Elementler - Toryum

Toryum (Th)

Periyodik tablonun Illb grubundaki aktinitler dizisinde yer alan radyoaktif kimyasal element.

Nükleer reaktörlerde yakıt olarak kullanılan toryumu ilk olarak 1828’de Jöns Jacob Berzelius buldu. Toryum gümüş beyazı rengindedir ama havada uzun süre kaldığında gri ya da siyaha döner. Doğadaki bolluğu yaklaşık kurşun kadar, uranyumun ise üç katı kadardır. Sanayide monazit mineralinden elde edilen toryum torit ve torikanit minerallerinde de bulunur. Toryum, flüorürünün (TI1F4) ya da dioksitinin (Th02) indirgenmesi ve klorürünün (ThCU) elektrolizi yoluyla sanayide önemli miktarda üretilmiştir.

Toryum metali ekstrüzyon yoluyla çekilebilir, haddelenebilir, dövme ya da döndürme yoluyla biçimlendirilebilir ama çekme dayanımı düşük olduğundan tel halinde çekilmesi zordur. Karbon ve toryum dioksit gibi katışkıların çok az miktarı bile toryumun çekme dayanımı ile erime ve kaynama noktası gibi öbür fiziksel özelliklerini büyük ölçüde etkiler. Magnezyuma ve magnezyum alaşımlarına yüksek sıcaklıklara dayanımını artırmak amacıyla toryum katılır. Toryum dalga boyları 2.000 ile 3.750 angström arasında değişen morötesi ışığın ölçümünde yararlanılan fötosellerde kullanılır.

Toryumun radyoaktifliğini 1898’de Gerhard Cari Schmidt ve Marie Curie birbirlerinden bağımsız olarak buldular. Doğal toryum başta çok uzun ömürlü (yarı ömrü 1,41 xl010 yıl) ve toryum ailesinin ana çekirdeği olan toryum 232 olmak üzere radyoaktif izotoplarının bir karışımıdır. Öbür izotopları uranyum ve aktinyum ailelerinde doğal olarak bulunur. Bütün uranyum cevherlerinde de toryuma rastlanır.

Toryum 232 yavaş nötronları tutarken çekirdeği bölünebilen uranyum 233 izotopuna bozunduğundan üretken reaktör yakıtı olarak çok yararlıdır. Toryumun yapay yolla izotopları da elde edilmiştir. Aktinitler dizisinden yapay element neptünyumun bozunma zincirinde oluşan, yarı ömrü 7.340 yıl olan toryum 229’dan toryum 232’nin izlenmesinde yararlanılır.

Toryum bileşiklerinin çoğunda +4 değerlidir ve birçok karmaşık iyon oluşturur. Tuğlamsı özelliği çok yüksek olan toryum dioksitin (ThCh) sanayide birçok kullanım alanı vardır. Toryum nitrat ise çok kullanılan bir toryum tuzudur.

Türkiye' de Toryum

Dünya enerjisinin geleceği olarak son dönemde ismi duyulan toryum alanında Türkiye en fazla rezerve sahip ilk üç ülkeden biri konumunda.

Bilinen toryum miktarı açısından Hindistan ilk sırada bulunuyor. Onun hemen ardından Türkiye ve Brezilya geliyor. Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu (IAEA) ve OECD verilerine göre 880 bin ton ile dünyadaki toryum rezervinin yüzde 11'i Türkiye'de bulunuyor. Diğer bağımsız kaynaklar ise ülkedeki rezervlerin bundan 3-4 kat daha fazla olduğunu ve Türkiye topraklarındaki toryumun değerinin 120 trilyon dolar olabileceğini tahmin ediyor. Isparta'da bulunan Çanaklı Madeni'nde kolay işlenebilen torit minerali şeklinde 20 bin ton rezerv var ve sadece bu rezerv 100 yıl boyunca elektrik enerjimizi karşılayabilir. Toryumla beraber atom bombası yapılamayan bir enerji üretilecek. Daha da önemlisi, hızlandırıcı sürümlü toryum yakıtlı sistemler nükleer atık problemini çözmeye imkan sağlayacak. Yüksek miktarda toryum rezervine sahip olan Türkiye'nin bu işten karlı çıkması bazı güç odaklarının işine gelmiyor. Toryumu enerjide kullanmaya başladığımızda dünyanın önde gelen ülkeleri arasında yer alabiliriz.

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.

Kullanım Alanları:

3300 derecede eriyen, toryum oksit nadir toprak oksitlerle karıştırılarak lüks lamba gömleklerinin yapımında kullanılır. Bu maddeler alevle ısıtılınca parlak bir ışık yayarlar. Toryumun magnezyumla yaptığı alaşımlar, yüksek sıcağa dayanıklı ve yüksek mekanik dirence sahiptir. Elektrikli aletlerin yapımında kullanılan tungsten tellerinin toryumla kaplanarak daha kolay elektron yayması sağlanır. Toryum oksit, elektrik ampullerinde kullanılan tungstenin tanecik büyüklüğünü denetlemekte, ayrıca yüksek sıcaklığa dayanıklı laboratuvar krözelerinin yapımında kullanılır. Toryum oksit içeren camların büyük bir bölümü kırılma indislerine sahip olduğundan yüksek kaliteli kamera merceklerinin yapımında, bilimsel aletlerin merceklerinin yapımında, amonyağın nitrik aside dönüştürülmesinde, petrolün krakinginde ve sülfürük asit yapımında katalizör olarak da kullanılır.

Toryumlu yakıt denemeleri 1960 yıllarının ortalarında başlamış olmasına rağmen güç reaktörlerinde kullanılmasına 1976 yılında başlanmıştır. Almanya, Hindistan, Japonya, Rusya, Birleşik Krallık 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.

Toryum bugün için geleceğini bekleyen bir nükleer yakıt hammaddesi durumundadır. Bunun en büyük nedeni, nükleer yakıt çevrim sorunudur. Toryum 232, bazı süreçlerle uranyum-233’e dönüştürülebilmektedir. Uranyum 233’de Uranyum-235 gibi parçalanabilir bir maddedir. Bu parçalanma sonucunda da büyük bir enerji açığa çıkmaktadır. Yakıt çevrimi sorunu nedeniyle, bugün için toryumla çalışan ticari ölçekli santraller bulunmamakla birlikte, bu santrallerin prototipleri İngiltere, Almanya ve ABD’de uzun zamandır denenmektedir. Ticari ölçekte üretimin yapılamaması nedeniyle, halen toryumun enerji hammaddesi olarak tüketimi yok denilecek düzeydedir.