Bu sayıdan itibaren, Reaktör Teknolojileri adlı yeni bir seriye başlıyoruz. Yıl boyunca size Rosatom araştırmacıları ve mühendisleri tarafından geliştirilen yeni ve özgün nükleer reaktör çeşitlerinden bahsedeceğiz. Serimize, kurşun-bizmut hızlı nötron reaktörleriyle başlayalım. Uzun zamandan beri bilinen kurşun-bizmut teknolojisi, önceleri denizaltı reaktörlerinde kullanılırken, şimdilerde Rus mühendisler tarafından farklı kapasiteli reaktör tasarımları geliştirmek için de uygulanıyor.
Soğutma sıvısı özellikleri
Kurşun-bizmut ötektik karışımı avantajlı termal özelliklere sahip. Bu karışım, 123°C’lik nispeten düşük bir erime sıcaklığına (kurşun 327°С’de erir) sahip, dolayısıyla ısıya dayanıklı yapısal malzemeler oluşturmaya gerek bulunmuyor. Bununla beraber, kaynama sıcaklığı yüksek (1.670 ℃), nispeten düşük bir basınçta (VVER dahil olmak üzere basınçlı su reaktörlerinin tasarımında birincil soğutma sıvısı döngüsündeki yüksek basınç dikkate alınmalıdır) aşırı ısıtılmış buhar elde edilmesini sağlıyor. Buhar sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, enerji santralinin verimliliği de o kadar yüksek oluyor. Ayrıca sodyumdan farklı olarak kurşun-bizmut ötektik karışımı, hidrojen yayan patlamalar veya yangınlar dışında hava veya su ile reaksiyona girmiyor.
Biraz tarih
Sovyet nükleer endüstrisinin yeni ortaya çıktığı zamanlarda nükleer yakıtın yenilenebilir olmasına ihtiyaç duyulduğu için, hızlı nötron reaktörleri başlangıçta plütonyum üretilmesi amacıyla tasarlanmıştı. Bunun nedeni ise basitti. O zamanlar SSCB’de keşfedilen büyük uranyum yatakları yoktu ve ülke yeterli enerji üretimi gibi stratejik bir hedef için çabalıyordu. Kurşun-bizmut ötektik karışımı, hızlı nötron reaktörleri için bir soğutucu olarak sodyum ile arasındaki “rekabeti kaybetti” çünkü plütonyum sodyum ile daha hızlı üretildi. Ancak kurşun-bizmut karışımı rafa kaldırılmadı. Sovyet nükleer projesinin babalarından ve hızlı reaktör geliştirme programının baş araştırmacısı olan Alexander Leipunsky, alaşımın denizaltıların nükleer reaktörlerinde kullanılmasını önerdi.
Söz konusu fikir oldukça yenilikçiydi ancak kurşun-bizmut ötektik karışımın özellikleri tam olarak incelenmemişti. Birçok deney tesisi hazırlansa da görevin aciliyeti nedeniyle nükleer denizaltının araştırma, tasarım ve inşa aşamaları neredeyse aynı anda yürütüldü. Bu konudaki bilgi eksikliği doğal olarak kendisini gösterdi. Mühendisler, operasyon sürecinde reaktör özelliklerini incelemek, sorunları gidermek ve üretim ve operasyon kılavuzlarını ‘iş başında’ hazırlamak zorunda kaldılar. Çabaların bir sonucu olarak, kurşun-bizmut reaktörlü altı nükleer denizaltı 1996 yılına kadar Donanmada görevde kaldı. Teknolojinin avantajları ve ilk tasarım çözümleri de doğrulandı.
Karaya çıkma: SVBR-100
1990’ların ikinci yarısında, her biri 16 kurşun-bizmut soğutmalı hızlı nötron 100 MW reaktörü ile donatılmış iki 1600 MW’lık üniteden oluşan bir nükleer santral için bir plan tasarımı geliştirildi. Mühendisler pilot reaktörün tasarımına devam ederken askıya alınan çalışmaya 2006 yılında yeniden devam edildi. Kısa süre sonra Rosatom ve Irkutsk merkezli kamu kuruluşu IrkutskEnergo, projeyi yürütmek için (şu anda geliştirme aşamasında olan) AKME Mühendislik adlı bir şirket kurdu.
Kurşun-bizmut soğutmalı hızlı reaktörün (Rusça kısaltması SVBR) beklenen güç kapasitesi 100 ila 130 MW arasında yer alıyor. Reaktör hem oksit hem de nitrür yakıt olan uranyum veya uranyum-plütonyum ile çalışabiliyor. SVBR-100 ayrıca çeşitli oranlarda minör aktinit içeren yakıt demetleri ile de ikmal edilebiliyor. Söz konusu reaktörün sızdırmaz bir bölmeye monte edilmesi ve tüm sistemlerin 1,5 metrelik duvarları olan bir koruma binasına yerleştirilmesi planlanıyor.
Rosatom ayrıca tek başına SVET-M ve SVGT-1 olmak üzere iki kurşun-bizmut soğutmalı reaktör daha geliştiriyor.
SVET-M reaktörü
SVET-M, Rusçada ‘doğal sirkülasyonlu kurşun-bizmut soğutmalı modüler reaktör’ anlamına geliyor. Bu reaktörün öne çıkan farkı soğutucu sıvının doğal sirkülasyonu. Doğal sirkülasyon, reaktörde sirkülasyon pompasının bulunmadığını ve soğutucunun sıcak reaktör çekirdeği ile nispeten “soğuk” bir buhar üretecindeki basınç farkı tarafından yönlendirildiğini ifade ediyor. Kurşun-bizmut karışımının sıcaklığının devrenin sıcak ve “soğu” bölümlerinde büyük farklılıklar göstermesi (diğer soğutuculara kıyasla) daha yüksek basıncın oluşmasını sağlıyor, bu sayede reaktör yüksekliği azaltılmış ve yapısal malzemelerden tasarruf ediliyor.
SVET-M reaktörü, 1 ila 50 MW elektrik gücü arasında değişen farklı tasarımlar çerçevesinde geliştirilmeye devam ederken, bu tasarımların en ayrıntılısı 10 MW güce sahip tasarım. Ara ısıtıcıdan çıkan buharın sıcaklığı 445°C’ye ulaşırken, elde edilen yüksek sıcaklık, reaktör ünitesinin veriminin artmasını sağlıyor. SVBR-100 tipi reaktöre benzer şekilde SVET-M reaktörü de hem oksit hem de nitrür yakıtı olan uranyum veya uranyum-plütonyum ile çalışabiliyor. SVET-M reaktörü, Rosatom’un mühendislik bölümü Atomenergomash A.Ş.’nin bir parçası olan OKB Gidropress inşaat firmasında geliştirildi. Reaktörün şematik tasarımı 2022 yılında tamamlandı.
SVGT-1 reaktörü
SVGT-1, “gaz türbinli kurşun-bizmut soğutmalı 1MWe reaktörü” anlamına geliyor. Rosatom’un araştırma bölümünün bir parçası olan Leipunsky Fizik ve Enerji Mühendisliği Enstitüsü’nde geliştirilen SVGT-1 reaktörü, IAEA ölçeğinde mikro-reaktörler sınıfında yer alıyor. Leipunsky Enstitüsü Hızlı Reaktör Güvenlik Değerlendirmesi ve Yazılım Laboratuvarı Direktörü Anton Verbitsky, Atominfo.ru web internet sitesine verdiği bir röportajda söz konusu reaktörün bir kurşun-bizmut soğutmalı reaktör ve bir gaz türbini santralinin birleşimi olduğunu ifade etti. Doğal sirkülasyon tasarımına sahip SVGT-1 reaktöründe pompa bulunmuyor. Reaktör halihazırda ön geliştirme aşamasında. Ayrıntılı tasarımın geliştirilmesine yönelik mühendislik çalışmaları ve bu kapsamdaki gelişmelere yönelik planlama yapıldı. Söz konusu planlamanın onaylanması halinde mühendisler üç yıl içinde detaylı tasarım üzerinde çalışmaya başlayacak, tüm tasarım döngüsünün ise yedi ila on yıl arasında sürmesi bekleniyor.
Geliştiricilerin tümü, kurşun-bizmut soğutmalı reaktörlerin, küçük nükleer enerji santrallerine yönelik artan ilgi ve soğutma sıvısı sirkülasyonunun doğal güvenliği sayesinde parlak bir geleceği olduğunu düşünüyorlar.
