Toryum
TORYUM
Doç. Dr. Ali KAHRİMAN
İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölüm Başkanı
Araş. Gör. Dr. İlgin KURŞUN
İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü
Cevher Hazırlama Anabilim Dalı Araştırma Görevlisi
Uranyum atomunun çekirdeklerinin parçalanması sonucu elde edilen nükleer güç, günümüzde çeÅŸitli ülkelerde, insanoÄŸlu için kontrol edilebilir enerji temininde önemli rol oynamaktadır Uranyum gibi, toryum da bir nükleer enerji hammaddesidir. Toryum doÄŸada serbest halde bulunmaz, fakat 60 civarında mineralin içinde rastlanır. Bunlardan sadece monazit ve thorit, toryum üretiminde kullanılan minerallerdir. Bu mineraller genellikle nadir toprak elementleri ile birlikte bulunmaktadır. Toryumun uygun koÅŸullarda, reaktörler içersinde nötron bombardımanına maruz bırakılması ile oluÅŸan uranyum - 233 iyi bir nükleer yakıttır. 1990′lı yılların baÅŸlarına kadar, bu yakıt ile çalışacak pek çok farklı tasarımlar denenmiÅŸ, bazıları baÅŸarılı da olmuÅŸtur. Ancak batılı ülkeler; uranyum fiyatları, rezervi ve toryum yakıtın saÄŸladığı ekonomik yararın küçüklüğünü dikkate alarak bu tür reaktörlerin kendilerine ÅŸimdilik fazla bir yarar saÄŸlamayacağına karar vermiÅŸ ve elektrik üretiminde kullanmaya gerek görmemiÅŸlerdir. Hindistan ise bu alanda araÅŸtırmalarını hiç aksatmamış, Toryum rezervine sahip olmanın kendisine yarar saÄŸlayacağının bilincinde olarak faaliyetlerini sürdürmüş, sonuçta önemli bilgi ve uygulama birikimi birimi yaratmıştır. Bununla birlikte toryum, sırasını bekleyen bir nükleer yakıt hammaddesi durumundadır. Bunun en büyük nedeni ise nükleer yakıt çevrimi ile ilgili sorunlardır. Söz konusu sorunlar nedeniyle, halen dünyada toryumla çalışan önemli bir nükleer santral bulunmamaktadır. Ancak, Ä°ngiltere, Almanya ve ABD’de toryumla çalışan deneme amaçlı santrallarda araÅŸtırma ve geliÅŸtirme çalışmaları sürdürülmektedir.
Deneme safhasındaki toryuma dayalı nükleer santrallerin henüz ekonomik uygulanabilirliÄŸi olmadığından bugüne kadar toryum aramalarına gereken önem verilmemiÅŸtir. Buna karşılık, bazı ülkelerde, nadir toprak elementleri içeren monazit yataklarının aranmasına yönelik çeÅŸitli çalışmalar yapılmıştır. Bu mineraller aynı zamanda toryum da içerdiklerinden, toryum sadece yan ürün olarak deÄŸerlendirilmiÅŸ, saÄŸlıklı verilere dayanan rezerv hesapları yapılmamıştır. AraÅŸtırmalara göre Nükleer Enerji Santralleri’nde kullanılabileceÄŸi 1993 yılında kanıtlanan toryumun bugüne kadar dünyadaki kesinleÅŸen rezerv miktarı, 1 milyon 754 bin ton civarındadır. Bu rezervin yaklaşık %20’si Türkiye’de bulunmaktadır. Bununla birlikte, toryumun nükleer enerji hammaddesi olarak kullanılmaya baÅŸlanması durumda doÄŸacak talep, çeÅŸitli yatakların ekonomik deÄŸerini de belirleyecektir.
Yukarıda da deÄŸinildiÄŸi üzere, nükleer yakıt çevrim sorunu nedeniyle, toryum bugün için geleceÄŸini bekleyen bir nükleer yakıt hammaddesi durumundadır. Toryum-232, bazı süreçlerle uranyum-233′e dönüştürülebilmektedir. Uranyum -233 de Uranyum-235 gibi parçalanabilir bir maddedir. Bu parçalanma sonucunda da büyük bir enerji açığa çıkmaktadır. Yakıt çevrimi sorunu nedeniyle, bugün için toryumla çalışan ticari ölçekli santraller bulunmamakla birlikte, bu santrallerin prototipleri Ä°ngiltere, Almanya ve ABD’de uzun zamandır denenmektedir. Ticari ölçekte üretimin yapılamaması nedeniyle, halen toryumun enerji hammaddesi olarak tüketimi yok denilecek düzeydedir. Enerji hammaddesi olarak kullanımı dışında, deÄŸiÅŸik kullanım alanlarında tüketilen toryum miktarının fazla olmaması ve yıllık 700 ton ThO2 civarında olan dünya toryum üretiminin tamamen monazitten yan ürün olarak elde edilmesi nedeniyle, halen sadece toryum üretmek amacıyla iÅŸletilen bir cevher yatağı bulunmamaktadır.
Son yıllarda, , geliÅŸtirilen yeni bir ”Toryum Reaktörü” ekonomik elektrik enerjisi üretiminin saÄŸlanabileceÄŸi yönünde ümit vermiÅŸtir. Toryum cevherinin enerji üretiminde kullanılmasını saÄŸlamak, dünya birincil enerji kaynakları rezervini arttırmak anlamına gelmesi yönünden oldukça önemlidir. DiÄŸer bir önemi de nükleer enerjinin çevre dostu olmasından ileri gelmektedir. BilindiÄŸi üzere, nükleer reaktörler bugünlerin en sakınılması gereken; atmosferin daha fazla kirletilmemesi ve karbon dioksit salınmaması sorununa yardımcı olan enerji üretim araçlarıdır. Elbette, henüz incelenecek ve üstesinden gelinmeyi bekleyen bir çok mühendislik problemi bulunmakta olup, ticari elektrik üretim süreci uzun yıllar gerektirecektir. Fizikçilerin, esaslara ait çalışmaları büyük oranda tamamlanmış olup, 2005 yılına kadar 100 MW gücünde bir Toryum reaktörünün, örnek bir tesis olarak kurulması kararlaÅŸtırılmıştır. Avrupa’da geliÅŸtirilmekte olan ve 2005 yılında prototipi kurulmak istenen 100 MW gücündeki reaktörün baÅŸarılı olması, buna dayanarak ticari elektrik üreten toryum reaktörlerin devreye girmesi ve bu reaktörlerin enerji planlamalarında yerini, alması 2025-2030 yıllarının enerji projeksiyonu olarak nitelendirilmektedir. ÖrneÄŸin, füzyon reaktörlerinin esasları (diÄŸer bir deyiÅŸle güneÅŸteki nükleer reaksiyonların benzerini gerçekleÅŸtirerek enerji üretimi) yıllar evvel bulunmuÅŸ, laboratuar deneyleri tamamlanmış daha da geliÅŸtirilerek çeÅŸitli sistemler kurulmuÅŸ fakat 30 yılı aÅŸan bir süreç geçmiÅŸ olmasına raÄŸmen henüz ticari elektrik üretimi yapan bir ünite kurulmamıştır. Konu edilen toryum reaktörlerinin bu kadar zorluk çıkarmayacağı anlaşılmakla birlikte çözülmesi gereken pek çok mühendislik sorunu çeÅŸitli kesimlerce ifade edilmektedir.
.Ãœlkemizde, Maden Tetkik Arama Genel Müdürlüğü’nce geçmiÅŸ yıllarda yapılan aramalar sonucunda, EskiÅŸehir-Sivrihisar-Kızılcaören yöresindeki nadir toprak elementleri ve toryum kompleks cevher yatağında, %0,21 tenörlü 380.000 ton görünür ThO2 rezervi saptanmıştır. Söz konusu yatağın genelinde yapılacak sondajlı arama çalışmalarıyla bu rezervin, iki katına çıkması olasılığı MTA tarafından belirtilmektedir. Ancak, cevherin zenginleÅŸtirilmesiyle ilgili teknolojik sorunlar henüz tam olarak çözülmüş deÄŸildir. Maden Tetkik Arama, Türkiye Atom Enerjisi Kurumu ve Eti Holding A.Åž tarafından yapılan teknolojik deneyler, bu aÅŸamada yatağın doÄŸrudan toryum olarak deÄŸerlendirilmesinin mümkün olmadığını göstermiÅŸtir. Saha, nadir elementler ile barit-florit içerdiÄŸinden, yatağın kompleks cevher olarak deÄŸerlendirilmesi ve bu konudaki çalışmaların desteklenmesi ÅŸimdilik daha çok önem kazanmaktadır. DiÄŸer taraftan, Malatya-Hekimhan-Kuluncak’ta mevcut benzer nitelikli toryum yatağı da gerekli çalışmaların yapılması durumunda, söz konusu rezerve katkı yapabilecek durumda olduÄŸu belirtilmektedir.
Sonuç olarak, mevcut verilere göre, toryum, gelecekte önemli bir nükleer enerji hammaddesi olma konumunu sürdürecektir. Ancak, dünyadaki hızlı bilimsel ve teknolojik geliÅŸmeler dikkate alındığında bu konuda hazırlıksız yakalanmamak için Türkiye’nin araÅŸtırma geliÅŸtirme çalışmalarına hız vermesi gerekmektedir. Öte yandan uranyum fiyatlarının günümüzde düşük seyretmesi (yaklaşık 25 $/kgU) halen uranyuma olan talebin devamını kaçınılmaz kılmakta ise de enerji darboÄŸazına girilecek bir sürecin yaÅŸanacağının da dikkate alındığında .ivedilikle toryum rezervlerinin araÅŸtırılarak bu kaynaklarımızın kullanımına yönelik teknolojik çalışmaların yapılması ve ekonomimize katma deÄŸer saÄŸlanması Avrupa BirliÄŸi üyelik sürecindeki ülkemiz için önemli bir kazanım olacaktır.