Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Medine ÖZKAYA
Danışman: Adem Acır
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:
Bu tez çalışmasında PACER füzyon reaktörüne hidrojen üretim tesisi entegre edilerek farklı soğutucu akışkan (Eriyik tuz) ve soğutucu akışkana farklı oranlarda nükleer yakıt karıştırılarak hidrojen üretim potansiyeli incelenmiştir. İlk çalışma da PACER füzyon reaktöründe hacimsel olarak iki farklı mod belirlenmiştir. Mod ①: %25 eriyik tuz + ThF4, %75 boşluk ve mod ②: %50 eriyik tuz + ThF4, %50 boşluk olarak belirlenmiştir. Eriyik tuz +ThF4 oranı ise %5 ThF4+ %95 LiF, %10 ThF4+ %90 LiF, %15 ThF4+ %85 LiF, %20 ThF4+ %80LiF, %25 ThF4 +%75 LiF şeklinde kullanılarak Monte Carlo yöntemi yardımı ile nötronik analizler yapılmıştır. Nötronik analizlerle enerji çoğaltım faktörü (M) ve trityum üretim oranı (TBR) elde edilmiştir. PACER füzyon reaktörüne entegre edilen hidrojen üretim tesisinde yüksek sıcaklıkta elektroliz (HTE), kükürt - iyot termokimyasal çevrimi (S-I) ve buhar-metan reformasyonunun (SMR) hidrojen üretim yöntemleri kullanılmıştır. Nötronik analizlerle elde edilen M değerine bağlı olarak hidrojen üretim tesisinin toplam termal gücü (𝑃ℎ𝑝𝑓), termal güç oranı (1-𝜓) elde edilmiş ve tesiste üretilen hidrojen miktarı (𝑚) hesaplanmıştır. En iyi hidrojen üretim sonucu mod ②'de soğutucu akışkana %25 ThF4 nükleer yakıt karışımında, SMR yönteminin üç reaksiyonlu SMR+WGS+MCS reaksiyonundan ~90 kg/s olarak hesaplanmıştır. İkinci çalışmada ise soğutucu bölgede kullanılan eriyik tuz Flibe (Li2BeF4) içerisine üç farklı nükleer yakıt (ThF4, UF4+ThF4, UF4) kullanılmıştır ve bu nükleer yakıtların her biri üç farklı oranda(%2, %6, %12) karıştırılmıştır. Bu parametrelerin tamamında 6 farklı 6Li zenginleştirme (%7,5; %20, %40, %60, %80, %90) yapılarak bu oranın etkisi incelenmiştir. Bu veriler kullanılarak Monte Carlo yöntemi yardımı ile nötronik analizler yapılmış enerji çoğaltım faktörü (M) ve trityum üretim oranı (TBR) elde edilmiştir. PACER füzyon reaktörüne demir-klorür termokimyasal yöntemiyle (Fe-Cl) hidrojen üretimi yapılan tesisin toplam Termal gücü, termal güç oranı ve hidrojen üretim miktarı hesaplanmıştır. Sonuç olarak ham soğutucu akışkana karıştırılan nükleer yakıt türünün, hem yakıt oranının hem de 6Li zenginleştirmenin hidrojen üretim miktarını arttırdığı tespit edilmiştir. Sonuç olarak bu iki çalışma için ortak parametre belirlenerek dört farklı hidrojen üretim yöntemleriyle elde edilen hidrojen miktarı kıyaslanmış ve hidrojen üretim miktarı ~5,6 – ~88,3 olarak hesaplanmıştır. Elde edilen hidrojen verileri ekonomiklik açısından incelenmiş ve ~358 $/kg.yıl – ~83376 $/kg.yıl kazanç elde edilmiştir.
Anahtar Kelimeler : PACER füzyon reaktörü, demir klor termokimyasal çevrimi, buhar metan reformasyonu, S-I döngülü termokimyasal yöntem, yüksek sıcaklıkta elektroliz, nükleer hidrojen