Toryum, geleceğin enerji kaynaklarından biri olarak görülmektedir. Toryum düşük karbonlu elektrik üretmek için kullanılan radyoaktif kimyasal bir elementtir.
Bugünün nükleer santrallerine güç veren uranyumla kıyaslandığında toryum; yeryüzünde daha bol ve geniş bir alana yayılmaktadır. Geleceği heyecanla beklenen bir nükleer yakıt konumundaki toryum, kritik element olarak varlığını sürdürmektedir.
Öneri Yazı: Bor Nedir? Ne İşe Yarar? bu konu hakkındaki makalemizi okumak için tıklayınız.,
Öneri Yazı: Uranyum Nedir? Ne İşe Yarar? bu konu hakkındaki makalemizi okumak için tıklayınız.
Toryum
1828 yılında Jöns Jacob Berzelius tarafından keşfedilmiştir. Toryum kimyada “Th” sembolü ile anılmaktadır. “Toryum” kelimesi, mitolojik İskandinav efsanelerinde adı geçen şimşek tanrısı Thor’dan türetilen bir kelimedir.
Atom numarası 90, atom ağırlığı 232, yoğunluğu 11,7 grcm3’tür. Erime noktası 1750 derece, kaynama noktası 4790 derecedir. Kimyada’ki Periyodik tablonun 3-B grubunda bulunur. Renk olarak Gümüşî beyaz, kurşun rengindedir. Aktonitler element serisinde bulunan toryum, radyoaktif bir elementtir ve yer kabuğunun %0,0007’lik kısmını oluşturmaktadır.
Toryum, uranyum gibi doğada serbest halde bulunmayıp 60 civarında mineralin yapısı içinde yer almaktadır. Bunlardan sadece monazit ((Ce, La, Nd, Th, Y) PO4) ve torit ((Th, U) SiO4) toryum üretiminde kullanılmaktadır. Bu mineraller de genellikle nadir toprak elementleri (NTE) ile birlikte bulunmaktadır.
Toryumla ilgili Tarihi Gelişmeler
- 1885 yılında gaz lambaları gömleklerinde toryum kullanılmaya başlandı.
- 1925 yılında Hollandalı kimyagerler Anton Eduard van Arkel ve Jan Handrik tarafından yüksek saflıkta metalik toryum izole edildi.
- 1960’lı yıllarda toryumlu nükleer yakıt denemeleri başladı.
- 1976 yılında toryum nükleer güç reaktörlerinde kullanılmaya başlandı.
- 1983-1989 yılları arasında Almanya’da 300 MW gücündeki toryum yüksek sıcaklık reaktörü test edildi.
Toryumun Kullanım Amaçları
Toryum, radyoaktif özelliği nedeni ile önemli bir enerji kaynağıdır. Nükleer reaktörler arasında daha çevreci kimliğe sahip bir yakıttır. Uranyum ile kıyaslandığında doğaya daha az zarar verir. Yakıt döngüsünde uranyumdan daha az plütonyum ve trans uranyum elementleri üretir. Bu nedenle nükleer yakıt olarak uranyumun yerini alabilecek niteliktedir.
Toryumla çalışan ticari ve ekonomik ölçekli nükleer tesis bulunmuyor. Ancak nükleer yakıt olarak kullanılması için çaba harcanıyor. Toryumun nükleer santrallerde kullanılmaya başlanması durumunda mevcut rezervler ticari anlamda önem kazanır. Ve ekonomik değeri belirlenebilecektir.
Toryum elementi günümüz şartlarında tek başına nükleer yakıt olarak kullanılamaz. Fertil bir izotop olan Th-232’nin bir nötron yutarak fisyon yapabilen bir izotop olan U-233’e dönüştürülmesi gerekir. Th-232’nin düşük enerjili nötronlarla tepkimesi (nötron yutumu) sonucunda önce daha az kararlı olan Th-233 oluşmaktadır.
Th-233 ise, 23 dakika içinde, bir beta parçacığı yayarak Pa-233’e (protaktinyum) dönüşmektedir. Toryum kendi kendine bölünebilir (fisil) bir element değildir. Pa-233, 27 gün içinde, yarılanma süresi 163.000 yıl olan fisil U-233’e dönüşmektedir. Th-232, U-235 veya Pu-239 gibi başka bir fisil maddeyle üretkenlik döngüsüne başlamaktadır.
Toryum – Uranyum karışık yakıtlar, uranyum yakıtına göre daha az plütonyum üretir. Ayrıca yüksek yanma oranında çalışabilir. Bu da yakıtın reaktörde kalma süresini yani yakıt yeniden yükleme periyotunu uzatarak tesis kapasite faktörünün artmasına katkı sağlar.
Toryumun enerji üretmek için izleyeceği çeşitli yollar vardır.
- Hindistan’da geliştirilen bir bitki, günümüzün uranyum bazlı enerji santrallerinde bulunanlara benzer su soğutmalı reaktörlerde katı toryum yakıtı kullanır.
- Çin ve Amerika’da araştırılan tamamen farklı bir yaklaşım, sıvı florür toryum reaktörüdür (LFTR veya “lifter”). Bu teknoloji, 1960’lı yıllarda Amerikan hükümeti tarafından prototip oluşturmak için geliştirildi ancak girişimlerde geri adım atıldı çünkü silah üretimi ile çakıştı.
- Araştırmacılar, potansiyelinin su soğutmalı yaklaşımdan çok daha büyük olduğunu, çünkü LFTR’lerin toryum yakıtından daha yüksek oranda enerji alabileceğini iddia ediyorlar.
Nobel ödüllü Carlo Rubbia gibi parçacık fizikçilerinin teşvik ettiği üçüncü bir olası yaklaşım, kritik hızlandırıcı ile çalışan reaktörlerde toryumu kullanmak olacaktır. Ancak, bu nükleer mühendislik yerine bilimsel teori alanında kalır.
Toryum Rezervleri
1959 yılı sonlarına doğru MTA tarafından havadan prospeksiyonla bulunan radyoaktif anomali üzerinde uranyum ve toryum için etütler yapılmıştır. Sivrihisar ilçesinin kuzey batısında Kızılcaören, Karkın ve Okçu Köyleri arasında 15 km2’lik bir sahada toryum bulunmaktadır. Toryumun yanı sıra Nadir Toprak Elementleri (NTE) de içerdiği saptanmıştır.
MTA tarafından yapılan çalışmalar sonunda 1977 yılında, “Eskişehir-Sivrihisar-Kızılcaören Köyü Yakın Güneyi Bastnazit-Barit-Florit Kompleks Cevher Yatağı” Nihai Etüt Raporu hazırlanmıştır [4].
Bu rapor sonuçlarına göre bölgedeki cevherin ortalama tenörü %0,2 ThO2 olup, toplam rezerv yaklaşık 380.000 ton civarındadır.
Küresel toryum yatakları açısından Türkiye dünyada Avustralya ve Amerika Birleşik Devletleri’ni takiben üçüncü sırada yer almaktadır. Dünya da toryum rezervleri konusunda net bilgiler bulunmamaktadır.
Arjantin, Avustralya, Brezilya, Güney Afrika Cumhuriyeti, Kanada, Mısır, Norveç, Tayland ve Türkiye Uluslararası Atom Enerjisine (IAEA) kilogramı 80 $’a kadar mal edilebilen toryum rezervine sahip olduklarını bildirmişlerdi.
Türkiye Toryum Yatakları Haritası
Dünya Toryum Rezervleri
IAEA/NEA 2014 verilerine göre:
| Ülke | Ton |
| Hindistan | 846,000 |
| Brezilya | 632,000 |
| Avustralya | 595,000 |
| ABD | 595,000 |
| Mısır | 380,000 |
| Venezüella | 300,000 |
| Kanada | 172,000 |
| Rusya | 155,000 |
Sonuç Olarak
Günümüzde toryumla çalışan ticari ölçekli bir nükleer santral bulunmamaktadır. Bunun sonucu olarak toryumun enerji hammaddesi olarak tüketimi yok denecek düzeydedir.
Toryum tabanlı yakıt çevriminin ekonomik olması ancak çok sayıda santrali kapsayan bir nükleer programla mümkün olabilir. Toryum tabanlı enerji üretimi için, yüksek yatırım ve işletme maliyeti gerektiren tesislerinin kurulmasına ihtiyaç duyulmaktadır.
Bütün bu tesislerin her biri de günümüz şartlarında ekonomik olmadığından ticari ölçekli teknolojileri de dünyada henüz geliştirilmemiştir. Ülkemizde mevcut olan toryum cevherinin nadir toprak elementlerinden ayrılması ve yan ürün olarak kazanılmasına yönelik araştırma devam edilmelidir.
Toryumun kendisi bir nükleer yakıt değildir ancak yakıt olarak kullanılabilmesi için U-235 veya Pu-239 gibi bölünebilir maddelere ihtiyaç duyulmaktadır. U-235 veya Pu-239 ile birlikte kullanıldığında uranyum ihtiyacından tasarruf edilmesini sağlayabilmektedir.
Açık çevrimlerde toryum kullanımının %20-30 civarında uranyum tasarrufu sağlayacağı düşünülmektedir. Kapalı çevrim için ise ayrıştırma ve imalat teknolojilerine ihtiyaç duyulmaktadır.
Kaynakça
- https://www.enerjiportali.com/toryum-nedir-nerelerde-kullanilir/
- https://www.enerji.gov.tr/tr-TR/Anasayfa
- https://www.toryumenerji.com/blog/2-neden-toryum
- https://www.theguardian.com/environment/2011/nov/01/what-is-thorium-nuclear-power
- https://t24.com.tr/haber/eskisehirdeki-toryum-rezervi-bin-yil-boyunca-turkiyenin-elektrik-enerjisini-karsilayabilir,528066
- https://slideplayer.biz.tr/slide/2988321/
- https://www.world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/thorium.aspx
