Termiyonik nükleer güç reaktörlerinin radyal reflektörlerindeki sıcaklık dağılımlarının incelenmesi

Bu çalışmada, uzay araçlarında, çift amaçlı (itme ve güç sağlayan) kullanılması düşünülen termiyonik nükleer reaktörünün kontrol tamburlarındaki nötron ısınmasından meydana gelen sıcaklık dağılımı incelenmiştir. 80UC-20TaC yakıtı kullanılan reaktör, berilyum reflektörün içindeki dönen tamburlarla kontrol edilmeye çalışılmıştır. Kontrol tamburlarında reaktörün kontrolünü sağlayan $B_{4}$C şeritleri bulunmakta ve reflektördeki ısı $^{10}B$ un nötron soğurması yoluyla meydana gelmektedir. Nötronik analiz, tek ve iki boyutlu nötron transport kodları ANISN ve DORT yardımıyla $S_{16}P_3$ ve $S_{8}P_{3}$ yaklaşımı kullanılarak yapılmıştır. Hesaplar reaktör yüksekliği 59 cm, çekirdek yarıçapı 22cm, aktif çekirdek yüksekliği 35cm, 2*12cm eksenel ve 16cm genişliğindeki radyal reflektöre sahip ve güç modunda yaklaşık 50 kWe' e ulaşan bir reaktör için yapılmıştır. Radyal reflektörün içinde dış teğet şeklinde yerleştirilmiş çapı 14cm olan ve dış çeperinde 5mm genişliğinde$B_{4}$C şeritleri bulunan 12 adet kontrol tamburu bulunmaktadır . Hesaplamalar neticesinde tamburlardaki nötron ısınması güç safhasında bir soğutma mekanizmasına ihtiyaç duymazken, itme modunda ilave soğutma sistemine ihtiyaç duymaktadır.

The temperature distrubition analyses in radial reflectors of thermionic nuclear power reactors

In this study, the temperature distribution of neutron heat in control drums of double purpose thermionic nuclear reactors, supplying power and propulsion, is analyzed. The reactor using 80UC-20TaC fuels is controlled with the drums rotating in beryllium reflector. The$B_{4}$C elements, which control the reactor, exist in control drums and the source of heat in reflector $^{10}B$, by absorbing neutrons. The neutronic analysis is made with using $S_{16}P_{3}$ and $S_{8}P_{3}$with the help of one and two dimension neutron transport codes, ANISN and DORT. Calculations have been carried out for a reactor having a height of 59 cm, a core radius 22cm, active core height of 35cm, 2* 12cm axial and 16cm radial reflector and reaching a power phase. There are 12 control drums having a radius of 14cm and control elements $B_{4}$C , having a radius of 5mm imbedded to control drums in reflector. According to calculations the neutron heat in power phase doesn't need cooling but in propulsion phase it needs cooling.

___

1.Snyder,A. M., K. D.Watts: "Satellite laser Communications Nuclear Power Integration Study, EGG-CEN-9936, INEL, DOE Contract No. DEAC07-461D01570 (Sept.1991)
2.Zubrin, R. M., et al.: "The Integrated Power and Propulsion Stage: A Mission Driven Solution Utilizing Thermionic Technology", 9th Symposium on Space Nuclear Power Systems, AIP Conference Proceedings, no. 246, Part III, pp. 1259-1267, Albuquerque, New Mexico(January 1992)
3.Touloukian, Y.S. (Editor): "Thermophysical Properties of High Temperature Solid Materials", vol.5, The Macmillan Company, New York (1967)
4.Begg, L.L., et. al., STAR-C Thermionic Space Nuclear Power System",_26th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference Proceedings, Vol.1, pp. 446-451, Boston (1991)
5.Widman, F. W., et al.: "Mission Analysis for Hybrid Thermionic Nuclear Reactor LEO-to-GEO Transfer Aplications", 10th Symposium on Space Nuclear Power Systems, AIP Conference Proceedings, no. 271, Part I, pp. 223-228, Albuquerque, New Mexico(January 1993)
6.Bethge, K: Kernphysik-Eine Einfuhrung, Springer Verlag, Berlin Heidelberg(1996)
7.Şahin, S., A. Sözen: Critical Neutron Heating in the Control Drums of a Dual Purpose Thermionic Space Reactor for Power and Propulsion, Annals of Nuclear Energy, in print
8.Şahin, S., A. Sözen, E. Öztürk: "Heat Generation in the Control Drums of a Thermionic Space Reactor for Power and Propulsion", ICENES'98, The Ninth International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems Tel-Aviv, Israel, June 28-July 2, 1998
9.Şahin, S., E. B. Kennel: "Neutronic and Thermohydraulic Design Studies for Thermionic Space Reactors", Transactions of the American Nuclear Society 1994 Annual Meeting, Vol. 70, pp. 313-316, New Orleans, Louisina (June 19-23,1994)
10.Şahin, S., E. B. Kennel: , Hybrid Thermionic Space Reactors for Power and Propulsion, Nuclear Technology, Vol. 107, No. 2, pp. 155-181(Augustl994)
11.Kennel, E.B., et. al., Single Cell Carbide Fueled Thermionic Fuel Element, Final Report, USAF-CONTRACT F 33615-92-C-2261. (16 December 1992)
12.Kennel, E.B.: Personal Observation made by National Industrial Association (NIA) LUCH in Moskow, Russian Federation (1992)
13.Al-Kusayer, T.A., Şahin, S., Drira, A., CLAW-IV, Coupled 30 Neutrons, 12 Gamma-Ray Group Cross Section with Retrieval Programs for Radiation Transport Calculations, Radiation Shielding Information Center, Oak Ridge National Laboratory, RSIC-Newsletter, p. 4. (1988)
14.TORT-DORT, Two and Three Dimensional Discrete Ordinates Transport, Code, Radiation Shielding Information Center, Oak Ridge National Laboratory, CCC-543, U.S.A. (1993)
15.Şahin, S., A. Sözen:, FERB: A Computer Code for the Multidimensional Solution of the Fourier Heat Transfer Equation with Finite Differences with Radiating Boundary, Gazi University, Ankara, (1996)