Uranyum Yakıtlı Bir Lazer Sürücülü Füzyon Reaktöründe (LIFE) Nötronik Performansın Hidrojen Üretimine Etkisi

Bu çalışmada, uranyum yakıtlı bir lazer sürücülü füzyon reaktöründe (LIFE) nötronik analiz ve bu reaktörün hidrojen üretim potansiyeli araştırılmıştır. Nötronik hesaplamalar MCNP nükleer kodu yardımıyla yapılmıştır. Nükleer yakıt olarak %10 uranyum dioksit (UO2), soğutucu olarak ise %90 natural lityum kullanılmıştır. Nötronik hesaplamalarda, trityum üretim oranı (TBR), enerji çoğaltım faktörü (M), yakıt yanma oranı (BU) ve fisil yakıt değişimleri elde edilmiştir. Ek olarak, reaktörün yüksek sıcaklıkta elektroliz (HTE) yöntemi ve kükürt-iyot (S-I) döngülü termokimyasal yöntem ile hidrojen üretim potansiyeli araştırılmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda, reaktörde iyi bir nötronik performans elde edilmiş ve ayrıca hidrojen üretim metotlarından HTE metodunun S-I metoduna göre daha az güç kullanarak daha fazla hidrojen ürettiği gözlemlenmiştir. 

Effect of Hydrogen Generation of The Neutronic Performance in a Laser Inertial Fusion Reactor (LIFE) Fuelled Uranium

In this study, a neutronic analysis of the Laser Inertial Fusion Reactor (LIFE) fuelled uranium and this reactor’s hydrogen production potential were investigated. Neutronic calculations were performed with the help of MCNP nuclear code. As a nuclear fuel, 10 vol% uranium dioxide and as a coolant, 90 vol% natural lithium were used. In neutronic calculations, tritium breeding ratio (TBR), energy multiplication factor (M), fuel burnup (BU) and fissile fuel changes were obtained. In addition, hydrogen production potential was examined by high temperature electrolysis (HTE) method and sulfur-iodine (S-I) cycled thermochemical method of the reactor. As a consequence of the calculations, a good neutronic performance was obtained in the reactor and also it was observed that HTE method, which is the one of the hydrogen production methods, produced more hydrogen by using less power than the S-I method.  

___

  • [1] Veziroğlu T. N., Şahin S., “21st century’s energy: Hydrogen energy system”, Energy Conversion and Management, 49: 1820-1831, (2008).
  • [2] Berwald D.H. et al., “Fission suppressed hybrid reactor fusion breeder”, Lawrance Livermore National Laboratory, UCID-19327.2, (1982).
  • [3] Greenspan E., “Fusion-Fission hybrid reactors”, Advences in Science and Technology, J. LEWINS and M. BECKER, Eds., Plenum Press, 16,289, (1984).
  • [4] Lee J.D. et al, “Feasibilty study of a fission suppressed tandem-mirror hybrid reactor fusion breeder” Lawrance Livermore National Laboratory, CA, UCID-19327, (1982).
  • [5] Moir R.W., Shaw H.F., Caro A., Kaufman L., Latkowski J.F., Powers J., Turchi P.E.A., “Molten salt fuel version of laser inertial fusion fission energy (LIFE)” Fusion Science and Technology, 56(2): 632-640, (2009).
  • [6] Kramer K.J. et al., “Parameter study of the LIFE engine nuclear design”, Energy Conversion and Management, 51(9): 1744-1750, (2009).
  • [7] Kramer K.J., Latkowski J.F., Abbott R.P., Boyd J.K., Powers J.J., Seifried J.E., “Neutron transport and nuclear burnup analysis for the laser inertial confinement fusion- fission energy (LIFE) engine”, Fusion Science and Technology, 56(2): 625-631, (2009).
  • [8] Şahin S., Şahin H.M., Acır A., “Utilization of reactor grade plutonium as energy multiplier in the LIFE engine” Fusion Science and Technology, 61(1): 216-221, (2012).
  • [9] Şahin S., Khan M.J., Ahmed R., “Fissile fuel breeding an actinide transmutation in the LIFE engine” Fusion Engineering and Design, 86(2-3): 227-237, (2011).
  • [10] Şahin S., Şahin H.M., Acır A., “LIFE hybrid reactor as reactor grade plutonium burner” Energy Conversion and Management, 63: 44-50, (2012).
  • [11] Acır A., “Neutronic analysis of the laser inertial confinement fusion-fission energy (LIFE) engine using various thorium molten salts” Journal of Fusion Energy, 32(6): 634-641, (2013).
  • [12] Aktı S., (Supervisor: Prof. Dr. Adem Acır), “Investigation of hydrogen production potential of LIFE fusion reactor”, M.Sc Thesis, Gazi University Graduate School of Natural and Applied Sciences, February (2019).
  • [13] Acır A., Aktı S., “LIFE füzyon reaktöründe yüksek sıcaklıkta elektroliz yöntemi ile hidrojen üretimi”, Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 5(1): 1-8, (2019).
  • [14] Genç G., “ Hydrogen production potential of APEX fusion transmuter fueled minor actinide fluoride", International Journal of Hydrogen Energy, 35(19): 10190-10201, (2010).
  • [15] Özışık G., Demir N., Übeyli M., Yapıcı H., “Hydrogen production via water splitting process in a molten salt fuel breeder” International Journal of Hydrogen Energy, 35: 7357-7368, (2010).
  • [16] Demir N., “Hyrogen production via steam-methane reforming in a SOMBRERO fusion breeder with ceramic fuel particles”, International Journal of Hydrogen Energy, 38(2): 853-860 (2013).
  • [17] Acır A., Aktı S., “Investigation of hydrogen produciton potential of the LASER inertial confinement fusion fission energy (LIFE) engine”, International Journal of Hydrogen Energy, 44(45): 24867-24879, (2019).
  • [18] Yıldız B., Kazimi M.S., “Efficiency of the hydrogen production systems using alternative nuclear energy technologies”, Hydrogen Energy, 31: 77-92, (2006).
  • [19] Khalid F., Dinçer İ., Rosen M.A., “Model development analysis of a novel high-temperature electrolyser for gas phase electrolysis of hydrogen chloride for hydrogen production”, Hydrogen Energy, 43(19): 9112-9118, (2018).
  • [20] Dawood F., Anda M., Shafiullah G.M., “Hydrogen production for energy: An overview”, Hydrogen Energy, 45: 3847-3869, (2020).
  • [21] Orhan M.F., Dinçer İ., Rosen M.A., “Investigation of an integrated hydrogen produciton system based on nuclear and renewable energy sources: a new approach for sustainable hydrogen production via copper-chlorine thermochemical cycles”, International Journal of Energy Research, 36: 1388-1394, (2012).
  • [22] El-Emam R.S., Dinçer İ., “Nuclear-assisted hydrogen production” Springer, Editor: Meyers R., Encylopedia of Sustainability Science and Technology, (2018).
  • [23] Briesmeister J.F., “A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 4B, LA-13709M”, Los Alamos National Laboratory, MCNP, (2000).
  • [24] Lanchi M., Ceroli A., Liberatore R., Marrelli L., Maschietti M., Spandoni A., Tarquini P., “S-I thermochemical cycle: A thermodynamic analysis of the HI-H2O-I2 system and design of the HIx decomposition section”, International Journal of Hydrogen Energy, 34(5): 2121-2132, (2009).
  • [25] Fujiwara S., Kasai S., Yamauchi H., Yamada K., Makino S., Matsunaga K., Hoashi E., “Hydrogen production by high temperature electrolysis wih nuclear reactor”, Progress in Nuclear Energy, 50(2-6), 422-426, (2008).
  • [26] Bakır G., Genç G., Yapıcı H., “Study of a conceptual gas cooled accelerator driven system loaded with thorium dioxide mixed with transuranic dioxides discharged from PWR-MOX spent fuel in TRISO particles”, Nuclear Technology and Radiation Protection, 31(3): 197-206, (2016).
  • [27] Bakır G., Genç G., Yapıcı H., “Time-dependent neutronic analysis of a power-flattened gas cooled accelerator driven system fueled with thorium, uranium, plutonium and curium dioxides TRISO particles”, Science and Technology of Nuclear Installations, 1-11, (2016).
  • [28] Şahin S., Al-Eshakh M., “Fission power flattening in hybrid blankets using mixed fuel”, Fusion Technology, 12(3): 395-408, (1987).
  • [29] Şahin S., “Power flattening in a catalyzed (D,D) fusion driven hybrid blanket using nuclear waste actinides”, Nuclear Technology, 92: 93-105, (1990).
Politeknik Dergisi-Cover
  • ISSN: 1302-0900
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 1998
  • Yayıncı: GAZİ ÜNİVERSİTESİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Mikro Şebekelerde Güç Kalitesinin İyileştirilmesi için D-STATCOM Tasarımı ve Analizi

Ersan KABALCI, Oğuz TAŞDEMİR

Havayolu Operasyonlarında Dayanıklı Ekip Eşleme İçin Eniyileme Yaklaşımı: Bir Havayolu Şirketi Uygulaması

Esra ÖZKAN AKSU, İZZETTİN TEMİZ

NiTi Alaşımının Mikro Ark Oksidasyon Sonrası İn-Vitro Özelliklerinin Araştırılması

Süleyman ŞÜKÜROĞLU, Yaşar TOTİK, Ebru Emine ŞÜKÜROĞLU, Rıdvan KÜÇÜKOSMAN

Samsun/Türkiye'de Şebekeye Bağlı bir FV Tesisin Performansına Gölgelenme Etkisinin İncelenmesi

Vedat KESKİN, Seyed Hamed Pour Rahmati KHALEJAN, Recep ÇIKLA

Investigation of the Shading Effect on the Performance of a grid-connected PV Plant in Samsun/Turkey

Vedat KESKİN, Seyed Hamed Pour Rahmati KHALEJAN, Recep ÇIKLA

Boksit/Deiyonize Su Nanoakışkanının Hazırlanması ve Termofiziksel Özelliklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Adnan SÖZEN, Duygu Y. AYDIN, Metin GÜRÜ

Fotovoltaik Jeneratörler için OSA-CBM stratejisine dayalı Prognostik ve Teşhis Birleştirme Çerçevesi

Mohamed HASSAN ALI, Aamir MEHMOOD

Elektromekanik Empedans Yöntemi Kullanılarak Al7075 Malzeme Davranışı İçin Hasar Metriklerinin Eğrisel / Olasılıksal Tahmini

Gökhan HAYDARLAR, Mesut TEKKALMAZ, M. Alper SOFUOĞLU

Keyword Extraction for Search Engine Optimization Using Latent Semantic Analysis

Fahrettin HORASAN

Düzlemsel ve Silindirik Katı Oksit Yakıt Pillerinin Sayısal Karşılaştırılması

Mustafa İLBAŞ, Fethi Mustafa ÇİMEN, Berre KÜMÜK