Türkiye'deki bilim insanları, toryumdan enerji üretimine yönelik yeni bir hibrit reaktör modeli geliştirdi. Teorik hesaplamalara dayanan çalışmada, toryum yakıtlı sistemin ihtiyaç duyduğu nötronların daha küçük ve düşük enerjili bir parçacık çarpıştırıcısıyla üretilmesi önerildi.
Yeni modelde, daha önce önerilen sisteme kıyasla aynı nötron kaynağını oluşturmak için yaklaşık 2 bin 500 kat daha düşük giriş gücünün yeterli olabileceği hesaplandı.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi'nden Prof. Dr. Saleh Sultansoy, doktora öğrencisi Burak Dağlı ve yüksek lisans öğrencisi Dilara Aktürk ile Ankara Üniversitesi'nden doktoralı öğretim üyeleri Ali Can Canbay ve Ümit Kaya tarafından hazırlanan “A Subcritical Thorium Fission-Deuteron Fusion Hybrid Reactor: DD Collider Instead of Muonic Fusion as a Neutron Source” başlıklı çalışma, uluslararası Fusion Science and Technology dergisinde yayımlandı.
Daha küçük bir sistem önerildi
Çalışmada, toryumdan enerji üretiminde kullanılabilecek hibrit reaktör için gerekli nötronların daha basit ve düşük enerjili bir sistemle elde edilmesine yönelik yeni bir model ortaya konuldu.
Prof. Dr. Saleh Sultansoy, daha önce Japon bilim insanları tarafından önerilen sistemde nötron üretimi için yüksek enerjili ve karmaşık bir proton hızlandırıcısına ihtiyaç duyulduğuna dikkati çekerek şunları söyledi:
“Biz bu çalışmada bunun yerine çok daha düşük enerjili ve daha küçük bir döteron çarpıştırıcısının nötron kaynağı olarak kullanılmasını önerdik. Temel düşüncemiz, toryum yakıtlı hibrit reaktörün ihtiyaç duyduğu nötronları daha basit bir sistemle üretmek. Yaptığımız hesaplamalar bunun mümkün olabileceğini gösteriyor.”
Toryumu nötronlar harekete geçirecek
Sultansoy, önerilen sistemde nötronların küçük bir parçacık çarpıştırıcısında üretileceğini, ardından toryum yakıtlı bölüme aktarılacağını belirtti.
Sistemin çalışma prensibini anlatan Sultansoy, şu ifadeleri kullandı:
“Toryum kendi başına doğrudan kullanılarak enerji üreten bir nükleer yakıt değil. Sistemde öncelikle nötronlara ihtiyaç var. Önerdiğimiz küçük parçacık çarpıştırıcısında bu nötronları üretip toryum yakıtlı bölümü besliyoruz. Burada nötronlar çoğaltılıyor ve toryumdan enerji üretiminin önü açılıyor. Füzyonla elde ettiğimiz nötronları, toryumdan enerji üreten fisyon bölümünü çalıştırmak için kullanıyoruz. Bu nedenle sistem füzyon ve fisyonun birlikte kullanıldığı hibrit bir reaktör modeli.”
10 megavat için 49 vatlık giriş gücü hesabı
Çalışmadaki dikkat çekici sonuçlardan biri de enerji hesabı oldu. Prof. Dr. Sultansoy, modelde nötronların aşamalı olarak çoğaltıldığı ve ana toryum reaktörünün de sisteme dahil edildiği durumda, 10 megavatlık elektrik üretimi için nötron kaynağı olan çarpıştırıcının giriş gücünün 49 vat olarak hesaplandığını söyledi.
Sultansoy, 49 vatlık değerin tüm reaktörün veya santralin tüketeceği toplam enerji anlamına gelmediğini özellikle vurguladı.
“Modelimizde nötronların aşamalı olarak çoğaltıldığı ve ana toryum reaktörünün de sisteme dahil edildiği durumda 10 megavatlık elektrik üretimi için nötron kaynağı olan çarpıştırıcının ihtiyaç duyduğu giriş gücünü 49 vat olarak hesapladık. Burada çok önemli bir ayrım var; 49 vat bütün reaktörün veya santralin harcadığı enerji değildir. Bu rakam, teorik modelimizde sistemi besleyecek nötronların üretildiği çarpıştırıcı için hesaplanan giriş gücüdür.”
120 bin vattan 49 wata
Yeni model ile daha önce önerilen müon katalizli hibrit reaktör modelini karşılaştıran Sultansoy, önceki yöntemde 10 megavatlık elektrik üretimi için nötron kaynağının giriş gücünün 0,12 megavat, yani 120 bin vat olarak hesaplandığını belirtti.
Yeni döteron çarpıştırıcılı modelde ise aynı 10 megavatlık teorik elektrik çıkışı için bu değerin 49 vat olarak hesaplandığı ifade edildi. Böylece yalnızca nötron kaynağının ihtiyaç duyduğu giriş gücü açısından yaklaşık 2 bin 500 katlık fark ortaya çıktı.
Sultansoy, karşılaştırmaya ilişkin şu değerlendirmeyi yaptı:
“Müon katalizli önceki hibrit reaktör modelinde 10 megavatlık elektrik üretimi için nötron kaynağının giriş gücü 0,12 megavat, 120 bin vat olarak hesaplanmıştı. Bizim önerdiğimiz döteron çarpıştırıcılı modelde aynı 10 megavatlık teorik elektrik çıkışı için bu değer 49 vat olarak hesaplandı. Dolayısıyla nötron kaynağının ihtiyaç duyduğu giriş gücü açısından yaklaşık 2 bin 500 katlık bir fark ortaya çıkıyor.”
Çarpıştırıcının çevresi yaklaşık 10 metre olacak
Yeni modelde çok büyük bir tesis yerine daha küçük bir parçacık çarpıştırıcısı öngörülüyor. Halka şeklinde tasarlanan çarpıştırıcının çevresinin yaklaşık 10 metre olması planlanıyor.
Karşılıklı hareket eden döteron parçacıklarının çarpışması sonucunda nötronların ortaya çıkması ve bu nötronların toryum yakıtlı reaktörü beslemesi öngörülüyor.
Sultansoy, önceki yöntemde nötron kaynağı oluşturmak için çok daha yüksek enerjili bir proton hızlandırıcısına ihtiyaç duyulduğunu belirterek yeni önerinin sistemi daha basit ve küçük hale getirme potansiyeli taşıdığını ifade etti.
Toryumun nükleer atık avantajı
Çalışmada toryumun tercih edilmesinin nedenleri arasında nükleer atık konusu da yer aldı. Sultansoy, toryum yakıtlarının uranyuma dayalı yakıtlara kıyasla yönetilmesi zor bazı ağır radyoaktif elementleri daha az oluşturduğunu belirtti.
“Toryum yakıtlarının önemli avantajlarından biri, uranyuma dayalı yakıtlara göre yönetilmesi zor olan bazı ağır radyoaktif elementleri daha az oluşturmasıdır. Dolayısıyla toryum yakıtlı sistemler radyoaktif atıkların azaltılması açısından önemli potansiyele sahip. Ayrıca toryum doğada uranyuma göre yaklaşık 3-4 kat daha fazla bulunuyor.”
Henüz teorik aşamada
Çalışmanın bugün kurulmuş ve elektrik üreten bir reaktör anlamına gelmediğinin altını çizen Sultansoy, modelin yalnızca teorik hesaplamalara dayandığını vurguladı.
Sultansoy, bundan sonraki süreçte deneysel çalışmalarla sonuçların doğrulanması, çarpıştırıcının çalışma koşullarının geliştirilmesi ve sistemin daha büyük ölçekte enerji üretiminde nasıl uygulanabileceğinin araştırılması gerektiğini belirtti.
“Bu çalışma teorik hesaplamalara dayanan bir reaktör modeli. Ortaya koyduğumuz sonuçların bundan sonraki aşamada deneysel çalışmalarla doğrulanması gerekiyor. Çarpıştırıcının çalışma koşullarının geliştirilmesi ve sistemin daha büyük ölçekte enerji üretimine nasıl uygulanabileceğinin araştırılması gerekiyor. Biz burada toryum yakıtlı hibrit reaktörler için daha basit ve avantajlı olabilecek yeni bir nötron kaynağı seçeneği ortaya koyuyoruz.”
