SeyrüseferAskeri Teknoloji → Kanadanın Melez Nükleer HBT Çözümü: AMPS

Kanadanın Melez Nükleer HBT Çözümü: AMPS

Seyir Defteri - Askeri Teknoloji
Çarşamba, 14 Kasım 2018

AMPS-1000 ve TR17001980'ler Kanada'da nükleer tahrikli denizaltı seçeneğinin ciddi bir şekilde ele alındığı dönem oldu. Temel olarak, Kuzey Buz Denizi bölgesindeki ülke çıkarlarını koruyabilmek amacıyla zamanın devâsa SSCB denizaltı gücüne karşı koyabilmek için 10-12 kadar atom denizaltısının ülke tersanelerinde inşası düşünülüyordu.

Sivil amaçlı nükleer enerji alanındaki yetenekler açısından dünyanın önde gelen ülkelerinden olan Kanada bu doğrultudaki muhtelif seçenekleri değerlendirilmekteydi ki söz konusu seçeneklerden biri; İngiltere, Fransa veya ABD ile bir lisans anlaşması yaparak doğrudan mevcut ve kendini ispatlamış bir denizaltı tasarımını inşa etmekti.

Fakat konunun hassas tabiatı gereği bahsi geçen ülkelerin ellerindeki teknolojiyi vermek konusunda isteksiz olmaları bir yana, bu tür bir işbirliği çalışmasının siyasi zorlukları gâyet üst seviyede olduğu gibi maliyet ve zaman ihtiyacı da çok yüksekti.

Diğer taraftan, bu ilk seçenek tamamen terk edilmemekle birlikte Kanada kendi ihtiyaçlarına göre şekillendirilecek, siyasi açısından sorunsuz, çok daha düşük maliyetle, daha kısa sürede tamamlanacak bir milli çözüme ulaşabilme yönünde çalışmaya da başladı.


AMPS

İşte bu çalışmada değerlendirilen seçenekler içinden devam ettirilen, ingilizce "Autonomous Marine Power Source" ifadesinden kısaltılarak AMPS olarak adlandırılan, kavram olarak Sovyet VAU-6 gibi melez bir nükleer tahrik cihazı olan fakat aynı zamanda VAU-6'dan oldukça farklı bir işleyiş düzenine sahip özgün bir sistem meydana çıkmaya başladı.

AMPS-1000 için belirlenen temel tasarım kavramları:

  1. Mevcut konvansiyonel denizaltı tasarımları üzerine uygulanabilme,
  2. Akustik ve kızılötesi iz sınırlarının içinde kalabilme,
  3. Temel Dizel-Elektrik denizaltı maliyeti üzerine en fazla %20 yük getirme,
  4. Temel Dizel-Elektrik denizaltı üzerine ilave mürettebat ihtiyacına sebep olmama,
  5. Bir yandan aday denizaltının bütün hizmet yükünü karşılarken aynı zamanda aracı devamlı olarak saatte 12dnm ile sevk ettirebilme,
  6. 30°C deniz suyu sıcaklığında gereken gücü devamlı olarak üretebilme,
  7. 90dk içinde tam kapalı hâlden tam güce geçebilme,
  8. Yakıt yenileme süresinin asgarî beş sene olmasını sağlama,
  9. 7,3m çapındaki bir mukavim tekne içine sığdırılabilme,
  10. Aday denizaltı için öngörülen bütün hareket (salınım) sınırları içinde devamlı tam güç üretebilme,
  11. Yakıt ile çevre arasında en az üç fiziki engele sahip olma,
  12. Mürettebat için azami radyasyon sınırını (o dönem için 50mSv/yıl) sağlayabilme,
  13. Yüksek işletme güvenliğine ve otomasyona sahip olma,
  14. Tulumbalar, vanalar, ısı-değiştiriciler gibi temel donanımlardan birinin arızası durumunda en az %50 güç üretmeye devam edebilme,

olarak belirlenmişti.


AMPS-1000 Nükleer HBT'nin İşleyiş Şeması

Resim.1) AMPS-1000 nükleer Havadan Bağımsız Tahrik sisteminin temel akış şeması. Gösterilen donanımlar:
1. Reaktör çekirdeği [Resim.2, 3]
2. Hidrodinamik geçişler (2x4 adet)
3. İhtiyâtî soğutucu kazanı
4. İç çevrim devirdaim tulumbaları (2 adet)
5. Basınç kazanı
6. Buhar kazanı (2 adet)
7. Kazan besleme tulumbaları (2 adet)
8. Deniz suyu tulumbaları (2 adet)
9. Yoğuşturucu (2 adet)
10. Turbo-alternatör (4 adet)
11. Kinistin vanası
12. Tahliye vanası


1950'lerde geliştirilen ilk nükleer denizaltı Nautilus'dan bu yana muhtelif seçenekler içinden en yaygın olarak kullanılan enerji sistemleri Basınçlı Su Reaktörleri (BSR) oldu. Bu tercihin temel sebeplerinde biri yüksek sürât için belli boyut sınırlarına sahip bir cihazdan azami güç alma imkânı sağlayabilmekti.

Geçmişte Sovyet Lira (Nato tanımlaması ile Alfa) Sınıfı araçlarda olduğu gibi çok daha iyi güç/ağırlık oranına sahip Sıvı Metal soğutmalı Reaktörler (SMR) veya yine Sovyet VAU-6 sisteminde olduğu gibi Kaynar Su Reaktörüne (KSR) dayalı düşük güçlü melez sistemler de kullanılmış olmasına rağmen bugün için dünya denizlerinde kullanılmakta olan nükleer denizaltı reaktörlerinin tamamı BSR türündendir.

Fakat böyle yüksek güçlü reaktör tasarımları kullanmak diğer taraftan üst düzey güvenlik sistemlerine, karmaşık donanımlara, çok iyi derecede eğitilmiş özel bir mürettebat sınıfına ve uzmanlara vs. ihtiyaç gösterdiği için hem tasarım, hem inşa, hem de işletme maliyeti çok yüksek seviyelere çıkmaktadır.


AMPS-1000 Reaktörünün Kesiti

AMPS-1000 Reaktör Çekirdeğinin Kesiti

Resim.2, 3) AMPS-1000 reaktörünün (üstte) ve reaktör çekirdeğinin (altta) kesitleri.


İşte Kanadanın tercihi de BSR'lerin yüksek inşa ve işletme maliyetlerinden kaçınmak ve bunu sağlarken de belli bir asgari güç ihtiyacını karşılayabilecek daha düşük güçlü ama çok daha düşük maliyetli ve küçük bir sisteme yönelmek oldu ve bütün bu hedeflere ulaşabilmek için:

Alçak-basınç ve düşük-sıcaklık çevrimi ile çalışacak, (pasif) su soğutmalı, ısı kaynağı tarafından üretilen düşük sıcaklıktaki buharın işlettiği Rankine çevrimi türbin motorlarına bağlı alternatörlerin ürettiği AC elektriği DC'ye çevirdikten sonra denizaltının akülerini devamlı olarak şarj edebilecek bir sistem tercih edildi ki [Resim.1] üzerinde sadeleştirilmiş akış şeması görülebilir.


Yakıt
Tür U-ZrH1,6
Uranyum (Ağırlıkça) % 45
Zenginleştirme (Ağırlıkça) % 19,7
Toplam U-235 Kütlesi kg 69
Yakıt Çubuğu Çapı mm 12,7
Çekirdek
Isıl Güç MW 10,8
Yakıt Bölgesi Çapı cm 83
Yakıt Bölgesi Yüksekliği cm 56
Isı Akısı (Ortalama) W/cm2 35
Isı Akısı (Azamî)
W/cm2 60
Yakıt Sıcaklığı (Ortalama) °C 280
Yakıt Sıcaklığı (Azamî) °C 391
Çekirdek Güç Yoğunluğu kW/lt 44
1. Çevrim Değişkenleri
Çalışma Basıncı MPa 3,67
Tasarım Basıncı MPa 4,12
Soğutucu Sıcaklığı (Ortalama) °C 198
Soğutucu Sıcaklığı (Çıkışta)
°C 207
Soğutucu Akış Oranı kg/sn 125
İhtiyatî Soğutucu Miktarı ton 18
Güç Yeteneği
Isıl Güç (Çekirdek) kW 10.800
Isıl Kayıplar kW 200
Diğer Kayıplar kWe 156
Akülere Verilen (Deniz Suyu 15°C) kWe 1.700
Akülere Verilen (Deniz Suyu 30°C) kWe 1.432
Cihaz Verimi (Deniz Suyu 15°C) % 15,7

Çizelge.1) AMPS 1000 tahrik sistemi ile alâkalı bâzı temel veriler.


AMPS rektörünün geliştirme çalışmaları bilindiği kadarıyla 1985'in ilk ayları itibarı ile başladı. Kullanılacak teknolojinin ve kavramların kendini ispatlayabilmesi için önce 100kWe gücünde daha küçük bir tasarım hazırlandı. Çalışmaları ilerledikçe ortaya çıktığı üzere bu yaklaşım için kullanılan boyut/ağırlık sınırlarının hafifçe esnetilmesiyle rahatlıkla 1.000kWe güce ulaşılabileceği anlaşıldı.

Bu noktada 100kWe sistemin geliştirilme çalışmalarına sivil amaçlı araştırma denizaltılarına yönelik olarak ve 1.000kWe sınıfından sistemin geliştirilme çalışmalarına da askeri denizaltılara yönelik olarak devam edilmeye başlandı ki bu yazının içerdiği veriler sadece ikincisi ile alâkaladır, ilgi çekici ayrıntılara sahip 100kWe'lik sivil sistemin hikâyesini ayrıca ele almak uygun olur...


Reaktör Isı Kaynağı %20
Enerji Çevrim Birmi %14
Kalkanlar %61
Elektrik ve Kumanda %2
Diğer Donanımlar %3

Çizelge.2) AMPS 1000 tahrik sisteminin ağırlık dağılımı.


Reaktör çekirdeği ~9 yıllık bir yakıt ikmâl süresine göre tasarlandı ve yakıt olarak %19,7 zenginleştirilmiş Uranyum içeren Uranyum-Zirkonyumhidrür (U-ZrH1,6) alaşımı tercih edildi. AMPS 1000 üzerindeki ikinci çevrim ([Resim.1] sağ taraf) tamamen kapalı devre olarak; yardımcı yağlama devreleri, haricî mil salmastra donanımları, dişli kutuları vs. alt bileşenlere ihtiyaç göstermeyecek şekilde tasarlandı.


Melez Nükleer HBT çözümü AMPS'yi içeren TR1700 denizaltısı

Resim.4) Melez nükleer HBT çözümü AMPS'nin (Kırmızı) Arjantin için IKL (Almanya) tarafından tasarlanan konvansiyonel TR1700 denizaltısına, ECS (Kanada) tarafından uyarlanma çalışmasına ait çizimden bir parça.


Aslında AMPS için geliştirilen Hidrodinamik Geçişler [Resim.2] vesaire gibi önemli tasarım bileşenlerinin ayrıntılarını ele almak ilgi çekici olabilirdi fakat mevcut şartlar altında konuyu daha fazla uzatmanın da pek âlemi yoktu.


Geçmiş ve Gelecek

1980'lerin ikinci yarısında Kanada'daki geliştirme çalışmaları hızla ilerleyen AMPS'nin akıbetini belirleyen etken SSCB'nin âniden çökmesi oldu ve Kanada açısından, Kuzey Buz Denizi bölgesinde ciddi bir tehdit kalmayınca nükleer denizaltı çalışmaları tamamen iptâl edildi ve yolun sonu göründü.

Gerçi sistemin geliştiricisi olan ECS Power Systems, Arjantin başta olmak üzere bu yetenekli donanım ile ilgilenebilecek bazı ülkelere yönelik pazarlama denemeleri [Resim.4] gerçekleştirmeye çalıştıysa da beklendiği üzere siyasi baskılar neticesinde bu yola da devam edemedi.

Bir iki sene kadar önce Türkiyenin gelecek nesil denizaltı çalışmaları ve dolayısı ile MİLDEN açısından nükleer tahrik seçeneğinin neden vazgeçilemez bir ihtiyaç olduğu hususu ele alınmaya çalışılmıştı. Fakat o yazı oldukça uzun bir hâle gelince ihtiyacın teknik ayrıntılarından bahsedebilme imkânı kalmamıştı.

Şimdi bu vesileyle o konuya da biraz daha temas edilebilir. Yukarıda tanıtılan AMPS adlı melez atomik tahrik sistemi, sahip olduğu bütün yetenekler ve sunduğu imkânlar göz önüne alındığında Türkiye tarafından geliştirilerek MİLDEN üzerine uygulanması gerekli ve mümkün olabilecek bir kavram olarak önümüzde durmaktadır.

Daha kısa bir geliştirme süresi için Pakistan ile bir ortak çalışma da uygulanabilir ve böylece her iki ülkenin ihtiyaçlarını karşılayabilecek ve konvansiyonel denizaltıların çok ötesinde yeteneklere sahip ama düşük maliyetli ve milli bir melez-atomik tasarım bağımsız olarak geliştirilebilir.

Fakat biz bugün bile Pakistan, Endonezya gibi ülkelere alman gemi/denizaltı teknolojilerini pazarlamak için kendimizi paralarken böyle birşey de beklenebilir değil elbet...

Ama geçmiş çalışmalardan elde edilen tecrübeleri değerlendirme alanında son derece dikkâtli bir şekilde hareket eden Çin işte tam da bu AMPS'nin tasarım kavramını kullanarak geliştirmekte olduğu yeni bir melez tahrik sistemini, Tip039 sınıfı konvansiyonel denizaltı tasarımı üzerinde kullanmak üzere çalışmalar yürütüyor ki bunu da daha sonra ayrıca ele almaya çalışalım...

♦ Kaynaklar

1. Design and Safety Features of the AMPS Nuclear Electric Plant, 1988, A.F. Oliva - J.S. Hewitt
2. The AMPS 1000: An Advanced Reactor Design for Marine Propulsion, 1989, A.F. Oliva
3. The AMPS Reactor Cooling System: The Key to Flexibility in Passive Safety Design, 1989, J.S. Hewitt
4. Neutronic Design of the AMPS Reactor Core, 1988, R.E. Stone - A.F. Oliva
 







Telif Hakkı © 1997-2018 [uskudar.biz] - sürüm 5.5.1 - Bütün Hakları Saklıdır. Kullanım şartları için tıklayın!
Joomla! GNU/GPL lisansı altında özgür bir yazılımdır.