Monte Carlo tekniği kullanılarak bir füzyon-fisyon hibrit reaktöründe bazı akışkan malzeme optimizasyonları için üç boyutlu nötronik hesaplamalar

Bu çalışmada, APEX füzyon teknolojisinden yararlanılarak bir APEX hibrit reaktörü tasarlanmıştır. Tasarlanan APEX hibrit reaktöründe %10 UC2, %10 ThC2 ve %0.1-1 AmF3, %0.1-1 CmF3, %0.1-1 NpF4 ağır metali ile %89.9-89 Li20Sn80 eriyik tuz karışımından oluşan akışkan, Ferritic Steel (9Cr2WVTa) yapısal malzemesiyle, yansıtıcı (Reflektör) Berilyum kullanılmıştır. Reaktörün ilk sıvı duvardaki nötron duvar yükü 10 MW/m2, ikinci sıvı duvar kalınlığı 50 cm ve füzyon gücünün 4000 MW değeri için tasarım yapılmıştır. Reaktörün üç boyutlu tasarımında ve ilgili bölgelerdeki nötronik hesaplamalarda MCNPX-2.7.0 Monte Carlo kodu ve ENDF/B-VIII.0 nükleer reaksiyon tesir kesiti kütüphanesi kullanılmıştır. Reaktörün ilk sıvı duvar, ikinci sıvı duvar, zırh bölgeleri için Nötron Akısı, Trityum Üretim Oranı (TBR), Enerji Çoğaltma Faktörü (M), Isı Enerjisi, Fisyon Reaksiyon Sayısı ve Fisil Yakıt Üretimi hesaplandı. Reaktörün yapısal malzemesi olan çelik bölgesinde 30 tam güç yılında (FPY) radyasyon hasar parametreleri olan proton üretimi, döteryum üretimi, trityum üretimi, 3He üretimi, 4He ve DPA (atomların yer değiştirmesi) değerleri hesaplandı. Tasarlanan modelde ilk sıvı duvar, ikinci sıvı duvar ve zırh bölgelerinde seçilen akışkanlarda ağır metal oranı artırılıp eriyik tuz oranı düşürüldüğünde, Am ve Cm'lü akışkanlarda artığı, Np'lü akışkanda düştüğü gözlemlenmiştir. Trityumun kendi kendine yetebilmesi için gerekli olan şart TBR>1.1 ve termal güç için gerekli olan şart M>1.2, seçilen akışkanlar, yapısal malzeme ve yansıtıcı için sağlandığı görülmüştür. Çalışmada AmF3 ve NpF4 oranı artıkça TBR değerleri azalmış, azalmanın seçilen akışkanlarda Li oranı azaldığında TBR'nin azaldığı ve CmF3 oranı artıkça TBR değeri artmış olduğu gözlemlenmiştir. AmF3, CmF3 ve NpF4'un oranının artmasıyla gözlemlenen M ve ısı enerjisinin arttığı tespit edildi. Nötron akısı, depolanan ısı enerji, fisyon enerjisi ve fisyon reaksiyon sayısı değerlerinin plazmadan reaktörün dış bölgesine doğru üstel olarak azaldığı gözlemlenmiştir. Reaktörde (n,γ) reaksiyonunun fisil yakıt üretimi üzerinde etkili olduğu, 238U ve 232Th fertil malzemesinden 239Pu ve 233U fisil yakıtının üretildiği belirlendi. Yapısal malzemede nötronların (n,p), (n,d), (n,t), (n,3He), (n,4He), DPA reaksiyonları yaptığı ve radyasyon hasarına neden olduğu belirlenmiştir.