MSFR EVOL Tasarımında Yakıt Tazeleme Optimizasyonu
Year: 2026
Type: dissertation
Abstract: MSFR EVOL TASARIMINDA YAKIT TAZELEME OPTİMİZASYONU ÖZET Dördüncü nesil (Gen-IV) nükleer reaktör konseptlerinden biri olan Ergimiş Tuz Hızlı Reaktörü (MSFR), sürdürülebilirlik, güvenlik ve kapalı yakıt çevrimi potansiyeli ile öne çıkmaktadır. Toryum-Uranyum ( ) yakıt çevriminde reaktör dinamiğini belirleyen en kritik aşama, doğurgan toryumdan elde edilen Protaktinyum-233 ( ) izotopunun parazitik nötron yutulmalarından korunarak fisil 'a dönüşümünün sağlanmasıdır. Bu çalışmada, MSFR EVOL kavramsal tasarımı referans alınarak, sıvı yakıttan çevrimiçi (on-line) ve fisyon ürünü ekstraksiyonunun reaktör nötroniği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Simülasyonlar, SERPENT 1.1.7 Monte Carlo kodu ve ayrık zamanlı (batch-wise) ekstraksiyon sürecini kodun kaynak yapısına müdahale etmeden otonom olarak yöneten harici bir Python algoritması entegrasyonu ile 400 tam güç gününde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgulara göre, 1 günlük ekstraksiyon periyodu uygulandığında 400 günün sonunda kümülatif olarak 1002,84 kg sistemden kurtarılırken, 30 günlük periyotta bu miktar 729,96 kg'a düşmüştür. Kimyasal işlem periyotları ile reaktivite salınımları (testere dişi etkisi) ve Ksenon-135 ile Samaryum-149 gibi nükleer zehirlerin doygunluk dinamikleri nicel olarak analiz edilmiştir. Ayrıca, 1 günlük çevrimde oranı 25,4 ppm seviyesinde kalırken, 30 günlük periyotta bu oranın 53,8 ppm'e çıkarak üretilen yakıtın proliferasyon (silahlanma) direncini iki kat artırdığı tespit edilmiştir. Sonuç olarak, salt nötronik verimlilik açısından 1 günlük çevrim optimum görünse de; 18 m3'lük devasa yakıt hacminin termo-kimyasal işlenme yükü ve korozyon riskleri göz önüne alındığında, mühendislik fizibilitesi ile nükleer güvenlik bağlamında 10-15 günlük periyotların MSFR tasarımları için ideal bir "tekno-ekonomik denge" sunduğu ortaya konmuştur. Sinop Üniversitesi Nükleer Enerji Mühendisliği Bölümü lisans bitirme tezi.Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Hüseyin Şahiner. ONLINE REFUELING OPTIMIZATION IN MSFR EVOL DESIGN ABSTRACT The Molten Salt Fast Reactor (MSFR), a Generation-IV nuclear reactor concept, stands out with its sustainability, safety, and closed fuel cycle potential. In the Thorium-Uranium ( ) fuel cycle, the most critical stage determining reactor dynamics is protecting the Protactinium-233 ( ) isotope, derived from fertile thorium, from parasitic neutron captures to ensure its decay into fissile 233U. In this study, referring to the MSFR EVOL conceptual design, the effects of online 233Pa and fission product extraction from the liquid fuel on reactor neutronics were investigated. Simulations were performed over 400 effective full power days using the SERPENT 1.1.7 Monte Carlo code integrated with an external Python algorithm that autonomously manages the batch-wise extraction process without modifying the source code. According to the findings, when a 1-day extraction period is applied, a cumulative 1002.84 kg of is recovered from the system by the end of 400 days, whereas this amount drops to 729.96 kg with a 30-day period. The chemical processing periods, reactivity oscillations (sawtooth effect), and saturation dynamics of nuclear poisons such as Xenon-135 and Samarium-149 were quantitatively analyzed. Furthermore, while the ratio remained at 25.4 ppm in the 1-day cycle, it increased to 53.8 ppm in the 30-day period, doubling the proliferation resistance of the produced fuel. In conclusion, although a 1-day cycle appears optimal for pure neutronic efficiency; considering the thermo-chemical processing burden and corrosion risks of the massive 18 m3 fuel volume, it is demonstrated that 10-15 day periods offer an ideal "techno-economic trade-off" for MSFR designs in terms of engineering feasibility and nuclear safeguards.
Institution: Sinop University
Language: Turkish
Subfield: Nuclear Energy and Engineering
Field: Energy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7204657012