DENEYSEL REAKTÖR FİZİĞİNİN İNCELİKLERİ

Çekmece Nükleer Araştırma Merkezi’nin, Amerika’nın Brookhaven Milli Laboratuarı ile yaptığı protokole göre, 104 Kg’lık % 1.143 zenginleştirilmiş uranyumlu alt-kritik sistem ÇNAEM’e hibe edilmişti. Deneysel çalışmalar 1962’de başlayıp 1969’da sona ermişti. Deney son derecede zor bir deneydi. %1 hassasiyetle ölçme gerektiriyordu. Ben bu ölçmelerde, beş birbirinden bağımsız ayrı ölçme metodunu karşılaştırmalı olarak tatbik ettim. Solvent ekstraksiyon yapılarak varılan sonuçlar bize en doğru ölçüleri verdi. Zenginleştirilmiş uranyumlu alt-kritik sistem 63 cm boyunda, 1 cm çapında 72 uranyum çubuğundan ibaretti. Bu sistemin kritikliğini arıyorduk, deneysel sonuçlar transport teori hesapları ile karşılaştırılacaktı. Biz ölçü için neptunium’un (Np-239) gama ışınlarını ölçtük.  Meydana gelen Neptunium miktarı bir gramın milyonda birinin milyonda biri kadardı. Yani 10^-12 gr. Biz bir oran ölçüyorduk. Kritik-altı sistemi gözönüne getiriniz, ortada biri çıplak uranyum pul, bir de kadmiumla kaplı uranyum pulun neptunium aktivitelerinin oranı. Buna reaktörün kadmium oranı denir, bu da kritikalite ile ilgili önemli bir parametredir. Np-239 atomları 2.35 gündelik yarı ömre sahiptir. Bütün Np’lar bu yarı ömürle Plutonyum-239’a dönüşürler. Yani biz Türkiye’de ilk defa, çok az da olsa Plutonyum-239 üretmiş olduk. Çubukların ortasında biri çıplak ötekisi Kadmium (Cd) yüksükle kaplı iki uranyum pul aynı anda ışınlanıyor.

    U238 + n ^{23 dakika} > U²³⁹  ----à Np²³⁹ _{2.35 gün}---à Pu²³⁹   oluyor.

Nötronların enerji dağılımı O eV’tan 10 MeV’a kadar. Buna nötron enerji spektrumu diyoruz. Çıplak uranyum pulu Cd’miumla kaplanırsa (Bu bir yüzük yapısındadır ve alttan ve üstten içine termik nötronlar girmesin diye yine Cd iki pulla kapatılmıştır.) Cd pul, termik nötronları hemen hemen tamamını yuttuğu için istediğimiz Cd oranını elde ederiz. Nötron enerji ayrımı için kullanılan Cd yüzük ve pullar mikroskopik reaktör fizik parametresini 5 yönden etkiler. İlk olarak, eğer çıplak foiller kadmium kutudan kafi derecede uzak değillerse, onların aktiviteleri kadmium kutunun akıyı azaltması sebebi ile azalır. (Burada akı ile nötron akısını kastediyoruz.) İkinci olarak, termal akının azalması, akıyı da azaltır, çünkü termal fisyondan çıkan hızlı nötronların sayısı azalır, bundan dolayı kadmium kaplı foillerde hızlı nötronlardan meydana gelen aktivite azalır. Üçüncü olarak termik akının azalması, resonans akıya da etki eder. Kadmium kutu yüzünden resonans akı da moderatör yer değiştirmesi yüzünden ve kadmiumun yüksek enerjideki resonanslarından ötürü azalır. Dördüncü olarak, kadmiumdan dolayı ortamda resonans saçılması olur ve son olarak kadmium kutudan dolayı moderatör miktarı değişir.

Ertek tarafından geniş bir çalışma yapılmıştır. Bunda standart metroloji tavsiye edilir, nükleer veriler, spektrum ayar metodları, spektrum unfolding, akı ve fluence tayinleri açıklanmıştır. Belirsizlikler, 203 referanslı bir çalışma ile ortaya konmuştur.

Proje Manageri olarak çalıştığım REAL-80 projesi, 1981’de Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı himayesinde ileri laboratuarlar arasında kısa zamanda tamamlanmıştır. IAEA specialistlerinin toplantısında REAL-84 eksersizi masaya yatırılmıştır. (Mayıs 1987, Jackson Hole, Wyoming, USA)

ASTM standartları, yani E262-E266; E523,526; E343, E-393, E481 ve E482 reaksiyon sürati ölçmelerinde; E693 atom başına ferritik çeliklerde yer değiştirme (DPA); E704, E705, E706 (Master Matriks for Pressure Vessel Surveillance Standards), E706 (IG), Guide 900, E944 ve Metod E646 ve diğerleri çok foyalıdır ve devamlı inkişaf etmektedir. Korrele edilmiş lineer en küçük kareler metodunun (CLLS) yeni bilgileri içine alması çok faydalıdır. Bu metod, eski ve yeni ölçülerin büyük kovarians matrislerinin inversiyonlarının alınmasına gerek duymaz. REAL-80, REAL-84 ve REAL-88 projelerinin menejerliğini Ertek yapmıştır.

Kaynaklar

1.       W.l. ZIJP, E.M. ZSOLNAY, H.J. Nolthemus, E.J. Szondi, G.C.H.MM Verhaag, D.E. Culler and Ç. Ertek “Final Report on the REAL-80 Exercise”; ECN-128, Netherlands Energy Research Foundation (1983).

2.       E.M. Zsolnay and H.J. Nolthenius “Proc. Of the IAEA Consultants” Meeting on the Assessment of the Results of the REAL-84 Exercise Edited by V. Piksaikin, March 197, IAEA INDC (NDS) 190 / G+F+R

3.       C. Ertek, “On the penetration of mono-energetic neutrons inside the detector foils”, International Atomic Energy Agency, IAEA/RL/44, Feb. 1977.

4.       C. Ertek,  “Neutron Activation Foil Cover Effects. Neutron flux density depression and self shielding correction factors” International Atomic Energy Agency, IAEA/RL/57 Feb. 1979.

5.       C. Ertek, Compilation of neutron flux  density spectra and reaction rates in different neutron fields, Vol.I, IAEA/RL/61, June 1979, 319 pages.

6.       C. Ertek, ibid. Vol II, IAEA/RL/63 July 1979, 251 pages.

7.       C. Ertek, ibid.Vol III, IAEA/RL&68, April 1980, 381 pages.

8.       C. Ertek “Reaction Rate Measurements, Neutron Spectrum Unfolding, Fluence, Radiation Damage, Embrittlement and Safety for Fission and Fusion Reactors, Their short comings and Uncertainities” IAEA/RL/72 Oct. 1980.

9.       C. Ertek, A. Yalçın and Y. İnsel, Nucl. Sci. Eng., 36, 209-221, 1969.

10.   C. Ertek and N. Haselberger “Measurement of Density and Water Content of Soil Using Photon Multiple Scattering” Nucl. Inst. And Methods 227 (1984) 182-185.

11.    C. Ertek “The REAL-80 Project Related Preliminary Results Argonne Seibersdorf Intercomparison Proc. 4th Sym. On Neutron Dosimetry p.251 Commission of the European Communities, Radiation Protection Munich-Neuherberg 1-5 June 1981. EUR 7448 EN Vol. II.

12.   C. Ertek, “Seibersdorf-Helsinki Intercomparison of Neutron Flux Density Spectra by Using the SAND-II and LOUHI Unfolding Programmes p.261.

13.   C. Ertek, M.F. Vlosov, B. Cross, P.M. Smith “Influence of Cross Section, Structure on Unfolded Neutron Spectra” p.p 654, Proc. Int. Conf. Nuclear Data for Science and Technology. Antwerp, Belgium, Sept. 6-10, 1982. CONF-820906.

Doç.Dr.Çetin ERTEK

13.10.2018