Rosatom, Ekim ayının sonlarında hızlı nötron reaktörleri sayesinde nükleer yakıt döngüsünü kapatmayı amaçlayan Atılım (Proryv) Projesi konulu beşinci konferansı düzenledi. Konferansta, Rosatom ve diğer şirketlerden üst düzey yöneticiler ve araştırmacılar, projede yer alan son gelişmeleri sundu ve öncelikli işleri görüştü.
Rusya Devlet Atom Enerjisi Kurumu Rosatom Genel Müdürü Aleksey Likhachev, söz konusu konferansın açılış konuşmasında, Rusya’nın 2035 yılına kadar termal nötron ve hızlı nötron reaktörlerinin bir arada çalışmasını sağlayan iki bileşenli bir yaklaşımla nükleer yakıt döngüsünü kapatmak için teknolojinin her unsuruna sahip olacağını hatırlattı. Bunun sonucunda, nükleer üretim tesisleri, doğal uranyumdan bağımsız hale gelecek ve geniş kapsamlı güvenlik, sıfır karbon emisyonu ve nükleer silahların yayılmasını önleme prensiplerine sadık kalacak. Görevi ‘muazzam’ olarak nitelendiren Likhachev, Atılım (Proryv) Projesi’nin takvime uygun şekilde ilerlediğini kaydetti. Rosatom Genel Müdürü Likhachev, “Projenin başarıyla gerçekleştirilmesi, nükleer enerji teknolojilerindeki küresel liderliğimizi daha da güçlendirecek ve temiz ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı olarak nükleere yeni bir avantaj sunacaktır. Bu proje hem Rusya hem de küresel çaptaki nükleer endüstriler için stratejik öneme sahiptir” dedi.
Kapalı nükleer yakıt çevrimi, Rosatom’a bağlı yakıt şirketi TVEL’in Rusya’nın Tomsk Bölgesi’nde yer alan Sibirya Kimyasal Tesisinde, yapımı devam eden Pilot Tanıtım Enerji Kompleksi’nde (PDEC) test edilecek. PDEC, bir yakıt imalat ve yeniden imalat modülü (2023 yılında tamamlanacak), BREST-OD-300 kurşun soğutmalı hızlı nötron reaktörü (2027 yılında hizmete alınacak) ve kullanılmış yakıt yeniden işleme modülünden (2030 yılında faaliyete geçecek) oluşacak.
Nükleer yakıt döngüsünün kapatılması, Rus hükümeti tarafından bu yılın başlarında onaylanan 2024-Nükleer Enerji Teknolojisi ve Araştırma Programında yer alan beş ulusal projeden birini oluşturuyor. Rosatom Ar-Ge Programları ve Projeleri Direktörü Natalya Ilyina, 2024 yılına kadar program için 354,7 milyar Rus rublesi (5 milyar ABD doları) harcanacağını ifade etti. Atılım Projesi için onaylanan bütçe, 64,2 milyar Rus rublesi (900 milyon Amerikan doları).
Kurşun soğutmalı ve sodyum soğutmalı
Sibirya Kimyasal Tesisinde yer alan BREST reaktör ünitesinin ilk beton dökme işlemi geçtiğimiz yaz gerçekleştirildi. Proryv Projesinin Baş Tasarımcısı Vadim Lemekhov, buhar jeneratörü, birincil soğutma sıvısı pompası, reaktör basınçlı kap ve reaktör dahili parçaları da olmak üzere BREST ana bileşenleri için siparişlerin Rosatom şirketlerine verildiğini ifade etti. Bu siparişler, Rosatom’un 2021 yılı başlarında BREST reaktörü için bir inşaat ruhsatı almasıyla mümkün oldu. BREST-OD-300, dünyada yapım aşamasındaki ilk Dördüncü Nesil reaktördür. Bu reaktörler, yapısal malzemelerinin doğal özelliklerinin azami seviyedeki kullanımı ve pasif güvenlik ilkelerine dayanan tasarım çözümleri sayesinde doğal olarak güvenlidir. BREST, soğutucu olarak kurşun kullanıyor. Suyun aksine kurşun, daha yüksek kaynama ve katılaşma sıcaklığına sahip olduğundan, soğutma sıvısı kaybı kazalarını, yangınları, kimyasal veya termal patlamaları önlemeye yardımcı olur ve yakıt üretimi için hızlı nötronlar üretiyor. Reaktör iki çevrimli bir tasarıma sahip. Reaktör, uranyum atom çekirdeklerinin fisyonu sonucunda açığa çıkan ısı ile birinci çevrimde dolaşan suyu ısıtıyor, bu kızgın su, buhar jeneratörüne aktarılır ve buhar jeneratöründe ikinci çevrimde dolaşan su ile ısı değişimi yapılıyor.
Proryv Projesinin bir parçası olarak, BN-1200M sodyum soğutmalı hızlı nötron reaktörü de geliştirildi. Sodyum soğutmalı hızlı reaktör teknolojisi Rusya’da, BN-600 ve BN-800 olmak üzere bu tipteki iki reaktörü kullanan Beloyarsk Nükleer Santrali’nde uzun süredir test ediliyor. Rosatom’un Makine Yapımı Bölümü AtomEnergoMash’ın bir parçası olan Afrikantov OKBM’daki Hızlı Nötron Reaktörler Baştasarımcısı Sergei Shepelev’in de ifade ettiği gibi, BN-1200 reaktörünü geliştirmenin temel amacı (M, “modernize” anlamına gelir), bu reaktörü kombine çevrim gaz türbini santralleri de dahil olmak üzere diğer enerji kaynaklarıyla rekabet edebilir hale getirmekti. BN-1200M reaktörünün temel parametreleri, BN-800 reaktörüne kıyasla daha iyi olacak. Örneğin, geliştirilen reaktör daha düşük bir özgül ağırlığa sahip olacak, MUPN (uranyum-plütonyum nitrür karışımı) ve MOX (oksit karışımı) yakıtları için çekirdeğinin yapısal ve yerleşim tasarımları birleştirilecektir. Şu anda mühendisler, reaktörün bazı teknik parametrelerini ve toplam maliyet etkinliğini iyileştirmek için çalışıyor ve tasarım fizibilite değerlendirmesi için gerekli hesaplamaları yapıyor.
Yakıt üretimi ve yeniden işleme
PDEC, nükleer yakıtı kendi kaynaklarıyla işlemek için yerinde tesislerle donatılacak. Söz konusu bu tesisler, her ikisi de ortak bir radyoaktif atık işleme sistemine sahip olan bir yakıt üretim ve yeniden üretim modülü (FRM) ile bir yakıt yeniden işleme modülü olmak üzere iki temel birimden oluşacak. FRM, karbotermal sentez yoluyla enerji sınıfı plütonyum ve seyreltilmiş uranyum kullanarak karışık nitrür yakıtı üreten dünyadaki ilk tesis olacak. Üretim ve yeniden üretim fonksiyonlarını tek bir modülde birleştirmek hem kaynak maddeleri hem de BREST-OD-300 reaktöründen yeniden işlenmiş kullanılmış yakıtı kullanmayı ve sonraki dönüşümleri için minör aktinitleri yakıta dahil etmeyi sağlıyor.
Konferansta söz alan Atılım (Proryv) Projesi Teknoloji Baş Sorumlusu Yuri Mochalov, en etkileyici sonuçların yüksek yoğunluklu MUPN yakıtının geliştirilmesinde elde edildiğini söyledi. Sibirya Kimya Tesislerinde üretilen pilot yakıt demetinin, reaktör içi testler ve ışıma sonrası çalışmalarda verimli olduğu kanıtlandı. FRM’nin, MUPN yakıtının üretimine yönelik karbotermal sentez ve yakıt peletleme için çok amaçlı benzersiz üniteler ve gelişmiş yardımcı ekipmanlarla donatılması planlanıyor. Yuri Mochalov, yaptığı açıklamada, “Şu anda FRM için gerekli ekipmanların montajını ve kurulumunu yapıyoruz. İşletime alma öncesindeki aşama 2022’de başlayacak ve ardından 2023 yılında, yakıt üretim hattının işletime alınması ve deneme çalışmalarının yapılması planlanıyor” dedi. FRM, Pilot Tanıtım Enerji Kompleksi’nde (PDEC) özellikle BREST için yakıt üretmek adına tasarlanacak olsa da BN-1200M reaktörüne yakıt sağlamak üzere kolayca ayarlanabilir. Söz konusu ayar, ‘otomasyondan insansız operasyona’ yolunu izleyecek.
Radyoaktif atık işleme sistemi hem yakıt üretimine hem de kullanılmış yakıtın yeniden işlenmesini sağlamanın yanı sıra sıvı radyoaktif atıklardan mümkün olduğu kadar çok transuranik (uranyum ötesi) elementi elde etmek için tasarlandı. Yuri Mochalov konuya ilişkin olarak, “Hidrometalurjik (sıvısal metalbilim) ve pirokimyasal (ısıl kimyasal) kullanılmış yakıt işleme süreçlerinden kaynaklanan yüksek seviyeli radyoaktif atıkların vitrifiye edilmesi (camsılaştırma) için bir tesisin gerçeğe uygun boyutlarda prototipini oluşturduk” diye konuştu.
Nükleer enerji endüstrisinin başlıca riskleri ve karşılaştığı sorunlar, radyasyona maruz kalmış nükleer yakıt ve radyoaktif atıkların en son çevresel güvenlik standartlarına uygun olarak işlenmesini kapsıyor. Konferansta söz alan Proryv Projesi Radyoekoloji Baş Uzmanı Viktor Ivanov, nükleer yakıt döngüsünü kapatmak için kullanılan hızlı reaktörler sayesinde, radyoaktif atık ve doğal uranyumun 100 yıllık depolamadan sonra taşıdığı kanserojen potansiyeli açısından karşılaştırılabilir hale geleceğini ifade etti.
Proryv Projesi Baş Ekonomisti Dmitri Tolstoukhov’un da belirttiği gibi, nükleer enerji endüstrisinin sürdürülebilir ve rekabetçi gelişimi, nükleer yakıt döngüsünü kapatma sürecinden ayrı tutulamaz. Rusya Bilimler Akademisi Enerji Araştırma Enstitüsü tarafından yapılan tahminden elde edilen verilere ilişkin olarak Tolstoukhov, Rusya’nın enerji karışımındaki nükleer gücün şu an %20 olan payının 2050 yılına kadar yaklaşık %31’e yükselebileceğini belirtti. Hükümet tarafından onaylanan mevcut plan, nükleerin payının 2045 yılına kadar %25’e çıkmasını öngörüyor.
Pilot uygulamadan ticarileştirmeye
Pilot Tanıtım Enerji Kompleksinin (PDEC) nükleer yakıt döngüsünü kapatma imkanı sağlamasının yanı sıra yeni tasarımların ve çözümlerin fizibilitesini tanıtması da bekleniyor. Ancak mevcut veriler, ticari enerji üretim tesislerinin geliştirilmesi için hızlı nötron reaktörlerinin (Rusçada PEK olarak kısaltılır) yeterli olacağını gösteriyor. Konferansta söz alan Proryv Projesi Baş Mühendisi Andrei Petrenko, “Proryv’in nihai hedefinin, hızlı reaktörlere dayalı devasa nükleer santral inşaatlarını başlatmak” olduğunu ifade etti.
PDEC ve PEK benzer çalışma prensiplerine sahip olacak olsa da PEK, iki adet 1200 MW hızlı nötron reaktörüne sahip iki üniteli bir enerji santralinden oluşacak. Bu reaktörlerin kurşun mu yoksa sodyum soğutmalı olacağı konusu henüz netlik kazanmadı. PDEC gibi, PEK de yerinde yakıt üretimi ve yeniden işleme modülleriyle birleştirilebilir. İlk modül, MUPN veya MOX yakıt demetleri üretecek, ikinci modül ise, kullanılmış yakıtı yeni yakıt demetlerine dönüştürmek üzere yeniden işleyecek. Yakıt üretim ve yeniden üretim modüllerinin enerji santralinden uzakta, Rosatom’un yakıt işleme tesislerinde yer alması da mümkün. Andrey Petrenko, PEK için konsept bir tasarımın hazır olduğunu ifade etti. Nükleer yakıt döngüsünün kapatılmasının ilk aşaması için bir fizibilite çalışmasına yönelik adımlar atılmaya devam ediyor.
Teknoloji sayesinde doğal güvenlik
Hızlı reaktörlerdeki denge çekirdeği, yakıt yakma reaktivite marjlarını minimize ediyor ve Çernobil benzeri kazalarda olduğu gibi, hızlı nötronların yol açtığı reaktör kaçaklarını hemen hemen tamamen önlüyor. Reaktör çekirdeğinin bütüncül tasarımı, ABD’deki Three Mile Island (TMI) ve Japonya’daki Fukuşima Nükleer Santrallerinde yaşanan kazalara benzer felaketlerin önüne geçilmesini sağlıyor. Rus bilim adamları, yaklaşık bir dönüşüm oranına sahip bir çekirdek oluşturulmasını mümkün hale getiren ve hızlı reaktörün uranyum katmanı olmaksızın bir üretken reaktör olarak çalışmasını sağlayan yüksek yoğunluklu uranyum-plütonyum nitrür yakıtı geliştirdiler. Ağır sıvı metal soğutma sıvısı, bir hava ısı eşanjörü kullanılarak işlem sonrası ortaya çıkan ısıyı gidermek için yeterli olan doğal sirkülasyonu mümkün kılıyor.
