"Enter"a basıp içeriğe geçin

Nükleer teknoloji seçenekleri

Bugün nükleer enerjiden yararlanmanın geçerli yolu, fisyon reaktörlerini yerleştirmektir. Füzyon reaktörlerini kullanmak için gereken işin fiziği teknik olarak kanıtlanmış olsa da, füzyon sistemlerini ticari olarak uygulanabilir sistemlere uyarlamak zaman alıyor. Aynı zamanda, onu enerji mühendisliğinin rekabetçi alanına sokmak çok çaba gerektirir.
Bununla birlikte, aşırı koşullar altında performans göstermesi amaçlanan malzemelerin geliştirilmesi gereklidir. Bu, hem fisyon hem de füzyon teknolojileri için seçenekler sunan her iki yöntemle de ilgilidir. Malzemeler, bir nükleer enerji sisteminin yaşayabilirliğinde önemli bir rol oynar ve nükleer sistemler için ana derecelendirme faktörleri ve ölçütleri arasındadır. Nükleer sistemin türü (fisyon veya füzyon) aşağıdaki gibidir:
amaç ve işlev,
arabulucu türü,
soğutma sıvısı türü,
yakıt tipi,
inşaat malzemesi seçenekleri,
• nötron enerji derecelendirmesi,
• temel tasarım seçenekleri (homojen veya heterojen, vb.),
• enerji dönüştürme işleminin türü ve uygulama seçenekleri,
terminal arayüzleri,
Şu anda mevcut olan kısa vadeli bir ticari seçenek olarak nükleer fisyon sistemlerine odaklanma ile, ortaya çıkan yeni teknolojilerin yanı sıra iyi çalışılmış birçok yön var. Malzemeler, modern nükleer reaktörlerin ömrünü uzatmak için olanaklar yaratarak kolaylaştırıcı bir rol oynar. Malzemeler, ortaya çıkan yeni teknolojileri uygulanabilir kılan ana faktördür. Çarpışmaya dayanıklı yakıtlar ve yüksek sıcaklıklar ve yüksek enerji radyasyonunun etkileri nedeniyle aşırı koşullar altında çalışan sağlam yapısal malzemeler sağlayan kritik öneme sahip gelişmeler dikkate değer örneklerdir.

Performans koşulları ve malzeme seçenekleri

Malzeme seçimi için pek çok seçenek vardır, modern nükleer reaktörler genellikle ya kaynaması önlenmiş (basınçlı su reaktörlerinde) ya da kaynamaya bırakılmış (kaynar su reaktörlerinde) hafif su (hafif su reaktörleri) kullanır. Su kullanan tüm nükleer reaktörler, gerekli performans özelliklerini elde etmek için çekirdek sistemlerini basınçlandırır. Basınç seviyeleri, kaynar su reaktörlerinde yaklaşık 6 MPa’dan basınçlı su reaktörlerinde 15 MPa’ya kadar değişir. Bir dizi çağdaş ticari nükleer reaktör ağır su kullanır (Kandu reaktörleri). Birincil soğutma sıvısı seçeneklerine alternatifler, sodyum gibi sıvı metaller ve helyum gibi erimiş gazlardır. Reaktör tipleri sırasıyla sıvı metal soğutmalı reaktörler ve gaz soğutmalı reaktörler olarak adlandırılır. Sıvı metal seçimine bağlı olarak, çalışan akışkan enerji dönüşüm halkasını birincil halkada indüklenen yüksek seviyelerde radyoaktiviteden izole etmek için pahalı bir ara halka gerekebilir.
Erimiş tuz reaktörlerinde bulunan sıvı tuz konfigürasyonları ile önemli ölçüde farklı bir seçenek sunulmaktadır. Tüm bu gelişmiş reaktör seçeneklerinde, temel malzeme etkileşimlerini, uyumluluğu ve özellikleri sağlarken iç koşulları destekleme ve bunlara dayanma yeteneklerindeki performans, çağdaş seçeneklerle rekabette ticari uygulanabilirlik düzeylerini artırmaya yönelik başarılı geliştirmeler için hayati önem taşır. Yapısal malzemeler ve değiştiriciler, hem katı hem de sıvı seçenekleri içerir. Katı form için grafit, berilyum, çelik ve kompozitler seçenekler arasındadır. Hafif veya ağır su veya sıvı tuzlar sıvı form seçenekleri arasındadır. Arabulucuların ve yapısal malzemelerin seçimi, iç koşullar ve performans özellikleri tarafından yönlendirilir. Çoğu zaman, malzemelerin uzun süreler boyunca zorlu koşullar altında uyumlu kalması ve çalışması beklenir.
Bazı malzeme seçenekleri, diğerlerinde bulunmayan benzersiz özellikler ve fırsatlar sunar. Örneğin sıvı metallerin yüksek kaynama noktaları ve çok düşük buhar basınçları gibi özelliklerinden dolayı basınç gerekli değildir veya çok düşüktür. Bu, bir sistemde istenen performans özelliklerini elde etmek için basınç gerektiren hafif su ve gazlara göre önemli bir ayrım ve avantaj sağlar. Belirtildiği gibi, hafif su sistemlerindeki tipik basınçlar 6 ila 15 MPa arasında değişirken, gaz sistemlerindeki tipik basınçlar 4 ila 7 MPa arasındadır. Bu basınç seviyelerini destekleme ihtiyacı, bileşen kapları ve bağlantı boruları dahil olmak üzere birincil sistemlerin yapısal malzemelerine yönelik talepler doğurur. Presleme ihtiyacının olmaması, malzeme talebinde büyük bir rahatlamadır. Özellikle, sıvı tuzlar, katı yapısal malzemelerin nükleer yakıta uzun süreli doğrudan yakınlığa dayanma gerekliliğini ortadan kaldırarak gelişmiş nükleer sistemleri güçlendirir. Bu durum sistem güvenliği yanında sistem ömrü açısından da önemli faydalar sağlamaktadır. Erimiş tuz reaktörleri, diğer nükleer reaktör konfigürasyonlarında bulunmayan tuz ortamlarını destekleyen benzersiz teknolojiler gerektirir.

Malzeme seçimi ve sistem tasarımı

Nükleer güç sistemlerinde, malzeme seçimi, reaktör çekirdeğinde bulunan nötron enerjilerini belirler. Bu nedenle, bu sistemleri termonükleer ve hızlı reaktörler veya sistemler olarak tanımlar. Çağdaş nükleer filo çoğunlukla termonükleer reaktörlerden oluşuyor, ancak yıllar içinde bir dizi hızlı reaktör inşa edildi ve işletildi ve bugün faaliyette olan çok daha fazla hızlı reaktör var. Termal reaktörler malzeme seçenekleri olarak su, ağır su, helyum, karbondioksit ve grafit, sodyum-kurşun-çelik hızlı reaktörler kullanır. Gelecekte sürdürülebilir nükleer enerji yolları için hızlı reaktörlerin önemi göz önüne alındığında, sıvı metaller, ısı giderme kapasitelerini hesaba katan diğer temel malzeme seçeneklerine göre avantajlara sahiptir. İşte bu sıvı minerallerin bazı avantajları:
• Mükemmel ısı transfer özelliğine sahiptir,
Sıvı halde kaldığı için geniş sıcaklık aralıklarına sahiptir ve gaz soğutmalı reaktörlerin yüksek sıcaklık performansına uygun özellikler sağlayabilir,
• Helyum ve ağır tuzlar, hızlı reaktörler için soğutucu türleridir,
• Nükleer radyasyon hasarına karşı mükemmel dirence sahiptir,
• Soğutma sistemindeki düşük sıcaklık gradyanları nedeniyle yüksek termal iletkenlik ve düşük özgül ısı. Daha yüksek kaynama sıcaklıkları ile birleştiğinde, hızlı reaktör konfigürasyonlarında yerel sıcak noktalar doğal olarak azalır,
Zorluklar açısından, sıvı metaller kimyasal olarak aktif ve aşındırıcıdır, özel ve genellikle pahalı yapısal malzemelerin ve işleme tekniklerinin kullanılmasını gerektirirken, küçük miktarlarda bile bulunan oksijen sodyumu Na2’ye oksitler ve ardından soğuk duvarlara yerleşerek tıkanma sorunlarına neden olur. Nispeten yüksek sodyum donma noktası, düşük güçte çalışma veya uzun süreli kapatmalar sırasında soğutucunun donmasını önlemek için elektrikli veya diğer ısıtıcıların kullanılmasını gerektirir. Ek olarak, sıvı metaller evrensel olarak mevcut değildir ve pahalıdır, dolayısıyla bu zorlukların tümü mühendislik zorluklarıdır. Bunlar, sıvı metal ortamda çalışmak üzere tasarlanmış gelişmiş malzemeler kullanılarak aşılmış ve çözülmüştür. Gaz soğutucular, gelişmiş nükleer reaktörler için başka bir seçenektir. Termal reaktörler, reaktör basınçlarında çok az yumuşatma kapasitelerine sahip olduklarından, grafit veya ağır su gibi ayrı ortamlar gerektirir.
Hiçbir gaz soğutmalı hızlı reaktör faaliyette olmasa da, bir dizi gaz soğutmalı hızlı reaktör teknolojisinin geliştirilmesi ve uygulanmasında önemli endüstri çıkarları vardır. Gaz soğutucu akışkanlar genellikle mevcuttur, ucuzdur, güvenlidir ve idare edilebilirdir. Daha yüksek reaktör çıkış sıcaklığında çalışma modlarına izin vererek tesis için yüksek termal verimlilik sağlarlar. Ayrıca gaz halindeki soğutucu akışkanlar, yüksek verimli doğrudan termodinamik çevrimlere izin verir ve saflaştırıldıklarında ciddi bir aktivasyon sorunu oluşturmazlar. Bununla birlikte, gazlar zayıf ısı transfer özelliklerine ve düşük hacimsel ısı kapasitelerine sahiptir. Ayrıca, sıvı soğutucu akışkanlardan daha fazla pompalama gücü ve daha geniş kanallar ve pompalama gereksinimlerini azaltmak için basınç gerektirir. Özellikle He gibi düşük moleküler kütleli gazlar için sızdırmaz sistemlere ihtiyaç vardır.
Zayıf ısı transferi nedeniyle, reaktörden yüksek oranda ısı uzaklaştırma elde etmek için daha yüksek yakıt sıcaklıkları gerekir. Bu nedenle, hem teknoloji hem de ticari uygulama açısından bir nükleer reaktörün fizibilitesini belirlemede malzeme seçimi ve malzeme bulunabilirliğinin anahtar faktörler olduğu söylenebilir. Neyse ki, malzemelerdeki gelişmeler bugün çeşitli nükleer reaktörleri mümkün kılıyor.

kaynak:
iaea.org/sites/default/files/gc/gc64-inf2.pdf
Energy.mit.edu/wp-content/uploads/Karbon-Kısıtlı-Dünyada-Nükleer-Enerjinin-Geleceği-Geleceği.pdf

yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

Diğer gönderilerimize göz at

[wpcin-random-posts]

İlk Yorumu Siz Yapın

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir