Kaya tipi oksit nükleer yakıtların fiziksel karakterizasyonu
Physical characterization of rock-like oxide nuclear fuels
Yazar: TAMER YALÇIN
Danışman: DR. AHMET YAYLI ; PROF. DR. Y. GÜRKAN ÇELEBİ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Bölümü / Genel Fizik Ana Bilim Dalı / Genel Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Nükleer yakıtlar = Nuclear fuels

Özet:
Hafif sulu reaktörlerde yakıt olarak kullanılan UO2 in geri çevrimi ve de nükleer silahsızlanma anlaşmalarının sonucunda büyük miktarda plütonyum açığa çıkmış ve çıkmaktadır. Açığa çıkan plütonyumu yine hafif sulu reaktörlerde yakıt olarak tekrar kullanıp doğrudan doğruya nihai depolamaya göndermek için kaya tipi oksit nükleer yakıtlar (ROX) geliştirilmiştir. Bu yakıtlardan istenen özellikler, içeriğindeki plütonyumun büyük bir kısmını yakabilmeleri ve kalan plütonyumu ise herhangi bir riske yol açmamak için (nükleer bomba üretimi ve toprak ya da su kaynaklarına karışma gibi) kullanılmış yakıttan ayrılmasını imkansız hale getirmeleridir. Bu amaçla Mg, Al, Y, Zr gibi doğada taşların yapısında binlerce yıl bozunmadan durabilen mineraller bu yakıtlarda inört matris olarak kullanılabilir. Pu bunların katı çözeltisinde bir kez bağlandığında artık tekrar geri dönüştürmek mümkün olmayacaktır. Ayrıca bu yakıtlarda başlangıçtaki plütonyumun %70-80 arasındaki kısmını yakmak mümkündür. Böylelikle başlangıçta yakıtın içinde bulunan Pu en aza indirilip kalan kısmı da bertaraf edilmiş olacaktır. İşte bu özelliklerinden dolayı ROX yakıtları (diğer adıyla IMF, inert matrix fuel) dünyadaki Pu stoğunu azaltmak ya da en azından dengede tutmak için iyi bir aday olarak görünmektedir.Bu çalışmada ThO2, CeO2, Al2O3 ve MgO tozları karıştırılarak kaya tipi oksit yakıt (ROX) peletleri elde edilmiştir. Ce plütonyumu simule etmek için kullanılmıştır. Yüksek sıcaklıklarda peletler hava atmosferinde sinterlenmiştir. Sadece bir pelet termomekanik değişimleri gözlemlemek için dilatometrede sinterlenmiştir. Sinterlenen peletlerde X ışını difraktometresiyle (XRD) katıhal incelemeleri, taramalı elektron mikroskobuyla da (SEM) mikroyapı incelemeleri yapılmıştır. Ksilenli nüfuz edici daldırma yöntemi ile tüm peletlerin özkütleleri ve içlerindeki gözeneklilik oranları bulunmuştur.

Abstract:
As a result of reprocessing of UO2 using in light water reactors and implementation of nuclear disarmemant agreements, large amount of plutonium has revealed. So-called Rock-like Oxide Fuels (ROX) have been developed to reuse this excess Pu in a once-through-then-out (OTTO) open cycle and directly dispose after use. Features desired fromthese fuels are to have a high Pu burnup and to make it impossible to recover the remaining Pu not to cause any risk such as production of a nuclear bomb or dispersion in the soil and water resources. To achieve this end minerals like Mg, Al, Y, Zr which can be found inside the rocks for thousands of years without important degradation can be used as inert matrix in these fuels. Once Pu is bound within a solid solution of the inert matrix it is practically impossible to recover it. Besides it is possible to consume %70-80 of the Pu inside these fuels. Therefore, Pu inside the fresh fuel can be minimized and the rest can be disposed safely without needing reprocessing. Due to these reasons ROX fuels or in another saying IMFs (inert matrix fuels) seems to be the the best candidate to stabilize, if not reduce, the Pu stockpile globally.In this study ThO2, CeO2, Al2O3 ve MgO powders were mechanically mixed. Ce was used to simulate Pu. This mixture was pressed into pellets and these pellets sintered in high temperature under air atmosphere. But one pellet was sintered in dilatometer to see the thermomechanical changes. Solid state studies of sintered pellets were done by an X ray diffractometer (XRD), microstructure studies by a scanning electron microscope (SEM). Densities and porosities of sintered pellets were found by penetration immersion method.