BREST-OD-300, teoriyi gerçeğe dönüştüren ilk kurşun soğutmalı nitrit yakıtlı hızlı nötron reaktörü olma özelliği taşıyor. BREST-OD-300’ün temel amacını, en son reaktör teknolojilerinin fizibilitesini ve nükleer yakıt döngüsünü kapatmanın somutluğunu göstermek oluşturuyor.

Reaktör tasarımı ve çalışma prensipleri

BREST-OD-300, “300 MW kurulu güce sahip pasif güvenli pilot gösteri hızlı nötron reaktörü” ifadesinin Rusça kısaltmasıdır. Bu reaktörde soğutucu olarak erimiş kurşun, yakıt olarak ise uranyum ve plütonyum nitrürlerin (MUPN) karışımı kullanır. Reaktörün inşaatına 2021 yılının haziran ayında başlandı.

Yeni tip soğutma sıvısı özel bir tasarım gerektiriyor. BREST-OD-300 reaktörünün çekirdeği, erimiş kurşunla dolu bir betonarme havuzun orta bölümünde yer alırken, çevresinde ise buhar jeneratörleri ve devir pompaları bulunuyor.

Soğutucunun erime ve kaynama sıcaklıkları ve diğer fiziksel özellikleri ile reaktör tasarımı, kor tutucu ve yardımcı sistemlerin çoğunun ihmal edilmesini mümkün kılar ve reaktör dışındaki ekipman için güvenlik gereksinimlerini azaltır. BREST reaktörünün entegre tasarımı ve fiziksel özellikleri sayesinde insanların tahliyesini gerektirecek kaza olasılığı da ortadan kaldırılmış olur.

İki devreli bir tasarıma sahip olan reaktörde nükleer yakıt, birincil devredeki erimiş kurşunu ısıtırken, erimiş kurşun daha sonra bir buhar kazanından geçer ve ikincil devrede ısıyı suya aktarır, burada su, buhara dönüşür ve elektrik üretilmesi için türbin jeneratörünün dönüşünü sağlar.

BREST-OD-300 kurşun soğutmalı reaktörü, uranyum-plütonyum yakıt üretim ve kullanılmış yakıtı yeniden işleme ünitesini de barındıran “pilot gösterim elektrik üretim santralinin” (Rusça’da ODEK olarak kısaltılır) bir parçasıdır. Burada reaktör sınıfı plütonyumdan ve karbotermal sentezle seyreltilmiş uranyumdan yeni taze yakıt üretilmesi planlanıyor.

Üç ODEK birimi, kullanılmış yakıtın taze yakıta geri dönüştürülmesinin sürdürülebilirliğini, yani “kapalı” santral içi nükleer yakıt çevriminin fizibilitesini göstermeyi amaçlıyor.

Çok boyutlu mühendislik

Geçtiğimiz nisan ayının sonunda, ODEK’in ana tesisi olan Rosatom’a bağlı TVEL yakıt şirketinin bünyesinde yer alan Sibirya Kimyasal Fabrikası (SCP), erimiş kurşun için bir prototip pompanın montajına başladı. 30 tonun üzerinde ağırlığa sahip söz konusu pompa, yüksek alaşımlı çelik sınıflarından ve seramik malzemelerden imal edildi. Pompanın parçaları fabrikaya 2023 yılının mart ayının sonlarında teslim edildi. Montaj işlemleri tamamlandığında, pompa, erimiş kurşunla dolu bir kolonda, özel bir test tezgahında test edilecek. Pompa, reaktörün ana devresinden saniyede 11 ton, bir başka ifadeyle orta büyüklükteki bir kamyonun yüküne denk miktarda erimiş kurşun pompalama kabiliyetine sahip.

Pompanın 2023 yılında basınç ve akış performansı açısından test edilmesi planlanıyor. Test sonuçlarına göre prototip tasarımı, reaktör için dört pompa üretecek şekilde değiştirilebilir.

Rusya Devlet Nükleer Enerji Kuruluşu Rosatom’a bağlı TVEL Yakıt Şirketi’nin iştiraki Novosibirsk Kimyasal Konsantre Tesisi, maket reaktör çekirdeği için yakıt simülatörleri geliştirirken, bu simülatörlerin 2024 yılı sonunda hazır olması ve ODEK’e sevk edilmesi planlanıyor.

BREST-OD-300 için yakıt çubuk modelleri ve yakıt düzenekleri baştan sona incelenmiş ve önceden test edilmiştir. Yakıt simülatörleri, Kazakistan’da bulunan IGR atımlı reaktörde test edildi. Eylül 2022’de tamamlanan testler ve müteakip ışınlama sonrası çalışmalar, pozitif reaktivite ilavesi gibi tasarım dışı koşullarda yakıt çubuklarının performans tahminleri doğrulanmış oldu.

Araştırmacılar, yakıt performansını artırabilecek yeni malzemeler üzerinde çalışmaya devam ediyorlar. Geçtiğimiz şubat ayında, VNIINM (Rosatom’un bir parçası), 0,3 mm kalınlığında ferritik paslanmaz çelik tabakaya sahip bir bimetalik boru pilot partisi üretti. Bu tür borular, kurşun soğutmalı reaktörlerde yakıt çubuğu kaplaması olarak ve reaktör çekirdeğindeki ayırıcı ızgara hücreleri için bir temel malzeme olarak kullanılabiliyor. Yeni yapısal malzemeler, kurşun soğutmalı hızlı reaktörlerde MUPN yakıtının yanmasını potansiyel olarak yüzde 20-25 oranında artıracak ve sonuç olarak reaktör işletimini daha uygun maliyetli hale getirecek.

Çalışan niteliklerinin geliştirmesi için de birçok çalışma yürütülüyor. Geçtiğimiz mart ayında, ODEK fabrikasyon/yeniden imalat biriminin otuzdan fazla çalışanı analitik simülasyon kursunda eğitim aldılar. Kursa katılan çalışanlar burada operasyonel beceriler uygularken, üretim süreçlerini inceleyip acil durum prosedürlerini öğrendiler.

Bu yılın ilerleyen bölümlerinde SCP çalışanlarının Beloyarsk NGS’de iki haftalık bir staj yapması da planlanıyor.

Reaktör inşaatı, ekipman kurulumu, SNF yeniden işleme modülünün geliştirilmesi ve diğer işler tamamen programa göre ilerlerken, ODEK’in tamamının 2030 yılında devreye alınması bekleniyor.