Bir yüksek sıcaklık nükleer reaktörünün farklı yakıtlar kullanılarak nötronik analizinin yapılması
Neutronic analysis of a high temperature nuclear reactor by using different fuels
Yazar: ÖZGÜR EROL
Danışman: PROF. DR. HACI MEHMET ŞAHİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Nükleer reaktörler = Nuclear reactors

Özet:
Enerjiye her geçen gün daha fazla ihtiyaç duyan dünyanın kullanabileceği temiz ve sürdürülebilir enerji kaynaklarından biriside nükleer enerjidir. Özellikle IV. nesil nükleer santrallerde farklı tipteki nükleer yakıtlarında kullanılabilmesi nükleer enerjinin ileriki yıllarda gerekliliğini artıracaktır. Yapılmış olan bu çalışmada bir Gaz Türbin - Modüler Helyum Reaktöründe (GT-MHR) alternatif yakıt kaynaklarının (Silah sınıfı plütonyum -WGrPu-, reaktör sınıfı plütonyum -RGrPu-, minör aktinidler -MA-) toryum ile karışımlarının nötronik performansları incelenmiştir. İlk basamak olarak uranyum kullanan orjinal yakıtın performansı incelenmiş ve bu yakıtın başlangıç değerine sahip efektif çoğalma katsayısı (keff) değeri saptanmıştır. Bu değere göre silah sınıfı plütonyum için %19 WGrPu - % 81 Toryum karışmının uygun olduğu, diğer tipteki yakıtların ise ilgili başlangıç keff değerine hiçbir şekilde ulaşamadığı görülmüştür. İstenen değere ulaşamayan yakıtların bazı karışımlarının (% 50 RGrPu - % 50 Toryum, %90 RGrPu - %10 Toryum ve %90 MA - %10 Toryum) nötronik performansları incelenmiştir. İnceleme için MCNP programı ile yakıtların zamana bağlı olarak yanmasını hesaplayan ve MCNP ile ORIGEN 2.2 arasında arayüz görevi gören MONTEBURNS kodu kullanılmıştır. Tüm zamana bağlı hesaplamalar keff değeri 1,05'e kadar yapılmıştır. Orijinal yakıt için çalışma süresi 475 gün ve yanma değeri 44,14 GWd/tHM olarak bulunmuştur. Bunun yanında %19 WGrPu - %81 Toryum karışımı için yakıtın çalışma süresi 975 gün, yanma değeri ise 99,17 GWd/tHM olarak hesaplanmıştır. Diğer alternatif yakıtlar için ise çalışma süresi ve yanma değerleri sırası ile %50 RGrPu - %50 Th için 175 gün ve 17,59 GWd/tHM, %90 RGrPu - %10 Th için 1895 gün ve 174,64 GWd/tHM ve %90 MA - %10 Th için 75 gün ve 10,08 GWd/tHM olarak hesaplanmıştır.Anahtar Kelimeler : Gaz Türbin - Modüler Helyum Reaktörü, GT - MHR, alternatif nükleer yakıtlar, nükleer reaktörler

Abstract:
Nuclear energy is one of the clean and sustainable energy sources of the world, whose energy need increases every day. Especially the utilization of different types of nuclear fuels increases the reputation of the IVth Generation nuclear reactors in the future. In this study the neutronic performances of alternative fuels (Weapons grade plutonium -WGrPu-, Reactor grade plutonium -RGrPu- and Minor actinides -MA-) mixed with thorium were investigated in a Gas Turbine Modular Helium Reactor (GT-MHR). As the first step the performance of the original fuel, which uses uranium, was investigated and the initial effective multiplication factor (keff) value was calculated. According to this initial keff value, a 19% WGrPu - 81% Thorium mixture was found as the suitable mixture ratio. For the other alternative fuels it was found that none of the mixture ratios could reach the initial keff value of the original fuel. For these alternative fuels performances of three different mixture ratios (50% RGrPu - 50% Thorium, 90% RGrPu - 10% Thorium and 90% MA - 10% Thorium) were investigated. For the investigation, MCNP code was used with MONTEBURNS code, which acts as an interface between MCNP and ORIGEN 2.2 codes, was used for the time dependent calculations. All the calculations were done until the keff value reached to the 1,05 level. For the original fuel operation time was found as 475 days and burn-up value as 44,14 GWd/tHM. Nevertheless, for the 19% WGrPu - 81% Thorium mixture, the operation time and burn-up value was calculated as 975 days and 99,17 GWd/tHM, respectively. For the other alternative fuels, operation time and burn-up value for the 50% RGrPu ? 50% Th 175 days and 17,59 GWd/tHM, for 90% RGrPu ? 10% Th 1895 days and 174,64 GWd/tHM and for 90% MA ? 10% Th 75 days and 10,08 GWd/tHM, respectively.Key Words : Gas Turbine - Modular Helium Reactor, GT - MHR, alternative nuclear fuels, nuclear reactors