Nükleer reaktörlerde kullanılan kontrol çubuklarının malzeme açısından incelenmesi

Abstract

Nükleer reaktörlerdeki kontrol çubukları reaktörlerin kritiklik düzeyini sağlamak amacıyla kullanılmaktadırlar. Bor, bor bileşikleri, samaryum, gadolinyum, hafniyum, kadmiyum yüksek nötron yutma tesir kesitine sahip olan elementler olduğu için nükleer reaktörlerde kontrol çubuğu malzemesi olarak yoğun olarak kullanılmaktadır. Bu elementlerin yüksek enerjili fotonlar için absorplama tesir kesiti değerleri ayrıca incelenmelidir. Bu amaçla bu çalışmada nükleer reaktörlerde kontrol çubuğu olarak kullanılan bor, bor bileşikleri, samaryum, gadolinyum, hafniyum, kadmiyum gibi malzemelerin foton absorplama tesir kesitleri 0,001 -1000MeV arasındaki enerji değerleri için X com foton tesir kesiti programından elde edilmiştir. Enerji ve doğrusal soğurma katsayısı arasındaki değişim grafiksel olarak elde edilerek fotoelektrik soğurma kenarlarının hangi enerji aralığında oluştuğu tespit edilmiştir. Soğurma kenarlarının elementlerin Z atom numaraları civarında gözlendiği ve Z<13 olan elementlerde soğurma kenarı piklerinin oluşmadığı elde edilmiştir. Ayrıca kütlesel soğurma katsayıları ve yoğunluk değerleri kullanılarak doğrusal soğurma katsayıları, yarı değer kalınlıkları, onda bir değer kalınlıkları ve ortalama serbest yol değerleri hesaplanmıştır. Doğrusal soğurma katsayısı ile enerji arasında çizilen grafiklerde değişimin eksponansiyel olduğu gözlenmektedir. Doğrusal soğurma katsayısı ile yarı değer arasında çizilen grafiklerde değişimin lineer olduğu elde edilmiştir. Bu çalışmada, bor, bor bileşikleri, samaryum, gadolinyum, hafniyum, kadmiyum elementlerinin sadece iyi birer nötron yutucu olmadığı aynı zamanda yüksek enerjili fotonların absorplanmasında da etkili olduğu sonucu elde edilmiştir.Control rods in nuclear reactors are used to provide criticality of the reactors. Boron, boron compounds, samarium, gadolinium, hafnium, cadmium are used as control rod materials in nuclear reactors because they are elements with high neutron flux cross section. The absorption cross section values of these elements for high-energy photons should also be examined separately. For this purpose, photon absorption cross sections of materials such as boron, boron compounds, samarium, gadolinium, hafnium, cadmium which are used as control bars in nuclear reactors have been obtained from X com photon activity section program for energy values between 0.001-1000 MeV. The change between the energy and the linear absorption coefficient is graphically obtained to determine the energy range of the photoelectric absorption edges. It has been found that the absorption edges are observed around the Z atomic numbers of the elements and that the absorption edge peaks do not occur in the elements with Z <13. In addition, linear absorption coefficients, half-value thicknesses, one-value thicknesses and mean free path values were calculated using mass absorption coefficients. It is observed that the variation in the graph drawn between linear absorption coefficient and energy is exponential. It is found that the change is linear in the graphs drawn between the linear absorption coefficient and the half value. In this study, it was concluded that boron, boron compounds, samarium, gadolinium, hafnium, cadmium elements are not only good neutrons sweating but also at absorbing high energy photons.