CANDU ve PWR reaktörlerinde açığa çıkan kısa ömürlü fisyon ürünlerinin değerlendirilmesi ve uzun ömürlü fisyon ürünlerinin hızlandırıcı sürücülü sistemde dönüştürülmesi
Evaluation of short-lived fission products from CANDU and PWR reactors and transmutation of long-lived fission products in accelerator driving system
Yazar: ALPER BUĞRA ARSLAN
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN YAPICI
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Nükleer Uygulamalar Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, basınçlı ağır su reaktörü (CANDU) ve basınçlı su reaktöründen (PWR) açığa çıkan kısa ömürlü fisyon ürünlerinin (KÖFÜ) değerlendirilmesi, uzun ömürlü fisyon ürünleri (UÖFÜ) ve orta ömürlü fisyon ürünlerinin (OÖFÜ) kararlı hale getirilmesinin nötronik analizi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, iki aşamadan meydana gelmektedir. İlk kısımda, doğal uranyum ve % 4.7 oranında zenginleştirilmiş uranyum ile beslenen CANDU-37 (Durum A) ve PWR 15x15 (Durum B) termal reaktörler dikkate alınmıştır. Buradaki iki reaktörün yakıt durumunun yanı sıra, soğutulmuş olan PWR 15x15'deki kullanılmış yakıtın, CANDU-37 reaktöründe yeniden kullanılmak üzere ThO2 (% 46) ile karıştırılmasıyla üçüncü bir yakıt durumu (Durum C) oluşturulmuştur. CANDU-37 ve PWR 15x15 reaktörleri için sonsuz nötron çoğalım faktörü (k∞), 1.06-1.05'e düşene kadar kritik modda çalıştırılabilir ve bu kısıtlamaya tabi olarak, etkin yanma süreleri sırasıyla 180 gün ve 900 gün olarak hesaplanır. Ayrıca, yakıtların reaktörlerde yanmasından sonra iki yıl boyunca soğutma işlemine tabi tutulurlar. 
Çalışmanın ikinci aşamasında ise ilk kısımda açığa çıkan uzun ömürlü fisyon ürünleri ve orta ömürlü fisyon ürünleri, tasarlanan helyum gaz soğutuculu hızlandırıcı sürücülü sistemde (HSS) kararlı hale dönüşümlerinin zamana bağlı analizi gerçekleştirilmiştir. Bu amaca uygun olarak, CANDU-37 ve PWR 15x15 kullanılmış yakıtlar dikkate alınmıştır. Tasarlanan HSS, ek yakıt kullanılmadan her bir termal reaktörden çıkarılan kullanılmış nükleer yakıtlarla beslenirken, aynı termal reaktörden elde edilen fisyon ürünleri de grafit reflektör bölgesi içindeki dönüşüm bölgesine yerleştirilir. HSS, efektif nötron çoğalım faktörünün (keff) değeri 0.984'e değerine ulaşana kadar kritik-altı modda çalıştırılmış ve kullanılmış A, B ve C yakıt durumlarına göre maksimum çalışma süreleri 3400, 3270 ve 5040 gün olarak elde edilmiştir. CANDU-37 ve PWR 15x15 termal reaktörlerin zamana bağlı kritik yanma hesaplamaları MCNPX 2.7 ve MONTEBURNS kodları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. HSS' nin zamana bağlı yanma hesaplamaları ise MCNPX 2.7 ve CINDER 90 bilgisayar kodları ile gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this thesis study, neutronic analysis of short-lived fission products (SLFP) and stabilization of long-lived fission products (LLFP) and medium-lived fission products (MLFP) were carried out in the pressurized heavy water reactor (CANDU) and the pressurized water reactor (PWR). Firstly, natural uranium and CANDU-37 (Case A) and PWR 15x15 (Case B) thermal reactors fed with 4.7% enriched uranium were taken into account. A third fuel state (Case C) was established by mixing the two reactors in the fuel state and the spent fuel in the cooled PWR 15x15 with ThO2 (46 %)  for reuse in the CANDU-37 reactor. For the CANDU-37 and PWR 15x15 reactors, the infinite neutron multiplication factor (k∞) can be operated in critical mode down to 1.06-1.05, and subject to this constraint, the effective burn times are calculated as 180 days and 900 days, respectively. They are also subjected to cooling for two years after the fuels are burned in the reactors. 
In the second stage of the study, time-dependent analyses in the designed helium-cooled accelerator-driven system for stable state transmutations of (LLFP) and (MLFP), were completed CANDU-37 and PWR 15x15 spent fuels are considered separately. The designed ADS is fed with spent nuclear fuels removed from each thermal reactor without additional fuel, while the fission products obtained from the same thermal reactor are placed in the conversion zone in the graphite reflector zone. ADS was run in subcritical mode until the value of the effective neutron multiplication factor (keff) reached 0.984 and maximum operating times were obtained for spent A, B and C fuel conditions of 3400, 3270 and 5040 days, respectively. Time dependent critical burn calculations of CANDU-37 and PWR 15x15 thermal reactors were performed using both MCNPX 2.7 and MONTEBURNS codes. The time-dependent burn calculations of the ADS were performed with MCNPX 2.7 and CINDER 90 computer codes.