Rosatom’un Yakıt Bölümü (TVEL), güvenliği artırmak için yakıtını sürekli olarak geliştiriyor ve kapalı bir nükleer yakıt döngüsü oluşturmak ve doğal uranyumda bulunan enerjinin kullanımını en üst düzeye çıkarmak için Ar-Ge çalışmalarını sürdürüyor. İşte bu alandaki son başarılara genel bir bakış.
Rostov Nükleer Güç Santrali’nin 2. Güç Ünitesi, kazaya dayanıklı yakıtın (ATF) pilot uygulamasının son aşamasını tamamladı. “Dayanıklı” terimi, yakıtın tasarım sınırlarının ötesindeki şiddetli kazalara karşı daha dirençli olacak şekilde tasarlandığı anlamına gelir. Yakıt demetleri 2021 yılında VVER-1000 reaktörüne yüklendi ve üç adet 18 aylık yakıt ikmal aralığından oluşan tam bir işletme döngüsünü tamamladı. Pilot uygulamada, her biri 12 yakıt çubuğu içeren üç adet birleşik TVS-2M demeti kullanıldı. Bu çubukların altısında 42CrNiMo alaşımı kullanırken, geri kalanının kaplaması krom kaplı zirkonyum alaşımından yapıldı. Acil bir durumda, bu yeni malzemeler reaktör çekirdeğinde buhar-zirkonyum reaksiyonunu tamamen ortadan kaldıracak veya önemli ölçüde yavaşlatacaktır.
TVEL Araştırma ve Geliştirme Kıdemli Başkan Yardımcısı Alexander Ugryumov, “Ekonomi, teknoloji, düzenlemeler ve prosedürler gibi tüm unsurlar dikkate alındığında, ticari uygulama için en uygun seçim, geleneksel krom kaplı zirkonyum alaşımından yapılmış kaplamadır. ATF geliştirme programı, kapalı nükleer yakıt döngüsü için gerekli olan bir başka sonucu daha ortaya koydu. Krom kaplı yüzeyin özellikleri, VVER reaktörleri için nükleer yakıt üretiminde birçok manuel işlemi ortadan kaldırıyor. Tamamen otomatik üretim, yeniden işlenmiş uranyum ve plütonyum içeren yakıtın ticari üretimi için bir ön koşuldur” dedi.
Balakovo Nükleer Güç Santrali’nin 1. Güç Ünitesi, REMIX yakıtı içeren yakıt demetleri için üçüncü 18 aylık pilot işletme dönemini tamamladı. Bu yakıt, VVER reaktörlerinin kullanılmış nükleer yakıtından geri kazanılan yeniden işlenmiş uranyum ve plütonyum karışımıdır. REMIX’in hafif su termal reaktörlerinde kullanılması ve böylece kapalı nükleer yakıt döngüsüne (CNFC) entegre edilmesi planlanıyor.
Yenilikçi yakıt çubuklarıyla tamamen dolu altı yakıt demeti, 2021 yılının sonlarında VVER-1000 reaktörüne yerleştirildi. Çalışma sırasında herhangi bir sapma tespit edilmedi; nötronik performans ve yaşam döngüsü parametreleri tasarım sınırları içinde kaldı. Bu altı demetin son üçü Mart 2026’da çekirdekten çıkarıldı. ATF kaplamalı demetler gibi, bunlar da üç adet 18 aylık yakıt ikmal aralığını başarıyla tamamladı. Reaktör çekirdeğinden çıkarıldıktan sonra, ışınlanmış yakıt demetleri kullanılmış yakıt havuzuna yerleştirildi. İkinci yakıt ikmal aralığının tamamlanmasının ardından 2024 yılında çıkarılan üç demet zaten orada depolanıyor. Soğutulmuş demetler, ışınlama sonrası incelemeler için Dimitrovgrad’daki araştırma enstitüsüne gönderilecek.
Alexander Ugryumov, “Deneysel yakıt çubuklarının ve ardından standart yakıt demetlerinin çalışmasını dikkate alarak, ticari büyük kapasiteli bir reaktörde REMIX yakıtının ışınlanmasında yaklaşık 10 yıllık deneyim biriktirdik. Kullanılmış yakıt çubuklarının ışınlama sonrası incelemelerini tamamladıktan sonra, VVER reaktörleri için uranyum-plütonyum yakıtını onaylayabilecek ve dünyada ilk kez pazara sunabileceğiz. Bir sonraki adım, seyreltilmiş uranyum ve %5’e kadar plütonyum içeren uranyum-plütonyum yakıt demetlerini bir VVER reaktörüne yüklemek olacak. Böylece, yeniden işlenmiş uranyumdan çeşitli uranyum-plütonyum bileşimlerine kadar dengeli nükleer yakıt döngüsü konsepti için eksiksiz bir ürün ve çözüm yelpazesi geliştiriyoruz” ifadelerini kullandı.
Yakıt Bölümü’ndeki bilim insanları, yeni nesil karışık uranyum-plütonyum nitrür (MUPN) yakıtı üretmek için azot-15 izotopunun üretiminde ticari bir yöntem geliştirdiler. Bu yakıtın, Proryv (Atılım) projesi kapsamında BREST-OD-300 hızlı nötron reaktöründe kullanılması planlanıyor.
Azot-15 neredeyse hiç nötron emmediği için, daha fazla sayıda nötron çekirdekte kalacaktır. Bu nedenle, teorik olarak azot-15 kullanımı, reaktöre yüklenen yakıt miktarının azaltılmasına olanak tanır. Ek olarak, azot-15 istenmeyen karbon-14 oluşumunu azaltacaktır. Tüm bunlar reaktörün ekonomik ve operasyonel performansını artıracak.
İki fazlı gaz-sıvı sistemlerinde azot-15 üretmek için Bochvar Enstitüsü’nde (VNIINM) bir pilot laboratuvar tesisi kuruldu. Yüksek oranda zenginleştirilmiş izotopu elde etmeye yönelik teknolojik süreçler test edilip optimize edildi ve ürünün ilk partisi üretildi. Alexander Ugryumov, “Hızlı reaktörler için yakıt üzerine yaptığımız araştırmalar hem gelişmiş yakıt ve yapısal malzemeleri, hem de uranyum-plütonyum yakıt üretim teknolojilerini ve bunların yeniden işlenmesine yönelik çözümleri kapsıyor. Tüm bu gelişmeler, sürdürülebilir bir paradigma içinde enerji güvenliğini ve çevresel güvenliği sağlamayı, nükleer güç santralleri için kaynak tabanını mümkün olan en büyük ölçüde genişletmeyi ve aynı zamanda radyoaktif atıkları ve ışınlanmış yakıtı en aza indirmeyi amaçlıyor” diye konuştu.
