Sodyum Soğutmalı Hızlı Reaktör (SFR)
Yeni Nesil Reaktörler den biri olan SFR, reaktör soğutucusu olarak sıvı sodyum kullanarak yüksek güç yoğunluğu sağlar. Düşük basınçta düşük soğutucu hacmiyle çalışır. Bu teknoloji, beş on yılda ve sekiz ülkede 390 reaktör yılı deneyimine dayanmaktadır ve başlangıçta GIF’in ana ilgi alanıydı. Bu teknoloji, hala ön planda olmasına rağmen, sıvı sodyum soğutma sisteminin kapalı olmasını gerektirmektedir. Çeşitli yakıt türleri mümkündür. Şu ana kadar çoğu SFR tesisi, çekirdek artı örtü konfigürasyonuna sahipti. Yeni tasarımlar tüm nötron hareketini çekirdekte toplamak yönünde olacaktır. Diğer AR-GE çalışmaları, soğutucu kaybı senaryolarında güvenliği ve gelişmiş yakıt taşıma teknolojilerine odaklanmaktadır.
SFR, yakıt matris olarak tükenmiş uranyum kullanır ve 500-550°C soğutucu sıcaklığına sahiptir. Bu ikincil bir sodyum devresi aracılığıyla elektrik üretimine olanak tanır. Birincil devre ise neredeyse atmosferik basınçta çalışır. Üç varyant önerilmektedir: 50-150 MWe modüler tip, elektrometalürjik işleme (pirop işleme) gerektiren U-Pu metal yakıtı ile aktinidler entegre edilmiştir; 300-1500 MWe havuz tipi versiyonu; ve 600-1500 MWe döngü tipi, konvansiyonel MOX yakıtı ile, potansiyel olarak minor aktinidler ve merkezi tesislerde gelişmiş sulu yeniden işleme ile.
Şu anda işletmede olan bir SFR, Rusya’daki Beloyarsk’ta bulunan BN-800’dür (2015’te şebekeye bağlandı). İkinci bir reaktör, Hindistan’daki Kalpakkam PFBR’dir ve 500 MWe kapasitesindedir (gecikmiş olup, 2021’de faaliyete geçmesi bekleniyor). BN-800, çoğunlukla hızlı reaktör yakıtları için bir deneysel reaktördür. GIF, bu teknolojinin “yakın vadede aktinid yönetimi için uygulanabilir” olduğunu belirtmektedir. Süregelen AR-GE çalışmalarının çoğu, yakıtlar üzerine yoğunlaşmaktadır.
Gaz Soğutmalı Hızlı Reaktör (GFR)
Yeni Nesil Reaktörler den bir diğeri. Diğer helyum soğutmalı reaktörler gibi, GFR’ler yüksek sıcaklık üniteleridir – genellikle 800-850°C civarındadır. GFR’ler, yüksek sıcaklıkla elektrik üretimi, termokimyasal hidrojen üretimi veya diğer süreç ısısı sağlama için uygun olan VHTR teknolojisiyle benzerdir. Referans GFR ünitesi, 2400 MWt/1200 MWe kapasitesine sahip olup, 850°C çekirdek çıkış sıcaklığına sahiptir ve kalın çelik reaktör basınç kabı ile üç 800 MWt döngüsü içerir. Yüksek çekirdek çıkış sıcaklığı, yakıt üzerinde önemli zorluklar yaratmaktadır çünkü yüksek güç yoğunluğunun gerektiği bu koşullarda çekirdek içinde iyi bir nötron ekonomisi sağlanmalıdır. Elektrik üretimi için, birincil devrede helyum kullanılacak ve ikincil devrede helyum gazı doğrudan bir gaz türbini (Brayton döngüsü) çalıştıracaktır; üçüncül devre ise buhar döngüsünden oluşacaktır.
GFR, hızlı nötron spektrumu ve verimli üreme (breeding) sağlamak için besleyici örtü yerine kendi kendine üreten bir çekirdek kullanacak şekilde tasarlanmıştır. Kullanılan yakıt, tükenmiş uranyum ve diğer fisil ya da besleyici malzemeleri içeren seramik pin veya plakalar şeklinde, %15-20 oranında plütonyum içeren sağlam nitrit veya karbür yakıtlar olacaktır. Tıpkı SFR’de olduğu gibi, kullanılan yakıt yerinde yeniden işlenecek ve tüm aktinidler, uzun vadeli radyoaktif atık üretimini en aza indirmek için sürekli olarak geri dönüştürülecektir.
General Atomics, 1970’lerde bu tasarımı geliştirmiş olsa da (ancak hızlandırılmış reaktör olarak değil), henüz herhangi bir GFR inşa edilmemiştir. Ancak, 75 MWt kapasiteli Allegro adlı deneysel bir teknoloji gösterim GFR’si, Euratom tarafından planlanmaktadır. Bu proje, tüm mimariyi ve GFR için öngörülen ana malzeme ve bileşenleri içerecektir, ancak güç dönüştürme sistemi içermeyecektir. Alternatif bir GFR tasarımı, birincil devrede 600-650°C helyum soğutma ve ikincil sistemde 550°C ve 20 MPa süperkritik CO2 kullanarak güç üretimini hedeflemektedir. Bu, çok yüksek sıcaklıklara ilişkin metalurjik ve yakıt zorluklarını azaltır.
Çok Yüksek Sıcaklık Gaz Reaktörü (VHTR)
Yeni Nesil Reaktörler den üçüncüsü de Çok Yüksek Sıcaklık Gaz Reaktörü, önemli bir deneyime dayanan grafit modere edilmiş, helyum-soğutmalı reaktörlerdir. Çekirdek, Japonya’daki HTTR ve General Atomics’in önceki GTMHR tasarımı gibi prizmatik bloklardan veya Çin’in HTR-10 veya HTR-PM gibi pelet yataklarından inşa edilebilir. Ayrıca Güney Afrika’da daha önce geliştirilen PBMR de bir örnektir. 900°C’nin üzerinde çıkış sıcaklığı ve 1000°C’ye ulaşmayı hedefleyen tasarımlar, ara ısı değiştirici aracılığıyla termokimyasal hidrojen üretimine, elektrik kuluçka üretimine veya doğrudan yüksek verimli gaz türbini çalıştırmaya (Brayton döngüsü) olanak tanır. Daha düşük çıkış sıcaklıklarında ise, Rankine buhar döngüsü kullanılarak elektrik üretimi sağlanabilir ve bu, gösterim projelerinin odak noktasıdır. 600 MW termal kapasitesinde modüler üniteler öngörülmektedir.
Yakıt konusunda bazı esneklikler olsa da, başlangıçta yeniden işleme yapılmayacaktır. Yakıt, 1 mm’den küçük çapta TRISO (tristrüktürel-izotropik) parçacıkları şeklindedir. Her bir parçacık, yaklaşık 0.5 mm çapında uranyum dioksit çekirdeği içerir ve bu uranyum, genellikle %20 U-235’e kadar zenginleştirilmiştir. Bu çekirdek, karbon ve silikon karbür katmanlarıyla çevrelenmiştir ve böylece fisyon ürünlerini 1600°C’nin üzerinde stabil bir şekilde tutabilen bir bariyer sağlar. Bu parçacıklar, bilardo topu büyüklüğünde peletler içinde veya prizmatik grafit bloklar içinde kullanılabilir. VHTR, yüksek yanma (150-200 GWd/t), tamamen pasif güvenlik, düşük işletme ve bakım maliyetleri ile modüler inşaat potansiyeline sahiptir.
2014 GIF Yol Haritası, hidrojen üretimi için ayrılmış 600 MWt’lik bir VHTR’nin günde iki milyon normal metreküplük gaz üretebileceğini belirtmektedir. Bir AR-GE önceliği, TRISO yakıtının 1250°C’ye kadar çalışabilmesi ve 200 GWd/t yanma oranına ulaşabilmesinin sağlanmasıdır. Ancak ABD, bu hedefe ulaşmış olup, ayrıca TRISO yakıtının 1600°C, 1700°C ve 1800°C’de yüzlerce saat boyunca sağlamlığını test etmiştir. Kısa vadede ise, yüksek sıcaklık buharı kullanarak elektrik üretimi ve endüstriyel süreçler, çıkış sıcaklıklarının 700-850°C arasında olması gerektiğinden en büyük potansiyele sahiptir.
Nükleer Denizaltılarda Basınçlı Su Reaktörleri hakkında bilgi almak için TIKLAYINIZ.