Toryum (Th). 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 elementtir.

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'a dönüşür. ²³³Pa, bir beta ve gama parçacığı (g) yayarak bölünebilen ²³³U'a (yarılanma süresi 163 bin yıl) dönüşmektedir. Böylece ²³²Th, ²³⁵U veya ²³⁹Pu (plütonyum-239) gibi bir fisil maddeyle birlikte kullanılır.

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 ticarî ölçekli bir nükleer reaktör bulunmamaktadır.

Yakıt olarak kullanım denemeleri

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.

Dünya toryum kaynakları

Toryum tabiatta uranyumdan yaklaşık üç kat daha fazla bulunur. 2006 verilerine göre Dünya'da bilinen toplam toryum rezervinin 2,5 milyon ton olduğu ve ortalama % 6–7 civarında toryum oksit içerdiği söylenebilir.

Kullanım Alanları:
3300 derecede eriyen, toryum oksit nadir toprak oksitlerle karıştırılarak lüks lamba gömleklerinin yapımmda 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.

Hindistan, Brezilya, Sri Lanka, Rusya ve Avustralya kıyılarında bol miktarda bulunan toryum, radyoaktifliği yüksek bir element olup önemli bir nükleer güç kaynağıdır. Toryumun atom kütleleri 223-234 arasında değişen 12 izotopu bilinir. Bunların hepsi de kararsız olup, doğada bulunan Th 232 izotopunun yarılanma süresi 1.41×10 yıldır. Bu izotop bir alfa yayıcısıdır. Yaydığı altı alfa ve dört beta bozunmasından sonra kararlı Pb-208 izotobuna dönüşür. Th-232 izotopu bir fotoğraf filmini birkaç saat içinde bozabilecek kadar radyoaktiftir. Toryum bozunması sırasında oluşan radon-220 (toron) izotopu bir alfa yayıcıdır ve radyasyon tehlikesi gösterdiğinden toryumun barındırıldığı depoların çok iyi havalandırılması gerekir.
AYRICA

Sırasını Bekleyen Enerji Kaynağı Toryum (Th)’a Genel Bir Bakış¹

Toryum ülkemiz topraklarında mevcut ve işlenmeyi bekleyen bir madendir.

Toryum, 1700 °C de eriyen, kurşun renginde, havada bozulmaz, atom enerjisi kaynağı olarak kullanılan radyoaktif bir elementtir.

Uranyum ve plütonyum atom çekirdeklerinin parçalanması sonucu elde edilen nükleer güç, günümüzde, insanlığın hizmetine sunulmuş kontrol edilebilir bir enerji kaynağıdır. Uranyum gibi, toryum da bir nükleer yakıt hammaddesidir.

Toryum doğada serbest halde bulunmaz, fakat 60 civarında mineralin içinde rastlanır. Bunlardan sadece monazit ve thorite, toryum üretiminde kullanılır. Bu mineraller de genellikle nadir toprak elementleri ile birlikte bulunmaktadır.

Toryuma dayalı nükleer santraller henüz ticari olmadığından, dünyada bu güne kadar, doğrudan toryum aramalarına fazla önem verilmemiştir.

Buna karşılık, bazı ülkelerde, nadir toprak elementleri içeren monazit yataklarının aranmasına yönelik çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Bu  mineraller aynı zamanda toryum da içerdiklerinden, toryum yan ürün olarak değerlendirilmiş, sağlıklı verilere dayanan rezerv hesapları yapılmamıştır. Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu (IAEA, International Atomic Energy Agency)'na Kg'ı 80 ABD dolarına kadar mal edilebilen toryum rezervi bildiren ülkeler Arjantin, Avustralya, Brezilya, Güney Afrika Cumhuriyeti, Kanada, Mısır, Norveç, Tayland ve Türkiye'dir. Bu ülkelerin görünür rezervleri 657.770 Ton Toryum (ThO2)’dur.

Toryumun nükleer enerji hammaddesi olarak kullanılmaya başlanması durumunda talep artacak, bu nedenle toryum yataklarının ekonomik değerini de belirleyecektir. Bu nedenle, bütün toryum konsantrasyonları bugün için potansiyel ve kullanılmayı bekleyen birer kaynak durumundadır. (Tablo-1)

Toryumun, halihazırda sadece enerji hammaddesi olarak kullanılabileceği görülmektedir. Bunun dışında henüz ticari bir kullanım alanı tespit edilmemiştir. Yıllık 700 Ton ThO2 civarında olan dünya üretiminin tamamen monazitten yan ürün olarak elde edilmektedir. Ekonomik olmadığından sadece toryum için işletilen yatak yoktur

Türkiye'de MTA Genel Müdürlüğü'nce geçmiş yıllarda yapılan aramalar sonucunda, Eskişehir-Sivrihisar-Kızılcaören yöresindeki nadir toprak elementleri ve toryum kompleks cevher yatağında, 380.000 ton görünür ThOrezervi saptanmış olup, tenör %0,21 ThO2² dir. Bu alanda sondaj çalışmalarının geliştirilmesi durumunda bu rakamın, iki katına çıkması olasıdır. Ancak cevherin zenginleştirilmesiyle ilgili teknolojik sorunlar henüz giderilmiş değildir. Diğer taraftan, Malatya-Hekimhan-Kuluncak'taki benzer nitelikli toryum cevheri de gerekli çalışmaların yapılması durumunda, söz konusu rezerve katkı yapabilecektir.

Toryum, sırasını bekleyen bir nükleer yakıt hammaddesi durumundadır. Bunun en büyük nedeni, nükleer yakıt çevriminin sorunudur. Toryum-232, bazı proseslerle uranyum-233'e dönüştürülebilmektedir. (Şekil-1)

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 ölçekte santraller bulunmamakla birlikte, bu santrallerin prototipleri İngiltere, Almanya ve ABD'nde uzun zamandır denenmektedir. Ticari ölçekte tüketimin olamaması nedeniyle, halen toryumun enerji hammaddesi olarak tüketimi yok denilecek düzeydedir. Toryum, daha az çevre kirliliğine neden olduğundan, gelecekte uranyumun yerini alması kaçınılmaz bir madde durumundadır. Halen nükleer santraller kurulması tartışılan ülkemizde, toryum ile ilgili bilimsel çalışmaların yapılması ve dünya ile rekabet edilebilir seviyeye gelinmesi çok önemlidir. Çünkü bu ülkemiz topraklarında mevcut ve işlenmeyi bekleyen bir madendir.

Toryum, daha az çevre kirliliğine neden olduğundan,  gelecekte uranyumun yerini alması kaçınılmaz bir madde durumundadır. Halen nükleer santraller kurulması tartışılan ülkemizde, toryum ile ilgili bilimsel çalışmaların yapılması ve dünya ile rekabet edilebilir seviyeye gelinmesi çok önemlidir. Çünkü bu ülkemiz topraklarında mevcut ve işlenmeyi bekleyen bir madendir.

¹ Dünya Uranyum Kaynakları, Yeterliliği ve Türkiye'nin Uranyum potansiyeli, TAEK Başkanlığı Teknik Rapor, Nevzat BİRSEN, Ankara, 1988.