SOL-GEL METODUNU KULLANARAK THORIA BAZLI INERT MATRIX YAKIT ELEMANI İMALATI

Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi’mizde I.Özdemir, A.Yaylı ve I.Özbek adlı kıymetli araştırmacılarımız, dünyada birkaç laboratuvar tarafından yapılan Inert Matrix Yakıt Elemanı İmalatı’nı büyük bir başarı ile gerçekleştirmiş bulunmaktadır. Nükleer güç reaktörleri için uranyum yetmediği takdirde devreye toryum girebilir. Dünyada uranyumun üç katı toryum bulunmaktadır. 880.000 ton toryum rezervimiz ile toryumda dünyada ikinciyiz. Toryumlu reaktörler nükleer atığı çok azaltırlar. Atığın %84’ü radyo-aktivite bakımından stabildir, kararlıdır. (Klaassen, F.C.Schram R.P.C, Bakker, K., Neeft, E.A.C., 2003, Spinell Inert Matrix fuel testing at the HFR Petten, In:Nuclear Fuel Cycle and Fuel Materials, Nuclear Energy Agency of the OECD, 75 Paris, France pp 549-558) Thoria based inert matrix yakıtlar çok verimli bir şekilde plutonyum ve minor aktinitleri yakar. %70-80 plutonyumu yakar, halbuki MOX (miks okride yakıtlar) %20-30’unu yakabilir. Nükleer teknolojide sol-gel metodu, yakıt peletleri yapımında homojen yapı elde edilebilmesi bakımından çok uygundur. Toryum oksit atık minimizasyonu bakımından çok faydalı bir matrikstir. (Hubert S., Barthelet, K., et.al Influence of precursor and the calcination temperature on the dissolution of thorium di oxide J.Nucl.Matter 297, 206-213)

IMF yakıtlarının yanma oranı çok yüksektir (higher burn-up). Bu tip yakıtlar fazla plutonyumu ve MA’ları minor aktinitleri (Americium, Neptunium ve Curium’u) (Am, Np, Cm) dönüştürürler. Nükleer silahlardan plutonyumu alıp, bu tip reaktörlerde yakmak olasıdır. (Matzke, Hj. 1999, Inert matrix fuels to reduce the radiotoxicity of nuclear waste in: Annual Meeting of the Argentine Association of Nuclear Technology (AANT) Buenos, Argentina)

IMF (Inert Matrix Fuels) materyal parçaları yüksek ergime sıcaklığı, yüksek termal iletkenlik, düşük termal genişleme kompatibilitesi gibi iyi termal kapasiteye sahiptir. (Grover, V., Tyagi, A.K., 2008 Inert Matrix Fuels: materials for futuristic nuclear reactors, BARC News. 267, 160-164)

ThO₂ ve IMF’nin sinterlemedeki davranışlarında, komponent materyallerin (Ce, Al, Mg) sinter aktif dopant etkiler thoria’ya nazaran kendini gösterir. Cerium ilavesi sinterlenmeye yardım eder. (Pinheiro, R.B., Lameiras, F.S., Peehs, M., Maly, V., 1988. Thorium Utilisation in LWRS. Final Report (1979-1988), KFA Jül-Spez 488, g.152) Yakıtlarda inert matrix kullanımı, sonuçta kullanılmış yakıttan plutonyumun çok zor alınmasından dolayı teröristlerin işini çok zorlaştırdığı için yapılmaktadır.

Sonuçlar şu şekilde özetlenebilir.

1.       Peletlerin sol-gel metodu ile yapılması uygun bir yol olarak görülmektedir.

2.       Sol-gel yapım tozları iyi mekanik özelliklere sahiptir ve homojendirler.

3.       1973^oK sıcaklık ve 4 saatlik sinterleme inert matris yakıt yapımı için uygundur, iyi grain yapısı göstermektedir ve porosite oranı kafidir.

4.       Bütün katkı elemanları (CeO₂, MgO ve Al₂O₃) ThO₂ matriksi içinde çözünebilir.

5.       Th matrisinde katı solüsyon oluştuğu bulundu.

6.       Uygun elementler ilavesi ile kompozisyonun porositesi istenilen kıvama getirilebilir.

7.       CeO₂’in ilavesi toryumdioksidin sinterlenme kabiliyetini arttırır.

15.02.2020

Doç.Dr.Çetin ERTEK