Nükleer reaktörlerde alternatif nötron zırhlama malzemelerinin teorik geliştirilmesi
Theoretical development of alternative neutron armoring materials in nuclear reactors
Yazar: MEHMET SADIK TANDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. HASAN OĞUL
Sinop Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Disiplinlerarası Nükleer Enerji ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı / Nükleer Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering
Dizin: Atomik soğurma = Atomic absorption ; Füzyon reaksiyonları = Fusion reactions ; Nötron zırhlama = Neutron shielding ; Nükleer radyasyon = Nuclear radiation ; Nükleer reaktörler = Nuclear reactors ; Tesir kesiti = Cross section

Özet:
Dünya nüfusunun artması ve gelişen teknoloji ile enerji ihtiyacı her geçen gün daha da 
artmaktadır. Bu enerji açığını kapatmak için yeni enerji kaynakları üzerinde durulması, 
düşünülmesi ve hızlı bir şekilde alternatiflerin kullanıma alınması gerekmektedir. Nükleer enerji 
bu açığı kapatmak için en önemli adaylardan bir tanesidir. Özellikle nükleer enerji 
uygulamalarının gelecek vaat eden türlerinden biri olan füzyon reaktörlerinden elde edilecek 
enerji ile gelecekte enerji ihtiyacının büyük bölümü karşılanacağı görüşünde bilim insanları 
hemfikirdir. Fakat füzyon reaktörlerinin yaygın bir şekilde kullanılmasını engelleyen bazı 
problemler bulunmaktadır. Bu problemlerden biri, füzyon reaktörü birincil duvarının ve yapı 
malzemelerinin, D-T reaksiyonu sonucu açığa çıkan nötronlardan dolayı radyoaktif olmaya 
başlaması ve hasar görmesidir. Bu sebepten dolayı belli bir zamandan sonra füzyon reaktör 
duvarının değiştirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle füzyon reaktör ve santrallerinin tasarım ve
geliştirilmesi gerekmektedir. Bu kapsamda malzeme geliştirme çalışmaları füzyon nükleer 
reaktör tasarımlarında büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, ITER füzyon test reaktörlerinin 
birincil duvar yapı bileşenlerinde kullanılması planlanan F82H, JLF-1, Eurofer-97 ve CLAM 
çelik alaşımlarının nötron zırhlama kapasitelerinin araştırılması ve bu alaşımlara Bor (B) ve 
Molibden (Mo) katkılanmasının nötron zırhlama kabiliyetleri üzerine etkisini teorik ve 
simülasyon yöntemleri ile belirlenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca bulunan sonuçların nötron 
zırhlamada yaygın olarak kullanılan parafin ile karşılaştırılması gerçekleştirilmiştir. Bu amaç 
doğrultusunda kullanılan nötron enerjileri 4,5 MeV ve 14 MeV olarak seçilmiştir. Numunelerin 
teorik olarak değerlendirilmesi etkin nötron sökme tesir kesitleri belirlenerek yapılırken GEANT4 
simülasyon programı ile malzemelerin nötron zırhlama kabiliyetleri belirlenmiştir. Sonuç olarak 
bu çalışmada oluşturulan "F8Bor20 alaşımı", nötron zırh malzemesi olarak en ideal malzeme 
olduğu saptanmıştır.

Abstract:
With the increase in the world population and developing technology, the need for energy is 
increasing day by day. In order to close this energy gap, new energy sources need to be focused 
on, thought about and alternatives should be put into use quickly. Nuclear energy is one of the 
most important candidates to close this gap. Scientists agree that most of the energy needs will be 
met in the future with the energy to be obtained from fusion reactors, which is one of the 
promising types of nuclear energy applications. However, there are some problems that prevent 
the widespread use of fusion reactors. One of these problems is that the fusion reactor primary 
wall and building materials start to become radioactive and become damaged due to the neutrons 
released as a result of the D-T reaction. For this reason, it is necessary to replace the fusion reactor 
wall after a certain time. Therefore, the design and development of fusion reactors and power 
plants is required. In this context, material development studies are of great importance in fusion 
nuclear reactor designs. In this study, the neutron shielding capacities of F82H, JLF-1, Eurofer97 and CLAM steel alloys, which are planned to be used in the first wall structural components 
of ITER fusion test reactors, and the effect of Bor (B) and Molybdenum (Mo) doping to these 
alloys on the neutron shielding capabilities are investigated theoretically and effectively. It is 
aimed to be determined by simulation methods. In addition, the results were compared with 
paraffin, which is widely used in neutron shielding. The neutron energies used for this purpose 
were chosen as 4,5 MeV and 14 MeV. While the theoretical evaluation of the samples was made 
by determining the effective neutron removal cross sections, the neutron shielding capabilities of 
the materials were determined with the GEANT4 simulation program. As a result, it was 
determined that the "F8Bor20 alloy" formed in this study is the most ideal material as a neutron 
shielding material.