Nükleer reaktör uygulamaları için titanyum alaşımı üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterisation of titanium alloy for nuclear reactor applications
- Tez No: 525182
- Danışmanlar: DOÇ. İLVEN MUTLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 76
Özet
Bu çalışmanın amacı, nükleer teknoloji uygulamaları için yapısal malzeme (yakıt çubuğu, basınçlı boru, kullanılmış yakıt depolama kabı) amaçlı Ti-Sn esaslı alaşımlarının üretilmesi ve incelenmesidir. Alaşımlar toz metalurjisi ve toz enjeksiyon kalıplama yöntemleriyle üretilmiştir. Ti, Ta, Nb, Al, Mo, Mg,ve Zr gibi elementlerinin döküm ile alaşım haline getirilmesi yoğunluklarının ve ergime sıcaklıklarının çok farklı olmasından dolayı bu yöntemler kullanılmıştır. Nükleer yakıt çubuğu yüksek sıcaklıktaki korozif soğutucu ve moderatör ortamlarına maruz kalmaktadır. Yakıt çubuğunun korozyon ve oksidasyon direnci (moderatör ile uyum), yüksek ergime sıcaklığı (sıcaklık ve sürünme direnci), radyasyon direnci, düşük nötron yutma tesir kesiti, mukavemet, yüksek iletkenlik ve düşük termal genleşme göstermesi gerekmektedir. Günümüzde yakıt çubuğu olarak Zr alaşımları kullanılmaktadır. Fakat Fukushima'da ortaya çıktığı gibi, Zr alaşımlarının yüksek sıcaklıklarda oksidasyon ve hidrojen absorbsiyon sorunları bulunmaktadır. Ayrıca, Zr doğada Hf ile beraber bulunmaktadır. Nükleer uygulamalarda zıt nötron absorbsiyon değerlerinden dolayı ayrılmaları gerekmektedir (Hf oranı 100 ppm altında olmalıdır). Zr ve Hf elementlerinin ayrılması çok zor olduğundan (kimyasal benzerlik), dünyada nükleer uygulamalar için Zr alaşımı üreten çok az üretici bulunmaktadır. Ti alaşımları yüksek mukavemet, sıcaklığa dayanım, korozyon direnci nedeniyle nükleer yapısal malzeme olarak kullanıma uygundur. Radyasyona maruz kaldıklarında düşük şişme göstermektedirler. Hammadde sıkıntısı olmayıp, gelişmiş bir Ti endüstrisi bulunmaktadır. Ti alaşımlarının kullanılmış yakıt tank malzemesi olarak kullanılma potansiyeli de bulunmaktadır. Ayrıca, Ti alaşımlarının klorlu toprak altı sularıyla temas halinde olan atık tanklarında kullanılma ihtimali vardır. Titanyuma korozyon direnci, mukavemet, sıcaklığa dayanım ve düşük nötron yutma değeri için Al, Zr, Mo, Mg, Nb ve Sn ilave edilerek özgün bir alaşım geliştirilmesi amaçlanmıştır. Alaşım ilavesi titanyumun termal nötron absorpsiyon tesir kesitini (6.1 barn) düşürmüştür. Yakıt zarfı malzemesinin nötron yutma değerinin düşük olması gerektiğinden, tesir kesiti düşük (Al (0.23 barn), Zr (0.185 barn), Sn (0.63 barn), Nb (1.15 barn) ve Mo (2.48 barn)) elementleri ilave edilmiştir. Alaşımın korozyon (oyukçuk ve aralık) direncini arttırmak için Mo ilavesi yapılmıştır. Zr ilavesi ile alaşımın korozyon direncinin arttırılması amaçlanmıştır. Sn ilavesi alaşımın sinterleme sıcaklığını düşürüp sinterleşme kabiliyetini arttırmıştır. Alaşımın sürünme direncini ve yüksek sıcaklık dayanımını arttırmak için Al ilave edilmiştir. Ta yüksek sıcaklıklara ve oksidasyona dayanım arttırmak için ilave edilmiştir. Alaşımların nükleer uygulamalar açısından değerlendirilmesi simülasyon yazılımları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneysel nötron ışınlama testleri hizmet alımı ile yapılmıştır.Alaşımların korozyon davranışları yüksek sıcaklıklarda incelenmiştir. Mekanik özellikler basma ve tahribatsız ultrasonik muayene ile incelenmiştir. Üretilecek alaşımların özellikle Mersin Akkuyu Nükleer Güç Santrali'nin çalışma şartlarına (hafif zenginleştirilmiş UO2 ile çalışan WWER-1200 (Su-Su-Enerji-Reaktörü) tipi hafif su soğutmalı hafif su moderatörlü reaktör) uygun olması planlanmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, Ti-Sn based alloys were manufactured for structural material (fuel rods, pressure tubes, spent fuel vessel) in nuclear technology applications. Alloys were prepared by powder metallurgy and powder injection moulding. Ti, Ta, Nb, Al, Mg, Mo, and Zr elements are difficult to synthesize by casting because these elements possess a great difference in melting points and density. Nuclear fuel cladding tubes provide shield to the fuel and remain in contact with corrosive coolant/moderator environments at high temperatures. Cladding tubes must have low thermal neutron absorption cross-sections, must have irradiation resistance, should present strength and creep resistance, should have compatibility with coolant and moderator. The cladding should show high thermal conductivity; and low thermal expansion. Zr alloys are used for cladding. However, disadvantages of Zr such as oxidation and hydrogen production at high temperatures can not be eliminated, which was highlighted at Fukushima. Zr is found with Hf. In nuclear industry, Zr should have Hf content below 100 ppm. As separation of Hf and Zr is difficult, only a few companies have the nuclear grade Zr production technology. Ti alloys can be considered for structural material in nuclear applications for their high strength-to-weight ratio, high strength, corrosion resistance, low swelling tendency, and compatibility with coolants. Ti poses no resource problems, and an established industry exists. Ti alloys are promising material for spent fuel vessels. Ti alloys can be used as overpack material. Al, Zr, Mo, Nb and Sn were included to enhance the corrosion resistance, strength, creep resistance, low neutron absorption cross section values. Alloying elements were lowered the thermal neutron absorption cross-section value of the Ti (6.1 barn). Neutron absorption cross sections of the Al (0.23 barn), Zr (0.185 barn), Sn (0.63 barns), Nb (1.15 barn), and Mo (2.48 barn) are very low, which is important for cladding materials. Resistance against corrosion (pitting and crevice) was enhanced with Mo content. Zr was also raised the corrosion resistance. Sn addition was enhanced the sinterability. Al was enhance the high temperature (creep) resistance. Ta additions were enhanced high temperature and oxidation resistance. Evaluation of the alloys for nuclear applications was done by using simulation softwares. Neutron irradiation tests of the alloys were also carried out. High temperature corrosion behaviour was studied. Mechanical properties were investigated by destructive compression and non-destructive ultrasonic tests. The alloys will be produced for conditions of Mersin Akkuyu Nuclear Plant. This plant will use UO2 fuel and will be WWER-1200 (Water-Water-Energy-Reactor) type reactor. The reactor will use light water for moderator and cooling.
Benzer Tezler
- Tungsten, titanyum, bor içeren bazı malzemelerin gama ve nötron radyasyonu karşısındaki davranışının incelenmesi, xcom bilgisayar programı ile irdelenmesi ve yeni bir radyasyon zırh malzeme önerisi
Investigation on behaviour of tungsten, titanium, boron composed materials against gamma and neutron radiation, evaluation by xcom computer code and a novel shielding material
BÜLENT BÜYÜK
Doktora
Türkçe
2013
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ASİYE BERİL TUĞRUL
- Özel hibrit kompozit malzemelerin radyasyon karşısında davranışının incelenmesi - xcom ile irdelenmesi, xe26+ iyonları karşısında hasarının srım simülasyonu ile değerlendirilmesi
Assessment of special hybrid composite materials against radiation, analysis by xcom program, evaluation of radiation damage with Xe+26 ions by srim simulation
ERTUĞRUL DEMİR
Doktora
Türkçe
2020
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ASİYE BERİL TUĞRUL
- Bir nötron jeneratörünün çoklu folyo analizi ile nötronik özelliklerinin belirlenmesi
Determination of the neutronic properties of a neutron generator by multiple foil analysis method
AYŞE KARAKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSKENDER ATİLLA REYHANCAN
- Comparative analysis of the international regulations and guidelines related to the seismic hazard assessment for nuclear facilities
Nükleer tesisler için sismik tehlike analizleri ile ilgili uluslararası düzenleme ve kılavuzların karşılaştırmalı analizi
BARIŞ GÜNER
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Deprem MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDeprem Çalışmaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEYNEP GÜLERCE
PROF. DR. NURETDİN KAYMAKCI
- Yapay sinir ağları ve bulanık sistemlerin nükleer güç santrallarının kontrolunda kullanılması
Neural networks and fuzzy systems for advanced controoler design in nuclear power plants
FARUK EROL SAĞIROĞLU