PANEL DUYURUSU

HAZİN BİR TESPİT

Viyana’da Birleşmiş Milletler’de çalışırken kütüphanede elime kalın bir rapor geçti. Rapor, dünyadaki bütün araştırma reaktörlerindeki (güç reaktörleri değil) kazaları analiz ediyordu. Bazılarında önemli bazılarında önemsiz kazaların dökümü verilmişti. Hangi memleketlerde, bunlar ne şekilde oluşmuş. Örnek olarak  Arjantin’de bir araştırma reaktöründe kontrol çubukları aşağı indirilmiş, reaktör durmuş vaziyetteydi. Bakım yapılırken yanlışlıkla kontrol çubuğu aniden çekilmiş, reaktör kritik olmuş, iki operatör hayatlarını kaybetmişler. İstanbul Küçükçekmece’deki TR-I reaktöründe ve Ayazağa’da Teknik Üniversitesi’nin Mark-II araştırma reaktörleri, operatörlerimiz tarafından yıllarca hiç kaza yapmadan başarı ile çalıştırılmışlardır. Recep Sevdik, Önder Tanörmen, Ayhan Pekünlü ve Galip Baran American Machine and Foundary Company’de çok değerli uzun vadeli stajlarda iyi yetişmişlerdi. Önder Tanörmen Avusturya’nın milli reaktörü ASTRA’da 1 yıl, Amerika’da General Electric firmasında 1 yıl başarılı staj dönemlerinden geçmişti. 1980’lerde TR-I reaktörü (gücü 1 MW idi) TR-II reaktörü oldu. Dr. Mehmet Turgut, bütün reaktör nötronik ve reaktivite hesaplarını üstün başarı ile yaptı. TR-II reaktörü, Nükleer Mühendislik Bölümü ve İşletme Bölümü tarafından 5 MW güce çıktı ve başarı ile çalıştırıldı. Sağlık Fiziği Bölümünün yapıcı katkılarını yazmaya değer. Dr. Mehmet Turgut, Almanya’da doktorasını yapmış, müstesna kabiliyette bir arkadaşımızdır. TR-II 10 MW hesaplarını da başarı ile yapmıştır. TR-II reaktörümüzü de ilk defa çalıştıran kıymetli operatörümüz Önder Tanörmen’dir. O sırada rahmetli Prof. Nejat Aybers kendisi ile beraber reaktör kontrol odasında idi. Nur içinde yatsın.

Şimdi Türkiye Makine Mühendisleri Odası’nın son günlerdeki yoğun nükleer çalışmalarına gelelim. Uranyumlu güç reaktörlerindeki kazalar bütün detayları ile incelenip yazılmaktadır !!! Tree Mile Islands, Çernobil ve Fukişima kazaları. Fukişima kazası bir nükleer kaza değildir, bir tsunami kazasıdır. 444 nükleer güç reaktörü dünya elektriğinin %17’sini sağlıyor. Bu reaktörler olmayıp yerine kömür santralları olsaydı. Bugün dünya atmosferimiz milyarlarca ton CO₂ havamızı daha da bozmuş olacaktı. Nükleerciler kesin doğacıdır. Yaz sıcaklarını hatırlatalım. 2 ay 32^o C altına düşmemiş bir 2018 yaşamadık mı? Makine Mühendisleri Odası neden nükleere karşıdır? Uranyum reaktörleri kazalarını gözönüne alıyor da ülkemizde 380.000 ton bulunan toryum reaktörleri hakkında neden tık yok?  

Yılda Türkiye’mize 75 milyar dolar kazandıracak yeşil çekirdek (Kadıköy Düşünce Platformu Başkanı Mustafa Özcan Bey’in buluşudur) toryum neden ihmal ediliyor? Tespitim çok üzücü ve çok hazin ve düşündürücüdür. 60 yıldan beri bu iş üzerindeyim. 20 yaşında iken Çekmece’de gama ışınlarının enerjilerinin nasıl ölçüleceğini Prof. Sait Akpınar’dan öğreniyordum. İranlı ve Pakistanlı stajyer öğrencilere Çekmece Nükleer Araştırma Merkezi’nde ders veriyordum. Kozmik radyasyondan ölçülerin zarar görmemesi için gama ışınlarını ölçen aletimizi nasıl korumalıyız? Kurşun, bakır, kadmiumla kaplanmış iç yüzeyler vs.

Makine Mühendis Odası’na bağlı bayanlar, baylar; nükleer reaktörler yeni yeşil bir yolda, toryumu kullanarak 25 ülke ve birçok şirketler birbirleriyle kıyasıya korkunç bir yarış halindedirler. Çin, Hindistan, Amerika-Malezya ikili büyük projeler vs. Toryum ergimiş tuz, homojen, modüler reaktörler uranyumlu reaktörlere nazaran çok daha kompak, bomba yapılması mümkün olmayan, gerekirse öteki reaktörlerin radyo-aktif atıklarını da yakabilen, ucuz, önceki yazılarımda bahsettiğim heterojen uranyumlu reaktörlerdeki zorlukları içine almayan, 700^o – 830^o C’de kendini otomatik kapatan (çünkü yakıt negatif sıcaklık katsayısına sahiptir), ham maddesi bizde 400 yıl yetecek kadar bulunan, bize yılda 75 milyar dolar getirecek, elektrik enerjisi problemimizi kökünden çözecek, bakımı 2 sene yerine 5 senede bir yapılabilen, yterbium, neobium, neodinium... gibi değerli maddeleri üreten ve bunların kolayca çıkarılmasına imkan veren, şu anki Türk teknolojisine uygun, elektrik üretimi verimi mevcut reaktörlere göre daha yüksek, reaktör kurulması ve üretim maliyeti daha düşük, kaynama imkanı olmayan. Su ile soğutulmadığı için hidrojen patlaması olmaz, sıvı sistemin patlama riski yoktur, izotopların suya, toprağa, atmosfere karışması yoktur, sıvı tuz karışımı çok ısınırsa alttaki tıpa kendiliğinden erir ve sistem durur, ETR bir kere çalıştırıldıktan sonra kendi kendine güvenli çalışır, Akkuyu nükleer atıklarını yakma kabiliyetine sahiptir, plutonyum üretimi hemen hemen yok gibidir, atıkların ömrü on binlerce yıl değil 300 senedir, ETR’lerde elektriğe çevirim verimi %42-48 kadardır, ötekilerde %30-33’tür, hemen yakınındaki kimya metalurji tesislerini de besleyebilir, ayrıca hidrojen üretebilir, başlangıçta düşük zenginlikle U-235’ce zengin UF₄ kullanılır, U-233, U-235’ten sonra devreye girer, toryum fisyon ürünlerinin %84’ü kararlıdır, bu çok önemli bir özelliktir, gaz fisyon ürünleri sirkülasyon pompaları tarafından verimli bir şekilde atılır, sistem aktinitleri recycle kapasitesine sahiptir. Elektrik Mühendisleri Odası da son iki yıl hariç hep nükleere karşı çıkmıştır.

Cumhuriyetimizin 95. Gurur yılında bilim ve akıl bizden yana olsun.

03.11.2018

Doç.Dr.Çetin ERTEK

ILIK NÖTRON SPEKTRUMU HESABI

Bu yazıda Doç.Dr. Çetin Ertek, Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi’nde, Haziran 1973’te yapılan önemli bir hesabı size özetleyecektir.

Hidrojen yavaşlatıcılı bir ortam için ılık nötron spektrumunun hesabına, genel Boltzmann denkleminin sonsuz, homojen, izotropik ve dış kaynak ihtiva etmeyen bir ortamda enerjiye bağlı bir integral denkleme dönüştürülmesi ile başlanmıştır. Hidrojen yavaşlatıcılı ortam su ortamıdır. Nötronlar su ile çarpışarak hızlarını kaybederler. Hızlı nötron iken ılık nötron olurlar. Yavaşlatıcı atomlarının uzayın her yerinde uniform olarak dağıldığı ve enerjilerinin Maxwell dağılımı gösterdiği kabul edilmiştir.

Integral denklemin çıkarılışı sırasında, atomlar arasındaki bağ ve kristal yansıması tesirleri ihmal edilerek, saçılma fonksiyonu için Wigner-Wilkins serbest gaz kerneli kullanılmıştır.

Hidrojen yavaşlatıcı için integral denklem bir diferansiyel denkleme dönüştürülmüş ve bu dönüşümden faydalanarak ılık nötron akı ve yoğunluk belirlenmiştir.

Bundan başka çalışmanın üçüncü bölümünde, bir karşılaştırma yapmak amacıyla Boltzmann denklemi, akıya göre, aynı kabuller altında Horowitz-Tretiakoff metodu tatbik edilerek çözülmüştür. Bilindiği gibi nötron akısı, saniyede 1 cm² den her yönde geçen nötronların sayısına verilen tanımdır.

Nötron termalizasyonunun diğer reaktör hesaplarından ayrılan yanı, nötronların yavaşlatıcı atomlarla çarpışmalarında enerji kazancı veya kaybının her ikisinin de mümkün olmasıdır. Zira, bu bölgede nötronların enerjisi, atomların enerjisi ile mukayese edilebilir mertebededir. Nötron enerjisinin atomların enerjisine nazaran yüksek olması halinde, atomlar kararlı ve kendi aralarında bağlı değil ise, atomik hareketler ihmal edilir ve çarpışma için, klasik mekanik kanunları uygulanır. Nötron enerjisinin atomların enerjisi mertebesinde olması halinde çarpışma için; atomik hareketler ile nötron dalgasının münasebetini hesaba katan kuantum mekanik kanunları geçerlidir. (Honeck H.C. “A Review of the Methods for Computing Thermal Neutron Spectra”, BNL-821 (T-319) June 1963) denklemi çözebilmek için elektronik hesap makinelerinde nümerik olarak çözme kodları geliştirilmiştir.

P.F. Zweifel, C.D.Petric tarafından 1956’da yapılan çalışmada, hidrojen yavaşlatıcılı sistemlerde ılık tesir kesitleri ile birlikte suda difüzyon uzunluğu da hesaplanmıştır. (Zwefel P.F. and Petrie C.D. Averages of thermal cross sections for hydrogen-Moderated Assemblies, KAPL-1469 Jan.1, 1956) Bunlardan başka, bu tür hesaplar için (H.J. Amster, Thermal neutron  cross-sections averaged over the spectra of Wigner and Wikins WAPD-185 Jan.1958) ve (D.M. Keaveney, Proceedings of the neutron thermalization Conference, April 1958, Gatlinburg, Tennessee).

03.11.2018

Ünal Azaklıoğulları

Yıldıray Özbir

Ulvi Adalıoğlu

ERGİMİŞ TORYUM TUZ REAKTÖRLERİNDE YAKIT TÜKETİMİ NE KADARDIR?

Toryum yakıt çevrimi kullanan ETR’lar uranyum olmaksızın çalışmaz. Çünkü Eskişehir civarından elde edilen Toryum, bütün Toryumlar gibi doğrudan fisyon yapmaz. Bölünebilir fissel madendir. Th ²³² dir. Bu malzemeye herhangi bir enerjide nötron atarsanız U²³³ meydana gelir, bu parçalanabilir, fisyon yapar, enerji üreten hale gelir. 1 cm³’lük Th parçası alalım. Bunu pastırma dilimler gibi nano teknoloji ile dilimlersek 600 metre karelik bir alan elde ederiz. Nötronları bu yüzeye çarptırırsak bir anda ne kadar çok U-233 atomu elde edebileceğimiz aşikardır. Başlangıçta Toryumu harekete geçirebilmek için U-235’ce düşük zenginlikte Uranyum (UF₄ biçiminde) kullanılır. Sistem rejime ulaşınca Uranyum-233, Uranyum 235 yerine kullanılmaya başlar. Artık bir süre sonra dışarıdan ayrıca U-235’ce zenginleştirilmiş Uranyum ilave etmeye gerek kalmaz. 1000 Mwe’lik bir reaktörün 24 saat/365 gün çalışması ile 440 kg Toryum 440 kg Uranyum tüketimi olacaktır. 1000 Mwe’lik konvensiyonel reaktörün yıllık yakıt ihtiyacı ise 200 ton doğal Uranyumdur. Çünkü doğal Uranyumun binde 7’si U-235’tir. Toryumun yüzde yüzü U-233 yapılabilir. Toryum reaktörlerinin radyo-aktif atıkları hacimce çok daha az olur ve saklanma ömürleri de 10 binlerce yıl değil sadece 300 yıl olur. ETR’lerde yüksek sıcaklıkta enerji üretildiğinden, reaktörün hemen yakınına kurulacak kimya, petrol veya metalurji tesislerinin fosil yakıt yakmadan ısı ihtiyacı karşılanabilir. Konvensiyonel nükleer reaktörlerde üretilen ısının ancak %30-33’ü elektriğe dönüştürülebilirken bu oran ETR’lerde %42-48 dolayındadır.

Sadece Eti-Mden İşletmeleri Genel Müdürlüğü’ne ait Eskişehir kompleks cevherinden yılda 5000 ton Nadir Toprak Elementleri üretilse, ortak ürün olarak 150 ton Toryum di oksit elde edilecektir. Toryum ETR reaktörlerinin elektrik üretim maliyeti (kurulum maliyeti ve faizler hariç) 0.5 cent/kW saat bulunmuştur. Bu değer en düşük maliyetli kömür için 2.5 cent kW saat ile karşılaştırıldığında çok büyük avantaj ortaya çıkmaktadır. Bir adım ilerisi, Molten Salt Fast Reactor MSFR dir. Generation IV International Forum (https://www.gen-4.org.2002) Nikel alaşımdan silindirik bir kazan çapı ve yüksekliği 2.25 metre, 750^o C çalışan Toryum yakıt tuzu. Birinci tuzdan çıkan nötronlar, ikinci halkadaki Toryum florit tuz halkasında U-233 meydana gelmesine sebep olurlar. U-233 üretimi başlamıştır. Bunlar da sisteme katılarak enerji üretimine katkı sağlarlar. İç pompalar sirkülasyonu sağlarlar. Kazanın çepeçevre etrafında ısıyı buhara dönüştürücü ısı eşanjörleri vardır. Bu buharla jeneratör çalışır, elektrik elde ederiz. Dışta üretilen U-233 “fluorination” metodu ile kolayca dışarı alınır.

Doç.Dr.Çetin ERTEK

27.10.2018

ATOM REAKTÖRÜNDE YAKIT ELEMANLARININ YERLEŞTİRİLME ŞEKİLLERİ

Belçika’da 1961 yılında 2.54 cm kalınlığında (çapında) tabii Uranyum (zenginleştirme yok) boyu 200 cm uzunluğunda olan Uranyum çubukları ile VULKAN projesinde çalıştım. Projenin amacı, minerallerinden arınmış distile su ile ağır suyu karıştırarak enerji üretecek kritik kütleyi bulmaktı. İyi sonuçlar aldım. İşte bu sistemde Uranyum çubuğunun bir tanesi .5 cm boyunda 2.80 cm genişliğinde bombe yapmış ve Urayumun dışında bulunan Alimimyum zarfı yarmıştı. Uranyum üretilirken içindeki istenmeyen maddeleri Uranyumun içinden zamanla dışarı atıyordu. Bana “bizim firmayı kurtardın” dediler, ama iki maaş bile hediye etmediler. Elimde olayı inceleyen çalışmalar var, başka bir sefer üzerinde dururuz. Olayı bir çalışmamda zaten anlatmıştım.

VULKAN projesinde su/uranyum oranını 4 kere değiştirerek kritiklik şartlarını buldum. Hangi oranda, sistem, optimum olarak en az Uranyumla en yüksek enerji elde eder. Uranyum çubukları düşey olarak, bir ızgaraya yerleştirilmişti, düşey olarak duruyorlardı. Izgara delikleri arasındaki mesafe su/uranyum oranına göre değiştirilebiliyordu. Ben bu sistemin tepesinde nötronların yere bağlı değişimini (Buckling) ölçüyordum. Türkiye’ye döndüğümde üzerinde çalıştığım Uranyum yakıtlar % 99.6 zenginleştirilmiş U-235 ihtiva ediyordu. Birkaç milimetre kalınlığında Aliminyum içinde sandöviç şeklinde yerleştirilmişti (pres yapılarak). 12-13 tane bu şekildeki yakıtlar (her birinde 10 tane bu şekilde levha ihtiva eden) 1 M Watt gücündeki TR-I reaktörünü çalıştırmaya yetiyordu. 1 M Watt için senede 1 gr Uranyum yakardı. Sonradan zenginleştirme bomba yapabilecek kabiliyette olduğu için %20’ye düşürüldü. (Tavanı yıkarak gelebilecek bir vinç zengin uranyumu kaçırmasın diye) AMF firması tarafından yapılan bu tip Swimming Pool Type reaktör 1961 ve sonraları 19 memlekete (İspanya, İran, Türkiye vs.) satılmıştı. Araştırma reaktörü idi. Dünyada yaklaşık 450 güç reaktörü varsa, yaklaşık belki daha fazla 780 tane de araştırma reaktörü vardır. Çekmece Nükleer Araştırma Merkezimize Amerikan hükümeti tarafından bize hibe edilen küçük kritik altı reaktöründe çok deneyler yaptık. Onlar, %1.143 zenginleştirilmiş 1 cm çapında 60 cm uzunluğunda silindirik Uranyum çubukları idi. Onlarla kritik olunamazdı. Uranyum miktarı buna yeterli değildi. Su/uranyum oranını değiştirmek çok kolaydı. Birçok reaktör optimizasyon deneylerini yapmaya müsaitti. Şimdi bu silindirik Uranyum çubuklarını alalım, çapını 0.8 cm’ye indirelim. Çubuğun boyunu 4 metreye çıkaralım ve bu çubuklardan 17 tanesini bir kenara, 17 tanesini de diğer kenara koyalım, aralarına çelik destekler ve kemerlerle bağlayalım, buna yakıt elemanı buketi (bundle) denir. “Fuel element essembly” de denir. Bunlardan 195 tanesini yan yana getirirseniz 1000 Mwatt elektrik üreten PWR veya BWR güç reaktörünü elde edersiniz. Birleşmiş Milletler adına Uluslararası Atom Enerjisi Ajansında çalışırken (UAEA) Japonya teftişlerinde bu yakıt elemanlarının teftişini yapardım. 8-10 kişi UAEA’dan (İngiliz, Fransız, İtalyan, Türk müfettişleri vs.) 12-14 kişi de Japon tarafında, iki grubun da birer başkanı vardı. Elemanlar ötekilerle konuşamaz, sadece başkanlar konuşabilirdi. Mitsubishi Yakıt Eleman Fabrikasını teftiş eden grubun UAEA başkanı bendim. Dört gün süren envanter çalışmaları (teftiş edilen ülkeye) 400.000 US$’a mal oluyordu.

1988-89 yıllarında Arjantin’e Kanadalıların yaptıkları CANDU tipi reaktörde müfettiş olarak çalıştım. Reaktörün adı EMBALSE idi. Arjantin’de Cordoba civarındaydı. CANDU tipi reaktörlerde yakıt elemanları yatay da yerleştirilir, düşey de. Tabii Uranyum kullanıldığında ağır su moderatör olarak kullanılır. Uranyumu hafifçe zenginleştirirseniz reaktör su ile kritik olur. Bizim yeşil çekirdek ergimiş Toryum reaktöründe istediğiniz güce çıkabilirsiniz. Yakıt çubukları olmadığı için yakıt sıvı olduğu için çubuklardaki problemler otomatik olarak ortadan kalkar.

Doç.Dr.Çetin ERTEK

27.10.2018

PANEL DUYURUSU