Dış Kaynaklı Proje Süreçleri Yönetim Sistemi
Yılmaz alan H. (Araştırmacı), İlik E., Kavaz perişanoğlu E., Kılıç G., Akkuş B., Susam L.
Elektrik üretiminde önemli rol oynayan Nükleer santraller Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) verilerine göre dünyada toplam enerji ihtiyacının %13,5’ini faal olan toplam 437 adet santral ile üretmektedir. Artan enerji talebi sonucunda bazı devletler mevcut reaktörlerinde güç artışı için lisans vermeye başlamıştır. Güç artışı ile ortaya çıkan radyasyon hasarı, yakıtın yüksek sıcaklıkta çalışma gerekliliği ve buna bağlı gelişen daha zor çalışma döngüleri üreticinin istediği sıfır yakıt arızası hedefleri de göz önüne alındığında söz konusu şartlara dayanabilecek yeni nesil malzemelere ihtiyaç olacağı gerçeğini ortaya koymaktadır. Ayrıca, Nükleer santrallerde kullanılan malzemelerin kullanım ömürleri boyunca; ışınlama kaynaklı deformasyon sonucu boyutsal değişiklikler yanında mekanik ve korozyon direncinde de değişikliklere uğraması, reaktörün ömrünün azalmasına neden olur. Geliştirilecek yeni nesil malzemeler ile nükleer santrallerde maliyetleri azaltma, daha güvenli bir hale getirme ve üretim kapasitesini arttırma gibi imkanlar yaratılabilir.
Nükleer reaktörlerde en çok kullanılan malzemeler paslanmaz çeliklerdir. Bu malzemelerin korozyon dayanımları iyidir ve fiyatları muadil malzemelere göre nispeten düşüktür. Nükleer reaktörlerde korozyon özelliklerinin daha iyi olması sebebiyle östenitik paslanmaz çelikler kullanılırlar. Yeni nesil bir reaktörde kullanılan malzemeler yüksek sıcaklıklara maruz kalabilirler. Böyle bir ortamda östenitik paslanmaz çelik diğer paslanmaz çelik türlerine göre daha iyi bir korozyon performansı göstermesine karşın, sürekli nötron saldırısı altında olan malzemenin üstesinden gelmesi gereken tek etki korozyon değildir. Maruz kaldıkları nötron saldırısı sebebiyle sürünme gibi hasar türleriyle de mücadele etmek zorundadır. Bunun yanında, örneğin muhafaza kaplarında kullanılan paslanmaz çelikler, santralde çalışan personeli radyasyondan da korumak zorundadır. İlerleyen yıllarda, nükleer santrallerde güç artırımına gidilmesi durumunda paslanmaz çelikler, yukarıda bahsedilen çalışma ortamından daha zor ortamlarda çalışmak zorunda kalacaklardır.
Paslanmaz çeliklerin yetersiz kalacağı sıcaklık, korozyon şartları ve sürünme şartlarında, nikel esaslı süper alaşımlar tercih edilen malzemelerdir. Paslanmaz çelik için bahsedilen konu, süper alaşımlar için de geçerlidir. Nükleer reaktörlerde kullanılan süper alaşımlar da radyasyona maruz kalacaklardır.
Son yıllarda yapılan pek çok çalışma, yüksek entropili alaşımların (YEA) geleneksel alaşımlara nazaran çok daha iyi performanslar sergilediğini göstermiştir. Hatta bazı çalışmalarda YEA’ların hem paslanmaz çeliklerden hem de süper alaşımlardan daha iyi korozyon ve mekanik özellikler sergilediği ortaya konulmuştur. Bunun yanında, yüksek entropili karbürlerin ve/veya oksitlerin radyasyon kalkanlama (ya da zırhlama) açısından pek çok klasik malzemeye göre daha başarılı olduğuyla alakalı son yıllarda çalışmalar çıkmaya başlamıştır. Hal böyle olunca, bu projede yüksek entropili karbürlerin ve oksitlerin, paslanmaz çelik bir matris veya süper alaşım bir matrise takviye edilmesiyle hem malzemelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin gelişeceği hem de daha önemlisi radyasyon absorblama kabiliyetlerinin artacağı fikri doğmuştur. Böylece, hâlihazırda nükleer reaktörlerde kullanılan bu malzemelerin özellikleri daha da geliştirilerek, daha zorlu yeni nesil reaktör ortamlarında kullanılma potansiyeli arttırılacaktır.
Bu amaçla, NbTiTaHfZrWOx ve NbTiTaHfZrWC bileşimlerine sahip yüksek entropili oksit ve karbürler, 316L paslanmaz çelik matrise, İnconel 718 süper alaşıma ve bu iki malzemenin yerini alma potansiyeli olan FeNiCoCrCuAl yüksek entropili alaşıma ağırlıkça %1, %5, %10, %20, %30 oranlarında takviye edilerek elde edilecek kompozitlerin yapısal karakterizasyonu, mekanik özellikleri, korozyon özellikleri, radyasyon absorplama özellikleri incelenecektir.
Yüksek entropili karbür ve/veya oksitin bir metalik matrise takviye edildiği ve elde edilen kompozitin nükleer uygulamalar için dizayn edildiği bir çalışma literatürde mevcut değildir. Proje kapsamında elde edilecek sonuçlar, yeni nesil nükleer reaktör malzemelerinin tasarımı için yol gösterici olabilir.