Bir manyetik füzyon nükleer reaktörünün nötronik analizinin yapılması

Abstract

Bu çalışmada, ilk duvar yükü 5 MW/m2 ve 500 MW füzyon gücü değeri için küresel geometride manyetik füzyon reaktörü modellemesi tamamlanmıştır. Modellenen füzyon reaktöründe plazma bölgesinde D-T yakıtı kullanılmıştır. Yapılan sekiz farklı model kapsamında ilk duvar bölgesinde 1DS-ODS çeliği, SiC ve reaktörün soğutucu bölgesinde FLiBe, FLiNa, FLiNaK ve Li malzemeleri kullanılmış olup değişen ilk duvar ve soğutucuların reaktörün nötronik performansına etkileri incelenmiştir. Çalışmada ilk olarak, değişen ilk duvar ve soğutucu malzemelerine göre oluşturulan sekiz farklı modelin trityum üretim oranı (TBR), enerji çoğaltım faktörü (M), reaktörde üretilen ısı ve elektrik gücü değerleri hesaplanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, reaktörün her katmanı için ısı akısı, nükleer ısı üretimi, ilk duvar bölgesinde ki gaz üretimi ve DPA değerleri hesaplanmıştır. Yapılan çalışmanın sonucunda, soğutucu malzemesindeki lityum izotoplarının yoğunluk değerleri ile TBR, M ve reaktörde üretilen güç değerlerinin doğru orantılı olarak değiştiği görülmüştür. Çalışmanın ilk dört modelinde ilk duvar malzemesi olarak 1DS-ODS çeliği kullanıldığında gaz üretimi ve DPA değerlerinin SiC kullanılan modellere göre çok daha düşük miktarda olduğu tespit edilmiştir. İlk duvar malzemesi olarak 1DS-ODS çeliği ve soğutucu malzeme olarak FLiBe kullanılan birinci modelin bütün hesaplamalar göz önünde bulundurulduğunda en uygun model olduğu görülmektedir. In this study, magnetic fusion reactor modeling with spherical geometry has been completed for the first wall load 5 MW/m2 and 500 MW fusion power. In the modeled fusion reactor, D-T fuel was used in the plasma region. Within the scope of eight different models, 1DS-ODS steel, SiC in the first wall region and FLiBe, FLiNa, FLiNaK and Li materials were used in the cooling zone of the reactor. In the study, firstly, tritium breeding ratio (TBR), energy multiplication factor (M), heat and electric power values of the reactor were calculated for eight different models, which were formed according to the changing first wall and cooling materials. In the second stage of the study, for each layer of reactor heat energy, in the first wall region gas production and DPA values were calculated. As a result of the study, it was observed that the density of lithium isotopes in the coolant material and produced in the reactor TBR, M and reactor power values were directly proportional. In the first four models of the study, when 1DS-ODS steel was used as the first wall material, gas production and DPA values were found to be much lower than models which contains SiC as a first wall material. The first model, which uses 1DS-ODS steel as the first wall material and FLiBe as the cooling material, is the most suitable model considering all the calculations.