Toryum Nedir? (Özellikleri, Kullanımı, Rezervleri)

Toryum, uranyuma alternatif bir radyoaktif elementtir. Nükleer uygulamalarda kullanılabildiği için stratejik bir madde olarak görülüyor.

Toryum, son yüzyılın en önemli stratejik hammaddelerinden biri olarak kabul ediliyor. Yerkabuğunda nadir bulunan, düşük radyoaktif bir metaldir. Yoğunlaştırılmış bir yakıt olan toryum, diğer nükleer yakıtlara oranla daha çevreci bir nükleer enerji kaynağıdır. Geleceğini heyecanla bekleyen bir nükleer yakıt konumundaki toryum, kritik element olarak varlığını sürdürüyor. Türkiye’deki toryum rezervi miktarı konusunda çelişkili rakamlar var. Ancak mevcut rezervin işletilerek toryum üretilmesi ekonomik bulunmuyor. Uranyumun en güçlü rakibi ve alternatifi olan toryum, önümüzdeki yıllarda çok tartışılacağa benziyor.

Tarihçesi

Toryum, 1828 yılından İsveçli kimyager Jöns Jacob Berzelius tarafından keşfedildi. Berzelius, Norveçli mineralog Hans Morten Thrane Esmark’tan Norveç Lovo Adası’nda bulunmuş siyah bir mineral örneği aldı. Mineral, yüzde 60 oranında henüz keşfedilmemiş toryum içeriyordu. Demir, manganez, kurşun, kalay ve uranyum gibi elementler de içeren minerale karbon ve potasyum ile bazı işlemler uygulayan Berzelius, toryumu izole etti. 1898 yılında Polonyalı fizikçi Marie Cruie ve Alman kimyager Gerhard Schmidt tarafından tanımlandı ve radyoaktif olduğu tespit edildi.

Toryumla ilgili bazı tarihi gelişmeleri şöyle sıralayabiliriz:

• 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.
  

“Toryum” kelimesi, mitolojik İskandinav efsanelerinde adı geçen şimşek tanrısı Thor’dan türetilen bir kelimedir.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Toryumun kimyasal sembolü “Th”dir. Atom numarası 90, atom ağırlığı 232, yoğunluğu 11,7 grcm3’tür. Erime noktası 1750 derece, kaynama noktası 4790 derecedir. Periyodik tablonun 3-B grubunda yer alır. Gümüşî beyaz, kurşun rengindedir. Aktonitler element serisinde bulunan toryum, radyoaktif bir elementtir. Saflaştırıldığında alüminyum ve çelik görünümündedir. Saf toryum yumuşaktır, tel ve levha haline getirilebilir. Toryum oksit, tüm oksitlerin arasında en yüksek erime noktasına sahiptir.

Havadan etkilenmez. Hidroklorik asitten etkilenir. Akkor kıvılcım çıkararak oksitlenir. Toz metali formu kolay tutuşur. Sıcakta halojenler, hidrojen, kükürt ve azotla bileşikler oluşturabilir. Parlaklığını birkaç ay kararmadan koruyabilir. Havada ısıtıldığında tutuşarak beyaz bir ışık saçar.

Doğada serbest halde bulunmaz. Yerkabuğunun yüzde 0,0007’lik kısmını içerir. Yaklaşık 60 mineral, toryum içerir. 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.

Hangi Alanlarda Kullanılır?

Toryum, radyoaktif bir element olarak önemli bir atom enerjisi kaynağıdır. Nükleer reaktörler için temiz bir yakıttır. Yani çevreye uranyumdan daha az zarar verir. Yakıt döngüsünde uranyumdan daha az plütonyum ve trans uranyum elementleri üretir. Bu sebeple nükleer yakıt olarak uranyumun yerini alabilecek kapasitededir. Toryumla çalışan ticari ve ekonomik ölçekli nükleer tesis bulunmuyor; ancak nükleer yakıt olarak kullanılması için bazı ülkeler çalışmalar devam ediyor. Toryumun nükleer santrallerde kullanılmaya başlanması durumunda rezervleri ticari anlamda değerlendirilebilecek ve ekonomik değeri belirlenebilecektir.

Toryumun nükleer yakıt olarak kullanılabilmesi için aşılması gereken bazı sorunlar var. En önemli problem “nükleer yakıt çevrimi” sorunu olarak karşımıza çıkıyor. 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 uygulanamıyor.

Toryum, tek başına nükleer yakıt olarak kullanılamaz. Fertil bir izotop olan “Toryum-232” izotopunun “Uranyum-233” izotopuna dönüştürülmesi gerekiyor. Bir nötron yutarak fisyon yapabilen izotop olan Uranyum-233’e uygulanan fisyon (atom çekirdeği parçalama) işleminin ardından büyük bir enerji açığa çıkıyor. Ancak nükleer yakıt çevrimi sürecine katılamadığı için toryumla çalışan ticari ölçekli nükleer santral bulunmuyor; bu santrallerin prototipleri ABD, İngiltere ve Almanya’da denenmektedir. Ticari üretimi olmaması sebebiyle toryumun enerji hammaddesi olarak tüketimi çok azdır.

Toryumun kullanıldığı diğer ürün ve alanlar ise şunlardır; 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, kimyasal işlemler…

Hangi Ülkelerde Ne Kadar Rezervi Bulunur?

Dünyadaki toryum içeren cevher rezervi toplam 2,7 milyon ton civarındadır. Toryum rezervi bulunan ülkeler ve rezerv miktarları şöyledir; Avustralya (489 bin ton), ABD (400 bin ton), Türkiye (380 bin ton), Hindistan (319 bin ton), Brezilya (302 bin ton), Venezuela (300 bin ton), Norveç (132 bin ton), Mısır (100 bin ton), Rusya (75 bin ton), Gröland (54 bin ton), Kanada (44 bin ton), Güney Afrika (18 bin ton), diğer ülkeler (33 bin ton).

Türkiye’deki toryum rezervi bakımından teyide muhtaç bazı bilgiler var. Dünyadaki en büyük toryum rezervlerinden birinin Eskişehir’in Sivrihisar ilçesinde bulunduğu belirtiliyor. Sivrihisar-Kızılcaören bölgesindeki toryum ve nadir toprak elementleri kompleks cevher yatağı rezervinin toplam 344 bin ton civarında olduğu tahmin ediliyor. Bu rezervin tenörü ise % 0,21 olarak öngörülüyor. Bu cevherin zenginleştirilmesi ve diğer elementlerle birlikte toryum üretilmesi için bazı teknik sorunlar bulunuyor. İlgili kurumların araştırmaları sonucu bu rezervdeki toryum ticari ölçekte görülmedi. Yani binde 21 tenörlü toryumu işletmek ekonomik açıdan mantıklı bulunmuyor.

Malatya-Hekimhan-Kuluncuk bölgesinde de nitelikli toryum potansiyeli bulunduğu belirtiliyor. Diğer rezervler ise, Ankara-Beypazarı, Felâhiye, Diyarbakır ve Sivas bölgelerinde bulunuyor. Türkiye’deki toplam potansiyel toryum rezerv miktarının ise en az 800 bin ton olduğu iddia ediliyor. Bu rezervdeki saf toryum miktarının ise 7 bin ton olduğu öngörülüyor.

Bu noktada bir ayrıntıyı paylaşmakta fayda var: Türkiye’deki toryum rezervi ve ekonomik değeri ile ilgili uçuk rakamlar paylaşılıyor. Örneğin Türkiye’deki toryum rezervi değerinin 120 trilyon dolar olduğu belirtiliyor. Yani ABD’nin milli gelirinin yaklaşık 10 katı. Bu rakam doğru değil. Çünkü potansiyel rezervin tamamı saf toryum değil. Bu cevherler sadece binde 20 kadar saf toryum içeriyor. Türkiye’deki saf toryum miktarı baz alındığında 7 bin ton toryumun ekonomik değeri 3 trilyon dolar civarındadır. Toryum rezervinin bulunup cevherin çıkarılması, işlenmesi, toryum oksit veya saf toryum üretilmesi, bu sürede dünyadaki enerji ihtiyacı ve toryumun piyasa değerinin değişimi gibi faktörler göz önüne alındığında toryumun toplam değerinin madenciliğini karşılayacak kadar ekonomik olmadığı gerçeği ortaya çıkıyor.

(Bir nükleer reaktör)

Bunları Biliyor Musunuz?

• Bir çuval toryumun bir şehri ısıtabilecek kapasitesinin olduğu iddia edilir.
  
• Bir ton toryumun 1 milyon ton petrolle eşdeğer olduğu belirtiliyor.
  
• Bir iddiaya göre 6600 ton toryumun enerjisi; 65 bin ton uranyum, 5 milyar ton kömür, 31 milyar varil petrol ve 3 trilyon metreküp doğalgaz enerjisi ile eşdeğer.
  
• Günümüzde ticari olarak değerli görülmeyen saf toryumun kilogramı bir dönem 5 bin dolar civarındaydı.
  
• Th-232 izotopu, bir fotoğraf filmini birkaç saat içinde bozabilecek kadar radyoaktiftir.
  
• Toryum, 1898 yılında radyoaktif olduğu tespit edilinceye kadar diş macunlarında kullanılmış.
  
• Toryum tabanlı bir enerji üretimi için yüksek maliyetli tesislerin kurulmasına ihtiyaç vardır. Bu tesislerin kurulması ticari anlamda ekonomik görülmediği için dünyada henüz toryum yakıtlı tesis kurulmamıştır.
  
• Türkiye’deki toryum ve uranyum potansiyeli ve üretimi ile ilgili bilimsel araştırmalar yapan Prof. Dr. Engin Arık ile 5 bilim adamı, 30 Kasım 2007 tarihinde Isparta’da düşen uçakta hayatını kaybetti.
  
• Toryum, nükleer silah yapımında kullanılabileceği için üretimi riskli bulunan maddeler arasında yer alır.
  
• Hindistan, prototipini geliştirdiği 300 MW’lik toryum nükleer reaktörle 2050 yılına kadar elektrik ihtiyacının yüzde 30’unu karşılamayı planlıyor.
  
• Çin’de tüm ülkenin elektrik ihtiyacını 20 bin yıl boyunca karşılayacak miktarda toryum rezervi olduğu iddia ediliyor.