İleri teknoloji sistemlerinin minör aktinid ve uzun ömürlü fisyon ürünlerini yakma/dönüştürme potansiyellerinin araştırılması
Investigation of burning/transmutation potentials of minor actinides and long lived fission products in the advanced technology systems
Yazar: GAMZE GENÇ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN YAPICI
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, füzyon sürücülü ve hızlandırıcı sürücülü sistemlerin minör aktinit ve uzun ömürlü fisyon ürünlerini yakma ve/veya dönüştürme (Y/D) potansiyelleri araştırıldı. İlk olarak, basınçlı su reaktörü PWR-UO2 kullanılmış yakıtından açığa çıkan transuranyumların (TRU) modifiye edilen PROMETHEUS-H füzyon reaktöründe Y/D potansiyeli incelendi. İki farklı dizayn ele alındı. TRU çekirdeklerinin karışımını (%10) içeren dönüştürme bölgesi modifiye edilmiş blanketlere yerleştirildi. Y/D üzerine etkisini incelemek için karışım içerisindeki Pu'nun hacimsel oranı %0'dan %40'a kadar %10 adım ile artırıldı. Sayısal hesaplamalar 4.7 MW/m2 ilk duvar nötron yükü, %75 tesis faktörü ve 10 yıllık bir operasyon periyodu için XSDRNPM-S/SCALE 4.3 transport kodu ve 238 enerji gruplu nötron transport ve aktivite tesir kesit kütüphanesi yardımıyla gerçekleştirildi. İkinci olarak ise, ötektik lityum-bizmut soğutmalı hızlandırıcı sürücülü sistemin (HSS) yüksek seviyeli atık dönüştürme ve fisil yakıt üretme potansiyeli araştırıldı. Bu amaç doğrultusunda, HSS'lerdeki spallasyon nötron hedefinin kompozisyonunun ve boyutunun belirlenmesine ışık tutmak için 1000 MeV'lik izotropik nokta proton kaynağı ile sürülen çeşitli sonsuz hedef ortamlarındaki bütün verilerin nötronik davranışı araştırıldı. Yüksek seviyeli atık ve fisil yakıt olarak sırasıyla uzun ömürlü fisyon ürünleri (99Tc, 129I ve 135Cs çekirdekleri) ve Uranyum Monokarbit seramik yakıtı ele alındı. Nötronik hesaplamalar çeşitli konfigürasyonlar ve yakıt kompozisyonları için, gelen proton (1000 MeV) başına LA150 kütüphanesini kullanarak işlem yapan nötron ve proton modundaki yüksek enerjili Monte Carlo kodu MCNPX yardımıyla gerçekleştirildi.

Abstract:
In this thesis study, the potentials of the burning and/or transmutation (B/T) of minor actinides and long lived fission products in the fusion-driven and accelerator-driven systems are investigated. Firstly, the potential of the B/T of transuraniums (TRUs), discharged from the pressured water reactor PWR-UO2 spent fuel, in the modified PROMETHEUS-H fusion reactor is analyzed. Two different design shapes are considered. The transmutation zone, which contains the mixture of TRU nuclides (10%), is located in the modified blankets. The volume fraction of Pu in the mixture is raised from 0 to 40% stepped by 10% to determine its effect on the B/T. The numerical calculations have been performed for an operation period of up to ten years by 75% plant factor under a neutron wall load of 4.7 MW/m2, with the help of the XSDRNPM/SCALE4.3 neutron transport code and the 238 energy groups neutron transport and activity cross-section data library. Secondly, the potential of the high-level waste transmutation and fissile breeding potential of a lead-bismuth eutectic cooled accelerator-driven system (ADS) is analyzed. For this aim, the neutronic behavior of integral data in various infinite target mediums driven by an isotropic point source of 1000 MeV incident proton is investigated to light the way for the determinations of composition and size of the spallation neutron target in the ADSs. The long-lived fission products (99Tc, 129I and 135Cs nuclides) and the uranium mono carbide ceramic fuel are considered as the high level waste and the fissile fuel, respectively. The neutronic calculations have been performed per the incident proton (1000 MeV) for various configurations and fuel compositions, with the help of the high-energy Monte Carlo code MCNPX in coupled neutron and proton mode using the LA150 library.