TORYUM NÜKLEER YAKIT DÖNÜŞÜMÜNÜN PERSPEKTİFİ, ESKİŞEHİR ve ÜLKEMİZ AÇISINDAN ÖNEMİ Prof.Dr. Muammer Kaya Eskişehir-Osmangazi Üniversitesi Teknoloji Araştırma.

... konulu sunumlar: "TORYUM NÜKLEER YAKIT DÖNÜŞÜMÜNÜN PERSPEKTİFİ, ESKİŞEHİR ve ÜLKEMİZ AÇISINDAN ÖNEMİ Prof.Dr. Muammer Kaya Eskişehir-Osmangazi Üniversitesi Teknoloji Araştırma."— Sunum transkripti:

1 TORYUM NÜKLEER YAKIT DÖNÜŞÜMÜNÜN PERSPEKTİFİ, ESKİŞEHİR ve ÜLKEMİZ AÇISINDAN ÖNEMİ
Prof.Dr. Muammer Kaya Eskişehir-Osmangazi Üniversitesi Teknoloji Araştırma Merkezi (TEKAM) Müdürü Maden Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi

2 TORYUM NEDİR? Atom numarası 90 Atom ağırlığı 232 Yoğunluğu 11.7 gr/cm3
Gümüş beyazı renkli, metalik 1828 yılında İsveçli Jöns Berzelius tarafından keşfedilen, yeryüzünde nadir bulunan aktinitler grubunda yer alan radyoaktif bir elementtir. Toryum dünya yer kabuğunda 9.6 ppm oranında bulunan torit (ThSiO4), torianit (ThO2) ve monazit ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4)’ten elde edilir. Monazit, titanyum ve zirkonyumun kazanımı esnasında elde edilir.

3 Monazite Toryum Cevheri Toryum Yakıtı
Toryum yaklaşık 60 elementin yapısında bulunmaktadır. Th-232 doğada bulunan dört toryum izotopundan en yaygın olanıdır. Th-232 radyoaktif alfa parçacıkları yaymakta olup uzun bir yarılanma süresine sahiptir. Toryum, uranyumdan yer kabuğunda üç-dört kat daha bol bulunmaktadır Monazite Toryum Cevheri Toryum Yakıtı

4 MONAZİT ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4)
Toryum dünyada temel olarak monazitin saflaştırılması sonucu bir yan ürün olarak elde edilmektedir. Monazitin toryum içeriği %4 ile %12 arasında değişmektedir. Nadir toprak elementlerine talep olmaksızın sadece toryum için genelde monazit madenciliği yapılmamaktadır.

5 Tablo 1: Uranyum ve Toryumun Özellikleri (Kaya, 2002c)
Formül U Th Atom Numarası Periyodik Grubu 92 Aktinit Nadir Toprak Elementi 90 Nötron Sayısı 146 142 Atom Ağırlığı (gr) 238.03 232.04 Yoğunluk (gr/cm3) (20oC’de) 18.9 11.72 Oda Sıcaklığındaki Hali Katı, radyoaktif, çekilebilir, dövülebilir Renk (metal) Gümüşümsü beyaz Gümüşümsü gri/beyaz Fiziksel Data Kabuk Orbital İyonlaşma Potansiyeli (eV) Oksidasyon Durumu Elektriksel İletkenlik 2, 8, 18, 32, 21, 9, 2 [Rn] 5f36d17s2 6.1941 6, 5, 4, 3 0.0380*106 2, 8, 32, 18, 10, 2 [Rn] 6d27s2 6.08 11.504 20.003 4 0.0653*106 Termal Data Ergime Noktası (oC) Kaynama Noktası (oC) Spesifik Isı (J/gK) Fizyon Isısı (kJ/mol) Buharlaşma Isısı (kJ/mol) Termal İletkenlik (WcmK) 1132 3818 0.12 8.520 477.0 0.276 1750 4000 16.10 514.40 0.540 Atomik Data İyonik Yarıçapı (A) Kovalent Yarıçapı (A) Atomik Hacim (cm3/mol) Kristal Yapısı 0.81 1.42 12.59 Ortorombik 1.05 1.65 19.9 Yüzey Merkezli Küp Ana Cevherleri (Doğada serbest halde bulunmaz, bileşik halinde bulunur) Uranit (U02) (Mak. U %88) Monazit (Ce, La, Th, Y)PO4 (mak. Th %71) Torit (ThSiO2) Torianit (ThO2)

6 Ort. Yer Kabuğundaki Miktarı (ppm)
2.7 9.6 Ort. Deniz Suyundaki Miktarı (ppm) 0.003 Mineral Ömrü (Rezerv/Tüketim) (Yıl) 50-60 yıl +100yıl Ort. Min. Üretilebilecek Tenör (%) 0.01 ABD’de kişi Başına Tüketim (g/kişi) 50 ABD’nin 2001 Yılı Stoku (t) 3219 Keşif Tarihi, Bulan, Yer 1789 (Martin Klaproth, Almanya) 1828 (Jöns Berzelius, İsveç) 1gr U/Th’ın Eşdeğer Yakıt Karşılığı Petrol Kömür Odun Doğal Gaz 1228 kg (9 varil) 3 ton 7.5 ton m3 Bilinen Dünya Rezervi Toplamı (t) (U3O8) (ThO2) Dünya’da Bulunan Ülkeler Avustralya, G.Afrika, Brezilya, Kanada, , Nijer, BDT Avusturya, Brezilya, Kanada, Arjantin, Hindistan, G. Afrika, ABD, Türkiye, Grönland Yıllık Ort. Üretim Miktarı (t) 34582 Fiyatı ($/kg) 90 $/lb (U308) 27(ThNO3) (ThO2, %99.9) (Th metal %99.9) Nükleer Özellikleri Dengeli Nihai Bozunma Ürünü Parçalanma Sırası En Yaygın Doğal İzotopları (Yarılanma Süresi) Diğer izotoplar 208Pb Parçalanma sırasında daha fazla aşamadan geçip (15 kademe) daha çok radyoaktif çekirdek verir 238U (4.47*109 yıl) Parçalanma sırasında daha az aşamadan geçip (11 kademe), daha az radyoaktif çekirdek verir 232Th (1.4*1010 yıl) Th ve Th Türkiye’deki Potansiyeli % U3O8 tenörlü Manisa-Köprübaşı yatağı 9129 t rezerve sahip Yozgat-Sorgun’da %0.1 U3O8 tenörlü yatak vardır %0.21 ThO2 tenörlü t Eskişehir-Sivrihisar kompleks cevheri Malatya-Kulancak’ta zuhur var Kullanım Cam pigmenti, nükleer reaktör yakıtı ve bomba hammaddesi Mg-Th kuvvetli alaşımları, fotoelektrik hücre, yüksek kaliteli mercek, nötronlarla bombardıman sonucunda 233U’ya dönüştürülerek nükleer yakıt

7 DÜNYA TORYUM REZERVİ ÜLKELER TON Avustralya 340.000 Hindistan 300.000
Dünyada kesin toryum rezervleri konusunda sağlıklı bilgiler bulunmamaktadır. Eldeki veriler tahminden öteye geçmemektedir. 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. ÜLKELER TON Avustralya Hindistan ABD Norveç Kanada Güney Afrika 39.000 Brezilya 18.000 Malezya 4.500 Diğer Ülkeler Toplam Kaynak: U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2007 *Tahmin

8 Rezervler birincil olarak nadir-toprak minerali monazit içindedir
Rezervler birincil olarak nadir-toprak minerali monazit içindedir. Rezervler daha çok plaser yataklar şeklinde bulunmaktadır. Damar tipi dissemine/saçınımlı kompleks/karmaşık monazit rezervleri daha az bulunmaktadır. Toryum nadir toprak elementleriyle birlikte yan-ürün olarak üretilmektedir. Toryum içeriği daha fazla olan toritler daha iyi toryum kaynağı olabilir. ABD dünyanın uydusu ay yüzeyinde toryum bulmuştur. Toryum ay yüzeyinde bulunan 4. en yaygın elementtir.

9 TÜRKİYE’DE TORYUM Toryum aramaya yönelik ilk çalışma ve havadan proseksiyon 1959 yılında MTA tarafından başladı. Bu çalışma sonucunda Eskişehirili Sivrihisar ilçesinin kuzey batısında Kızılcaören köyü yöresinde Toryum bulundu. 1970’li yıllar-da toryum amaçlı, yılları arasında ise toryuma ilaveten florit (CaF2), barit (BaSO4) ve nadir toprak elementlerine (Ce02, La2O3, Nd2O3) yönelik etütler tamamlanmıştır. 2840 sayılı devletçe işletilecek madenler yasasına göre bu yatakların (radyoaktif minerallerin) işletim hakkı, bulma hakkı saklı kalmak kaydıyla Eti Holdinge devredilmiştir. Sivrihisar’daki nadir toprak elementleri ve toryum kompleks cevher yatağında yaklaşık 380 bin ton görünür ThO2 rezervi saptanmıştır. Söz konusu yatağın Yaylabaşı ve Kocayayla sektörlerinde yeterli sayıda sondaj yapılmamıştır. Diğer taraftan, Malatya-Hekimhan-Kuluncak’ta da toryum bulunduğu tahmin edilmektedir. Bütün bu çalışmalar tamamlandığında Türkiye’nin toplam toryum rezervinin iki katına çıkma ihtimali bulunmaktadır.

10 SİVRİHİSAR TORYUM CEVHERİ
Sivrihisar yatağı çok çeşitli minerallerden oluştuğu için kompleks cevher olarak adlandırılmaktadır. Bu yatakta florit, barit ve bastnazit amaçlı çalışmalar 0-50 metre derinlikte yürütülmüş, toryum amaçlı çalışmalar ise 400 metre derinliğe kadar ulaşmıştır. Bu çalışmalar sonucu bulunan yaklaşık 380 bin ton toryumun ortalama tenörünün %0.21 olduğu saptanmıştır Bu yataklardaki toryum tenörü seçme numunelerde %3’e kadar çıkabilmektedir. Tenörün dağılımı homojen olmadığından tüm sahayı kapsayacak bir harita çıkarılamamış, hesaplamalarda her bir damardan alınan örneklerin kimyasal analiz sonuçlarının geometrik ortalaması alınmıştır. Sivrihisar cevher kompleksi içinde diğer minerallerin dağılımı ise florit %37,44, barit %31,04 ve bastnazit %3,14 şeklinde gerçekleşmiştir.

11 Kaynak: MTA, ETİ HOLDİNG, TAEK
Eskişehir-Sivrihisar Toryum Rezervleri* (T) ThO2 Rezervi Ortalama Tenör (%) Küçük Höyüklü Sektörü 97.560 0,196 Koca Devebağırtan Sektörü 0,217 Toplam 0,212 Kaynak: MTA, ETİ HOLDİNG, TAEK *Tahmin

12 TORYUM ZENGİNLEŞTİRME ÇALIŞMALARI
Cevherin zenginleştirilmesiyle ilgili teknolojik sorunlar henüz tam olarak çözülmüş değildir. MTA, Türkiye Atom Enerjisi Kurumu (TAEK) ve Eti Holding tarafından yapılan teknolojik deneyler, yatağın doğrudan toryum olarak değerlendirilmesini başaramamıştır. Bu çalışmalarda kompleks cevhere klasik yöntemler uygulandığında toryumun belli bir fraksiyonda toplanamayacağı görülmüştür. Sadece toryum elde etmeye yönelik cevher çözündürme işlemi uygulandığında ise yüksek verimli toryum elde edilebilmesine rağmen işletme maliyetinin yüksek olduğu sonucuna görülmüştür. Saha, nadir toprak elementleri, barit ve florit içerdiğinden, yatağın kompleks cevher olarak değerlendirilmesine ve toryumun yan ürün olarak kazanılmasına yönelik ciddi/kapsamlı çalışmaların Üniversitelerin katkılarıyla desteklenmesi zorunludur. TAEK, DPT’ye Türkiye’nin toryum rezervlerinin kesin olarak tespit edilmesi ve kullanım imkanlarının araştırılması için bir “Toryum Projesi” sunmuştur. Projede toryum rezervleri TAEK ve MTA tarafından yerden ve havadan araştırılacak ve daha önce yarım kalmış çalışmalar tamamlanacaktır.

13 DÜNYA TORYUM ÜRETİMİ Toryumun enerji dışı kullanım alanlarının sınırlı olması üretiminin cazibesini azaltmaktadır. Enerji alanındaki araştırmalar ve yeni küçük taşınabilir toryumlu reaktörlerin gündeme gelmesi ve nükleer silahlardan/bombadan kaçış, Hindistan ve Norveç gibi toryum zengini ülkelerin toryumu alternatif nükleer yakıt olarak görmeleri sonucunda toryum üretimin yakın gelecekte büyük artışlar kaydedeceği de bir gerçektir. Mevcut kayıtlara göre dünya toryum üretiminin büyük çoğunluğunu Hindistan gerçekleştirmek-tedir.

14 DÜNYA MONAZİT ÜRETİMİ (T)
ÜLKELER 1998 1999 2000 2001 Hindistan 5.000 Malezya 517 1.147 818 510 Brezilya 200 Sri Lanka - Toplam 5.920 6.550 6.020 5.710 Kaynak: World Mineral Statistics, British Geological Survey, *Tahmin Dünya toryum üretiminin büyük çoğunluğunu Hindistan gerçekleştirmektedir. Tablodaki ülkelere ilaveten, Çin, Endonezya, Nijerya, G. Kore, K. Kore ve eskiden Sovyetler Birliğine bağlı olan bazı ülkelerin de monazit ürettiği tahmin edilmekle birlikte kesin veriler bulunmamaktadır. Büyük miktarda rezerve sahip olan ABD 1994 yılından beri monazit üretimi yapmamakta ve daha çok uranyum üretimine konsantre olmaktadır. Dünya toryum talebinin yetersiz oluşu ve şimdilik çıkarma maliyetlerinin yüksekliği nedeniyle Türkiye de toryum üretimi yapmamaktadır.

15 TORYUMUN ENERJİ DIŞI KULLANIM ALANLARI
Th-Mg alaşımı Yüksek sıcaklığa mukavim ve hafif alaşım (%20-%80) Toryum Nitrat Kaynak elektrodu yapımı Magnetron katot tüpleri ve hareketli dalga tüpleri (TWT) imalatında Bu tüpler mikro dalga frekansında elektron yaydıklarından hava trafik kontrol, gözlem, hava tahmini radar sistemlerinde; silah sistemlerinde ve mikro dalga fırınlarda kullanılır. ThO2 Yüksek ısı dayanımına sahip (3300°C) Havacılık ve uzay araştırmalarında Welsbach lamba fitil/gömlekleri (fener, lüx, piknik lambalarında) Pota ve seramik parça imalatında Yüksek kaliteli mercek imalatında Bilimsel cihazlarda Petrol distilasyonunda Sülfürük asit üretiminde Amonyağın nitrik asite dönüştürülmesinde katalizör olarak Th metal Tungsten lamba filamentleri kaplamasında Elektronik cihazlarda ve TV’lerde

16 NÜKLEER YAKIT OLARAK TORYUMUN TARİHÇESİ
Dünya’da sadece toryum için işletilen bir yatak bulunmamaktadır. Toryum ancak nadir toprak elementleri üretiminden yan ürün olarak elde edilmektedir. Toryum, ya plaser monazit ((Ce,La, Th, Nd, Y)PO4) yataklarından (Hindistan) kolay/ucuz olarak kazanılmakta ya da kompleks cevherlerden (Türkiye) zor/pahalı olarak kazanılmaktadır. Toryum direkt olarak kendiliğinden “bölünen/fisil” radyoaktif yakıt olmayıp, nükleer reaktör içinde nötron bombardımanı ile bölünebilir ürün veren “verimli” bir maddedir.

17 ABD ve Dünyada Toryumlu Nükleer Enerji Üretiminin Tarihçesi
: Toryum nükleer reaktörlerde yakıt olarak nükleer enerjinin doğduğu 1950’li yıllarda başladı. ABD’deki önemli Brookhaven, Oak Ridge ve Los Alamos laboratuarlarında Manhattan Projesi devam ettirildi. Th’dan U233 eldesiyle nükleer silah üretiminin Pu daha kolay olduğu düşünüldü. 55 kg U ’de elde edildi. : Th’un enerji uygulamaları INFCE’nin (Uluslararası Nükleer Yakıt Dönüşüm Değerlendirmesi) 1980 tahminlerinden sonra arttı. 900 t Th’dan ABD’de yaklaşık 1.5 t U233 ayrıldı. Bir çok prototip Th reaktörü ABD, Almanya ve Fransa’da inşa edildi t Th zenginleştirildi. : ABD başkanları Ford ve Carter nükleer enerjiyi desteklemedi. Th yakıtlı reaktörlere ilgi azaldı. ABD’nin toryum rezervlerine sahip olmaması ve uranyum yataklarına sahip olmasından dolayı uranyum yakıtlı reaktörleri desteklemektedir. 2000 yılından Bugüne: Hindistan 1 milyar nüfusuna yerli enerji üretmek için nükleer enerjiyle ilgilenmektedir. Dünyanın ikinci büyük monazit yataklarına sahip olduğundan ( t monazit) Th reaktörlerle ilgilenmektedir. Ayrıca dünyanın 3. büyük toryum rezervine sahip Norveçli Thor Energy Mart 2007’de toryum yakıtlı nükleer reaktör kurma isteğini açıklamıştır (Reuters, 2007). Thor Energy mevcut nükleer teknoloji ile 2 GW’lık yaklaşık 4 milyar $’a Norveç’in enerji ihtiyacının %15’ini karşılayacak toryum yakıtlı reaktör yapma isteğini hükümete bildirmiştir. AB, ABD, Kanada; Japonya ve Pakistan toryumlu reaktörlerle ilgilenmektedir.

18 NÜKLEER YAKIT OLARAK TORYUM
Radyoaktif U238 ve Th232 arasında çarpıcı benzerlikler vardır. Nötron bombardımanı ile U233’e dönüştürülen Th232 nükleer reaktörlerde daha uzun süre kaldığından daha ucuza elektrik üretiminde kullanılabilmektedir. Böylece kömür ve doğalgazlı santrallar ile nükleer santrallar rekabet edebilir. Bu yakıt aynı zamanda tüm uranyum yakıtlı reaktör-lerden daha az atık yaratır

19 TORYUM YAKITLI REAKTÖRLER
Son yıllarda fosil yakıtların sebep olduğu küresel ısınma nükleer enerjiyi tekrar ön plana taşımıştır. Bugün dünyadaki aktif 443 olağan nükleer reaktörün tamama yakını Uranyum yakıt kullanmaktadır. Doğal uranyum %99.3 U238 zincir reaksiyon vermez. %0.7’lik U235 parçalanabilir ve zincir reaksiyon verebilir. Birçok nükleer reaktör kısmen zenginleştirilmiş (yaklaşık %4 U235) uranyumla çalışır. Uranyuma zıt olarak Th parçalanabilir izotoptan mahrumdur. Fakat nötron bombardımanına tabi tutulduğunda verimli/parçalanabilir U233 izotopu verebilmektedir. Th cevheri U233 yakıtı üretir. Daha sonra üretilen bu yakıt reaktörden ayrılır ve aynı reaktöre kapalı devre dönüşüm için tekrar beslenir.

20 TORYUM YAKITLI REAKTÖRLER
Son onlarca yıldır, birçok ulus (Almanya, Hindistan, Rusya, İngiltere, Japonya, Brezilya ve ABD) (Th-U), (Th-Pu) ve (Th-U-Pu) yakıtlı reaktörleri denemektedir. Bazı devletler toryum yakıtlı gaz/su soğutmalı güç reaktörleri ile ilgili çalışmaları terk etse de 1990’ların ortalarından beri dünyanın önemli toryum rezervlerine sahip Hindistan ve son zamanlarda Norveç toryum yakıtlı reaktörlere ilgisini artırarak sürdürmektedir.

21 TORYUM YAKITLI BUGÜNE KADAR KULLANILMIŞ REAKTÖRLER
Radkowski Hafif Su Reaktörü (LWR) Yüksek Sıcaklıklı Gaz-Soğutmalı Reaktörler (HTGR) Hızlı Üretici Reaktör (FBR) Ağır Su Reaktörleri (HWR) Basınçlı Su Reaktöreleri (PWR) Enerji Yükselteçli/Hızlandırıcılı Reaktörler (Energy Amplifier) (EA) Hızlandırıcı Sürücü Sistemleri (ADS) Çakıl Yataklı Modüler Reaktörlerde (PBMR)

22 Enerji Yükselteçli/Hızlandırıcılı Reaktörler (Energy Amplifier)
Nobel ödülü sahibi Prof. Carlo Rubbia, Avrupa Nükleer Enerji Merkezinde (CERN) enerji yükselteçli reaktör tasarladı. Yeraltında 30 m derinliğinde ve 6 m çapında t kurşun içeren enerji yükselteçinde yüksek enerji protonları proton ışın turbünden reaktörün kalbinde çıkar. Parçalanma hızı proton hızlandırıcısı tarafından belirlenir. Eğer hızlandırıcı proton göndermeyi keserse, reaktördeki parçalanma anında durur. Bu yüzden bu reaktörlerde durma kolay olmakta ve olası kazalar önlenmektedir. Toryum yakıt kullanan, hızlandırıcı ile tetiklenen yeni tip nükleer santrallara, henüz deneme safhasında olmasına rağmen geleceğin ana enerji kaynağı olarak bakabiliriz. Th yakıtlı bu reaktörlerden çıkan atıklar U-yakıtlı reaktörlerden çıkan atıklara nazaran daha kısa-ömürlüdür. Yani Th-yakıtlı reaktörler daha çevrecidir. Enerji hızlandırıcılı reaktörler sadece enerji üretmek amacı ile tasarlanmış ve çevre dostudur. Hızlandırıcı ile tetikleniyor olması nedeni ile patlama tehlikesi yoktur. Diğer enerji kaynaklarıyla karşılaştırıldığında 3-5 kat daha ucuz enerji sağlayabilecektir.

23 DÜNYADA NÜKLEER ENERJİYE BAKIŞ
Dünyada ticari nükleer güç santralarının büyümesi 1970’lerde atık yok etme, maliyet, atom bombası yapılma ihtimali ve emniyet açısından olan bir çok endişe nedeniyle yavaşlamıştır. Son yıllardaki küresel ısınma, Kyoto protokoluna göre CO2 sınırlamaları, gelecekteki enerji talebinin sadece fosil yakıtlardan karşılanamayacağı gerçekleri nükleer enerjiye tekrar dönmeyi zorunlu kılmaktadır. Eğer nükleer reaktörler daha emniyetli ve daha ekonomik yapılabilirse, dünyada özellikle gelişmekte olan ülkelerde daha yaygın kullanılacaktır. Geleneksel büyük hafif sulu reaktörler 1000 MW'tan daha fazla elektrik üretmek için tasarlanmaktadır. Bu reaktörlerin yapımı ve nükleer yakıt çevrim yönetimi önemli maliyet gerektirmektedir. Gelişmekte olan ülkelerin çoğu bu büyüklükteki reaktörlere ihtiyacı yoktur. Gelişmekte olan ülkelerin bu büyüklükteki enerji altyapısını destekleyecek enerji sistemleri ve eğitimli personeli yoktur. Bu ülkeler daha küçük, otomatik kontrollu, daha az bakım gerektiren, güvenilir enerjiyi daha uzun süre (30 yıl gibi) sağlayan, daha az yakıt besleme ve değiştirme gerektiren enerji sistemlerine ihtiyacı vardır

24 Westinghouse AP1000 (üçüncü jenerasyon) U-yakıtlı reaktörü (1
Westinghouse AP1000 (üçüncü jenerasyon) U-yakıtlı reaktörü (1.1 gigawatt elektriği üretebilecek) 1.5 milyar $’a mal olmaktadır. Bu reaktör yıllık 50 milyon $ bakım ve 30 milyon $ yakıt masrafı gerektirmektedir. Dördüncü jenerasyon reaktörler (SSTAR) geleceğin teknolojisi olup, üçüncü jenerasyon reaktörlerden daha ekonomiktirler. Dördüncü jenerasyon reaktörlerin yatırım maliyeti düşük, nükleer emniyeti fazla, atık üretimi minimum ve nükleer bomba yapımında kullanılacak plütonyum üretimi daha azdır. Dördüncü jenerasyon reaktörler enerji ihtiyacı fazla olan gelişmekte olan ülkelere daha uygundur. Bu reaktörlerin ticari olarak kullanımı ’lerde başlaması tahmin edilmektedir. 100 megawatlık küçük, kapalı (sealed), taşınabilir, özerk (autonomous) SSTAR reaktörleri 15 yükseklikte, 3 m genişlikte ve 500 t ağırlığındadır

25 SSTAR REAKTÖRÜ SSTAR reaktörleri düşük basınçlı Pb veya Pb-Bi soğutma malzemesi kullanarak büyük sulu/yüksek basınçlı reaktörlere nazaran daha küçük ve kompakttır. Buhar jeneratörü reaktör tankı içinde bulunur. Bu kendi kendini yöneten reaktör sadece birkaç cm koruyucu muhafaza kullanmaktadır. Reaktör küçük olduğundan reaktör sıcaklığı ve muhafaza gereksinimi azdır. Reaktör tavlama-dirençli kendi kendine yeten kapalı kap olarak tasarlanmıştır. Amaç güvenilir ve ucuza elektrik, ısı ve taze su üretmektir. Tasarım aynı zamanda hidrojen üretiminde de kullanılabilir. Reaktörde yeni-yakıt besleme ve yanmış yakıt uzaklaştırma için süre harcanmamakta olup sürekli ve çok az personelle çalıştırılabilmektedir

26 SSTAR TORYUM REAKTÖRÜ

27 TORYUM-YAKITLI NÜKLEER REAKTÖRLERİN URANYUM-YAKITLI REAKTÖRLERE OLAN AVANTAJLARI
Toryum hem daha ucuz hem de doğada uranyuma nazaran üç-dört kat daha boldur. Fazla üretim/tüketim halinde Toryum uranyumdan daha ucuza üretilebilir.Toryumun bugün pahalı olmasının nedeni kütlesel üretim/tüketim olmamasından talep azlığıdır. Kitlesel üretimde fiyatı 10$/kg kadar gelebilir. U3O8’in 2007 pound fiyatı 90 $’dır Küresel toryum rezervleri dünya enerji ihtiyacımızı binlerce yıl karşılayabilir. Oysa 60 yıllık uranyum rezervi kalmıştır. Nükleer endüstri asıl kazancını yakıt satışından kazanmaktadır GW’lık bir U-yakıtlı geleneksel nükleer reaktör yılda 30 milyon $’lık yakıt tüketir. Ortalama 60 yıl ömre sahiptir. 500 kişi istihdam sağlar ve 50 milyon$/y personel harcaması olur. Toryumdan nötron bombardımanı ile bölünebilir U-233 üretimi, U-238’den plütonyum üretimine nazaran daha verimlidir. Çünkü toryumdan daha az sayıda ve yarılanma ömrü kısa izotoplar yaratılır. Bu da üretilen birim enerji başına daha az yakıt tüketimi ve yaklaşık iki kat daha az nükleer atık (minimum radyoaktif atık) anlamına gelir. Nükleer yakıt olan toryum oksit, uranyum oksitten daha dengeli bir bileşiktir. Bu yüzden yakıt peletleri ile reaktörün metal muafazasının kimyasal reaksiyonu ve soğutma suyunun koruyucu muhafazayı yarması/oyması ihtimali daha azdır. Yani toryum reaktörleri daha emniyetlidir. Toryum oksit uranyum oksitten %10-15 daha yüksek ısısal iletkenliğe sahiptir. Bu da reaktörde ısı transferini kolaylaştırmaktadır.

28 TORYUM-YAKITLI NÜKLEER REAKTÖRLERİN URANYUM-YAKITLI REAKTÖRLERE OLAN AVANTAJLARI
Toryum oksitin erime noktasının uranyum oksitten 600oC yüksek olması, bir sorun durumunda emniyet açısından geçici güç depolaması yapar ve soğutucu kaybını azaltır. Yüksek ısı iletkenliği ve erime sıcaklığı daha güvenli işletme anlamına gelir. Uranyum yakıtlı reaktörlerin kullanılmış yakıtların yeniden işlenmesiyle nükleer bomba/silah yapımında kullanılan plütonyum elde edilebilir. Oysa aynı miktar enerji üretmek için toryum reaktörlerinden çıkan plütonyum uranyum reaktörlerinden 5-7 kat daha azdır. Nükleer silahların yayılmasını (proliferation) engellemek amacıyla toryum esaslı reaktörler uranyum esaslılardan daha barışçıldır. Toryum ya plütonyum veya zenginleştirilmiş uranyumla birlikte ya da üçü bir arada yakıt olarak kullanılabilmektedir. Toryum yakıtlı reaktörlerde yeniden yakıt yükleme süresi uranyumlu reaktörlerden 2-3 kat daha uzundur. Toryumun örtü olarak (blanket) kullanıldığı yakıt sistemlerinde reaktörde kalış süresi (9-10 yıl) uranyum çekirdekten (seed) daha fazladır. Bu hem yakıt verimini artırır hem de yakıt maliyetini düşürür. 2010 ve 2020 yılları arasında, küresel enerji krizini çözmek için pratik olarak sınırsız enerji kaynağı toryum kullanılacaktır. Toryum yakıtlı reaktörlerde Chernobyl reaktörleri gibi erime sorunu yoktur. Toryum yakıtlı reaktörler geleneksel nükleer reaktörlerden atık olarak çıkan plüton-yumu yakabilir.

29 TORYUM-YAKITLI NÜKLEER REAKTÖRLERİN URANYUM-YAKITLI REAKTÖRLERE OLAN AVANTAJLARI
Dördüncü jenerasyon toryum reaktörleri, üçüncü jenerasyon uranyum reaktörlerine nazaran reaktörün erime olasılığını kaldırdığından hem daha emniyetli hem de kendini daha kısa sürede geri ödemektedir. Toryum yakıtlı reaktörlerde elektrik üretim maliyeti uranyum yakıtlı reaktörlerden 10 kat daha ucuza olacaktır. Toryum yakıtlı SSTAR nükleer reaktörlerin 1000 Megawattı (MW) 250 milyon$, 100 MW’ı 25 milyon $, 1 MW’ı 250 bin $, 100 KW’ı 40 bin $ olacaktır MW’lık reaktör 500 t ağırlığındadır. 5 tonluk 1 MW’lık portatif-taşınabilir reaktör yılda 20 kg toryum tüketir ve 1000 kişiye elektrik sağlayabilmektedir. 100 Kilowattlık (kW) evtipi toryumlu reaktörler $’a mal olurken yıllık işletme maliyetleri 1000 $ çıvarında olacağı tahmin edilmektedir. 10 kw’lık ev tipi toryum-nükleer yakıtlı reaktörler yılda 200 g yakıtla 10 kişiye elektrik sağlayacak ve fiatı 1000 $’da olacağı tahmin edilmektedir ( Geleceğin toryum yakıtlı nükleer portatif/taşınabilir reaktörler ısı, elektrik, tuzlu sudan taze su eldesi ve nükleer itme kuvveti olarak (otomobil, deniz altı, gemi vs) kullanılacağı tahmin edilmektedir.

30 Türkiye’de kurulacağı açıklanan nükleer santrallerin reaktör tipi de tartışma konusudur. Dünyada ağırlıklı olarak CANDU, yani ağır su ile basınçlı su reaktörleri (PWR) bulunmaktadır. Bu anlamda 1GW elektrik gücündeki bir PWR reaktörünün maliyeti 2.2 ile 2.5 milyar dolar arasında değişmektedir. Söz konusu santrallerin elektrik verimliliği daha yüksektir. CANDU reaktörlerinin ilk yatırım maliyeti diğer reaktörlere göre %10-20 daha yüksek olan bir teknolojiye sahiptir. Ancak zenginleştirilmiş uranyum yerine doğal uranyum kullanıldığı için bu tip reaktörlerin işletim maliyeti daha düşüktür. Türkiye'nin uranyum ve toryum kaynaklarını kullanma isteğine cevap verebilecek en avantajlı teknoloji olarak CANDU ve enerji hızlandırıcılı (EA) reaktörler gösterilebilir. Bugün inşa halindeki 27 reaktörün 8'i CANDU’dur. Hindistan bu tip reaktörlerden 6 tane inşa edilmektedir

31 NÜKLEER ENERJİDE URANYUMUN GELECEĞİNE BAKIŞ
Enerji tüketimindeki hızlı artışla birlikte dünyadaki kömür, petrol, doğalgaz gibi fosil yakıtların en fazla 50 yıl içinde tükenmesi beklenmektedir. Bu fosil yakıtların çevreye yaydığı CO2 ve SO2 gibi gazlar tüm dünyanın iklimini canlıların yaşayamayacağı bir hale getirmekte, kömür santrallarından çıkan küllerdeki radyoaktivite de havada yayılarak solunum ve sindirim yolları ile vücutta depolanabilmektedir. Mevcut nükleer santrallar ise atom bombası için plütonyum üretmek üzere dizayn edilmiş, daha sonra nükleer enerji üretimine adapte edilmişlerdir. Bu eski tip santralların atık problemleri ve kaza olasılıkları nedeni ile insanlık daha temiz, güvenli ve devamlılığı olan bir enerji kaynağına ihtiyaç duymaktadır

32 DÜNYADA EN FAZLA 60 YILLIK URANYUM KALDI
Nükleer santrallerde yakıt olarak zenginleştirilmiş uranyum kullanılıyor. Dünya üzerinde faaliyet gösteren 443 nükleer santralin yıllık uranyum ihtiyacı 65 bin ton seviyesinde bulunuyor. Dünyanın toplam uranyum rezervi ise 11 milyon ton düzeyinde. Araştırmalar bugün çıkarılan uranyum miktarının talebe göre en çok 60 yıl yeteceğini gösteriyor. Dünyada 19 uranyum üreticisi var. Bu ülkeler dünya uranyum üretiminin yüzde 90'ını karşılıyor

33 Türkiye’de uranyum araması 1960’lı yıllarda başlamış ve Salihli-Köprübaşı, Yozgat-Sorgun, Uşak-Fakıllı, Aydın-Demirtepe ve Küçükavdar sahalarında ekonomik olabilecek 9129 ton uranyum rezervi tespit edilmiştir. MTA 1980’li yıllarda uranyumu zenginleştirip sarı pasta elde etmişken, üretim maliyeti yüksek diyerek, çalışmalar durdurulup, çalışanlar dağılmıştır.

34 SONUÇLAR Gelişmekte olan ülkeler için nükleer enerji kalkınma ve enerji ihtiyacını karşıla-ma için şarttır. INFCE’nin 1980 tahminlerinde olduğu gibi Dünya Enerji Talebi sürekli artacaktır. Ayrıca küresel ısınma ve sera gazı etkisi sorunu ileride daha da artacaktır. Buyüzden nükleer enerji ve alternatif radyoaktif Th-yakıtı önem kazanacaktır. Nükleer enerji üretiminde Th-yakıt enerji maliyetini uzun süre yanması ve azaltılmış yakıt tüketiminden dolayı düşürmektedir. Th’dan U233 üretimi U zenginleştirmekten oldukça kolaydır. Th-yakıtlı reaktörlerin atıkları U-yakıtlılardan daha az radyotoksiktir. Th-yakıtlı reaktörler daha az miktar atık üretir. Th-yakıt birçok reaktörde direk bazılarında küçük modifikasyon sonucu kullanılabilir. Th/U yakıtında Candu, hafif sulu (LWR), Yüksek Sıcaklık ve Gaz Soğutmalı ve enerji yükselteçli (EA) reaktörler gelecek vaat etmektedir. Hızlı beslemeli reaktörler (FBR) yukarıdaki reaktörlere parçalanabilir yakıt üretebilir.

35 SONUÇLAR Th geleceğin stratejik nükleer yakıtı olmaya en yakın potansiyel adaydır. ABD, dünyanın uydusu ayda da Th bulmuştur. Türkiye dünyanın ikinci büyük düşük tenörlü kompleks Th rezervine sahip olması ve nükleer enerji reaktörleri kurma planları nedeniyle yerli nükleer yakıt olabilecek Th’a gereken önemi verip hem kompleks yerli toryum cevherini zenginleştirme hem de Th-yakıtlı reaktörler konusunda Ar-Ge çalışmalarına Üniversite-Sanayi-Devlet işbirliği kapsamında önem vermesi gerekmektedir. Kurulacak/seçilecek nükleer santralların hem uranyum hem de toryum yakıtlı çalışması ucuz, yerli ve güvenilir enerji arzı açısından çok önemlidir. Türkiye için sonsuz bir enerji kaynağı olan toryum Türkiye’nin enerji sorununu tamamen çözebilecek ve en önemlisi Türkiye hiç kimseye muhtaç olmadan 100 yıl kendi enerjisini üretebilecek bir ülke olabilecektir. Bugün enerjisinin %70’ini Rusya (doğalgaz, kömür) ve Orta Doğu Ülkelerinden (Petrol) ithal eden Türkiye enerjide bağımsızlığını ilan edebilecek böylece de üretimini, ihracatını, istihdamını ve yatımlarını artırarak kısa sürede halkının refahını gelişmiş ülkeler düzeyine yükseltebilecektir. Ülkemizde radyoaktif yakıt olabilecek uranyum ve toryum cevherlerinin yeni-den ciddi bir şekilde aranması, haritalanması ve zenginleştirilmesine acilen ihtiyaç vardır. Toryum hem Eskişehir hem de Türkiye açısından geleceğin nükleer yakıtı olma açısından gereken ilgiyi acilen görmelidir. Eskişehir, Türkiye’de nükleer yakıt zenginleştirmede öncü il olmalıdır.

36