Süperkritik Su Soğutmalı Reaktör Sistemi

Yüksek sıcaklıkta, yüksek basınçta suyla soğutulan reaktör (şekilde), suyun termodinamik kritik noktasının (374°C, 22,1 megapascal) üzerindeki (süperkritik) sıcaklıkla çalışıyor. Süperkritik soğutma suyu, günümüzde kullanılan hafif su reaktörlerininkinden üçte bir daha fazla termal verim sağlamasının yanı sıra, santralin kararlılığının basitleştirilmesine de olanak tanıyor. Santral kararlılığının basitleşmesinin nedeni, soğutucunun reaktör içinde faz değişikliğine uğramaması ve doğrudan güç çevrim sistemine bağlanabilmesi. Standart sistem, 1700 megawatt gücünde bir reaktör. Çalışma basıncı 25 Mpa. 510°C’lik reaktör çıkış sıcaklığı, 550°C’ye yükselebilir. Kullanılan yakıt, uranyum oksit. Basitleştirilmiş kaynar su reaktörlerindekilere benzer pasif güvenlik özellikleri taşıyor. SCRW sistemi, temel olarak verimli elektrik üretimi için tasarlanmış. Ancak, kalp tasarımında iki ayrı seçenekle aktinid azaltmak için de kullanılabiliyor. SCRW termal ya da hızlı bir spektruma sahip olabilir. Bu nedenle de iki yakıt döngü seçeneğiyle çalışabilir. Bunlardan birincisi, hızlı spektrum reaktörüyle çalışan açık yakıt döngüsü, ikincisiyse, hızlı spektrum reaktörüyle çalışan ve aktinidleri yeniden işlemek için merkezi konumlu sıvısal işleme tesisi içeren kapalı yakıt döngüsüdür.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

Çok Yüksek Sıcaklık Reaktör Sistemi

Grafit yavaşlatmalı, helyum soğutmalı, tek kullanımlı uranyum yakıt döngüsüne sahip bir reaktör (aşağıdaki şekil). Kalp çıkış sıcaklığı 1000°C olan ısı sağladığından, hidrojen üretimi ya da petrokimya ve benzeri sanayiler için çalışma ısısı olarak kullanım alanları var. Standart reaktör, 600 megawatt’lık, çalışma ısısı sağlamak için bir ara ısı değiştirgecine bağlanmış bir kalp. Reaktör kalbi, halen Japonya’da kullanılan HTTR gibi bir prizmatik blok reaktörü, ya da Çin’de deney amaçlı kullanılan HTR-10 gibi bir çakıl yataklı reaktör olabilir. Hidrojen üretimi için sistem, termokimyasal iyot-kükürt sürecinde etkin biçimde kullanılabilecek ısı sağlayabilir. VHTR sistemi, çok çeşitli bir yelpazede elektrik kullanımına dayanmayan, yüksek sıcaklık gerektiren enerji yoğun süreçlere çalışma ısısı sağlamak üzere tasarlanmış bir yüksek verim sistemi. Ama sisteme, istenirse ısının yanında elektrik üretecek sistemlerde eklenebiliyor. Sistem ayrıca U/Pu yakıt döngülerini de kullanabilecek kadar esnek ve atık miktarını önemli ölçüde azaltıyor. Ayrıca, yüksek sıcaklıkta çalışan gaz soğutmalı modüler reaktörlerin taşıdığı güvenlik mekanizmalarını da taşıyor.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

Sodyum-Soğutmalı Hızlı Reaktör Sistemi

Sodium-Cooled Fast  Reactor System - SFR 

Hızlı spektruma sahip sodyum soğutmalı bir reaktör ve kapalı yakıt devresinden oluşuyor. Aktinidlerin kontrolü ve üretken uranyumun çevrimi için uygun. Yakıt döngüsü, iki seçenekle aktinidleri yeniden işliyor. Birinci seçenek, uranyum-plütonyum-küçük aktinid-zirkon metal bileşimi yakıtla çalışan ve reaktörle entegre edilmiş bölmelerde pirometalurjik süreçlere dayanan bir yakıt döngüsüyle desteklenen 150 –500 megawatt arası güç üretmek için tasarlanmış orta ölçekte bir reaktör. ‹kinci seçenekse, birden çok reaktöre hizmet veren ileri sıvı işleme süreçleriyle çalışan merkezi bir yakıt döngüsüyle desteklenen, yakıt olarak uranyum-plütonyum oksitlerinin karışımını kullanan, sodyum soğutmalı, orta-yüksek ölçekli (500-1500 megawatt) bir reaktör. Her iki tipte reaktörün soğutucu çıkış sıcaklığı 550°C. SFR, başta plütonyum ve diğer aktinidler olmak üzere yüksek düzeyde radyoaktif atıkların yok edilmesi ya da azaltılması için geliştirilmiş bir tasarım. Sistemin önemli güvenlik avantajları arasında; uzun bir termal tepki süresi, soğutucunun kaynama noktasına varmasını önleyecek bir çalışma sıcaklığı, atmosfer basıncı civarında çalışan bir ana sistem ve ana sistemdeki radyoaktif sodyum ile güç üreticisindeki su ve buhar arasında dolanan bir ara sodyum sistemi sayılabilir. Yatırım maliyetini düşürecek yeniliklerle, sistem elektrik üretimi için pazar bulabilir görünüyor. SFR’nin hızlı spektrumu, (seyreltilmiş uranyum da dahil) mevcut parçalanabilir ya da üretken yakıtları, tek kullanımlı yakıt döngülerine sahip termal spektrum gaz reaktörlerine kıyasla çok daha verimli kullanma olanağı sağlıyor.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

Eriyik Tuz Reaktör Sistemi

Molten Salt Reactor System – MSR

Sistem içinde dolaşan eriyik tuz karışımıyla beslenen bir ‘termal üstü spektrum’ (epitermal) reaktörüyle (aşağıdaki şekil) nükleer güç üretmek için tasarlanmış. Sistem aktinidleri tümüyle yeniden işleyen bir yakıt döngüsü içeriyor. MSR sisteminde kullanılan yakıt, sürekli dolanan sodyum ile, zirkon ve uranyum şoridlerinden oluşan bir karışım. Eriyik tuz yakıtı kalp içindeki grafit kanallardan geçerek epitermal bir spektruma yol açıyor. Eriyik tuzda oluşan ısı, bir ara ısı değiştir geciyle ikincil bir soğutma sistemine, daha sonra da üçüncü bir ısı değiştir geciyle güç çevrim sistemine aktarılıyor. Güç santrali 100 megawatt güç üretim kapasitesine sahip. Sistem, istenirse 800°C’ye kadar yükseltilebilen, 700°C’lik bir soğutucu çıkış sıcaklığıyla çalışıyor. Kapalı yakıt döngüsü, plütonyum ya da küçük aktinidlerin etkin biçimde yakılması için de ayarlanabiliyor. MSR’nin sıvı yakıtı, plütonyum gibi aktinidlerin eklenmesine uygun ve yakıtın fabrikada yapımına gerek bırakmıyor. Aktinidler ve parçalanma ürünlerinin büyük çoğunluğu, sıvı soğutucu içinde şoridler oluşturuyor. Erimiş şorid tuzları, mükemmel ısı transfer yeteneğine sahiptir. Ayrı ca bunların düşük buhar basınçları, reaktör kabı ve borulardaki gerilim düzeylerini de azaltıyor.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

Kurşun Soğutmalı Hızlı Reaktör Sistemi

Üretken uranyumun işlenmesi ve aktinidlerin etkin biçimde azaltılması için hızlı-spektrumlu, kurşun ya da kurşun/bizmut ve yüksek erime yetenekli metalle soğutulan bir reaktörle, kapalı bir yakıt döngüsünden oluşuyor. Sistem, merkezi ya da yerel yakıt döngü tesisleriyle aktinidlerin tümüyle yeniden işlenmesini sağlayan bir yakıt döngüsüne sahip. Reaktörler, isteme bağlı olarak 50-150 megawatt’lık, uzun süre yeni yakıt gerektirmeyen bir güç kaynağı, 300-400 megawatt gücünde bir modüler sistem (şekilde) ya da tek üniteli 1200 megawatt’lık büyük bir santral olarak inşa edilebiliyor. Üretken uranyum ya da transuranik elementler içeren yakıt, metal ya da nitrid temelli olabilir. LFR, doğal konveksiyon yoluyla soğuyor. Soğutucunun 550 °C olan reaktör çıkış sıcaklığı, daha ileri teknolojideki malzeme kullanımıyla 800 °C’ye kadar yükselebilir. Yüksek sıcaklık hidrojenin termokimyasal yoldan eldesi için gereklidir. LFR güç kaynağıysa, çok uzun yakıt yenileme aralıklarıyla (15-20 yıl) ve kapalı bir yakıt döngüsüyle çalışan, bir kaset kalp ya da yenilenebilir. reaktör modülüne sahip bir güç üretim düzeneği. Performans özellikleri; küçük ağlara elektrik üretimine yönelik olması, ya da nükleer enerji sistemlerinde entegre bir yakıt döngü altyapısı da kurmak istemeyen gelişme yolundaki ülkelerin gereksinmelerine yanıt vermek üzere tasarlanmış bulunması. Bu güç kaynağı, dağıtım amaçlı elektrik ya da, örneğin hidrojen gibi öteki diğer enerji kaynaklarının veya içme suyunun üretiminde kullanılabilir. 

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

Gaz-Soğutmalı Hızlı Reaktör Sistemi

Gas-Cooled Fast Reactor System - GFR

Sistem, hızlı nötron spektrumlu helyum soğutmalı bir reaktör ve kapalı yakıt döngüsüne sahip. Termal spektrumlu helyum-soğutmalı reaktörlerde olduğu gibi, soğutucu helyum gazının yüksek çıkış sıcaklığı, elektrik, hidrojen ya da işletme ısısında yüksek verim sağlıyor. Tasarımdaki reaktör, 288 - megawatt’lık bir helyum-soğutmalı sistem. Yüksek termal verim için direkt Brayton döngülü gaz türbini kullanarak 850°C çıkış sıcaklığıyla çalışıyor. Çok yüksek sıcaklıklarda çalışma ve parçalanma ürünlerini etkili biçimde tutma kapasitesine sahip çeşitli yakıt formlarıyla çalışabilir. Örneğin; kompozit seramik yakıt, ileri tasarımda yakıt karşımları, ya da seramikle kaplanmış aktinid bileşimleri gibi. Kalp, prizmatik bloklar ya da iğne veya plaka tabanlı yakıt blokları kullanımına göre tasarlanabilir. Tasarımda ayrıca santral sahasında atık işleme ve yeniden üretme tesisi de bulunuyor. GFR, elektrik üretimi için doğrudan döngülü bir helyum türbini kullanabilir, ya da isteme bağlı olarak, süreç ısısını hidrojenin termokimyasal yolla üretimi için kullanabilir. Hızlı bir spektrum ve aktinidlerin yeniden işlenmesi sayesinde, GFR uzun yarılanma ömürlü nükleer atık üretimini en aza indiren bir tasarım. GFR’nin hızlı spektrumu, (seyreltilmiş uranyum da dahil) mevcut parçalanabilir ya da üretken yakıtları, tek kullanımlı yakıt döngülerine sahip termal spektrum gaz reaktörlerine kıyasla çok daha verimli kullanma olanağı sağlıyor.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

3,5 Kuşak: Çakıl Yatağı Reaktörü

Klasik reaktörlerde, uranyumoksit yakıt çubukları, hem nötronları yavaşlatan, hem de reaktör kalbini soğutan su içinde tutuluyor. Çakıl yatağı reaktöründe, uranyumoksit topakçıkları, bilardo topu büyüklüğünde grafitten bir kılıf içine yerleştiriliyor. Bu “çakıl”lar, grafitle çevrelenmiş, helyumla soğutulan reaktör kalbine dolduruluyor. Otomatik sakız makinelerinde olduğu gibi, ortadaki bir kanaldan aşağı düşen yakıt topları, bir boru aracılığıyla tekrar çevrime alınıyor. Bir yakıt topu, bu şekilde üç yıl içinde 10 tur yapabiliyor. Çakıllardan çıkan nötronların ısıttığı helyum gazı, bir türbin aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülüyor. Tasarımın klasik hafif su reaktörlerine üstünlüğü, kullanılmış yakıtın grafit toplar içinde uzun süre güvenli bir biçimde depolanabilmesi ve yeraltı suyunun aşındırıcı etkilerine karşı, çok daha dirençli olmasıdır.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.