Son yıllarda geleceğin yakıtı olarak dillendiriliyor Dünyada yaygın bir rezerve sahip olan toryum, son yıllarda geleceğin yakıtı olarak belirtiliyor.

Türkiye, geleceğin yakıtı olarak dillendirilen toryumda dünyanın ikinci rezervini sahip.Türkiye Atom Enerjisi Kurumu (TAEK) Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) Bilim Komitesi Üyesi Prof. Dr. Saleh Sultansoy, Türkiye'nin toryum rezervinin dünyada birinci sırada olduğunu iddia ederek, "Eskişehir’deki bilinen rezervler bin yıl boyunca Türkiye’nin elektrik enerjisini karşılayabilir” dedi. 

Toryumun daha güvenli bir nükleer enerji alternatifi olabileceğini savunanlar var. Türkiye açısından da oldukça önemli çünkü toryum rezervinde dünyada ikinci sırada bulunuyor. Toryum hakkında merak edilenleri Türkiye Atom Enerjisi Kurumu (TAEK) Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) Bilim Komitesi Üyesi Prof. Dr. Saleh Sultansoy Hürriyet’ten Merve Erdil’e anlattı. TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi’nde de öğretim üyesi olan Sultansoy, “Şu anki bilimsel verilere göre, Türkiye toryum rezervleri bakımından dünyada ikinci sırada. Aslında birinci sırada çünkü Eskişehir’deki rezervler bilindiğinden daha çok. Eskişehir’deki bilinen rezervler bin yıl boyunca Türkiye’nin elektrik enerjisini karşılayabilir” diyor.

Toryum, tıpkı uranyum gibi bir nükleer enerji hammaddesi. Ancak nükleer enerjinin ortaya çıkması ilk başlarda nükleer silahlar için yapılan uranyum ve plütonyum araştırmalarıyla bağlantılı olduğu için, toryum çalışmaları çoğunlukla terk ediliyor. Yine de son yıllarda toryum yakıtlı nükleer santrallerle ilgili bir canlanma söz konusu. Özellikle zengin toryum rezervlerine sahip ülkelerin, toryumun endüstriyel ölçekte kullanımına yönelmesi bekleniyor. Bu konudaki uzman isimlerden Prof. Dr. Sultansoy, toryumun Türkiye’nin enerji bağımsızlığı açısından da önemli olabileceğini söylüyor. Türkiye’nin cari açığının en önemli iki nedeninin enerji kaynakları ve ileri teknoloji ürünlerin ithalatı olduğunu vurgulayan Sultansoy’a göre, Türkiye toryum sayesinde kendi yakıtını kullanarak enerji üretebilir. Sultansoy, “Türkiye’nin kurulu gücü bugün 80 gigavat civarında. Türkiye’de kişi başına enerji tüketimi dünya ortalamasının biraz üzerinde ama halen gelişmiş ülkelerin üçte-dörtte biri kadar. O tüketim düzeyine ulaşmak için neredeyse 200-250 GW arasında güç kaynağı kurmak gerekiyor. Bunun yarısı toryumdan olsa, dışa olan bağımlılık yarı yarıya düşüyor” görüşünü dile getiriyor.

Sultansoy, başlangıçta uranyuma yönelmenin nedeninin askeri amaçlı olduğunu vurgulayarak, “Toryum askeri amaçlı kullanılabilse o da olurdu” diyor. Bugün toryumun önündeki engellerden birinin geleneksel nükleer endüstrisi olduğunu da savunan Sultansoy, şunları anlatıyor: “ABD’li nükleer fizikçi Alvin Weinberg ve takımı Oak Ridge laboratuvarlarında bu konuda çalıştı ve çalışır durumda enerji üretecek düzeyde bir şeyler yaptılar. Fakat bu konu 1960’ların sonunda birden bire kapatıldı. Birinci ikincil nesil nükleer teknolojiler bombaya yönelik geliştirilen teknolojilerdi, sonradan enerji üretimine dönüştüler. Üçüncü nesil reaktörlerde patlama mümkün değil, atık problemi vardı. Toryum reaktörleri atık problemini de çözüyor. Almanya, Çin, Hindistan epey bir şeyler yapmış. Çalışabilirliği gösterilmiş, enerji de üretilmiş, gereken destek olmadığı için süreç devam etmemiş. Son 15 yıldır toryuma yönelim var. Engellere rağmen epeyce gelişmeler var bu konuda. Toryum kullanmak için üç yöntem var: İlki geleneksel reaktörlere yüzde 90-95 civarında toryum eklemek, yüzde 5 uranyum veya plütonyum kullanarak, bunun ticarileşmesi önümüzdeki 5-10 yıl. Üçüncü nesil teknolojilerin yaklaşık yarısı bu şekilde çalışabilir. İkinci yöntem ‘molten salt’ denilen erimiş tuz reaktörü, geleneksel teknolojiden biraz farklı ama daha güvenli bir sistem. Ticarileşmesi 10-15 yıl. Avrupa Birliği’nde bu konuda çalışılıyor. Ne kadar azalsa da atık problemi kalıyor onda. En optimum sistem hızlandırıcı sürümlü sistem, proton hızlandırıcısı kullanılıyor. Hızlandırıcı sayesinde nötron üretebiliyorum. Bu nötronları toryumda kullanabiliyorum. Uranyum ve plütonyum gereksinimi yok. Tam bağımsız bir şey oluyor çünkü plütonyumu dışardan almak, uranyumu zenginleştirmek gerekiyor. Hızlandırıcı sürümlü sistemin ticarileşmesi ise 15-20 yıl. Bununla ilgili çalışmalar Çin, Hindistan, İngiltere’de, Japonya’da ve Kore gibi ülkelerde devam ediyor.”

Sultansoy toryum reaktörlerinin 2030’lu yıllarda dünyada ana enerji kaynağı olmaya aday olduğunu vurguluyor. Toryumun uranyuma göre bir avantajının da dünyada daha yaygın bir coğrafyada bulunması olduğu belirtiliyor. Buna göre uranyumdan üç kat daha fazla toryum var. Toryumun bu kadar bol miktarda bulunmasının da gelecekte toryum yakıtlı nükleer reaktörler açısından yeni alternatifler sunması bekleniyor. Bununla birlikte, toryumun radyoaktif doğasından kaynaklanan sağlık ve çevre sorunlarının, toryum pazarının büyümesini engellemesi de öngörüler arasında.

Toryum İlk kez 1828 yılında İsveçli Kimyager Jöns Jacob Berzelius tarafından keşfedildi.

Berzelius, Norveçli mineralog Hans Morten Thrane Esmark’tan Norveç Lovo Adası’ndan elde edilen  siyah bir mineral örneği temin etti. Bu Mineral, yüzde 60 nispetinde toryum barındırıyordu. Berzelius, elindeki bu minerali bazı işlemlerden geçirerek Demir, Manganez, Kurşun, Kalay ve Uranyum gibi maddelerden izole ederek toryumu saf olarak elde etmeyi başardı.

Kimya biliminde Th simgesi ile gösterilen Toryum, 90 atom numarasına sahiptir. Toryum, atom ağırlığı yaklaşık 232 g/mol, 11,7 g/mL yoğunluğunda, 1755 °C de eriyen, kurşun renginde, havada bozulmaz, atom enerjisi kaynağı olarak kullanılan radyoaktif bir elementtir.

Teknoloji geliştikçe enerji olan ihtiyaç da artmaktadır. Toryum ise geleceğin enerji kaynaklarından biri olarak görülmektedir.

Isparta’da şüpheli bir uçak kazasında hayatını kaybeden Prof. Engin Arık toryum çalışmalarını böyle değerlendirmişti:

Radyoaktif bir element olan Toryum ilk kez 1828 yılında Norveçli mineralog Morten Thrane Esmark tarafından keşfedilmesine rağmen İsveçli kimyager Jons Jacob Berzelius tarafından tanımlanarak periyodik cetveldeki yerini almıştır.

Toryumun Kimya bilimde yer alması ise 1898 yılında Polonyalı fizikçi Marie Cruie ve Alman kimyager Gerhard Schmidt tarafından gerçekleştirildi.

Toryumun temel özelliklerini şu şekilde sıralayabiliriz:

Toryum, renk olarak gümüşi beyaz, kurşun rengindedir. Gümüş sertliğinde (2,5 Mohs) olan bir metaldir.

Toryumun kaynama noktası 4790, erime noktası ise 1842 derecedir. Toryum, uranyuma göre korozyona karşı daha dayanıklıdır.

Toryumun Kimyasal Özellikleri Nelerdir?

Toryum, periyodik tablonun IV-B grubunda bulunur. Aktonitler element serisinde bulunan toryum, radyoaktif bir elementtir.

Toryum

Toryumun kimyasal özellikleri Hafniyum, Titanyum ve Zirkonyum elementlerine çok benzediğinden dolayı bu elementlerle birlikte periyodik tablonun 4B grubunda bulunmaktadır.

 Nükleer Enerji’de Toryumun Yeri Hakkında Detaylı Bilgi Almak İçin enerjiportali.com/nukleer-enerjide-toryumun-yeri-nedir? Bağlantısını Ziyaret Edebilirsiniz.

Toryum suda çözünmez, HCl ve H2SO4‘te çözünür. Suda çözünebilen toryum bileşikleri nitrat, klorit, sülfat ve florit tuzları içermektedir. Toryum, iyodür, florür, fosfat vs. iyonlarıyla asitlerde çok az çözünen veya hiç çözünmeyen bileşikler oluşturur. Bu bileşikler, toryumun diğer elementlerden ayrılmasında ve analizinde kolaylık sağlar. 

Toryum kendiliğinden bölünebilme yeteneğine sahip değildir. Bu yüzden doğrudan nükleer yakıt olarak kullanılamaz. 232Th (toryum-232) izotopunun, bir nötron yutarak, fizyon yapabilen (fisil) bir izotop olan 233U’e dönüştürülmesi gerekir. 232Th’nin düşük enerjili nötronlarla reaksiyonu (nötron yutumu) sonucunda, önce kararlılığı daha az olan 233Th oluşur.

Yarılanma süresi 23 dakika olan 233Th ise, bir beta parçacığı (b) yayarak, yarılanma süresi 27 gün olan, 233Pa’a dönüşür. 233Pa, bir beta ve gama parçacığı (g) yayarak bölünebilen 233U’a (yarılanma süresi 163 bin yıl) dönüşmektedir. Böylece 232Th, 235U veya 239Pu (plütonyum-239) gibi bir fisil maddeyle birlikte kullanılır.

Toryum Nasıl Keşfedilir?

Toryum doğada serbest halde yer almaz. Yerkabuğunun yüzde 0,0007’lik kısmını içerir. Bununla birlikte yaklaşık 60 mineral, toryum barındırmaktadır. 

En önemli toryum mineralleri thorit ve monazittir. Bu minerallerde genellikle nadir toprak elementleri ile birlikte fosfat ve sülfat bileşikleri halinde bulunur. Genellikle monazitten diğer elementlerin ayrıştırılması sırasında yan ürü olarak elde edilir. Doğada Th-232 izotopu olarak bulunur. Bu izotopun yarılanma ömrü 14 milyar yıldır (Uranyum-235’in yarılanma ömrü 700 milyon yıldır). Bu izotop aynı zamanda alfa yayıcısıdır. Dört alfa ve 4 beta bozunmasından sonra “Plütonyum-208” izotopuna dönüşür. Atom kütleleri 223-234 arasında değişen karasız 12 izotopu daha vardır.

 Nükleer Enerji Hakkında Detaylı Bilgi Almak İçin enerjiportali.com/nukleer-enerji-nedir-nukleer-enerji-nasil-calisir Bağlantısını Ziyaret Edebilirsiniz.

Toryum Nasıl Üretilir?

Toryum ağırlıklı olarak monazit kumlarından üretilmektedir. Bu mineral kumu nitrik asit ile reaksiyona alınarak toryum nitrat ve tributil fosfat elde edilir. Çözelti içerisindeki nadir toprak elementleri ortamın pH oranının artması ile solüsyondan ayrılır.

Diğer bir ayırma metodu ise monazitin %45’lik sulu çözelti haline sodyum hidroksit ile getirilerek 140°C’de karıştırılması ve sonrasında 80°C’ye soğutularak metal hidroksitler filtrelenmesidir. Sonrasında ise su ile yıkanarak konsantre hidroklorik asit ile çözülmesi sağlanır. Son aşamada asidik solüsyonun pH’ı hidroksitler ile nötralize edilerek toryum hidroksitin Th(OH)4 çökelmesi gerçekleşir.

Çökelmiş olan toryum hidroksit içerisinde yaklaşık %3 oranında nadir toprak elementleri katkısı bulunmaktadır. Bu elementler de inorganik asitler ile çözülerek ortamdan ayrılırlar.

En çok tercih edilen toryum üretim tekniği ise nitrik asit kullanımıdır.

Toryum Nerelerde Kullanılır?

Toryum her şeyden önce radyoaktif bir maddedir buda kullanım alanlarını belli ölçüde kısıtlamaktadır.  Teknoloji geliştikçe Toryumun kullanım alanları da genişlemektedir.

Mevcutta Toryum savaş uçakları motorları, füzeler, uzay araçları, yüksek çözünürlüklü kamera mercekleri, yüksek ısıya dayanıklı potalar, elektronik cihazlar, filaman kaplamaları, yüksek sıcaklık alaşımları, lüks lamba gömlekleri, bilimsel alet mercekleri, ve pek çok kimyasal işlem gerektiren alanlarda kullanılabilmektedir. Ancak toryum doğada saf halde olmadığından diğer maddelerden ayrıştırma ve fizibilite açısından pahalı olduğundan henüz tam olarak faydalanılamamaktadır.

Toryum, radyoaktif bir element olarak aynı zamanda önemli bir atom enerjisi kaynağıdır. Nükleer reaktörler için uranyuma oranla temiz bir kaynaktır. Yakıt döngüsünde uranyumdan daha az Plütonyum ve Trans Uranyum elementleri sağlar. Bu doğrultuda geleceğin nükleer yakıt kaynağı olarak bilimsel çevrelerde kabul edilmektedir. Ancak yinede şimdilik Toryum ile çalışan ticari ve ekonomik ölçekli nükleer tesis bulunmuyor.

Teknolojinin gelişmesine parelel olarak Ar-Ge çalışmaları Toryumun kullanım alanları ve ticari olarak daha ekonomik üretilmesi için hızla çalışmalar devam etmektedir.

Her halikarda Toryumun nükleer yakıt olarak kullanılabilmesi için üzerinde durup çözüme kavuşturulması gereken konular vardır. En önemlisi “nükleer yakıt çevrimi” sorunu olarak masada durmaktadır.

Nükleer yakıt çevrimi; kullanılmış yakıtın depolanması, atık olarak işlem görmesi, tekrar yakıt olarak kullanılması, yeni atıkların işlenerek gömülmesi gibi uygulamaları kapsayan bir işlemler zinciridir. Nükleer yakıt olarak kullanılan uranyum ve plütonyum kullanıldıktan sonra yeniden kazanılarak yakıt çevrimine katılabiliyor. Ancak bu işlem Toryum için henüz uygulanamamaktadır.

Toryum Nerelerde Bulunur?

Toryum tabiatta uranyumdan yaklaşık üç kat daha fazla bulunur. 2006 verilerine göre Dünya’da bilinen toplam Toryum rezervinin 2,5 milyon ton olduğu ve ortalama % 6–7 civarında toryum oksit içerdiği söylenebilir.

Türkiye’nin toryum rezervi için Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü (MTA) tarafından yapılan araştırmalar sonucunda, Eskişehir’e bağlı Sivrihisar ilçesinin kuzey batısında, Kızılcaören, Karkın ve Okçu Köyleri arasında yer alan 15 km2’lik bir sahada, toryumun yanı sıra nadir toprak elementleri, barit ve fluorit içeren karmaşık yapılı yataklara rastlanmıştır. 1977 yılında hazırlanan rapora göre söz konusu bölgedeki cevherin ortalama tenörü % 0,21 ThO2, toplam rezerv yaklaşık 374.000 ton ThO2 olarak belirlenmiştir.

Bölgede Toryum, Monazit ve Torobastnazit minerallerinin kafes yapısında yer almaktadır. Tenör bazı örneklerde % 3′e kadar çıksa da yatağın ortalama tenörü % 0,2′dir. Bu bölge haricinde, Toryum yatakları tespit edilmiş olan Malatya-Hekimhan-Kuluncak, Kayseri-Felâhiye, Sivas, Diyarbakır ve Burdur-Çanaklı sahalarında daha ayrıntılı arama çalışmalarının yapılması sonucunda, ülkemizin toryum rezervinin artacağı tahmin edilmektedir.

Bulunan ve araştırılmakta olan toryum yatakları ile Türkiye’nin Dünya’nın en büyük toryum rezervine sahip ülkelerden biri konumunda olduğu söylenebilir. Teknolojik sorunların çözülebilmesi şartıyla, Türkiye, nükleer enerji hammaddesi olan toryum açısından önemli bir potansiyele sahiptir ve zenginlik sınıflandırmasında toryum madenimiz çok zengin madenler sınıfında bulunmaktadır.