Toryum. Atom numarası 90, atom ağırlığı yaklaşık 232 g/mol olan, 11,7 g/mL yoğunluğunda, 1700 °C de eriyen, kurşun renginde, havada bozulmaz, atom enerjisi kaynağı olarak kullanılan radyoaktif bir element. Kısaltması Th. Türkiye'de Manisa-Gördes'te çıkarılır.
Toryum kendiliğinden bölünebilme yeteneğine sahip değildir. Bu yüzden doğrudan nükleer yakıt olarak kullanılamaz. 232Th (toryum-232) izotopunun, bir nötron yutarak, fisyon 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 (protaktinyum–233)'e dönüşür. 233Pa, bir beta ve gama parçacığı (g) yayarak bölünebilen 233U ‘e (yarılanma süresi 163 000 yıl) dönüşmektedir. Böylece 232Th, 235U veya 239Pu (plütonyum-239) gibi bir fisil maddeyle birlikte kullanılarak,
Toryum yakıt döngüsünde uranyumdan daha az plütonyum ve diğer trans-uranyum elementleri üretildiğinden, toryum, nükleer santrallerin en temiz yakıtı olarak kabul edilir. Çevreye daha az zarar vermesi açısından da ileride nükleer reaktörlerde uranyum yerine kullanılması düşünülmektedir.
Toryumun nükleer yakıt olarak kullanılması ile ilgili çalışmalar halen devam etmektedir. Ancak günümüzde toryumla çalışan ticari ölçekli bir nükleer reaktör bulunmamaktadır. Toryumlu yakıt denemeleri 1960 yıllarının ortalarında başlamış olmasına rağmen güç reaktörlerinde kullanılmasına 1976 yılında başlanmıştır. Almanya, Hindistan, Japonya, Rusya, İngiltere ve ABD’de araştırma/geliştirme çalışmaları sürdürülmektedir. Almanya’da geliştirilen 300 MWe gücündeki toryum yüksek sıcaklık reaktörü, yarısından fazlası Th/U olan yakıtla 1983 – 1989 yılları arasında başarıyla işletilmiştir. 60 MWe Lingen kaynar sulu reaktöründe ise Th/Pu tabanlı yakıt test elemanı kullanılmıştır.
ABD'de Shippingport reaktöründe, toryum tabanlı yakıtların basınçlı su reaktörlerindeki kullanımı incelenmiş ve toryum kullanımının işletme stratejisi veya reaktör kalbi güvenlik sınırlarını etkilemediği sonucuna varılmıştır. 1977 – 1982 yılları arasında hafif sulu üretken reaktör anlayışı da bu reaktörde başarıyla denenmiştir.
Zengin toryum kaynaklarına sahip olan Hindistan, toryuma dayalı olarak geliştirdiği nükleer programını uygulama safhasında bulunmaktadır.
Günümüzde geliştirilmekte olan yenilikçi nükleer fisyon teknolojilerinde de toryum önemli bir yere sahiptir. Kanada tarafından geliştirilen Yeni Nesil CANDU Reaktörü (CANDU-X), Rusya tarafından geliştirilen Gaz Türbinli Modüler Helyum Reaktörü (Gas Turbine Modular Helium Reactor, GT-MHR), Japonya-Rusya ve ABD tarafından geliştirilen FUJI Tuz Erimli Reaktör (FUJI Molten Salt Reactor), Güney Afrika tarafından geliştirilen Çakıl Yataklı Modüler Reaktör (Pebble Bed Modular Reactor, PBMR), Rusya, İsrail ve ABD tarafından geliştirilen Radkowsky Toryum Yakıtlı Reaktör (Radkowsky Thorium Fuel Reactor, RTFR) ve Avrupa ülkeleri tarafından geliştirilen Enerji Yükseltici (Energy Amplifier) teknolojileri, yakıt çevrimlerinde toryuma yer veren teknolojiler olarak göze çarpmaktadır.
Dünya toryum kaynakları
Toryum tabiatta uranyumdan yaklaşık üç kat daha fazla bulunur. 2006 verilerine göre Dünyada bilinen toplam toryum rezervinin 2,5 milyon ton olduğu ve ortalama % 6–7 civarında toryum oksit içerdiği söylenebilir.
Dünya toryum kaynakları
ÜLKE REZERV (ton ThO2) %
ABD =452 000 %18
Avustralya =400 000 %16
Türkiye =380 000 %15
Hindistan =319 000 %13
Venezuelya =300 000 %12
Brezilya =221 000 %9
Norveç =132 000 %5
Mısır =100 000 %4
Rusya =75 000 %3
Diğer Ülkeler =149 000 %5
TOPLAM =2 528 %0.
Türkiye'nin toryum rezervi ve yapılan çalışmalar
1959 yılı sonlarına doğru 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 de içeren karmaşık yapılı yataklara rastlanmıştır. 1977 yılında MTA tarafından hazırlanan rapora göre bölgedeki cevherin ortalama tenörü % 0,21 ThO2 olup, toplam rezerv yaklaşık 380 000 ton ThO2 civarındadır. Toryum, monazit ve torobastnazit minerallerinin kafes yapısında yer almaktadır. Toryum tenörü, seçme numunelerde % 3′e kadar çıksa da yatağın ortalaması % 0,2′dir. Toryum ihtiva eden Sivrihisar cevher yatağındaki, Yaylabaşı ve Kocayayla bölgelerinde yeterli sayıda sondaj yapılamadığından bu bölgelere ait kesin rezerv tespiti mevcut değildir. Bu bölgelerle birlikte, Malatya-Hekimhan-Kuluncak, Kayseri-Felâhiye ile Sivas ve Diyarbakır il sınırları içinde rastlanan toryum yataklarında gerekli çalışmaların yapılması sonucunda, ülkemiz toryum rezervinin artacağı tahmin edilmektedir. Bulunan ve araştırılmakta olan toryum yatakları ile, Türkiye’nin, dünyanın en büyük toryum rezervine sahip ülkelerden biri konumunda olduğu söylenebilir. Anadolu’da, toryumun çıktığı yerde ot bitmediği, söylenir. Teknolojik sorunların çözülebilmesi şartıyla, Türkiye, nükleer enerji hammaddesi olan toryum açısından önemli bir potansiyele sahiptir ve zenginlik sınıflandırmasında toryum madenimiz çok zengin maden sınıfında bulunmaktadır. Dünya maden potansiyeli içerisinde ülkemizin payına bakıldığında ise, toryum (basnazit) madeninde önemli miktarda rezerve sahip olduğumuz görülmekte ve rekabet gücümüzün yüksek olduğu anlaşılmaktadır. Ancak ortalama tenörün düşüklüğü (% 0,2) ve rezervin yapısının karmaşık olması, toryumun tek başına ekonomik olarak çıkarılabilirliğini güçleştirmektedir.
Eskişehir Sivrihisar yöresi cevherinde bulunan mineraller ile nadir toprak elementleri ve toryumun ayrılma/saflaştırma teknolojisinin geliştirilmesi konusundaki çalışmalar 2003 yılından beri TAEK, MTA ve ETİ-Holding tarafından ortaklaşa yürütülmektedir. Bu çalışmalar sonucunda elde edilmesi planlanan toryum oksidin ayrılma/saflaştırma teknolojisinin geliştirilmesi ile enerji sektöründe kullanılabilirliği araştırmaları, TAEK’de “Nükleer Yakıt Teknolojisi Geliştirilmesi” projesi kapsamında yürütülmektedir. Eti Maden İşletmeleri Genel Müdürlüğü’ne ait bu maden sahasında, 9. Kalkınma Planı döneminde (2007 – 2013), gerekli yatırımlar yapılarak üretime geçilebileceği ümit edilmektedir.
Aralık-2007′de yapılan çalışmalar hakkında bilgi veren Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı Hilmi Güler, ‘Bakanlık olarak toryumun nükleer enerji üretiminde kullanılması konusunda 90′lı yıllardan beri önemli çalışmalar yaptıklarını, toryumu nadir toprak elementlerinden ayrıştırmayı başardıklarını’ açıklamıştır.
Nükleer yakıt olarak kullanılan uranyumla ilgili yakıt teknolojisi pek çok ülkede mevcuttur. Üretilen yakıt uranyum fiyatları ise düşük oranlarda (Ekim-2005’de 81,25 $ / kgU) seyretmektedir. Dünyadaki uranyum stoklarının ve rezervin fazlalığı nedeniyle görünür gelecekte yakıt maliyetinde fazla bir değişim beklenmemektedir. Ayrıca nükleer enerjide yakıt maliyetinin toplam üretim maliyeti içindeki yeri de oldukça azdır (yaklaşık % 10–12). Bu arada, nükleer santrallerin bir özelliği de taze yakıtın kolayca depolanabilmesidir. Böylelikle uzun süre yakıt üreticilerine bağlı kalmadan enerji üretimi mümkün olmaktadır. Bu gerçekler ışığında, dünyada uranyuma olan talebin devam edeceğinin kaçınılmaz olduğu söylenebilir. Ülkemizde şimdilik bulunduğu tespit edilen toplam 9 129 ton U3O8’e denk uranyum rezervlerinden elde edilecek uranyumun, günümüz şartlarında yakıt olarak kullanılması, dünya piyasalarıyla karşılaştırıldığında, ekonomik gözükmemektedir.
Uranyumun yanı sıra ülkemizde şimdilik bulunduğu belirlenen toplam 380 000 ton ThO2 ’e eşdeğer toryum rezervinin ise ortalama tenörü (yaklaşık % 0,2) oldukça düşüktür. Unutulmaması gereken bir diğer husus da toryumun tek başına fisil madde, yani nükleer yakıt, olmamasıdır Günümüzde dünyada toryum tabanlı yakıt çevrimi ticari olarak kullanılmamaktadır. Bu nedenle ülkemizde bulunan toryum kaynağının ekonomikliğinin değerlendirilmesi kolay değildir. Ekonomikliği bugün için sorgulansa bile, uranyum ve toryum yerli kaynaklarımızın varlığı, gelecekte nükleer enerji kullanımında ülkemiz için bir güvence oluşturmaktadır.
SONUÇ
a. Günümüzde dünyada ekonomik olarak kullanılan yakıt teknolojileri dikkate alındığında, Ülkemizin şu anda nükleer enerji hammaddeleri açısından zengin olduğunu söyleyebilmek zordur.
b. Uranyum yakıt maliyetinin düşük olması, yakın gelecekte nükleer enerji üretimi için uranyum kullanımını en akılcı yol olarak göstermektedir.
c. Toryumun kendisi doğrudan kullanılabilecek bir nükleer yakıt değildir, yakıt olarak kullanılabilmesi için 235U veya 239Pu gibi fisyon yapabilen maddelere ihtiyaç duyulmaktadır. Günümüzde, toryumun, 235U veya 239Pu ile birlikte kullanıldığında, % 20–30 civarında uranyum tasarrufu sağlayacağı düşünülmektedir.
d. Dünya toryum rezervi toplam 2,5 milyon ton civarındadır ve ortalama tenörü (% ThO2 miktarı) % 6–7 civarındadır. Ülkemizde ise sadece Eskişehir-Sivrihisar yöresinde yaklaşık 380 000 ton görünür ThO2 ve önemli miktarda nadir toprak elementi cevher rezervi belirlenmiştir. Bu rezerv miktarı ile Türkiye % 15’lik payla dünyada en üst sıralarda bulunmaktadır. Ancak ülkemiz toryum cevherlerinde toryum tenörü, seçme numunelerde % 3′e kadar çıksa da yatağın ortalaması % 0,2′dir. Bu rezervde tespit edilmiş olan ortalama tenörün düşüklüğü ve rezervin karmaşık yapıda olması, toryumun tek başına ekonomik olarak çıkarılabilir olmaktan uzak olduğunu yani rezervin ekonomik olmadığını göstermektedir.
e. Halen dünyada toryumla çalışan ticari ölçekli bir nükleer santral bulunmamaktadır. Bunun sonucu olarak da toryumun enerji hammaddesi olarak tüketimi yok denecek düzeydedir. Toryum tabanlı nükleer enerji üretimi için, günümüz şartlarında ekonomik olmayan, yüksek yatırım ve işletme maliyeti gerektiren tesislerinin kurulmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle ülkemizde bulunan toryumun mamul veya maden olarak satışı bugün için söz konusu değildir. Ancak bilinen dünya petrol rezervlerinin en çok 50 yıl sonra biteceği, toryum savaşlarının başlayabileceği ve Türkiye’nin çok önemli bir ülke konumuna geleceği dikkate alınarak, ülkemizde mevcut toryum cevherinin nadir toprak elementlerinden ayrılarak toryumun kazanılmasına ve toryum tabanlı yakıt çevrimi konusundaki araştırma ve geliştirme çalışmalarına devam edilmelidir.
f. Toryumun, gelecekte, nükleer silahların sökülmesinden veya elinde kullanılmış yakıtın ayrıştırılmasından elde edilen plütonyum stoku bulunan ülkelerde, bu stokların tüketilmesi amacıyla ticari olarak nükleer santrallerde kullanılması beklenmektedir.
g. Gelecekte daha ekonomik, güvenilir ve güvenlik yönünden daha geliştirilmiş nükleer teknolojiler dünyada yaygın olarak kullanılacaktır. Ülkemiz yenilikçi nükleer teknolojileri yakından izleme ve bu gelişmelerden uzak kalmama kararındadır. Bu cümleden olarak, Uluslararası Atom Enerji Ajansı (UAEA), nükleer enerjinin 21.yüzyıl enerji kaynakları içerisinde yerini alabilmesi için yapılması gerekenleri saptamak ve hem nükleer teknoloji üreticisi hem de nükleer teknoloji kullanıcısı UAEA üyesi ülkeleri bir araya getirerek, nükleer reaktörler ve yakıt çevrimlerinde yapılması gereken yenilikleri belirlemek amacıyla, “Uluslararası Yenilikçi Nükleer Reaktörler ve Yakıt Çevrimi” adında bir proje başlatmıştır. Türkiye Atom Enerjisi Kurumu (TAEK), 2000 yılında bu projeye katılma kararı almıştır ve 2001 yılından bu yana da söz konusu projenin aktif bir üyesi olarak çalışmalarda bulunmaktadır.
KAYNAK: http://tr.wikipedia.org/wiki/Toryum
