Tarık
Bey’e ve Reşat Bey’e gönderilecek notlar double (copy) fission chamber, on-line
olarak, toryumlu ergimiş tuz reaktöründe (TETR):
1)
U-235 fisyonlarını,
2)
U-238 fast fisyonlarını ,
3)
232Th+1nà 233U fisyonlarını
10 lt.lik bir fisyon
odası aletinde devamlı olarak ölçme kabiliyetine sahiptir. Bu son derece
önemlidir. TETR’lerde fisyon olaylarının anında kontrolü en az malzeme ile en
yüksek güce çıkma optimumunu bize gösterecektir. Sıcak karışımdan fisyon
ürünlerini çektiğimizde durum reaktör operatörü tarafından bilinçli olarak
takip edilebilecektir. Ergimiş tuz içine U-233 veya U-235 zerk edilebilecektir.
Durum daha yakından daha etkili kontrol edilebilecektir. Ölçme işi kazan içinde
veya dışında gerçekleştirilebilir. 650o-700o C’de ölçü
yapabilecek kapasitede pompa ve yapı gerektirir. Fisyon odası (double-fission
chamber) kovensiyonel reaktörlerde, U-238’in hızlı nötronlarla yaptığı hızlı
fisyon miktarını ölçmek için hızlı fisyon faktörü tarif edilir. Çifte fisyon
odası ile de hem U-235 fisyonları, hem de U-238 fisyonları aynı anda bu aletle
ölçülür. Bu faktör daima pozitiftir ve birden büyüktür.
Toryum ergimiş tuz
reaktörlerinde bu aletten faydalanmak imkanı vardır. Eski tip reaktörlerde
sistem heterojen olduğu için, yakıt çubuklarından alınan ince uranyum diskleri
aletin içine monte edilir. Ölçülecek foil (örnek) katı haldedir. Fisyon odası
içindedir. Alet alüminyumdan yapılmıştır. Aletin alüminyumdan çıkan gazları
alınır. Alete 1 atmosfer basınç uygulanır, içi argon gazı ile doldurulur. 700
Volt’luk voltaj tatbik edilir. U-235 ve U-238 iki katodu vardır. Fisyonlar
ölçülerek, hızlı fisyon faktörü bulunur. Bu alet ve dizaynı 1955 yılına kadar
çok gizli olmak şartı ile kullanılmıştır. 1955-58 nükleer enerjinin sulhçu
gayelerle sivil sektöre açılmak kararından sonra (Amerika ve Rusya tarafından)
elektrik üreten güç reaktörlerinde kullanılmaya başlamıştır. Toryum ergimiş tuz
reaktörlerinde alet, hemen kazan dışında, ince levha halinde yakıtın aletin
ortasından laminer bir akış ile geçişi ile çalışır. Kazan reaktör operatörünün
fisyonların sayısına ve nereden geldiğine (U-235, U-238 ve U-233) hakim olmasını
sağlar. Sistemi, puls şekillerinin (coinsidance) ve elektronik imkanlarla
yakıtın dinamiğini derinlemesine anlamak için kullanabiliriz. Alüminyum yerine
nikeli bol paslanmaz çelik, alet yapımı için elverişli olabilir. (İçerde veya
dışarda çalışma şartlarına göre)
Kazanın dışında, sıcaklık
tedbirleri alınmış, izoleli gama sintilasyon sayıcıları uygun yerlere
yerleştirilmelidir. Alınan enerjiye bağlı spektrumlar sistem dinamiği,
radyasyon seviyeleri, negatif sıcaklık katsayıları hakkında gerekli bilgiyi verecektir.
Türkiye ergimiş tuz toryum reaktörünün pilot planı üzerinde, gerek
simulatörlerle, gerek deneysel düzeneklerle çalışmalarını ileri düzeyde
yapmalıdır. Karışım toryum florür mü? Toryum klorür mü olacak? Uranyum için
optimum konsantrasyon şartları ne olmalı? Toryum her enerjideki nötronlarla
çarpıştığında fisyon yapan U-233 meydana getirdiği için optimizasyon şartları
uranyum kadar keskin değildir. Burada optimizasyon yani en az yakıtla maksimum
güç eldesi heterojen reaktörlere nazaran tamamen farklı bir durum
arzetmektedir. Sistem modülerdir. Toryum ergimiş tuz reaktörlerinde pompa ile
kazan içinden örnek almak sistemin sıcaklığına göre değişir. Reaktör kalbindeki
madde 300, 350o C’de katılaşır. 650o C’de çalışırken sıvı
örnek alıp analizine başlamak özel tedbirleri gerektirir. 20-25o C’
a kadar örneği indirebilirseniz solvent extraction yapabilirsiniz. Aksi takdirde
650-700o C’da fisyon gazlarının sistem içinden alınışı habbecikleri
kullanılarak yapılabilir. (Bu hususta Dr. Reşat Uzmen’in uzmanlığından istifade
etmek gerekir.) Ergimiş bizmutla redox olayını kullanarak platin ayrıştırılması
vs. Tirityumdan kurtulmak vs. Sistemde basınç zaten çok düşüktür. Dış basınçtan
çok az daha düşük olacaktır, partikül yayılmasına bu şekilde mani olunur.
Soğutma işlemleri levha şeklinde laminer soğutmalarla ısı değiştiriciler
vasıtasıyla (heat exchangers) yapılır.
Soğutmada araştırmalar,
nano teknoloji ile elde edilen parçacıkların %4 sisteme ilavesiyle (volume
fraksiyonu) konveksion akışında, heat transfer coefficient (ısı transfer
katsayısı) %8.3 bir yükselme görülür. Reynolds sayısı yükselir, Darcy friction
faktörü alçalır. Soğutucu yağ veya glikol içine TiO2, Al2O3
gibi nano parçacıklar katılarak sistemin verimi yükseltilir. Nano soğutucular,
tribology, kimya, çevre durumlarında ve kaplamada kullanılır.
Toryum ergimiş tuz
reaktörlerinde toryumklorür veya toryumflorür yakıt olarak kullanılır. Sistemin
içine fisyonu başlatmak için U-235 konur. Kozmik nötronlarla veya Am-Be gibi
nötron kaynakları ile kazan içinde fisyon olayı gerçekleştirilir. Fisyondan
fisyon ürünleri çıkar, toplam enerjisi 162 MeV’tur. Bu fisyon parçalarının
kinetik enerjisidir. Fisyondan 5 MeV ile Beta parçacıkları da çıkar. 5 MeV luk
gama ışınları da çıkar. Bunların toplam enerjisi 6 MeV’tur. Grand total
fisyondan çıkan enerji 195 MeV tur. Fisyon ürünlerinin enerjisi sıcaklık olarak
ortaya çıkar, nötron enerjileri ve ani gama ışınları enerjisi çok kısa zamanda
enerjilerini ortama verirler. Fisyon ürünlerinin beta ve gama enerjileri yavaş
yavaş ortaya çıkar. Bundan dolayı atom reaktörünün çalışmasının ilk
durumlarında 174 MeV fisyon başına elde edilir. Bu yavaş yavaş artar, 184 MeV’a
çıkar. Anti nötrinoların enerjisi de 195-184 = 11 MeV’tur. 1 MeV= 1.6 10-6
erg = 1.6 x 10-13 Watt saniye. Tek bir U-235 çekirdeğinden 3.2 x 10-11
Watt saniyelik enerji çıkar. 1 Watt saniyelik enerji için 3.1 x 1010
fisyon gerekir. 1 gr uranyumda 6.02 x 1023/235= 2.6 x 1021
atom vardır. Tamamının fisyonu 8.3 x 1010 Watt saniye enerji verir.
Bu da 2.3 x 104 kilowatt saat aşağı yukarı 1 megawatt günlük enerji
verir. U-233’ün de fisyonu gene aynı şekildedir. Kazanda:
Th232 + n à
Uβ233 à Pα
reaksiyonu meydana gelir.
%84 U-233 kararlı
çekirdekler meydana getirir. Bu da toryum ergimiş tuz reaktörlerinin en büyük
avantajıdır. Plutonyum-239 meydana gelmez. Kazanın yapı malzemesi Hastelloy
N’dir. Korrozyona dayanıklıdır. Japonlar yakıt olarak kazanda Dr. Kazuo
Furukawa önderliğinde ergimiş florür tuzlarıyla çalışmaktadır. Projenin adı
FUJİ’dir. Düşük zenginlikte uranyum da kullanmaktadır. (Lityum, berilyumflorür
karışımı içinde) FUJI tasarımı 1000 Mwe ile orta boyutta 100-300 MWe ve 7-10
Mwe düşük güçte farklı modeller üzerinde durmaktadır.
FİGES A.Ş. firmasından
Dr. Reşat Uzmen, “Konvansiyonel yakıtlı nükleer reaktörlerin artık 4. Nesil
reaktörlere yerlerini bırakacağı herkes tarafından ifade edilmektedir. Elbette
bu değişim milyarlarca dolar yatırımın yapıldığı, binlerce mühendis, teknisyen
ve işçinin çalıştığı konvansiyonel nükleer reaktör sektöründe bir anda
beklenmemelidir.Türkiye’nin bu yeni ileri ve kendi imkanlarıyla yapabileceği
nükleer reaktör teknolojisinde, çalışmalara henüz başında iken katılmasının
önemini kavrayan ve SAMOFAR projesine katılarak farkındalık yaratan FİGES A.Ş. diğer
kamu (TÜBİTAK, TAEK, Üniversiteler...) ve/veya özel kurum ve kuruluşlarla ETR
teknolojisine adım atarak milli ve yerli nükleer reaktörünü gerçekleştirmede
kararlı ve azimlidir.” demektedir.
Güney Fransa’da ajanstaki
arkadaşlarla gittiğimiz bilgi arttırma gezisinde, Lyon şehrinin güneyinde 1000
Mwe lik 4 atom reaktörünü gördüğümüzde dilim uçukladı. Önünde muazzam bir
soğutma kanalı vardı. 10.000 işçi 4 yıl çalışarak bu su kanalını yapmışlar.
Fransa, ihtiyacı olan elektriğin %80’ini nükleerden elde ederken, hemen hemen
Afrika’nın kuzeyindeki bütün ülkelerin ihtiyacını nükleerden temin etmektedir.
Onların herbirine konverter ve trafo binaları da inşa etmektedir. “Binlerce
mühendisine çok iyi şartlarda iş imkanı sağlıyorsun” demektir. Almanya çok
yakın zamanda Fransa’dan nükleer elektrik santrali alacağa benzer.
Danimarka’nın deniz üstünde rüzgarla çalışan birçok santrali balıkların o
bölgeye uğramaması yüzünden büyük problemler yaşamaktadır. Danimarka’nın balık
yetiştirme ve balık konserve sanayiinde komşu ve diğer ülkelerden 20 sene
ilerde olduğunu düşünürseniz. 1987’de Japonya’da, Japan Times’da 8 sütun
üzerinden full sayfa müthiş bir makaleyi incelemiştim, (Konserve balıkların
diet programları vs) hayretler içinde kalmıştım. Bakalım Danimarka bu büyük
problemi nasıl halledecek? Belki o da Fransa’dan nükleer elektrik enerjisi
satın alır. Ekolojik denge çok ama çok önemlidir.
Burada yeri gelmişken
üzerinde durulması gerekli bir olayı irdelemek ve bu hususta önemli bir uyarıda
bulunmak isterim. 26 Nisan 1986 gece saat birbuçuk. Çernobil’de nükleer
santralde patlama oldu. Güzel yurdumuzun kuzeyi ve kuzeybatısı etkilendi. Bizim
çaylardaki radyoaktivite, fındıktaki durum, sütteki kontaminasyon vs bizim
gündemimizde haftaları hatta ayları aldı. Ankara’daki üniversitelerimizle,
ÇNAEM’in ölçüleri mukayese edildi. Şunu hemen ifade edeyim ki, sakin kafayla
şimdi bile ölçülenleri, yazılanları çizilenleri incelerseniz ÇNAEM’deki
ölçülerin inanırlığı derhal ortaya çıkar. Panik halinde bu işi hiç yapmamış
kişi ve kuruluşların yanlış sonuçları derhal ortaya çıkar. Çekmece bu ölçüleri,
o zaman 26 yıldan beri yapıyordu. Müthiş bir birikimi vardı. Primer ve sekonder
standart ölçü laboratuarları vardı. Çok kıymetli, yetişmiş güzide profesyonel
teknisyenleri vardı. Şimdi hala var. Bu çok önemli, nötron akısı, gama alanı
ölçmeleri rutin olarak, hassas bir şekilde yapılıyordu. Acele ile hiç
birikiminiz olmadan, tecrübeniz olmadan, acele satın aldığnız ölçme aletleri
ile ölçmelere kalkmanız ilkelliktir. Bilhassa radyasyon ölçmelerinde doğru ve
hassas ölçmeler büyük emeklerden sonra elde edilebilir. (Sistemde bir
sistematik hata yoksa) Ölçmelerin 3,4,5,6 koldan (bunların hepsi birbirinden
bağımsız ölçme metodları) aynı sonuçları elde etmeniz gerekir. Benim uranium
kadmium oranı ölçmeleri 7 yıl sürmüştür. Çekmece onun için kuvvetli bir
temeldir, doğru ölçmelerin kaynağıdır. Müthiş bilgi birikimi ve ciddiyet
vardır. Arkadaşlar deneyim üzerine deneyim katmışlardır. Ben BNL’den Dr.
Herbert Kouts yönetiminde onların standart pilini kullanarak Çekmece’nin nötron
standardını inşa ettiğim zaman, birkaç türlü bağımsız metodu da (beta-gama
eşzamanlı devreler gibi) devreye sokmuştum. Sonunda Amerika’dan nötron akı
standardı için altın varak kullanacakları yerde uranyum varak kullanmışlar. Bu
konuda, uranyum varak ölçmelerde birçok sistematik hataya sebebiyet verir.
Standardizasyon bittiğinde Dr. Herbert Kouts bana “şimdi sen bizim standardı
standartlaştırıyorsun” demişti. Sonuçta parafinden yapılmış bizim standart
pilimiz, belli bir noktada 4.2 x 104 n/cm2 saniye nötron
akı değerini gösteriyordu. Bu sonuç sonra hastanelere dağıtılan bütün
radyo-izotopların nötron kaynağı ödevini gördü. İş zor ve maliyetli idi. Dos
hesapları bu değeri kullanarak yapıldı.
Çernobil kazası
olduğunda, benim odamdan birkaç oda ilerde değerli Ukraynalı nükleer fizikçi
arkadaşım Dr. Nikolai Kocheref oturuyordu. 15 gün içinde Çernobil’e gitti ve
dönüşünde bana kısaca olayı anlattığında çok üzülmüştüm. Operatörler reaktörde
hiç de önemli olmayan bir deneyi yapmayı kafalarına koymuşlardı. (Ne yazık ki!)
Reaktörün birbirinden bağımsız üç tane otomatik kapatma sistemi vardı. Deneyi
yapabilmek için (çok büyük hata yaparak) her üç kapatma sistemini devre dışı
yaptılar. Nükleer reaktörler bu tip hataları hiç ama hiç affetmezler, ne yazık
oldu.
Avusturyalı nükleerci
prof arkadaşım, 27 Nisan 1986 gününü Viyana atmosferinde çok bol miktarda
Çernobil’in tavanından çıkan karbon atomlarını (is) ölçüyordu. İs’in difüzyon
katsayısı en yüksektir. Avusturya’nın 250 noktasında hergün belli başlı partiküller,
partikül dedektörleri ile ölçülür. Bu sistemi doktor olan cumhurbaşkanlığı
adayı yıllarca önce kurmuştu. Bütün uğraşılarıma rağmen, Türkiye’nin önemli
noktalarına dağılmış, meteoroloji istasyonlarına konulabilecek partikül
dedektörlerini koyduramadım. Radyasyona ait merkezi sistemimiz TAEK ve ÇNAEM’de
başarı ile çalışmaktadır, fakat partikül dedektörleri konulamamıştır. Daha önce
yazmıştım. Viyana’da üniversitenin 3 km uzağında, bir binanın bodrum katında,
kaçak nikel üretildiğini derhal bulup, gereğini yaptılar. (“Üniversite dediğin
böyle olur” başlığı altında yazmıştım) ÇNAEM Karadeniz Uluslararası projede
balıklarda, deniz altındaki bitkilerde geniş zararlı maddeler araştırmaları
yapmıştır. Çekmece gölünde de önemli çalışmaları vardır. Dr. Gül Göktepe’nin
çalışmaları ÇNAEM raporları halinde basılmıştır.
Ergimiş toryum tuzlu
reaktörlerde, yakıtın negatif sıcaklık katsayısına sahip olması büyük
avantajdır. Kazandaki yakıtın sıcaklığı arttıkça, kazandaki yakıt molekülleri
reaktörün düşük enerjilere düşmesinin (reaktivitenin düşmesinin) sebebini
meydana getirirler. Yakıtın negatif sıcaklık katsayısına sahip olması sebebi
ile sıcaklık daha fazla yükselmez. ETR reaktörlerinde yüksek basınç olmaması
büyük avantajdır. Reaktörü soğutmak için su kullanılmaz, ergimiş yakıtın
kendisi kullanılır. Kaza durumunda “reaktör kalp erimesi” veya suyun ayrışarak
hidrojen patlaması riski yoktur. Yüksek basınçla değil, atmosfer basıncında
çalışır. ETR’ler yüksek sıcaklıkta ısı üretirler (500-600oC). Bu tip
reaktörler üstelik nükleer atıkların “yakılarak” azaltılmasına katkı sağlarlar.
Burada bazı soruları
ortaya atmak istiyorum: Büyük yapısal değişiklikler oldu. Başkanlık sistemi,
Atom Enerjisi Kurumu’nun lisans veren kurum haline getirilmesi, ÇNAEM’in
Teknoloji ve Atık Daire Başkanlığı’na dönüştürülmesi vs. Düzenleme Kurulu
oluşturulacaktı, ne oldu? Bunlar idari düşüncelerdir. Şimdi diyelim, 10 Türk
firması bir proto-tip ETR reaktörü yapmakta anlaşsalar, izinleri kimden
alacaklar? Aranan başlama şartları neler olacak? Bir başka Türk firmasından iş
adamı, KOZY’deki konferansımın molasında “ben ETR reaktörünü gemime monte edip,
limanlarda elektrik enerjisi satmak istesem olur mu?” diye sormuştu. Ben de
kendisine “gereken teknik yardımı elimizden geldiğince yaparız” demiştim. 10 MWe
gibi düşük güçte karar verilecek bir proto-tip üzerinde çalışmak lazım. Artık
makale yazmanın zamanı geçti, birşeyler yapmalıyız. Nereden başlayacağız?
TÜBİTAK sanayi yenilik ağ mekanizması (SAYEM) yeni bir teşvik ve destek
mekanizması kurulması, ÇNAEM’in sağlık fiziği ve radyasyon bakımından devreye
dahil edilmesi, küçük ekiplerin her ilgili konuda kurulup çalışmaya biran önce
başlaması nasıl olacak? TÜBİTAK’ın kendi 3 bölümünün (metalurji, malzeme ve
enerji gruplarının) müşterek verdikleri proje ne durumda?
ÇNAEM merkezindeki
dışardan ithal edilmiş (!) (880.000 ton bizde varken) toryumla ve mevcut
uranyumla proto-tip için yakıt derhal temin edilmiş olur. Klorür ve florür
molten salt haline getirilip kullanılabilinir. % 1.143 zenginleştirilmiş U-238’ten
104 kg Çekmece’de vardır.
Doç.Dr.Çetin
ERTEK
16.02.2019
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder