Rosatom’un yakıt şirketi TVEL, yeni nükleer yakıt türleri geliştirmek için büyük çaba harcıyor. Mevcut nükleer santrallerin maliyet verimliliğini artırmak ve yeni reaktörleri çalıştırmak için yeni yakıt türlerinin geliştirilmesine ihtiyaç duyuluyor. Araştırmacılar ve mühendisler, 2022’deki çalışmalarını “Yeni Nesil Nükleer Santral Yakıtları: Gelişmeler, İşletim Uygulamaları ve Beklentiler” başlıklı konferansta sundular.
Montaj işlemlerini robotlar yapıyor
Konferansın en önemli haberlerinden biri belki de yakıt şirketi TVEL’in ilk üç TVS-5 yakıt tertibatını üreteceği ve 2023’te Novovoronej NGS’deki yer alan reaktörlerden birine yükleneceği yönündeki gelişmelerin aktarılmasıydı. Söz konusu bu yeni teknoloji, insan müdahalesine gerek kalmaksızın tam otomatik üretim yönüyle öne çıkıyor. İlk olarak, robotların yakıt düzeneklerini en az insanlar kadar iyi üretebildiğini sınamak amacıyla bu teknoloji çeşitli testlerden geçirilecek. Bu testlerden alınacak sonucun olumlu olması halinde, 2025 yılında uranyum-plütonyum karışımı içeren TVS-5 düzeneklerinin (yeni teknolojinin geliştirildiği yakıt karışımı) üretilmesine yönelik pilot üretim hattına geçilmesi planlanıyor. Robotların planlanan bu zamana kadar sıradan zirkonyum kaplamalardan ve bir uranyum oksit yakıt bileşiminden yapılmış daha az karmaşık yakıt çubuklarını bir araya getirmesi planlanıyor.
TVS-5 yakıt düzeneklerinin üretiminde kullanılacak tam otomatik hat, Seversk’te bulunan Sibirya Kimya Fabrikasında inşa edilecek. Aynı sahada, Atılım (Proryv) Projesi kapsamında bir yakıt yeniden işleme ünitesi ve BREST-OD-300 hızlı nötron reaktörü için bir yakıt üretim/yeniden üretim ünitesi inşa edildiğinden, santral kademeli olarak kapalı nükleer yakıt döngüsü için bir yakıt merkezine dönüşüyor.
Yakıt şirketi TVEL A.Ş’nin Araştırma ve Geliştirmeden Sorumlu Kıdemli Başkan Yardımcısı Alexander Ugryumov, konuya ilişkin şunları söyledi: “Kurchatov Enstitüsü, plütonyum içeriğinde farklılık gösteren üç REMIX yakıtı ve bir MOX yakıt bileşimi dahil olmak üzere TVS-5 için çeşitli uranyum-plütonyum karışımı seçeneklerini inceledi. REMIX yakıtıyla ilgili reaktör içi testler 2021’de Balakovo NGS’nin 1’inci ünitesinde yer alan reaktöre altı pilot düzeneğin yüklenmesiyle başladı. Bu yıl, [2022 – editör notu] MIR reaktörü için MOX yakıt düzenekleri üretmeye çalışıyoruz. Müşterilerin ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla nükleer yakıt çevrimlerini optimize etmek için maksimum esnekliği ve yedeklemeyi bu şekilde sağlayacağız.”
Nükleer yakıt döngüsünün kapatılması
Rosatom, özel yakıt gerektiren kapalı yakıt döngüsü yolunda ilerleme kaydediyor. Işınlanmış yakıt demetlerinden çıkarılan uranyum, 2000’li yıllardan beri Kola NGS’nin 1’inci ünitesinde ve Smolensk, Kursk ve Leningrad nükleer santrallerinin bazı ünitelerinde kullanılan yakıta dönüştürülüyor. TVEL, VVER-1000 reaktörlerinde yeniden işlenmiş uranyum kullanılmasına onay verdi. Konferansta söz alan Alexander Ugryumov, “Yeniden işlenmiş uranyum uygulama sahasını VVER-1000 ve VVER-1200 reaktörlerini de içine alacak şekilde genişletmek için Rus NGS operatörü RosEnergoAtom ile çalışıyoruz” dedi.
Kurchatov Enstitüsünde Yakıt Döngüleri Başkanı Konstantin Kurakin, yakıtın yeniden işlenmesinin, döngü uzunluğuna bağlı olarak %20’ye kadar doğal uranyum tasarrufu sağlayabileceğini kaydetti.
Kazaya dayanıklı yakıt için yeni malzemeler
TVEL, kazaya dayanıklı yakıt geliştirmek için çeşitli yakıt bileşimleri ve kaplama malzemeleri üzerindeki testlerine devam ediyor. Araştırmacılar 42CrNiMo (krom, nikel ve molibden) alaşımını, zirkonyum kaplamalar için krom kaplamaları ve silisyum karbür kaplamaları inceliyor. Alexander Ugryumov, üretilmesi zor olmasına rağmen bu malzemenin en umut verici malzeme olduğunu düşünüyor.
TVEL, kazaya dayanıklı yakıt için uranyum-molibden ve uranyum-silisit olmak üzere iki farklı yakıt karışımı geliştirmeye devam ediyor. Yüksek termal iletkenliğe sahip bu karışımlar, soğutucu kaybı kazalarında yakıtın aşırı ısınması ve erimesi riskini de azaltırlar. Ayrıca, daha uzun aralıkta bir yakıt ikmaline ihtiyaç duyduğu için daha yüksek bir yoğunluğa ve uranyum içeriğine sahip. Dezavantajları da yok değil. Alexander Ugryumov, konuyla ilgili olarak şunları belirtti: “Uranyum-molibden teknolojisi onaylandı ve ilgili çözümler bir araştırma reaktöründe test edildi. Ancak bu teknolojinin maliyeti, geleneksel seramik yakıt yapımına nazaran daha yüksek. Üzerinde çalışmamız gereken nokta da burası.”
Silisyum karbür kaplamalarla ilgili çalışmanın bir sonraki aşamasında, bu kaplama malzemesiyle uranyum-molibden ve uranyum-disilisit yakıtların kullanılma olasılığının onaylanması yer alıyor.
Hassas geometri
Karışık uranyum plütonyum nitrür anlamına gelen MUPN yakıtının geliştirilme çalışmaları devam ediyor. Rosatom’un bünyesindeki Rus İnorganik Malzeme Araştırma Enstitüsü’nün (VNIINM) Müdür Yardımcısı Mikhail Skupov, BREST-OD-300’ün ilk yüklemesi için yakıt tertibatının ayrıntılı tasarımı 2021’de güncellendiğini ve yanmayı azaltan faktörlerin belirlenip bunun azaltılmasına yönelik çalışmaların devam ettiğini ifade etti. BN-1200 ve BR-1200 tipi reaktörler için yakıt demetlerinin şematik tasarımlarını geliştiren VNIINM, yakıt demetlerinin iyileştirilmesi kapsamında yakıt peletlerinin hacmini azaltmak amacıyla yan girintiler yapmak, büzülmeyi artırmak ve kaymayı azaltmak için yakıtı alüminyum nitrür ile mikro alaşımlandırmak ve yanmayı artırmak için bir sıvı metal alt katmanın eklenmesi gibi bir dizi öneride bulundu.
Küçük aktinit elementler hapsedildi
Küriyum, amerikyum ve neptünyum ışınlanmış nükleer yakıttaki en aktif elementler olma özelliğini taşıyor. Bu elementlerin çıkarılarak küriyumun depoya konulması, amerikyum ve neptünyumun ise hızlı bir reaktöre yüklenip orada yakılması planlanıyor.
Atomik Reaktör Araştırma Enstitüsü (RIAR) Direktörü Alexander Tuzov, hızlı bir nötron reaktörünün yanal örtüsünde amerikyum ve neptünyum yakma konseptinin halihazırda geliştirildiğini ifade etti. Amerikyum ve neptünyum oksitler içeren yakıt çubukları (küçük aktinit yanan çubuklar adı verilen MABR’lar) uzaktan titreşimli sıkıştırma yoluyla yapılıyor. Deneysel MABR’ler, farklı nötron spektrumları ile BOR-60 reaktör çekirdek yuvalarına yüklendi. Işınlama devam ederken analiz sonrası ilk sonuçlar da alındı. Mühendisler ayrıca MABR düzeneklerinin ayrıntılı tasarımlarını da geliştirdiler.
TVS-Kvadrat’ın Güvenilirliği
Konferans oturumlarından birinde, dış tasarımlı hafif su reaktörleri için nükleer yakıt konusuna yer verildi. Oturumda, TVS-Kvadrat yakıt tertibatlarının Avrupa tasarımı PWR-900 reaktöründe kalifikasyon testlerini geçtiği ifade edildi. Işınlama sonrası analiz sonuçları bağımsız bir araştırma merkezi tarafından yayınlandıktan sonra, TVS-Kvadrat yakıt demetleri küresel pazarda ticari başarı elde etti. Bu, fikri mülkiyet hakları ve üretim süreçleri açısından orijinal reaktör teknolojisinin geliştiricilerinden tamamen bağımsız olan ve güvenilir ve uygun maliyetli olduğu kanıtlanmış dünyanın tek Basınçlı Su Reaktörü (PWR) yakıtı olma özelliği taşıyor.
