Makaleler

Çin’in Toryum Ergimiş Tuz Reaktörü (TMSR: Thorium Molten Salt Reactor) projesi, toryum tabanlı nükleer enerji teknolojileri alanında önemli bir adımdır. Bu proje, özellikle     2 MW’lık pilot reaktör ile başlamış ve toryumun nükleer yakıt olarak kullanımını test etmeyi amaçlamaktadır.

Bu proje ve benzer çalışmalar hakkında ayrıntılı bilgiler:

1. Projenin Durumu:
   • Çin, Şangay Fiziksel Araştırmalar Enstitüsü (SINAP) liderliğinde toryum ergimiş tuz reaktörü üzerinde çalışmaktadır.
   • 2 MW’lık pilot reaktör, Çin’in Gansu eyaletindeki Wuwei şehrinde inşa edildi ve 2021 yılında kritik aşamaya ulaştı.
   • Bu reaktör, toryumun nükleer yakıt olarak kullanımını test etmek ve ergimiş tuz teknolojisinin güvenilirliğini kanıtlamak için tasarlandı.
2. Gemilerin Elektrik Gereksinimini Karşılama:
   • Çin, toryum ergimiş tuz reaktörlerinin denizcilikte kullanımını da planlamaktadır. Bu reaktörler, gemilerin elektrik ve itiş gücü ihtiyaçlarını karşılamak için temiz ve uzun ömürlü bir enerji kaynağı olabilir.
   • Özellikle nükleer gemiler ve ticari deniz taşımacılığı için bu teknoloji büyük bir potansiyele sahiptir.
3. Toryumun Avantajları:
   • Toryum, uranyuma göre daha bol bulunan bir elementtir ve nükleer atık sorununu azaltır.
   • Ergimiş tuz reaktörleri, yüksek sıcaklıkta çalışır ve pasif güvenlik sistemleri sayesinde kaza riski düşüktür.

---

Toryum Ergimiş Tuz Reaktörlerinin Geleceği

• Çin’in 2 MW’lık TMSR projesi, toryum tabanlı nükleer enerjinin ticari kullanımı için önemli bir adımdır. Bu proje başarılı olursa, daha büyük ölçekli reaktörlerin inşası planlanacaktır.
• Denizcilikte kullanım: Toryum ergimiş tuz reaktörleri, gemiler için temiz ve uzun ömürlü bir enerji kaynağı olabilir. Bu teknoloji, özellikle nükleer gemiler ve ticari deniz taşımacılığı için devrim niteliğinde olabilir.
• Diğer ülkelerdeki çalışmalar: ABD, Hindistan, Birleşik Krallık ve diğer ülkelerdeki projeler, toryum ve ergimiş tuz teknolojilerinin geleceğini şekillendiriyor.

Türkiye’de ve Diğer Ülkelerde Toryum Ergimiş Tuz Reaktörü Çalışmaları

Çin dışında, toryum ve ergimiş tuz reaktörleri üzerine çalışan birçok ülke ve kuruluş bulunmaktadır:

Thoratom Türkiye – Toryum Tabanlı Küçük Modüler Reaktör· 

Web Sitesi: thoratom.com

Açıklama: Toryum yakıtlı SMR teknolojisi üzerine araştırma ve geliştirme çalışmaları

Diğer Ülkeler:

1. ABD:
   • Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı (ORNL): 1960’larda ilk ergimiş tuz reaktörünü geliştirdi. Şimdi bu teknolojiyi modernize etmek için çalışmalar devam ediyor.
   • Kairos Power: Florür tuz soğutmalı yüksek sıcaklık reaktörü (KP-FHR) üzerinde çalışıyor.
   • Terrestrial Energy: Integral Molten Salt Reactor (IMSR) projesini geliştiriyor.
2. Hindistan:
   • Hindistan, dünyanın en büyük toryum rezervlerine sahiptir ve Toryum Yakıt Çevrimi Programı üzerinde çalışmaktadır.
   • Prototip Hızlı Üretken Reaktör (PFBR) ve toryum tabanlı reaktörler üzerine araştırmalar yürütülüyor.
3. Birleşik Krallık:
   • Moltex Energy: Stable Salt Reactor (SSR) adlı ergimiş tuz reaktörü projesini geliştiriyor.
   • Core Power: Denizcilik için Marine Molten Salt Reactor (MMSR) üzerinde çalışıyor.
4. Kanada:
   • Terrestrial Energy: IMSR projesiyle toryum ve ergimiş tuz teknolojilerini birleştiriyor.
5. Rusya:
   • Rosatom: Toryum ve ergimiş tuz reaktörleri üzerine araştırmalar yapıyor.
6. Norveç:
   • Thor Energy: Toryum yakıtlı reaktörler üzerinde çalışıyor.

Kaynaklar

https://min.news/en/science/28ee0f79aafe4d7a2deb675f4f1b

https://spectrum.ieee.org/chinas-thorium-molten-salt-reactor

Hazırlayan: Yüksel Atakan, Dr.Radyasyon Fizikçisi, ybatakan4@gmail.com, Almanya

Hazırlayan: Yüksel Atakan, Dr. Radyasyon Fizikçisi, ybatakan4@gmail.com

1-40 Küçük Modüler Reaktör (SMR) Proje ve Yapım Şirketleri Listesi      (Bazı örnekleriyle)

1. NuScale Power – NuScale Power Modülü
   • Kaynak: ABD merkezli, basınçlı su reaktörü (PWR) teknolojisi.
   • Açıklama: 60 MW kapasiteli modüler reaktör, 12 modüle kadar ölçeklenebilir.
2. Holtec International – SMR-160
   • Kaynak: ABD merkezli, basınçlı su reaktörü (PWR).
   • Açıklama: 160 MW kapasiteli, suya batırılmış güvenlik özellikli reaktör.
3. GE Hitachi Nuclear Energy – BWRX-300
   • Kaynak: ABD-Japon ortaklığı, kaynar su reaktörü (BWR).
   • Açıklama: 300 MW kapasiteli, basitleştirilmiş tasarım.
4. Rosatom – KLT-40S
   • Kaynak: Rusya merkezli, basınçlı su reaktörü (PWR).
   • Açıklama: 35 MW kapasiteli, denizcilik ve elektrik üretimi için.
5. Westinghouse Electric Company – eVinci Mikro Reaktör
   • Kaynak: ABD merkezli, mikro reaktör teknolojisi.
   • Açıklama: Taşınabilir, 5 MW’a kadar kapasite.
6. TerraPower – Natrium
   • Kaynak: ABD merkezli, Bill Gates destekli.
   • Açıklama: Sıvı sodyum soğutmalı hızlı reaktör, 345 MW kapasite.
7. General Atomics – Energy Multiplier Module (EM²)
   • Kaynak: ABD merkezli, ileri reaktör teknolojisi.
   • Açıklama: 265 MW kapasiteli, yüksek verimli reaktör.
8. X-energy – Xe-100
   • Kaynak: ABD merkezli, yüksek sıcaklık gaz soğutmalı reaktör (HTGR).
   • Açıklama: 80 MW kapasiteli, modüler tasarım.
9. Rolls-Royce SMR
   • Kaynak: Birleşik Krallık merkezli, basınçlı su reaktörü (PWR).
   • Açıklama: 470 MW kapasiteli, ulusal enerji ihtiyaçları için.
10. China National Nuclear Corporation (CNNC) – HTR-PM ve NHR-200
    • Kaynak: Çin merkezli, yüksek sıcaklık gaz soğutmalı reaktör (HTGR).
    • Açıklama: 200 MW kapasiteli, pebble-bed yakıt teknolojisi.
11. Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) – SMART
    • Kaynak: Güney Kore merkezli, basınçlı su reaktörü (PWR).
    • Açıklama: 330 MW kapasiteli, küçük şebekeler için.
12. VBER-300
    • Kaynak: Rusya merkezli, basınçlı su reaktörü (PWR).
    • Açıklama: 300 MW kapasiteli, denizcilik ve kara tabanlı kullanım.
13. Canadian Nuclear Laboratories – Advanced Fuel CANDU Reactor (AFCR)
    • Kaynak: Kanada merkezli, CANDU reaktörü.
    • Açıklama: 700 MW kapasiteli, gelişmiş yakıt teknolojisi.

14. Oklo – Aurora
    • Kaynak: ABD merkezli, hızlı reaktör teknolojisi.
    • Açıklama: 1.5 MW kapasiteli, kompakt tasarım.
15. Ultra Safe Nuclear Corporation – Micro-Modular Reactor (MMR)
    • Kaynak: ABD-Kanada ortaklığı, mikro reaktör.
    • Açıklama: 15 MW kapasiteli, taşınabilir tasarım.
16. Idaho National Laboratory – 4S (Super-Safe, Small, and Simple) ve ARC-100
    • Kaynak: ABD merkezli, araştırma laboratuvarı.
    • Açıklama: 10-100 MW aralığında, pasif güvenlik sistemli.
17. Moltex Energy – Stable Salt Reactor (SSR)
    • Kaynak: Birleşik Krallık merkezli, ergimiş tuz reaktörü (MSR).
    • Açıklama: 300 MW kapasiteli, nükleer yayılma dirençli.
18. U-Battery Developments – U-Battery
    • Kaynak: Birleşik Krallık-Hollanda ortaklığı, mikro reaktör.
    • Açıklama: 10 MW kapasiteli, uzak bölgeler için.
19. Seaborg Technologies – Compact Molten Salt Reactor (CMSR)
    • Kaynak: Danimarka merkezli, ergimiş tuz reaktörü (MSR).
    • Açıklama: 50-250 MW kapasiteli, modüler tasarım.
20. ThorCon Power – ThorCon Isotop Güç Sistemi (TIPS) ve ThorCon Molten Salt Reactor (TMSR)
    • Kaynak: ABD-Endonezya ortaklığı, ergimiş tuz reaktörü (MSR).
    • Açıklama: 500 MW kapasiteli, toryum yakıtlı.
21. Babcock & Wilcox (B&W) – mPower Reactor
    • Kaynak: ABD merkezli, basınçlı su reaktörü (PWR).
    • Açıklama: 180 MW kapasiteli, modüler tasarım.
22. Toshiba – 4S (Super-Safe, Small, and Simple) Reactor
    • Kaynak: Japonya merkezli, hızlı reaktör.
    • Açıklama: 10 MW kapasiteli, uzun ömürlü yakıt.
23. SMR, LLC – SMR-160
    • Kaynak: ABD merkezli, Holtec International ile iş birliği.
    • Açıklama: 160 MW kapasiteli, basınçlı su reaktörü (PWR).
24. Terrestrial Energy – Integral Molten Salt Reactor (IMSR)
    • Kaynak: Kanada merkezli, ergimiş tuz reaktörü (MSR).
    • Açıklama: 190 MW kapasiteli, endüstriyel kullanım için.
25. Kairos Power – KP-FHR (Fluoride Salt-Cooled High-Temperature Reactor)
    • Kaynak: ABD merkezli, florür tuz soğutmalı reaktör.
    • Açıklama: 140 MW kapasiteli, yüksek sıcaklık teknolojisi.
26. Elysium Industries – Molten Chloride Salt Fast Reactor (MCSFR)
    • Kaynak: ABD merkezli, ergimiş klorür tuz reaktörü.
    • Açıklama: 1000 MW kapasiteli, hızlı reaktör.
27. LeadCold Reactors – SEALER (Swedish Advanced Lead Reactor)
    • Kaynak: İsveç merkezli, kurşun soğutmalı reaktör.
    • Açıklama: 3-10 MW kapasiteli, uzak bölgeler için.
28. Newcleo – Lead-cooled Fast Reactor (LFR)
    • Kaynak: İtalya merkezli, kurşun soğutmalı hızlı reaktör.
    • Açıklama: 30-200 MW kapasiteli, modüler tasarım.

29. Southern Company – Molten Chloride Reactor Experiment (MCRE)
    • Kaynak: ABD merkezli, ergimiş klorür tuz reaktörü.
    • Açıklama: Deneysel reaktör, enerji üretimi için.
30. BWXT Advanced Technologies – BWXT Advanced Nuclear Reactor (BANR)
    • Kaynak: ABD merkezli, ileri reaktör teknolojisi.
    • Açıklama: 50 MW kapasiteli, mikro reaktör.
31. ARC Clean Energy – ARC-100
    • Kaynak: Kanada merkezli, sodyum soğutmalı hızlı reaktör (SFR).
    • Açıklama: 100 MW kapasiteli, pasif güvenlik sistemli.
32. Framatome – Nuward
    • Kaynak: Fransa merkezli, Avrupa SMR projesi.
    • Açıklama: 340 MW kapasiteli, basınçlı su reaktörü (PWR).
33. SMR Inventec – RITM-200
    • Kaynak: Rusya merkezli, yüzer nükleer santraller.
    • Açıklama: 50 MW kapasiteli, denizcilik için.
34. CNEA (Argentina) – CAREM
    • Kaynak: Arjantin merkezli, basınçlı su reaktörü (PWR).
    • Açıklama: 25 MW kapasiteli, uzak bölgeler için.
35. Nuscale Power – VOYGR
    • Kaynak: ABD merkezli, çok modüllü SMR santrali.
    • Açıklama: 720 MW kapasiteli, modüler tasarım.
36. StarCore Nuclear – StarCore SMR
    • Kaynak: Kanada merkezli, yüksek sıcaklık gaz soğutmalı reaktör (HTGR).
    • Açıklama: 20 MW kapasiteli, uzak bölgeler için.
37. Silex Systems – Micro Nuclear Reactor
    • Kaynak: Avustralya merkezli, Ultra Safe Nuclear Corporation ile iş birliği.
    • Açıklama: Taşınabilir mikro reaktör.
38. NANO Nuclear Energy – ZEUS
    • Kaynak: ABD merkezli, taşınabilir mikro reaktör.
    • Açıklama: 1-10 MW kapasiteli, askeri ve sivil kullanım.
39. Core Power – Marine Molten Salt Reactor (MMSR)
    • Kaynak: Birleşik Krallık merkezli, denizcilik için ergimiş tuz reaktörü.
    • Açıklama: 70 MW kapasiteli, gemi itiş gücü için.
40. Ultra Safe Nuclear Corporation – Fully Ceramic Micro-encapsulated (FCM) Fuel Technology
    • Kaynak: ABD-Kanada ortaklığı, ileri yakıt teknolojisi.
    • Açıklama: Mikro reaktörler için güvenli yakıt çözümü.
41. Thoratom Türkiye – Toryum Tabanlı Küçük Modüler Reaktör
     Web Sitesi: thoratom.com
    Kaynak: Türkiye merkezli, toryum tabanlı nükleer teknolojiler.
    Açıklama: Toryum yakıtlı SMR teknolojisi üzerine araştırma ve geliştirme çalışmaları.
    
    Bu liste, SMR teknolojileri üzerinde çalışan önde gelen şirketleri ve projeleri kapsamaktadır. Kaynaklar şirketlerin resmi web siteleri, basın açıklamaları ve endüstri raporlarına dayanmaktadır.
    SMR Tasarım Örnekleri /1/
    Her SMR türünün kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır. Reaktör teknolojisinin seçimi, kullanım amacı, saha özellikleri ve düzenleyici gereklilikler gibi çeşitli faktörlere bağlıdır.
    Küçük modüler reaktör (SMR) tasarımlarına 10 örnek:
    NuScale Power Modülü: ABD’deki NuScale Power tarafından geliştirilen bu basınçlı su reaktörü (PWR) tasarımı, 12 modüle kadar dağıtılabilen ölçeklenebilir bir sistemdir. Her modül 60 MW kapasiteye sahiptir ve tüm sistem 720 MW’a kadar üretim yapabilir.
    SMR-160: ABD’deki Holtec International tarafından geliştirilen bu PWR tasarımı, 160 MW kapasiteye sahiptir ve 6 modüle kadar dağıtılabilir. Reaktör kabı suya batırılmıştır, bu da kaza durumunda ek bir güvenlik özelliği sağlar.
    BWRX-300: ABD’deki GE Hitachi Nuclear Energy tarafından geliştirilen bu kaynar su reaktörü (BWR) tasarımı, 300 MW kapasiteye sahiptir ve 6 modüle kadar dağıtılabilir. Bileşen sayısını azaltan ve güvenliği artıran basitleştirilmiş, yenilikçi bir tasarım kullanır.
    KLT-40S: Rusya’daki Rosatom tarafından geliştirilen bu PWR tasarımı, 35 MW kapasiteye sahiptir ve öncelikle denizcilikte itici güç için kullanılır, ancak elektrik üretimi için de kullanılabilir. Güvenliği ve verimliliği artıran bir sıvı metal soğutucu kullanır.
    CAREM: Arjantin’de geliştirilen bu PWR tasarımı, 25 MW kapasiteye sahiptir ve uzak bölgelerde veya sınırlı altyapıya sahip alanlarda kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Güvenliği artıran ve inşaatı basitleştiren kompakt, kendi kendine yeten bir tasarıma sahiptir.
    ARC-100: ABD’deki ARC Nuclear tarafından geliştirilen bu sodyum soğutmalı hızlı reaktör (SFR) tasarımı, 100 MW kapasiteye sahiptir ve 4 modüle kadar dağıtılabilir. Harici güç veya insan müdahalesi gerektirmeyen pasif bir güvenlik sistemi kullanır.
    Moltex Stable Salt Reactor: Birleşik Krallık’taki Moltex Energy tarafından geliştirilen bu ergimiş tuz reaktörü (MSR) tasarımı, nükleer silah yayılmasına karşı dirençli olan benzersiz bir yakıt tasarımı kullanır. 300 MW kapasiteye sahiptir ve 6 modüle kadar dağıtılabilir.
    HTR-PM: Çin Ulusal Nükleer Şirketi tarafından geliştirilen bu yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı reaktör (HTGR) tasarımı, 200 MW kapasiteye sahiptir ve güvenliği ve verimliliği artıran bir pebble-bed yakıt tasarımı kullanır. Şu anda Çin’de inşa halindedir.
    SMART: Kore Atom Enerjisi Araştırma Enstitüsü tarafından geliştirilen bu PWR tasarımı, 330 MW kapasiteye sahiptir ve küçük şebeke sistemleri veya uzak bölgelerde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Pasif bir güvenlik sistemi ve modüler, kompakt bir tasarım kullanır.
    Kurşun-Bizmut Hızlı Reaktör: Tayvan’daki Nükleer Enerji Araştırma Enstitüsü tarafından geliştirilen bu sıvı metal soğutmalı reaktör (LMR) tasarımı, 10 MW kapasiteye sahiptir ve öncelikle araştırma ve geliştirme amaçları için kullanılır. Güvenliği ve verimliliği artıran bir kurşun-bizmut soğutucu kullanır.
    Not: Bu listenin temel amacı, küçük modüler reaktörlerle ilgili önemli bilgileri halka tanıtmaktır
    Kaynak/1/ https://small-modular-reactors.org/list-of-20-smr-companies/

Çin’in demo reaktörü, nadir toprak atıklarından nükleer yakıt üretebilir.

Emily WaltzYu-Tzu Chiu , 30 Aralık 2024, IEEE Spectrum

Yarım yüzyıllık bir aradan sonra, toryum, nükleer enerji araştırmalarında bir yakıt kaynağı olarak ön plana geri döndü. 2025 yılında Çin, Gobi Çölü’nde bir gösterim toryum bazlı ergimiş tuz reaktörü inşa etmeye başlamayı planlıyor. Çin Bilimler Akademisi Şanghay Uygulamalı Fizik Enstitüsü (SINAP) tarafından yönetilen 10 megavatlık reaktör projesinin, Ekim ayında Akademi tarafından yayımlanan çevresel etki raporuna göre, 2030 yılına kadar faaliyete geçmesi planlanıyor. Proje, 2021 yılında tamamlanan ve o zamandan beri işletilen 2 MW’lık deneysel bir versiyonu takip ediyor. Bu makale, Top Tech 2025 özel raporumuzun bir parçasıdır.

Çin’in çabaları hem toryum bazlı yakıt üretimi hem de ergimiş tuz reaktörleri konusunda onu ön plana çıkarıyor. Dünyanın başka yerlerindeki birkaç şirket bu tür yakıt veya reaktör için planlar geliştiriyor, ancak henüz hiçbiri bir reaktör işletmedi. Çin’in pilot projesinden önce, son çalışan ergimiş tuz reaktörü, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nın 1969’da kapatılan Ergimiş Tuz Reaktör Deneyi idi ve uranyumla çalışıyordu.

İgneous kayalarda ve ağır mineral kumlarında bulunan toryum-232, nükleer yakıtta yaygın olarak kullanılan izotop uranyum-235’ten daha bol bulunur. Ancak bu zayıf radyoaktif metal doğrudan fisil değildir – enerji üreten atom çekirdeklerinin bölünmesi olan fisyonu gerçekleştiremez. Bu nedenle önce fisil uranyum-233’e dönüştürülmelidir. Bu teknik olarak mümkün, ancak ekonomik ve pratik olup olmadığı daha az net.

Çin’in Toryum Reaktörü İlerlemeleri Toryumun çekiciliği, özellikle Hindistan gibi büyük toryum rezervlerine sahip ülkeler için uranyuma bağımlılığı azaltarak enerji kendine yeterliliğini sağlamaya yardımcı olabilmesidir. Ancak Çin, toryumu farklı bir şekilde elde edebilir: Element, Çin’in büyük nadir toprak madenciliği endüstrisinin bir atık ürünüdür. Bunu kullanmak, pratik olarak tükenmez bir yakıt kaynağı sağlayacaktır. Devlet tarafından işletilen Xinhua Haber Ajansı’na göre.Çin’in Gansu eyaleti, bu gelecekteki enerji kaynağı için denizcilik ve havacılık uygulamalarını şimdiden göz önünde bulunduruyor,

Çin’in reaktörüne dair çok az teknik detay mevcut ve SINAP, IEEE Spectrum’un bilgi taleplerine yanıt vermedi. Çin Bilimler Akademisi’nin çevresel etki raporu, ergimiş tuz reaktör çekirdeğinin 3 metre yüksekliğinde ve 2.8 metre çapında olacağını belirtiyor. 700 °C’de çalışacak ve 60 MW termal çıkışa ve 10 MW elektrik üretimine sahip olacak.

MIT’den nükleer bilimci Charles Forsberg’e göre, ergimiş tuz üretici reaktörleri, toryum yakıtı için en uygun tasarımlardır. Bu tür bir reaktörde, toryum florür reaktör çekirdeğindeki ergimiş tuzda çözülür. Toryum-232’yi yakıta dönüştürmek için, toryum-233’e ışınlanır, bu da bir ara madde olan protaktinyum-233’e ve ardından fisil uranyum-233’e dönüşür. Bu yakıt üretim süreci sırasında, protaktinyum çekirdekten çıkarılırken bozunur ve ardından uranyum-233 olarak çekirdeğe geri döner. Fisyon gerçekleşir, ısı ve ardından buhar üretilir, bu da bir türbini çalıştırarak elektrik üretir.

Ancak toryum kullanımıyla birlikte birçok zorluk da gelir. Büyük bir zorluk, nükleer silâhların yayılma riskini yönetmektir. Toryum uranyum-233’e dönüştürüldüğünde, doğrudan nükleer silahlarda kullanılabilir hale gelir. Washington, D.C.’deki Bilim İnsanları Birliği’nin nükleer enerji güvenliği direktörü Edwin Lyman, “Ayrılmış plütonyumla karşılaştırılabilir bir kaliteye sahiptir ve bu nedenle çok tehlikelidir” diyor. Yakıt, reaktör çekirdeği içinde ve dışında dolaşırken, bu hareket uranyum-233’ün çalınması için yollar açar, diyor.

Toryum Yakıtı Nükleer Enerji Sektörünü Cezbediyor Ergimiş tuz reaktörleri geliştiren çoğu grup, en azından kısa vadede yakıt olarak uranyum veya uranyum karışımlarına odaklanıyor. Natura Resources ve Abilene Christian University, her ikisi de Abilene, Teksas’ta, Eylül ayında ABD Nükleer Düzenleme Komisyonu’ndan inşaat izni aldıktan sonra 1 MW’lık bir sıvı ergimiş tuz reaktörü üzerinde işbirliği yapıyor. Kairos Power, Oak Ridge, Tenn.’de uranyum bazlı üç kantmanlı-yapısal izotropik (TRISO) parçacık yakıtı kullanacak bir florür-tuz soğutmalı, yüksek sıcaklıklı reaktör geliştiriyor. Şirket, Ekim ayında Google ile veri merkezlerine 2035 yılına kadar toplam 500 MW sağlamak için bir anlaşma imzaladı.

Ancak Çin, toryum hedeflerinde yalnız değil. Japonya, Birleşik Krallık ve Amerika Birleşik Devletleri, Hindistan’ın yanı sıra, bir noktada bu yakıta ilgi göstermiştir. Yayılma sorunu engelleyici gibi görünmüyor ve riski azaltmanın yolları var. Örneğin, Danimarka’nın Copenhagen Atomics şirketi, 2026 için planlanan 1 MW’lık bir pilot proje ile toryum bazlı bir ergimiş tuz reaktörü geliştirmeyi hedefliyor. Şirket, potansiyel hırsızların silah yapımına uygun malzemeye ulaşmak için yüksek radyoaktif bir sistemi kırmak zorunda kalmaları için reaktörü kapatmayı planlıyor. Chicago merkezli Clean Core Thorium Energy, ağır su reaktörleri için tasarlanmış, yüksek dereceli düşük zenginleştirilmiş uranyum (HALEU) dahil olmak üzere karışık toryum ve zenginleştirilmiş uranyum yakıtı geliştirdi ve bu yakıtın silah olarak kullanılamayacağını söylüyorlar.

Son elli yılda siyasi ve teknik engeller toryum yakıtı ve ergimiş tuz reaktörü araştırmalarını büyük ölçüde kenara itmiş olabilir, ancak her ikisi de kesinlikle yeniden gündemde.

Toryum gri renkte, hafif radyoaktiviteli bir metal olup volkanik kayalarda ve ağır mineralli kumlarda bulunuyor. Toryum nükleer yakıt olmamakla birlikte, nükleer yakıta dönüşebildiğinden, örneğin elektrik üretmek amacıyla nükleer reaktörlerde kullanılabilir. Toryum yeryüzünde, uranyum’dan 3-4 kat daha çok bulunuyor. Türkiye ise, toryum zenginliğinde Dünya’da 381000 ton ile, ilk 5 ülke içinde yer alıyor.

Toryum elementinin 232 numaralı atom çekirdeği, bölünüp doğrudan enerji üretememesine karşın, nötron’larla nükleer tepkimelere girdiğinde, uranyum 233 atom çekirdeğini üretebiliyor. Uranyum 233 ise, nükleer reaktörlerde çok kullanılan uranyum 235 atom çekirdeği gibi bölünüp, atom enerjisi üretebiliyor.

Toryum Ne İşe Yarar?

Nükleer reaktörlerde toryum yakıtının, uranyum 235 yakıtına göre epey üstünlüğü var. Toryum nükleer reaktörlerde, kullandığı miktardan, daha fazla bölünebilir uranyum 233 doğuruyor. Gerek yeryüzünde çok bulunması, gerekse bu doğurganlık özelliği nedeniyle toryum insanlığın enerji gereksinimini çok uzun süre karşılayabilir. Toryum yakıtlı reaktörler, hem daha az radyoaktif atık üretiyorlar, hem de tüm nükleer reaktörler gibi CO2 salmadıklarından iklime zararlı etkileri olmuyor.

Çin 2021’de ilk toryum araştırma reaktörünü Gobi çölünde kurarak test çalışmalarına başladı. Deneme reaktöründeki çalışmalar başarıyla sonuçlanırsa, yeni bir reaktör kurulup 100 bin haneden fazla yerleşim yerinin elektriği karşılanacak. Çin toryum çalışmalarında yalnız olmayıp, benzer çalışmalar Hindistan, Japonya, İngiltere ve ABD dahil daha başka ülkelerde de yapılmakta.

Çin ayrıca toryum ergimiş tuz reaktörleriyle devasa gemileri sıfır emisyonla yürütme projelerini sürdürüyor. Gemilerde toryum reaktörü ‘Elektrik Enerji Santrali’ olarak kullanılacak. 1 ton toryumun verdiği enerji, ancak 3,5 milyon ton kömürle elde edilebildiğinden, bu teknoloji gerçekleşirse ve Dünya denizlerinde her gün hareket halinde olan onbinlerce gemiye de yayılırsa, çok büyük miktarda CO2 tasarrufuyla iklimin korunmasına büyük katkı sağlanacak.

Tüm bu olumlu özelliklerine rağmen, toryum’un monazit kayalardan çıkarılması oldukça pahalı. Toryum daha çok nadir elementlerle birlikte yan ürün olarak çıkarılıyor. Ancak toryum nükleer reaktörlerde çok kullanılırsa, fiyatının düşeceği bekleniyor.

Türkiye’de Toryum Çalışmaları Ne Durumda?

Toryum ergimiş tuz reaktörleriyle ilgili araştırmalar, ThorAtom sirketinde yapılıyor. İlgili devlet kurumlarının, üniversitelerin ve endüstrinin de, gelişmiş ülkelerde olduğu gibi, toryum ergimiş tuz reaktörleriyle (Küçük Modüler Reaktörler, SMR, olarak) özellikle yukarıda açıklanan Çin örneğiyle, gemilerde kullanımıyla ilgili projelere başlaması, hem bu konularda kaliteli yeni iş alanları açacağından, hem de iklimi CO2 salınmasından korumaya katkı sağlayacağından, önerilir.

Yüksel Atakan, ybatakan4@gmail.com, Nükleer Reaktörler kitabı, Sarmal yayınları 2024

Bunlarla devasa gemileri sıfır emisyonla yürütme projeleri.. !

Yüksel Atakan, Radyasyon Fizikçisi, Dr. Almanya, ybatakan4@gmail.com

Dünya’da bugün çalışan 440 kadar nükleer santralin tümü katı uranyum 235 yakıtlı. Toryum mineralinin içinde de, uranyum 235 gibi bölünebilen ve büyük miktarda enerjinin açığa çıkacağı ve bundan da elektrik üretilebilecek toryum var (işin fiziğiyle ilgilenenler için ayrıntılar aşağıda çerçeve içinde). Toryum minerali yer kabuğunda uranyum mineralinden 4 kat daha fazla. Türkiye, Dünya’da toryum zengini olan ülkelerin başlarında yer alıyor. Eskişehir /Sivrihisar toprakları, toryumun bol bulunduğu bölge. Uranyumla olan uzun yılların deneyimlerine karşın, toryumla olan deneyim eksikliği, toryuma yapılan araştırma ve denemelerin pahalı olmasıyla sonuçlanıyor. Buna rağmen gitgide artan enerji gereksinimini karşılayabilmek ve iklimi, daha fazla CO2 salınmasından koruyabilmek amacıyla, toryumun özellikle küçük modüler ergimiş tuz reaktörlerinde, artarak kullanılacağı kesin. Bunların örneklerini aşağıda vereceğiz.

Toryum ergimiş tuz reaktörleri nedir, nasıl çalışırlar (Molten Salt Reactors, MSR)?

Toryum ergimiş tuz reaktörleri tasarımları, IV kuşak denilen en yeni nükleer reaktör projelerinin, bugün en ilgi çekici olanlarıdır. Bu reaktörlerde 1,000°C‘ye varan sıcaklıktaki, ergimiş tuzun içine toryum ve katkı maddesi olarak da bir miktar uranyum 235 karıştırılıyor ve böylece sıvı yakıt oluşturulmuş oluyor. Bu tuz sıvı yakıt karışımı, hem yakıt, hem de soğutucu olarak kullanılıyor ve grafit yapının (çekirdek) çevresine sürekli pompalanıyor.

Sonra bu sıvı, ısı değiştiricilere ulaşarak ısı enerjisini, ikincil sıvı tuz devresine aktarıyor. Sıvı tuzun bir miktarı, nükleer bölünme sonucu ortaya çıkan radyoaktif maddelerin sıvıdan çekileceği kimyasal işlem bölümüne iletiliyor ve sisteme yeni yakıt enjekte ediliyor. Bu şekilde reaktör sürekli çalışıyor ve durmadan elektrik üretiyor. Halbuki bugün Dünya’da çalışan tüm uranyumlu reaktörler, yakıt değiştirme başta olmak üzere bakım ve onarım çalışmaları nedeniyle durdurulmak zorundalar ve yılda 1-2 ay elektrik üretemiyorlar. Bugün işletilen uranyumlu reaktörlerdekinin aksine, ergimiş tuz reaktörlerinde, yakıt elemanlarının ısmarlanmasına, fabrikasyonuna da gerek olmaması ve ayrıca bir kaza durumunda, tüm sıvı yakıtın reaktörden çekilebilmesi, sadece bu çeşit reaktörlere özgü çok büyük bir avantaj. Sıvı yakıtlı reaktörlerin bir başka avantajı da bunların çok yüksek sıcaklıklara ulaşmasıyla, uranyumlulara oranla çok daha fazla elektrik enerjisi üretebilmeleridir (Tuz, yakıtın ısı kapasitesini yükseltiyor ve yakıtın ergime noktasını düşürüyor). Sistem basıncının düşük (atmosfer basıncında) ve ısı kapasitesinin de yüksek olması sonucu bunların reaktör kapları küçük ve ince /1,2,3/. Toryum’un kullanılmasının, uranyum ya da plütonyuma göre çok çeşitli avantajları bulunuyor: Toryum yakıtı, sıvı tuz içine karışmış olduğundan gerektiğinde katılaştırıldığında çevresel herhangi bir hasar oluşturmuyor. Toryum’dan atom bombası yapılması da olası değil. Toryum ergimiş tuz reaktöreleri küçük modüler reaktörler (SMR) olarak istenilen yerlerde, örneğin gemilerde sorunsuz kullanılabiliyor. Enerji üretiminde kullanılan toryum miktarının az olması da bir avantaj. Bu nedenle bir çok ülkenin ilgisini çekiyor. 3 m yüksekliğinde ve 2,5 m genişliğinde böyle bir küçük reaktör (SMR) 100,000 kişinin elektriğini sağlayabiliyor. Çin toryum yakıtı kullanarak reaktörler yapmaya ve 100 MW’lık bir diğer projeyi 2030’da bitirmeyi planlıyor. Böylelikle Çin, güneş ve rüzgar enerjilerinden yararlanmanın yanı sıra, toryum reaktörleriyle de iklimi CO2 ‘den korumayı ve 2060 yılında sıfır emisyonu hedefliyor.

Bu avantajlara karşın, reaktörün yakın çevresine, fazla radyasyon yayması, toryum ergimiş tuz reaktörlerinde çalışmaları zorlaştırdığından, ilgili önlemlerin alınması gerekiyor. Toryum ergimiş tuz reaktörlerinin, daha da geliştirilerek 2030’da piyasaya artarak sunulması bekleniyor.

Şekil 1: Toryum Ergimiş Tuz reaktörüne bir örnek Solda reaktör kabı ve içinde toryum karışımlı ergimiş tuz, Kontrol çubukları hareket mekanizmaları, sağda ikincil devre tuz ısı değiştiriciler, pompalar.

Bugün toryum ergimiş tuz reaktörleriyle ilgli araştırma projeleri nerelerde var?

AB’de, MOSART ve SAMOFAR (Safety Assessment of the Molten Salt Fast Reactor) projesinden sonra, bugün SAMOSAFER projesi yapıldı. 2023 Aralık başında bu da tamamlandı. Şimdi yeni bir proje başlatılıyor.

Japonya’da FUJİ, ABD’de, Terra Power, Kairos Power, vd., Çin ve Hindistan da çeşitli projeleri yürütüyor. Türkiye’de de FİGES projesi var. FİGES A.Ş., AB UFUK-2020 projesi içinde yer alan ve 2009-2014 yılları arasında tasarımı tamamlanmış olan Toryum Yakıtlı Ergimiş Tuz Reaktörü’nün (Evaluation and Viability of Liquid Fuel Fast Reactor System– EVOL) nükleer güvenlik değerlendirme projesi olan SAMOFAR içinde “aktif gözlemci” olarak 2016 Temmuz’undan itibaren katılmış bulunuyor. FİGES’e verilen görev yüksek sıcaklıkta çalışan ergimiş flüorürlü tuz sıvısından ısı çekecek olan “ısı değiştiricilerin hesaplama ve tasarımıdır”. Millî bir ETR tasarımı için harekete geçen FİGES, 20017’den itibaren küçük bir nükleer reaktör tasarım grubu kurmuştur. Yapılan çalışmalarla TÜBİTAK ve TENMAK’ın da ilgisini çeken FİGES, 2023 başında bütün nükleer faaliyetlerini ThorAtom A.Ş. adındaki şirketi altında yürütmeye karar vermiştir /1/.

Kanada’da da Terrestrial Energy şirketi küçük modüler MSR’leriyle, ThorCon şirketi ise deniz araçlarında MSR kullanımıyla ilgili araştırmalarla uğraşıyorlar. Alabama’da, Flibe Energy şirketi, küçük toryum ergimiş tuz reaktörlerini geliştirme projesini sürdürüyor /2,3/.

Çin’in ilk toryum ergimiş tuz reaktörü 2 MW (TMSR: Thorium Molten Salt Reactor)

Çin, bu reaktör projesine 2011 yılında Wuwei kentinde başladı. Bu prototip reaktör için işletme izninin 2023’de verildiği de açıklandı /3,4/.

Toryum ergimiş tuz reaktörleriyle devasa gemileri sıfır emisyonla yürütme projeleri Gemilerde Toryum reaktörü: Elektrik enerji santrali !

Çin, geçenlerde (7 Aralık 2023) toryum ergimiş tuz reaktörleri kullanarak, devasa yük gemilerini hiç CO2 salmadan harekete geçireceğini açıkladı /5/. 1 ton toryumun verdiği enerji, ancak 3,5 milyon ton kömürle elde edilebildiğinden, bu teknoloji gerçekleşirse ve Dünya denizlerinde her gün hareket halinde olan onbinlerce gemiye de yayılırsa, çok büyük miktarda CO2 tasarrufuyla iklimin korunmasına büyük katkı sağlanacağı açık.

Çin projesine göre toryum ergimiş tuz reaktörünün kullanılacağı ilk konteyner taşıyıcı gemisi 400 m boyunda, 61 m eninde. Bu yük gemisi her biri 1 TEU (6,1 m boyunda x 2,44 eninde x 2,60 m yüksekliğinde) konteynerlerden 24.000 adet taşıyacak.

Toryum, yakıt olarak kullanıldığında, uranyumlu reaktörlerlerde ortaya çıkan plütonyum’un hem ortaya çıkmaması, hem de uranyumun aksine zenginleştirilmesine gerek olamaması, ayrıca toryum‘un bölünmesinden ortaya çıkan radyoaktif maddelerin kısa yarılanma süreli olmaları, uranyum yakıtlı reaktörlere göre, büyük üstünlük. Toryum ergimiş tuz reaktörlerinin böylelikle yakın gelecekte tüm denizlerde dolaşan gemilere yayılacağı CO2 salmayan, iklimi koruyan bir enerji kaynağı olacağı bekleniyor.

Öte yandan Ulstein şirketi Kutup bölgesinde kullanılmak üzere, bataryalı gemilerin bataryalarını şarj etmek amacıyla yine aynı toryum ergimiş tuz yakıtlı elektrik üretim gemisini 2022’de projelendirdi /6/. Böylelikle denizlerdeki bataryalı gemilere CO2 salmayan küçük elektrik santral gemisiyle hizmet sunulmuş olacak.

Kutup bölgesindeki bataryalı gemileri şarj etmek için projelendirdiği Toryum ergimiş tuz reaktörüyle çalışan gemi (Ulsteın şirketi)

Türkiye için çıkarılabilecek sonuçlar

Toryum ergimiş tuz reaktörleriyle ilgili olarak Türkiye‘de yukarıda açıklanan araştırmalar ThorAtom sirketinde yürüyor. İlgili devlet kurumlarının, üniversitelerin ve endüstrinin de, gelişmiş ülkelerde olduğu gibi, toryum ergimiş tuz reaktörleriyle (Küçük Modüler Reaktörler, SMR, olarak) özellikle yukarıda açıklanan Çin örneğiyle, gemilerde kullanımıyla ilgili projelere başlaması, hem bu konularda kaliteli yeni iş alanları açacağından, hem de iklimi CO2 salınmasından korumaya katkı sağlayacağından, önerilir.

Toryumdan enerji nasıl üretiliyor? İşin fiziği: Toryum elementi, 232 kütle numaralı atom çekirdeği olan Th 232’den oluşuyor. Th 232, bölünemediğinden (fisyon yapamadığından) enerji üretemiyor. Ancak, Th 232 atom çekirdeği, bir nükleer reaktörde, katkı maddesi olarak kullanılan örneğin U 235’den bir yavaş nötron kaptığında, ara protaktinyum (Pa 233) oluşuyor ve bu da Uranyum 233 (U 233)‘e dönüşüyor. U233 ise aynı U235 gibi bölünerek (ya da fisyona uğrayarak) yeni radyoizotoplar ortaya çıkıyor ve nötronlar salınarak ‘atom enerjisi dediğimiz’ büyük bir enerji açığa çıkıyor. Sonunda, bu enerji nükleer reaktörde elektrik enerjisine dönüştürülüyor. Doğal toryum atom çekirdeğinin reaktörde, nötronla etkilenmesiyle, U 233’ün oluşmasını gösteren tepkime:

Toryumun kullanıldığı Ergimiş Tuz Reaktörlerinde (ETR, Molten Salt Reactors) U 233, enerji üretiminde doğrudan kullanılıyor . Toryum ergimiş tuz sıvılı reaktörde, hem yakıt hem de reaktörü soğutucu görevi görüyor (uranyumlu reaktörlerde ise reaktörü soğutmak, sürekli su pompalanmasıyla sağlanıyor).

Kaynaklar

/1/ https://www.analizgazetesi.com.tr/haber/thoratom-ilk-kez-nppeste-tanitildi-8986/ (Türkiye’deki FIGES çalışmalarını Sayın Dr.Reşat Uzmen özetlemesi nedeniyle kendisine teşekkür ederim).

/2/ https://neutronbytes.com/2022/08/14/china-to-startup-thorium-powered-molten-salt-reactor/

/3/ https://power.solapv.com/super-critical-water-cooled-and-molten-salt-reactors/

/4/  https://www.globalconstructionreview.com/worlds-first-commercial-thorium-reactor-approved-in-china/

/5/ https://www.rivieramm.com/news-content-hub/news-content-hub/china-reveals-molten-salt-nuclear-reactor-driven-24000- teu-box-ship-design-78845

/6/ Ulstein Thor will operate as a mobile power charging station for battery-driven cruise ships (source: Ulstein)