Kobalt içeren radyoaktif atıkların derin radyoaktif atık depolamada uzun süreli depolama için seramiklerde immobilizasyonu
Immobilization of cobalt-containing radioactive waste in ceramics for long-term storage in deep radioactive waste storage
- Tez No: 942462
- Danışmanlar: PROF. DR. SEMA ERENTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Nükleer Mühendislik, Nuclear Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Radyasyon Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 57
Özet
Artan dünya nüfusu ve gelişmekte olan teknolojilerle birlikte dünya üzerinde enerjiye olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Artan enerji ihtiyacını karşılamak için büyük oranda fosil yakıtlar kullanılmaktadır. Fosil yakıtlar ise iklim değişikliğine neden olan sera gazı emisyonlarının çoğundan sorumludur. Ülkeler iklim değişikliği kaynaklı krizlerin ve zararların olumsuz etkilerini en aza indirmeyi hedefleyerek İklim Kanunu hazırlamaktadır. Bu kanun kapsamında iklim değişikliğiyle mücadele etmek için sera gazı emisyonlarınının azaltılması hedeflenmektedir. Bu gelişmeler doğrultusunda ülkeler fosil yakıtlar yerine yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji kaynaklarına yönelmektedir. Nükleer enerji santralleri sahip oldukları yüksek enerji potansiyeli, düşük işletme maliyeti ve atmosfere saldığı kirletici miktarının düşük olmasıyla ön plana çıkmaktadır. Bununla birlikte nükleer santrallerin yüksek kurulum maliyetlerinin olması, olası nükleer kaza riskleri ve oluşan radyoaktif atıkların yönetimi gibi dezavantajları da bulunmaktadır. Radyoaktif atıkların kaynağı tek başına nükleer santraller olmamakla birlikte oluşan yüksek seviye radyoaktif atıkların büyük kısmı bu santrallerden kaynaklanmaktadır. Ülkemizde yapımı devam eden Akkuyu Nükleer Güç Santrali Türkiye'nin ilk nükleer güç santralidir. Sinop ilinde de nükleer enerji santrali kurulması planlanmaktadır. Bu yüzden ülkemizde de radyoaktif atık yönetiminin önemi kurulacak olan nükleer santrallerle birlikte artmaktadır. Özellikle yüksek seviye atıkların bertarafı üzerine çalışmalar önem arz etmektedir. Radyoaktif atıklar; nükleer tıp, araştırma reaktörleri, üniversitelerin radyokimya laboratuvarları, nükleer enerji reaktörleri, nükleer araştırma laboratuvarları, endüstriyel kaynaklar gibi değişik uygulama alanlarında değişik aktivite, fiziksel ve kimyasal durumlarda ortaya çıkmaktadır. Yüksek düzey radyoaktif atıklar, cam, seramik, camsı seramikler ve cam kompozit materyaller içinde immobilize edilerek jeolojik nihai atık saklama alanlarında saklanabilirler. Seramik tozlarından belirli bir şekil oluşturmak için presleme, izostatik presleme, enjeksiyon kalıplama gibi çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Şekillendirilmiş seramiklerin erime sıcaklığı altında ısıtılma işlemine sinterleme denmektedir. Bu çalışmanın amacı ülkemizin doğal mineral rezervlerini kullanarak radyoaktif atıkların immobilizasyonu için yüksek kimyasal ve mekanik dayanıma sahip seramik matrisleri geliştirmektir. Bu amaçla feldspat kullanılarak uygun kompozisyonla hazırlanan seramiklerde, önemli fisyon ürünlerinden biri olan 60Co'ın immobilizasyonu gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, atık içeren ana matris ve matris kompozisyonlarının yeraltında uzun süreli depolama koşullarına uygunluğu ayrıntılı testlerle incelenmiştir. Atık içeren seramik ürünlerin kimyasal dayanımları analiz edilerek birim kütle kayıplarına göre ortalama çözünme hızları (g/cm2 dak) bulunmuştur. Seramiklerin yapısal analizi FTIR ve XRD ile yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, seramik yapının 60Co'ın immobilizasyonu için uygun bir matris olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
With the increasing world population and developing technologies, the global need for energy is increasing daily. Fossil fuels are largely used to meet this growing energy demand. Fossil fuels, in turn, are responsible for the majority of greenhouse gas emissions that cause climate change. Countries are drafting Climate Laws to minimize the negative impacts of climate change-related crises and damage. This law aims to reduce greenhouse gas emissions to combat climate change. In line with these developments, countries are turning to renewable and sustainable energy sources instead of fossil fuels. The need for reliable, safe, competitive, sustainable and accessible energy sources that take into account the environment, society and future generations brings nuclear power plants to the forefront compared to other alternatives. Nuclear power plants do not emit carbon during operation. For this reason, the contribution of nuclear power plants is very important in the fight against the climate crisis, which has been on the agenda in recent years and whose effects are closely felt. The change in energy has led to an increase in the demand for nuclear power plants and has also started to be brought to the agenda again all over the world against global warming. The nuclear industry is rapidly developing as a sector that uses the world's most advanced technologies. Today, power plants that produce electrical energy intensively also create waste. The nuclear industry is considered one of the rare industries that shows extreme care and attention to its waste and that the implementation of regulations based on laws is meticulously supervised by independent bodies. In addition, the management of radioactive waste generated from these facilities is also gaining importance. The Akkuyu Nuclear Power Plant, currently under construction in Turkey, is Turkey's first nuclear power plant. A nuclear power plant is also planned for Sinop province. Therefore, the importance of radioactive waste management in our country increases with the construction of new nuclear power plants. Studies on the disposal of high-level waste are particularly important. Radioactive waste is generated in various activity, physical, and chemical states in various application areas, including nuclear medicine, research reactors, university radiochemistry laboratories, nuclear energy reactors, nuclear research laboratories, and industrial sources. Nuclear energy is the most significant source of this type of waste due to the larger volumes produced and its long-lasting nature. With the construction of nuclear power plants in Akkuyu and Sinop in Turkey, the amount of radioactive waste generated will also increase. At the same time, radioactive waste management is gaining importance. Radioactive waste includes nuclear and radioactive materials with activity concentrations above clearance limits that are not intended for further use, as well as structures, systems, components, and materials that are contaminated with radioactive material or have become radioactive. These wastes arise from nuclear energy production, nuclear weapons production, medical radiology applications, industrial processes, and research activities. Radioactive waste can pose serious risks to the environment and human health, depending on the type and half-life of the radioisotopes it contains. Therefore, it must be collected, transported, processed, stored, and disposed of under special conditions. The classification of radioactive waste basically consists of three categories. These stand out as low-level waste, medium-level waste and high-level waste, respectively. The lowest volumetric amount of the total amount of radioactive waste generated is high-level waste. At the same time, these wastes constitute a very large portion of the total amount of radioactive waste on earth. Therefore, the management of high-level radioactive waste is of great importance. High-level wastes are wastes containing radionuclides with long half-lives and high activity concentrations sufficient to generate significant heat during radioactive decay. Wastes generated by fission or reprocessing in nuclear power plants fall into this category. Because high-level wastes generate significant heat, they must be cooled in cooling ponds. They must then be disposed of in deep, underground storage areas using shielding procedures. The safety and effective management of radioactive waste has been important since the beginning of the nuclear industry. Nuclear waste management covers all activities of processing, treatment, conditioning, transportation, storage and final disposal. Radioactive wastes are formed in various stages of the nuclear fuel cycle, including uranium mining and processing, fuel preparation, reactor operation and reprocessing of spent fuels. Apart from these sources; radioactive wastes can occur as a result of the increasing use of radioisotopes in medicine, industry and agriculture. Immobilization is defined as the conversion of a waste into a waste form through solidification, embedding, or encapsulation. Immobilization facilitates the handling, transportation, storage, and disposal of radioactive waste. Waste immobilization is generally achieved by chemically incorporating radionuclides into the structure of a glass or ceramic matrix. This isolates and retains radionuclides from the environment. Immobilization is crucial for intermediate storage and transportation before final disposal of waste. High-level radioactive wastes can be immobilized in glass, ceramics, glassy ceramics and glass composite materials and stored in geological final waste storage areas. Although wastes can be reduced to smaller volumes with the vitrification method and products with high chemical and mechanical strength can be obtained, the waste intake capacity in the glass matrix is limited to 20-35% (wt). In ceramics, glassceramics and glass composite materials developed later, the waste intake capacity can increase to 50-70% (wt) and at the same time, high-strength materials can be obtained. Various methods such as pressing, isostatic pressing and injection molding are used to create a certain shape from ceramic powders. The process of heating shaped ceramics below their melting temperature is called sintering. Sintering is a complex process affected by many factors such as temperature, sintering time, pressure and atmospheric composition, all of which determine the final properties of the sintered product. In order to improve the quality of sintered components, it is necessary to optimize the sintering process. The aim of this study is to develop ceramic matrices with high chemical and mechanical strength for the immobilization of radioactive wastes using our country's natural mineral reserves. For this purpose, the immobilization of 60Co, one of the important fission products, was carried out in ceramics prepared with a suitable composition using feldspar. Then, the suitability of the main matrix and matrix compositions containing waste for long-term storage conditions underground was examined with detailed tests. The chemical strengths of the ceramic products containing waste were analyzed and the average dissolution rates (g/cm2 min) were found according to unit mass losses. The structural analysis of the ceramics was performed by FTIR, XRD and SEM. The obtained results show that the ceramic structure is a suitable matrix for the immobilization of 60Co.
Benzer Tezler
- Akrilik asit fonksiyonel grupları içeren çapraz bağlı kopolimer kullanarak sulu çözeltilerden Sr(II) uzaklaştırılması
Removal of Sr(II) from aqueous solution by using crosslinked copolymer containing acrylic acid functional groups
ÖZDEN DORUKÖZ BİLGİÇ
- Trakya dolomiti ile atık sulardan kobalt giderilmesi için radyoaktif izleme tekniğinin kullanılması
The use of radiotracer technique for the removal of cobalt from wastewater with thracian dolomite
OĞUZHAN SAÇKIRAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE NUR ESEN
- Radiation-induced effects on N-type metal oxide semiconductor field effect transistor devices: Modeling, simulation and optimization
N-tipi metal oksit yarı iletken alan etkili tranzistorlar üzerinde radyasyon kaynaklı etkiler: Modelleme, simülasyon ve optimizasyon
SADIK İLİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektro-Optik Sistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA BERKE YELTEN
- Farklı metallerle güçlendirilmiş barit tabanlı polimer kompozitlerin belirli gama enerjilerinde zırhlama özelliklerinin incelenmesi
Investigation of shi̇eldi̇ng properties of barite-based polymer composites reinforced with different metals at certain gamma energies
HATİCE GÜREL ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiGiresun ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA RECEP KAÇAL
PROF. DR. FERDİ AKMAN