Toryum nükleer yakıtlı lazer sürücülü bir füzyon reaktöründe fisil yakıt ve hidrojen üretim potansiyelinin araştırılması
Investigation of fissile fuel and hydrogen production potential in a laser driver fusion reactor with thorium nuclear fuel
Yazar: ŞULENUR ASAL
Danışman: PROF. DR. ADEM ACIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez kapsamında LIFE füzyon reaktörü modifiye edilerek farklı soğutucu ve yakıt oranlarında hidrojen üretim potansiyeli incelenmiştir. LIFE füzyon reaktöründe dört farklı mod (Mod ①: hacimsel olarak %5 oranında ThC, %95 flibe soğutucu; Mod ②: %10 ThC, %90 flibe, Mod ③: %5 ThC, %95 natural lityum, Mod ④: %10 ThC, %90 natural lityum) kullanılarak zamana bağlı nötronik analizi MCNP kodu ile yapılmıştır. Nötronik analiz sonucu trityum üretim oranı (TBR), enerji çoğaltım faktörü (M), fisil yakıt üretimi (233U) ve yakıt yanma oranı (BU) değerleri elde edilmiştir. Reaktörün tüm modlarda hidrojen üretim potansiyeli incelenirken, C++ kodu ile yazılan Nükleer Hidrojen Üretim Hesaplayıcısı ara yüz programı kullanılmıştır. Hidrojen üretim potansiyeli incelenirken üç farklı hidrojen üretim metodu LIFE füzyon reaktörüne entegre edilmiştir; buhar-metan reformasyonu (SMR), yüksek sıcaklıkta elektroliz (HTE) ve kükürt-iyot (S-I) döngülü termokimyasal yöntem. Hidrojen üretim analizi sonucunda termal güç oranı (1-ψ), termal güç (P_hpf^ ), hidrojen üretim miktarı (m ̇_(H_2 )) ve verim (η_hpf^ ) değerleri elde edilmiş, kullanılan dört farklı mod için karşılaştırılmıştır. Analizler sonucunda modifiye edilen LIFE füzyon reaktörünün çalışma süresi Mod ①,②,③ ve ④ için sırasıyla 11, 10, 23 ve 20 yıl olarak hesaplanmıştır. LIFE füzyon reaktörünün zamana bağlı hidrojen üretim potansiyelleri incelendiğinde en fazla hidrojen üretiminin Mod ② ile SMR yönteminde, en az ise Mod ③ ile S-I yönteminde olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, LIFE fusion reactor was modified and hydrogen production potential of the reactor was investigated by using different coolants and nuclear fuel ratios. Time dependent neutronic analysis was calculated with MCNP code using four different modes (Mode ①: 5 vol.% ThC, 95 vol.% Flibe; Mode ②: 10 vol.% ThC, 90 vol.% Flibe; Mode ③: 5 vol.% ThC, 95 vol.% natural lithium; Mode ④: 10 vol.% ThC, 90 vol.% natural lithium). As a result of neutronic analysis, tritium breeding ratio (TBR), energy multiplication factor (M), fissile fuel production (233U) and burnup (BU) values were obtained. While investigating the hydrogen production potential of reactor for all modes, Nuclear Hydrogen Production Calculator interface program written with C ++ code was used. While examining hydrogen production potential, three different hydrogen production methods have been integrated to the LIFE fusion reactor; steam-methane reforming (SMR), high temperature electrolysis (HTE) and sulfur-iodine (S-I) cycled thermochemical method. As a consequence of hydrogen production analysis, thermal power fraction (1-ψ), thermal power (P_hpf^ ), hydrogen production amount (m ̇_(H_2 )) and efficiency (η_hpf^ ) values were obtained and compared for four different modes used. At the end of the analysis, running time of modified LIFE fusion reactor were calculated as 11, 10, 23 and 20 years for Modes ①,②,③ and ④, respectively. When the time-dependent hydrogen production potentials of LIFE fusion reactor were examined, it was observed that the highest hydrogen production was in the SMR method with Mode ② and the least in the S-I method with Mode ③.