Türkiye’de Durum
Uranyum
Türkiye’de MTA tarafından yapılan aramalar sonucunda 9.129 ton uranyum (U3O8) kaynağı bulunmuştur. Bulunan uranyum yataklarının tenör ve rezervleri aşağıda verilmiştir.
Köprübaşı: %0,4-0,05 U3O8 ortalama tenörlü, 1.351 tonu Kasar tipi, 1.201 tonu Taşharman tipi, 300 tonu Ecinlitaş tipi olmak üzere toplam 2.852 ton görünür rezervi vardır
Fakılı: %0,05 U3O8 ortalama tenörlü, 490 ton görünür rezervi vardır.
Küçükçavdar: %0,04 U3O8 ortalama tenörlü, 208 ton görünür rezervi vardır
Sorgun: %0,1 U3O8 ortalama tenörlü, 3.850 ton görünür rezervi vardır.
Demirtepe: %0,08 U3O8 ortalama tenörlü, 1.729 ton görünür rezervi vardır.
Toryum
1959 yılı itibariyle Eskişehir’de MTA çalışma yürütmüş. 380 bin ton tespit edilmiş Toryum kaynağı belirlenmiş. Toryum’un bulunduğu kayaç tipi sebebiyle diğer ülkelere göre cevher zenginleştirme işlemi daha zordur.
Toryum’un uranyum’a göre malzeme olarak daha kararlı olması reaktör kullanımında bir avantaj fakat reaktörden çıkarıldıktan sonra yeniden işlenmek istendiğinde bir dezavantaj olarak görülüyor.
Th-232’nin fisil izotop olan Uranyum-233’e dönüşmesi için reaktörde yüksek zenginlikte Uranyum veya Plütonyum ile birlikte kullanılması gerekiyor. Bu sebeple Toryum yakıt üzerine yapılan çalışmaların Uranyum yakıt çalışmaları ile paralel yürütülmesi gerekiyor.
Toryum, nükleer santrallerde yakıt olarak kullanılma potansiyeli olan bir elementtir. Ancak toryum bölünebilen bir element olmadığından, fisyon yapamaz. Dolayısıyla zincir reaksiyonlarını devam ettiremez. Bu sebeple tek başına nükleer santrallerde kullanılması teknik açıdan mümkün değildir.
Toryum-232 bir nötron yutunca, toryumun farklı bir izotopuna dönüşür (Th-233). Birkaç hafta içinde ışıma yaparak U-233 izotopuna dönüşür. U-233 fisyon yapabilen bir izotoptur ve zincir reaksiyonu sürdürebilir. (U-235 izotopu gibi)
Toryum doğada Uranyumdan 3 kat daha fazla bulunur.
Toryum kaynakları açısından Hindistan, Türkiye, Avustralya, ABD, Venezüella ve Norveç önde gelen ülkelerdir.
Günümüzde Toryum’un önemli bir pazarı bulunmamakta ve nadir toprak elementleri üretiminde yan ürün olarak elde edilmektedir.
Toryum, Uranyum ve Plütonyuma göre daha hafif bir element olduğundan, yakıt çevrimi sonunda daha az transuranik elementler çıkmaktadır. Ancak, toryum yakıt çevriminde oluşan Paladyum-231 ve Th-229 oldukça radyotoksiktir[1].
Toryum’un enerji üretiminde kullanımı yeni bir kavram değildir. 1950’lerde ABD Oak Ridge Ulusal Laboratuarlarının sorumlusu Alvin Weinberg, ergimiş tuz yataklı reaktör tasarımı üzerinde çalışmıştır.
Şimdiye kadar toryumun nükleer santrallerde yakıt olarak kullanımı zenginleştirilmiş Uranyum ve Plütonyum ile birlikte olmuştur.
Toryumun Teknik Avantajları:
Madencilik açısından, Toryumun ortalama konsantrasyonu 10 ppm civarındadır. Barit, floritve nadir toprak elementleri ile birlikte bulunur. Uranyuma göre 3-4 kat daha fazla bulunmakla birlikte şimdiye kadar ticari olarak aranmamıştır.Toryum genel olarak nadir toprak elementlerinin madenden çıkartılması sonucunda ikincil ürün olarak çıkar. Bu madenciliği yapmak oldukça kolaydır ve madencilik sırasındaki radyoaktivite değeri olarak Uranyum madenciliğinden 100 kat daha düşüktür.[2]
Nükleer açıdan; Th-232, U-238’e göre 3 kat daha fazla termal nötron yutma olasılığına sahiptir. Dolayısıyla Th-232’den U-233’e dönüşme olasığı, U-238’den Pu-239’a dönüşme olasılığından daha yüksek ve verimlidir.U-233 fisyon yapabilen bir malzemedir. Bir nötron yutup bölününce, 2’den fazla nötron açığa çıkarmaktadır. Bu nötronlar termal spektrumda geniş bir yayılım gösterir.U-233’ün termal nötron yutma olasılığı U-235 ve Pu-239’a göre düşüktür. Ancak nötron yuttuktan sonra fisyon yapma olasılıkları eşittir.
Kimyasal ve Fiziksel açıdan; ThO2 kimyasal ve termo-fiziksel özellikleri UO2 ye göre daha iyidir. ThO2 yakıtının sıcaklıkla genleşme katsayısı UO2’ye göre daha düşüktür. Dolayısıyla yakıt zarf etkileşimi daha az olmaktadır.Ayrıca ThO2 yakıtı kimyasal olarak kararlıdır. Dolayısıyla kullanılmış yakıtların uzun dönem geçici depolanması daha kolaydır.
Yakıt Performansı açısından; Th-232 yakıtların HTGR’de (High Temperature Gas Cooled Reactor) çok iyi performans gösterdikleri ABD, Almanya ve İngiltere’de gösterilmiştir. 1000 oC’ye kadar çıkış sıcaklığı olacak olan VHTR’ler (Very High Temperature Reactor) hidrojen üretimi gibi alanlarda kullanılabilecektir.
Toryumun Teknik Dezavantajları:
Toryum yakıtlarının erime sıcaklığı (3500 oC) Uranyum yakıtlarına (2800 oC) göre daha yüksek olduğundan yakıt fabrikasyonu sırasında zorluklar yaşanmaktadır.
Th-232 yakıtları kimyasal olarak kararlı bir yapıda olduğundan, yeniden işleme sürecinde zor çözünmektedir. Kullanılmış toryum yakıtlarının yeniden işlenmesi için daha yoğun kimyasal süreçler ve daha uzun süre gerekmektedir.
Kullanılmış Th-232 yakıtları yoğun miktarda U-232 içermektedir. U-232’nin yarılanma ömrü sadece 76 yıldır ve yarılanma ömrü çok kısa olan Bi-212 ve Tl-208 elementlerine dönüşür. Bunlar güçlü gama yayıcı elementlerdir. Dolayısıyla kullanılmış Th-232 yakıtlarıyla işlem yapmak için uzaktan kontrollü robotik sistemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Buda yakıt çevrim maliyetini oldukça etkilemektedir.
Toryum yakıt çevirimi Uranyum ve Plütonyuma göre daha az tecrübe kazanılmıştır ve daha az bilinmektedir. Dolayısıyla tüm işlemlerin tamamen anlaşılabilmesi için yatırım yapmaya ihtiyaç vardır.
