artırılması ile hem nötronik hem de hidrojen üretim performansının arttığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, neutronic performance analysis and hydrogen production potential have been performed for different fuel ratios in the SOMBRERO fusion reactor. In the calculations, nuclear fuel in the range of 2% UO2 and 10% UO2, with a 2% increase rate have been used. In the blanket geometry, the first Li2O layer thicknesses have been changed as 6 cm, 12cm and 19 cm.   Neutronic calculations have been carried out with the help of the Monte Carlo method. First, tritium production rate (TBR) and blanket energy multiplication factor (M) have been calculated for the self-sustainability of the fusion reactor. Secondly, hydrogen production performance have been investigated using Hybrid Sulfur-Bromide and Hybrid Calcium-Bromide thermochemical cycles in the SOMBRERO fusion reactor. In the calculations, thermal power ratio (1-𝜓), total thermal power of the hydrogen production unit (Phpf) and hydrogen production amount (ṁ) have been obtained depending on the M value. While the hydrogen production amount for Hybrid Sulfur-Bromide has been computed as 2.76 kg/s for the 2% UO2 fueled blanket structure, the values is 3,78 kg/s for the 10% UO2 fueled blanket structure. The hydrogen production obtained using Hybrid Calcium-Bromide thermochemical cycles for the blanket structure fueled by 2% UO2 and 10% UO2 have been calculated as 3.29 kg/s and 4.52 kg/s, respectively. As a result, it has been observed that both neutronic and hydrogen production performance increases with increasing the thickness of the first Li2O layer in the blanket and the fuel ratios.