Toryum Reaktörü Temiz Nükleer Enerji mi?

Netflix’te 1986’da bugünkü Ukrayna’nın Pripyat kentinde yaşanan Çernobil nükleer kazasını anlatan yeni bir film gösterime girdi. Sovyetler Birliği’nde gerçekleşen ve tarihin en büyük nükleer felaketi olan Çernobil kazasının sebeplerini blogda detaylı olarak yazdım. Peki uranyum atomları yerine doğada üç kat bol bulunan, çok daha ucuz ve güvenli olan toryum atomlarını parçalayarak enerji üreten bir nükleer reaktör yapabilir miyiz? Toryum reaktörü sayesinde nükleer enerji küresel ısınmayı önlemekte güneş enerjisine güçlü bir alternatif olabilir mi? Haydi toryum reaktörleri güvenli diyelim; peki nükleer enerji güvenli mi? Bu yazıda toryum reaktörlerinin nasıl çalıştığını ve temiz olup olmadığını göreceğiz:

Öncelikle nükleer enerji neden yaygın değil?

1950’lerde ABD Enerji Bakanlığı yurttaşlara sudan ucuz nükleer enerji vaat etti ama bu sözü tutamadılar. Günümüzde nükleer enerji, Türkiye gibi doğal gazın pahalı olmadığı ülkelerde bile, en az doğal gaz elektriği kadar pahalıdır. Sonuçta radyasyona karşı ek güvenlik önlemleri almak ve santralde kullanılan ileri teknolojinin bakımıyla uğraşmak işletme maliyetlerini artırıyor. Özellikle de eski santraller yıprandığı için maliyetler tavan yapıyor. Bu da nükleer enerji şirketlerinin bakım sıklığını azaltmasına ve eski santrallerin yıpranmasına bağlı olarak kaza riskinin artmasına neden oluyor.

Bunun dışında nükleer enerjinin kötü bir şöhreti var ve halk çevre kirliliği kaygılarıyla nükleer enerji istemiyor. Nitekim Amerika’daki Three Mile Island, Sovyetler Birliği’ndeki Çernobil ve Japonya’daki Fukuşima nükleer kazalarında çevreye ölümcül radyasyon saçıldı. Birçok insan radyasyon zehirlenmesinden hayatını kaybetti. Kanser vakaları ve sakat doğum oranı arttı. Evet, nükleer kazalar uçak kazalarından daha az görülüyor ama bir kez yaşandı mı çok tehlikeli oluyor.

Bu da ABD, Rusya, Fransa ve Çin dışında nükleer enerjinin yaygınlaşmasını önlüyor. Dahası yeni santraller kurmak da zor; çünkü eski santralleri kapatsanız bile reaktörler radyoaktif olmaya devam ediyor. Dolayısıyla hem eski nükleer santralleri hurdaya çıkarmak hem de yeni santrallere yeni yer bulmak zor oluyor. Üstelik uranyum yakıtı kullanan nükleer reaktörler birazdan göreceğimiz gibi tasarımı gereği kaza geçirmeye daha yatkın oluyor. Dünyadaki bütün reaktörler de uranyum kullandığı için nükleer enerjinin yaygınlaşması nükleer kaza riskini artırıyor. Peki bunun çözümü var mı? Evet var: Bilim insanları uranyum yerine toryum kullanan yeni nesil reaktörler inşa etmeyi öneriyor:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Öyleyse toryum reaktörü nedir?

Toryum reaktörleri çok az miktarda radyoaktif atık üretir. Bunun önemini anlamak için nasıl nükleer enerji ürettiğimize bakalım. Nükleer reaktörler uranyum gibi büyük ve ağır atom çekirdeklerini parçalayarak yüksek ısı üretir. Bununla suyu kaynatıp buhar yaparsınız ve basınçlı buharla türbinleri döndürüp dinamo etkisiyle elektrik üretirsiniz. Oysa uranyumu yaktıktan sonra geriye kalan nükleer atıklar 130 yıl ila 120 bin yıl boyunca ölümcül radyasyon saçar.

Hatta yaklaşık 30 yılda radyoaktivitesi yarı yarıya azalan stronsiyum 90 ve sezyum 137 gibi uranyum artıkları daha tehlikelidir. Bu izotopların bu kadar hızlı bozunması çevreye daha şiddetli radyasyon yaymasına yol açar. Dolayısıyla radyoaktif atıkları reaktörden hemen çıkarmazsınız. Önce birkaç yıl içeride tutarak radyasyonun azalmasını beklersiniz. Ardından çok özel kaplara koyarak 30 ila 40 yıl kadar güvenli olan radyoaktif atık depolama sitelerine götürürsünüz. Bu bağlamda radyoaktif atıkların yüzde 3’ü ölümcül radyasyonun yüzde 95’ini yayan sönmüş nükleer yakıttan oluşur.

Atıkların yüzde 4’ü ise radyasyonun yüzde 7’sini yayan çelik kaplardan oluşur. Sonuçta atıkları çelik kaplara koyarız ama radyoaktif atıklardan yayılan nötronlar çelik kapların atomlarını da parçalayarak radyoaktif hale getirir. Buna nötron aktivasyonu deriz ki iyonize edici radyasyon bu yüzden ölümcüldür. Sadece ışımayla ölüm saçmaz. Aynı zamanda değdiği yeri de az ya da çok radyoaktif yapar. Bu bağlamda radyoaktif atıkların yüzde 90’ını, radyasyonun sadece yüzde 1’ini yayan ama kanser riskini zamanla artıran el aletleri ve koruyucu giysiler oluşturur. Bunlar nükleer santral işçilerinin radyasyonla kirlenen ekipmanıdır. Şimdi gelelim toryum reaktörlerinin faydasına:

İlgili yazı: Okyanuslar Hakkında Yanıtını Bilmediğimiz 7 Soru

 

Toryum reaktörü ve radyoaktif atıklar

2010 itibariyle dünyada 250 bin ton çok radyoaktif atık bulunuyor (sönmüş yakıt çubukları). Ayrıca dünya çapında yılda 12 bin ton çok radyoaktif atık üretiliyor. 2015 itibariyle Japonya’da 17 bin ve 2019 itibariyle Amerika’da 90 bin tondan fazla çok radyoaktif atık bulunuyor. Diğer yandan düşük düzeyli radyoaktif atıklar az ama sürekli radyasyon yaydığı için atıklar içinde en tehlikeli olanıdır. Bunları güvenli saklamak kolaydır ama radyoaktif toz ve su yoluyla kolayca çevreye yayılabilirler.

Düşük düzeyli radyoaktif atıklar vücudu sürekli ışınlayarak 20 yılda kanser riskini artırır. Radyoaktif atıklar farklı maddelerden oluştuğundan ağırlığı farklıdır. Bu yüzden dünyadaki toplam atık miktarını hacim olarak hesaplarız ki gezegenimizde 6 milyon 697 bin 793 metreküp radyoaktif atık bulunduğu tahmin edilmektedir. Bunun dışında 1940’lardan beri nükleer denemeler ve kazalardan yayılan atıklar vardır. Bugün radyoaktif atıklar oldukça güvenli sitelerde saklanıyor ama sıraladığım nedenlerle havaya azar azar radyasyon karışıyor. Radyoaktif atıkların az da olsa küresel kanser vakalarını artırdığı biliniyor.

Gerçi Amerika’da radyoaktif atıkları yeniden yakarak enerji üreten küçük ve güvenli nükleer reaktörler kurmaya çalışıyorlar. Radyoaktif atıkları depolamak yerine iyice yakalım da zararlı olmasın diyorlar. Neredeyse her ilçeye bir nükleer enerji santrali sloganıyla nükleer enerjiyi pazarlamaya çalışıyorlar. Oysa radyoaktif atıkları yeni santrallere taşımak kaza riskini ve maliyetleri artıracaktır. Ayrıca yeni santraller düşük düzeyli olsa dahi kendi atıklarını üretecektir. En zayıf radyasyon bile canlılarda zamanla kanserojen etki yarattığından atıkları bu şekilde yakmak insan sağlığını korumayacaktır.

Toryum reaktörü burada devreye giriyor

Pekala. Uzun anlattık ama uranyumu parçalayarak enerji üreten nükleer santralleri ölçeklemenin hem kaza riski hem de atıklar açısından çevreye çok zararlı olduğunu anladık. Peki kaza riski klasik reaktörlerden çok düşük olan, reaktör erime riski hiç olmayan ve uranyumdan az yakıtla bol enerji üreten bir reaktör türü yok mu? Var. Uranyum teknolojisiyle yaşıt olan ve 1940’lara uzanan toryum reaktörü var. Toryum uranyumdan 35 kat verimli bir yakıttır. Doğada üç kat bol bulunur; taşıması ve işlemesi kolay olduğundan uranyumdan 4 kat ucuzdur. Hem de uranyumun binde 6’sı kadar atık üretir! Öyle ki dünyada 80 yıldır salt toryum reaktörleri olsa sadece 40 bin ton radyoaktif atık üretirdik! Üstelik bunların içindeki çok radyoaktif atık oranı da oldukça düşük olurdu. Peki neden yapmadık?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Toryum reaktörü uranyuma karşı

Toryum santralleri gerçekten çevreyi kirletmeyen temiz ve ucuz nükleer enerji sağlayabilir mi? Bunu için nükleer enerjinin nasıl üretildiğine bakalım. Farklı nükleer güç santrali tasarımlarının nasıl çalıştığını görelim. Öncelikle atomu parçalamaya nükleer fizyon deriz ve bütün fizyon reaktörleri aynı şekilde çalışır. Uranyum ve plütonyum gibi çok sayıda nötronla proton içeren ağır çekirdekleri alırsınız. Bunları yeterli miktarda yan yana koyar ve içlerinden birine bir nötron ateşlersiniz.

Nötronlar elektriksel açıdan nötr olduğundan atomun çekirdeğine ulaşıp çarpabilir. Uygun çekirdeğe uygun hızda çarparsa onu böler. Çekirdek bölününce yeni nötronlar açığa çıkar ve bunlar da başka çekirdekleri böler. Kısacası nükleer yakıtta kritik kütleyi aşarsanız her çekirdek bölünmesi yenilerini tetikler. Siz de zincirleme tepkimeyle nükleer enerji üretirsiniz. Sonuçta büyük çekirdekler bölündüğü zaman büyük miktarda ısı açığa çıkarır. Tabii atomlar kontrolsüz bir şekilde bölünürse elinizde nükleer bomba olur ve yalnızca kontrollü bölünürse elinizde nükleer reaktör olur.

Buna karşın her ağır çekirdeği bölemezsiniz. Mesela kurşun uranyum kadar ağır olmasa da oldukça ağır bir çekirdektir ama kolay bölünmez. Uranyum gibi ağır metal çekirdekleriyse çok büyük olduğundan bölünmeye daha uygundur. Soğutucu olarak içme suyu kullanan reaktörlerde uranyum okside ek olarak yüzde 4,8 oranında uranyum 235 kullanırsınız. Bu çekirdekler çok kolay bölündüğü ve çok sayıda hızlı nötron açığa çıkardığından zincirleme tepkimeye uygundur. Kontrollü zincirleme tepkime için, bölünen her atomun ortalama olarak sadece bir diğer atomun bölünmesini sağlaması yeterlidir.

Uranyum fizyonu

U 235 reaktörlerde kullanılan en yaygın izotop olup doğal uranyumun sadece yüzde 1’ini oluşturur ve 92 protonla 143 nötron içerir. Doğal uranyum da U 238 olup fazladan 3 nötron içerir. Buna karşın U 235’in bölünmesi U 238’den kolaydır. Nötron sayısı eş yüklü olduğu için birbirini itmeye meyilli protonları bir arada tutmaya ancak yeten bütün kırılgan çekirdekler kolay bölünür. Oysa siz azı karar çoğu zarar olarak bölününce uygun miktarda nötron yayan çekirdekler isterseniz. U 235 ideal bir seçenektir. Nitekim çok hızlı giden nötronlar çekirdekleri ıskalar. Yavaş giden nötronlar ise çekirdeğe çarpsa da bölemez. Nötronlar uygun hızda gitmelidir:

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Toryum reaktörü ve soğutma

U 235’in en güzel yanı kendi yaydığı hızlı nötronlar tarafından bölünebilmesidir. Buna karşın nötronları yeterince yavaşlatıp termal nötron haline getirirseniz U 235 onlarca kat yüksek oranda bölünür. Diğer yandan U 238 daha kararlı (sağlam) bir çekirdektir ve sadece hızlı nötronlar onu bölebilir. Öyle ki U 238’in yavaş giden nötronları emme şansı daha fazladır. Bu sebeple ticari nükleer enerji üretmenin en kolay yolu U 238’e yüzde 4,8 oranında U 235 eklemektir. Bunlar zincirleme tepkimeyi hızlandırır. U 235 nötronların emilme hızını yavaşlatarak atomu parçalama oranını artırır.

Her durumda reaktör çekirdeğindeki nötronları yavaşlatmak için özel maddeler kullanırsınız. En basit yavaşlatıcı da bildiğimiz içme suyudur. Bu yüzden hafif su reaktörleri uzun yıllar boyunca en yaygın reaktör türü olmuştur; çünkü içme suyu diğer reaktörlerde kullandığımız ağır sudan bol ve ucuzdur.

Neden derseniz su molekülleri iki hidrojen atomu içerir. Hidrojen çekirdekleri ise tek bir protondan oluşur ve o da neredeyse nötron kadar ağırdır. Dolayısıyla hidrojen çekirdekleri kendisine çarpan nötronları yavaşlatır. Dahası hidrojen çekirdekleri daha fazla bölünemeyeceği için ve nötron içermediğinden nükleer enerji üreten zincirleme tepkimeyi de yavaşlatır.

Su molekülleri U 235’i bölen termal nötronları yavaşlattığı ve reaktör çekirdeğini soğuttuğu için çok işe yarar. Reaktöre su basarak onu soğutur ve tepkime hızını ayarlarsınız. Gerisini biliyorsunuz. Reaktörden geçen su ısınıp buharlaşır ve yüksek basınçlı buhar türbinleri döndürerek elektrik üretir. Öte yandan hafif su reaktörleri aktif soğutma ve dışarıdan müdahale yoluyla tepkime hızını kontrol etmeyi gerektirir. Bu yüzden su kesilince reaktör çekirdekleri aşırı ısınarak erir:

İlgili yazı: Türkiye Parafin Yakıtlı Roketle Ay’a Nasıl Gidecek

 

Toryum reaktörü aşırı ısınmıyor

Örneğin Three Mile Island reaktörü soğutma suyu bozuk supaptan sızıp basınç düştüğü için ısınıp kısmen eridi. Çernobil’de su kaynayınca ve Fukuşima’da tsunami yüzünden su pompaları kırılınca reaktör göz göre göre eridi. Her durumda su buharlaşınca reaktör ısınır ve yakıt çubukları ısınınca hidrojen patlaması meydana gelir. Çevreye radyasyon yaymak açısından da asıl tehlike budur.

İlk patlamayı saymazsanız bu felaket Çernobil’de önlenmiş ama Fukuşima’da gerçekleşmiştir. Yakıt çubukları zirkondan yapılır ve sıcaklığı 1500 dereceye ulaşan zirkon su buharıyla tepkimeye girer ve okside olunca suyu parçalayarak hidrojen gazı çıkarır. Hidrojen de yüksek ısıda alev alınca reaktör patlayıp radyasyon yayar; yani reaktör erise bile koruyucu kap delinmeyebilir. Oysa hidrojen gazı alev alırsa kabı patlatıp içindeki ölümcül radyasyonu bir anda havaya yayar.

Peki soğutucu olarak su kullanmasak olur mu? Su 100 derecede kaynar ama reaktörü soğutmak için sıvı metal ve sıvı tuz da kullanabilirsiniz. Örneğin sofra tuzu 600 derecede erir. Kurşun–bizmut ve maksimum erime yeteneği olan kurşun–bizmut alaşımı reaktörleri soğutmanın en güvenli yoludur. Bunlar zaten 250-600 derecede erir ve 1600 dereceden itibaren kaynamaya başlar. Kısacası su gibi 100 derecede buharlaşıp etkisini kaybetmeden reaktörleri soğutmaya devam eder. Özellikle kolay ergiyen kurşun–bizmut alaşımı kaynamaktan çok sıvılaşmaya eğimli olduğundan çok başarılı bir soğutucudur.

Üretken toryum reaktörü

Su çabuk kaynar ve yüksek basınç üretir, aynı zamanda sıcak zirkonla temasında yanıcı hidrojen açığa çıkarır. Bu yüzden bir kaza durumunda su soğutmalı reaktörler saatli bomba gibidir. Sıvı metal ile tuz soğutmalı reaktörler ise aşırı ısınmaz ve ısınsa bile patlamaz. Ayrıca sıvı metal soğutmalı reaktörler çok yüksek sıcaklıkta erimeden çalışır. Böylece uranyumu da çok iyi yakarak daha az radyoaktif atık üretir. Bunlara üretken reaktör denir ve toryum reaktörü tasarımı da en güvenli üretken reaktördür:

İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?

 

Toryum reaktörü ve denizaltılar

Su soğutmalı reaktörler düşük sıcaklıkta çalıştığı için uranyumu iyi yakamaz ve bol miktarda zehirli radyoaktif atık üretir. Bunlara uranyumun bölünmesiyle oluşan uranyum ötesi aktinitlerdir. Atom numarası 92’den büyük olan bu aktinitler on binlerce ve hatta yüz binlerce yıl boyunca radyoaktif kalır. Depremler, yağmurlar ve buzul hareketleri karşısında o kadar uzun süre dayanacak bir atık kuyusu inşa edemeyiz. Dolayısıyla evet, sezyum 137 çok tehlikelidir ama 130 yılda büyük ölçüde etkisini yitirir.

Siz de uzun süre radyoaktif kalan nispeten düşük düzeyli bol miktarda radyoaktif atık üretmek yerine, çok radyoaktif olan ama etkisini kısa sürede kaybeden az miktarda atık üretmek istersiniz. Özellikle de genel olarak az atık üreten reaktörler istersiniz. Biz de yüksek sıcaklıkta çalışan üretken ve verimli reaktörler daha az atık üretir dedik. Oysa nükleer fizikte üretkenliğin kendine özgü bir teknik anlamı vardır. Bunun için U 235’in yavaş giden termal nötronlarla bölünebildiğini, yani nükleer ateş yakmak için iyi bir çakmak olduğunu hatırlayalım.

Öte yandan U 238’in sadece hızlı nötronlarla bölündüğüne dikkat edelim. Demek ki su soğutmalı reaktörler U 238’i iyi yakamadığı için bol atık üretiyor. Üretken reaktörler ise daha çok sezyum 137 gibi ölümcül olan ama birkaç yüzyılda etkisini yitiren atıklar oluşturacaktır. Yine de bunu sadece az atık üretmek anlamında söylemiyorum. Atıkları birkaç yüz yıl güvenle saklama şansımız 1 milyon yıl boyunca güvenle saklama olasılığından yüksektir. Atık yönetiminde bu çok önemlidir.

Üretken reaktörlerin artıları

Ayrıca termodinamik uyarınca en enerjik olaylar en kısa süren olaylardır. En öldürücü radyasyon da en kısa sürede azalan radyasyondur. Uranyum ötesi aktinitlerin bazıları çok hızlı koşar ve çabuk nefesi kesilir. Diğer yandan üretken reaktörler kendi yakıtını üretir. Bunu anlatacağım ama önce bu reaktörlerin iki avantajına değinelim. Birincisi bunlar kendi çalışma hızını ayarlar ve nötron hızını ayarlayacak ek donanım gerektirmez. Üreten reaktörler daha küçük olur ve nükleer denizaltı ile uçak gemilerinde kullanmaya uygundur. İkincisi daha basit oldukları için arızalanma olasılığı da düşüktür.

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

 

Üretken reaktörler nasıl çalışır?

Üretken reaktörlerde grafit yavaşlatıcılar kullanmayız. Bu reaktörler kendi çalışma hızını ayarlar. Bu arada saf grafit nötronları yavaşlatan ama nötron yakalayıp kolay kolay radyoaktif hale gelmeyen bir madde olduğu için iyi bir yavaşlatıcıdır. Çernobil’deki gibi RBMK reaktörleri grafit yavaşlatıcı kullanır. Diğer yandan üretken reaktörler yüzde 20’den yüksek oranda U 235 içeren zenginleştirilmiş uranyum gerektirir. İşte bugün nükleer enerjinin çok kirli olmasının sebebi budur.

Nükleer reaktörler gelene dek uygarlığın uranyuma ihtiyacı yoktu. Bu yüzden uranyum madenciliği uzun süre pahalı oldu; ancak uranyumu zenginleştirmek daha da pahalıdır. Çok ileri teknoloji ve pahalı santrifüjler gerektirir. Bu sebeple nükleer enerji sektörü uranyumun yüzde 99’unu yakmadan radyoaktif atık olarak ziyan eden yavaş reaktörler kullanmaya devam ediyor. Uranyum çıkarmak uranyumu zenginleştirmekten çok daha ucuza mal oluyor. Peki üretken reaktörler kendi hızını nasıl ayarlıyor ve kendi yakıtını nasıl üretiyor? Toryum reaktörü için bunu da görelim:

Hızlı nötronların atomları ıskalama şansı yüksektir. Bu yüzden U 238 hızlı nötronlarla kolay bölünse bile hızlandırıcı olarak yüzde 20’den yüksek oranda U 235 kullanmak zorunda kalırız. Buna karşın hızlı nötronlar çekirdeği parçalarsa daha çok sayıda hızlı nötron açığa çıkarır. Bölünme başına bir nötron yerine 2–3 serbest nötron salar. İşte burası çok önemli: 1 nötronla atomu parçalıyorsunuz, yenisini parçalamak için elinizde 1 nötron oluyor ve diğerini de üretken olmayan bir atom yakalıyor.

Nükleer yakıt üretimi

U 238 de üretken reaktörde nötron yakalarsa daha ağır bir atom olan plütonyum 239’a dönüşür. Üretken reaktörlerde bunu da yakabilir veya nükleer silah üretiminde kullanmak üzere reaktörden çıkarabilirsiniz. Bunun dışında reaktörün içindeki yakıt çubuklarının çevresine normalde bölünmeyen ama üretken olan bir madde yerleştirirseniz bu da nötron yakalama yoluyla kolay bölünen atomlara dönüşecektir. Reaktörün kendi yakıtını üretmesi derken kasıt budur. Her durumda üretken reaktörler uranyumun parçalanmasıyla oluşan diğer radyoaktif izotopları da parçalayıp yakabildiği için az miktarda atık üretir. Oysa üretken reaktörlerin yaygın olmamasının bir sebebi daha var:

İlgili yazı: Natron Gölü Kuşları Nasıl Taşa Çeviriyor?

 

Toryum reaktör plütonyuma karşı

Üretken reaktörler uranyumdan plütonyum üretir. Aslında bugün dünyada kullanılan bütün reaktörleri bazı değişikliklerle plütonyum üretiminde kullanmak mümkündür. Bu yüzden ABD ve Rusya üretken reaktörlerin dünyada yaygınlaşmaması için büyük çaba sarf etmiştir. Yine de bu ülkeler nükleer silahlar için kullandığı bütün plütonyum stoklarını kendi reaktörlerinde üretmiştir.

Peki hem üretken reaktör olarak kendi yakıtını üreten hem nükleer kaza riski çok az olan hem de plütonyum üretmeyen temiz bir reaktör var mı? Az miktarda nükleer yakıt koyduktan sonra eksik yakıtı kendi üreterek tamamlayan son derece ekonomik ve basit bir reaktör? Tabii ki var: Yukarıdaki bütün sorunları çözen toryum reaktörler.

Toryum reaktörlerin nasıl çalıştığını anlatmak kolay ama temiz nükleer enerjide hangi sorunları çözdüğünü görmek daha önemlidir. Biz de bu nedenle önce atomu parçalayarak üretilen nükleer enerjinin güvenlik ve kirlilik sorunlarını ele aldık. Peki normal olarak bölünmeyen toryum atomunu temiz nükleer yakıt yapan şey nedir?

Toryum periyodik tabloda uranyumdan iki basak geride olan daha hafif bir aktinit atomdur. Dahası uranyum 238 gibi zor da olsa bölünmez, doğal olarak hiç bölünmez. Öte yandan üretken bir elementtir. Toryumu reaktöre koyup nötron ateşlerseniz bir nötron yakalayıp protaktinyum 233’e dönüşür ve ardından da uranyum 233 olur. U 233 ise hem U 235 hem de U 239’dan daha kolay bölünür; çünkü nötron yakalanmak yerine bölünüp parçalanmaya yatkındır. Neden uranyum reaktörlerine baştan U 233 koymadık derseniz bunun sebebi söz konusu elementi yapay olarak üretmemizdir.

Toryum reaktör ve U 233

Şimdi en ilginç noktaya geldik: U 233 bölünen çekirdek başına ortalama olarak 2 nötrondan biraz fazla nötron çıkarır. Üstelik yavaş giden termal nötronlar da U 233’ü bölebilir. Demek ki toryumdan U 233 üretip bunu parçalayarak enerji üretmek için hızlı reaktöre bile gerek yoktur. 😮 Bunu sıradan bir termal reaktörde yapabilirsiniz. Üstelik toryum reaktörler U 233’ü daha az nükleer basamakla yaktığı için de daha az atık üretir. Düşünün: Toryumu doğrudan U 233 yapıyorsunuz ve sonra da U 233’ü çok sayıda ara radyoaktif madde üretmeden parçalayıp enerji üretiyorsunuz. Gerçi şimdilik toryum reaktörlerin sadece çalışma prensibini gördük. Oysa birçok toryum reaktör tasarımı var. Peki hangisi en iyisi?

İlgili yazı: Yerçekimi Uzayla Zamanı Nasıl Büküyor?

 

En iyi toryum reaktör

Toryum reaktörler içinde tepesine atom bombası atmadığınız sürece erimesi imkansız olan bir tasarım var ki ona sıvı flüorür toryum reaktörü diyoruz, yani LFTR… Bunun için toryum ve daha önceden ürettiğiniz U 233’ü alır ve flüorürle birbirine bağlarsınız. Flüorür bu elementleri kimyasal olarak birleştirip toz yakıta dönüştürür. Sonra bu tozu erimiş flüorür berilyum tuzu veya lityum flüorür tuzunun içinde çözersiniz ve böylece macun kıvamında yakıtınız olur.

Sonrası basittir: U 233’ü nötronla parçalar ve enerji üretirsiniz. Ek nötronlarla toryumu U 233 yapıp onu da parçalarsınız ve böyle sürer gider. Üstelik güvenliği iyice artırmak için toryumla U 233 baştan karıştırmaktan da vazgeçebilirsiniz. Bunun yerine U 233’ü erimiş metalik tuzda çözer ama toryumu resimdeki gibi reaktör kabının çevresine silindirik bir ceket gibi sararsınız. Bu metalik ceket nötronlarla ışınlanarak U 233’e dönüşecektir.

Bu işin en güzel yanı erimiş metalik tuzun ikincil boru hatlarıyla nükleer enerji kaynaklı ısıyı reaktör çekirdeğinden alıp uzaktaki suya taşımasıdır. Böylece suyu radyoaktif olmadan ısıtabilirsiniz (boru hattı suyu uzaktan ısıtır). Su buharlaşır ve yüksek basınçlı buhar, türbinleri döndürerek elektrik üretir. LFTR reaktörlerin yavaş nötronlarla çalışan termal reaktörler olduğuna da dikkat edelim. Tabii bu durumda nötronları yavaşlatan bir madde var. Bu da erimiş metalik tuzun içinden aktığı kafes örgülü grafit kanallardır.

Peki acil durum olursa?

U–233 veya toryum U–233 yakıtını neden sıvı metalik tuzda çözdüğümüze gelince… Grafit nötron emip radyoaktif olmadan nötron yavaşlatan bir maddedir dedik ya, grafit olmazsa ne olur? Nötronlar hızlanır ve atomları ıskalamaya başlar. Böylece atomların parçalanması durur. Grafit çubukları bu tasarımda yerinden çıkaramazsınız. Oysa sıvı yakıtı reaktörün altındaki bir tıkacı açarak aşağı boşaltabilirsiniz! Nitekim LFTR tasarımında kabın altında lavabo gideri gibi bir boru vardır. Diyelim ki acil bir durum oldu ve reaktörü kapatmak gerekiyor. Ne yapacaksınız?

Kabın tıkacını söküyorsunuz ve radyoaktif yakıt radyasyon korumalı özel bir bölmeden geçerek acil durum boşaltım tanklarının içine doluyor. Grafit olmadığı için atomların bölünmesi duruyor. Öyle uranyumdaki gibi yakıt reaktörü kapatsanız bile bölünmeye devam etmiyor. Yakıtın sıcaklığı hızla azalıyor. Yüksek ısıyı erimiş tuz zaten emiyor ve o da hızla soğuyor ki uranyum reaktörlerinin en büyük kabusu neydi? Uranyumun erimesi… Bu reaktörde ise bırakın erisin! Kendiliğinden güvenle soğuyacak. Acil durum geçti mi? Yakıtı ısıtıp tekrar eriterek reaktöre geri pompalayın. Bu kadar basit!

İlgili yazı: Dünyada Olmayan Elementler İçeren Yıldız

 

Toparlayacak olursak

Toryum yerkabuğunda uranyumdan 3–4 kat bol bulunan ve bir o kadar ucuz olan bir ağır metaldir. Toryum kendi başına bölünmez ama reaktörlerde onu kolay bölünen U 233 nükleer yakıtına dönüştürebilirsiniz. Bu reaktörlerin tasarımı basittir. Bunlar küçük ve ucuzdur. Az yer kapladığı için daha çok sayıda reaktör kurabilirsiniz. Basit tasarımı yüzünden kaza riski çok azdır. Zaten erimiş yakıtla çalıştığı için reaktörün erime şansı yoktur. Acil durumda reaktör kendi kendine durur. Bunun için dışarıdan su veya başka bir soğutucu pompalaya gerek kalmaz. Üstelik çok az radyoaktif atık üretir.

Öyleyse nerede toryum reaktörler? Bir tane bile yok? Bunun sebebi bu reaktörün tasarım masasının ötesine asla geçmemiş olmasıdır. Size anlattığım şeylerin seri üretim teknolojisi hiç geliştirilmemiştir. Peki neden? 1) Nükleer silah üretmek için uranyum ve plütonyuma gerek vardır. Doğada ise U 233 değil, U 235 bulunur. U 233’ü reaktör olmadan üretemezsiniz ama U 235’i çıkarıp uranyum reaktörde plütonyum yaparsınız. 2) Denizaltılar için ilk nükleer reaktörü ABD yaptı. O sırada uranyum reaktörler çoktan yaygınlaşmıştı. Bu yüzden denizaltı ve uçak gemilerine üretken uranyum reaktör koydular. Sovyetler Birliği ve diğer ülkeler de deniz aracı reaktörlerini Amerikalılardan kopya çekti.

Çıkarcı enerji sektörü

İş insanları bir kez uranyum reaktöre yatırım yaptıktan sonra toryuma yeni yatırım yapmak istemediler. Ayrıca toryum her ülkede var ama uranyum birkaç ülkede var. Amerika ve Rusya diğer ülkelerin nükleer teknoloji geliştirmesini istemedi. Hem nükleer silah üretmesinler diye hem de enerji üretmek için petrol ve doğal gaz satın almak zorunda kalsınlar diye. Böylece fosil yakıt kaynaklarını kontrol ederek enerjiye aç ülkeleri köleleştirdiler. Özetle Çernobil’de gördüğünüz nükleer kazalar, radyasyon ve nükleer savaş korkusu hep bu açgözlü ülkeler yüzündendir. Bugün de kimse toryum reaktör kurmak istemiyor.

İlgili yazı: Elementler ve Atomlar Evrende Nasıl Oluştu?

 

Toryum reaktör için sonsöz

Peki bu temiz nükleer enerji için toryum reaktör kurmamız gerektiği anlamına mı geliyor? Madem bu kadar güvenli; doğal gaz santralleri, termik ve hidroelektrik santraller ile HES’leri kapatalım mı? Hepsinin yerine yarı sayıda toryum reaktör mü kuralım? Hayır, ben atomu parçalayarak enerji üreten nükleer güç santrallerine hepten karşıyım. Evet, buraya dek toryum reaktörlerin neden temiz ve güvenli olduğunu mühendislik açısından gördük. Neden ekonomik olduğuna da baktık. Oysa nükleer enerjinin önündeki en büyük engeli anlatmadık. Nükleer enerji neden tehlikelidir?

Amerikan hükümeti Three Misle Island kazasında yayılan radyasyonu düşük gösterdi. Aslında bilim insanları birkaç ay içinde 430 Sievert gibi açıklanandan 1000 kat fazla radyasyon yayıldığını ortaya çıkardı. Oysa hükümet bunu asla kabul etmedi. Çernobil kazasının ise iki sebebi vardı: Santralin o vardiyadaki müdürü Dyatlov’un kariyer hırsı ve Sovyetler Birliği’nin ucuz olsun diye reaktörde bilerek tasarım hatası yaparak bunu santrali işleten yöneticilerden bile gizlemiş olması. Fukuşima derseniz…

Fukuşima santralini işleten şirket hakkında deprem ve tsunami riskine dayalı iki güvenlik raporu hazırlandı. Bu raporda şirketin ekstra sel kapıları yapması, elektrik sistemini yenilemesi gibi öneriler vardı. Şirket hükümete rüşvet vererek ek masraf çıkaran bu inşaatları yapmadı. 2011 depreminde ise reaktör acil durum yüzünden otomatik olarak kapandı. Böylece şehir elektriği kesildi. Oysa ek yatırım yapılsaydı şebeke elektriği reaktör kapansa da soğutma suyu pompalarını dışarıdan beslerdi.

Göz göre göre gelen kaza

Pompalar dizel jeneratörlerle çalışmaya başladı. Buna karşın şirket tsunami kapısı yapmadığı için 14 metrelik deniz dalgaları jeneratör odasını bastı. Jeneratörler suya gömülünce bozuldu ve soğutma pompaları durdu. Japonlar da reaktörlerin (tam 3 reaktörün) ısınıp erimesini izlediler. Şimdi de yeraltında sakladıkları radyoaktif suyu okyanusun dibine veriyorlar. Peki bu neyi gösteriyor?

İlgili yazı: Teknesyum: Dünyada Olmayan Tek Elementi Görelim

 

İnsanlar bencildir

…ve dünyada yolsuzluklara dayalı bir yağma düzeni vardır. Evet, elimizde her mahalleye bir reaktör koyacak teknoloji var. Oysa bu reaktörleri güvenle çalıştırmak için şirketlere ve hükümete güvenemezsiniz. Her mahalleye bir reaktör koyarsanız her yıl bir nükleer kaza yaşanabilir. Nükleer enerjiyi az sayıda rektörde çok iyi eğitimli ekiplerle güvenli olarak kullanabiliriz. O da bir dereceye kadar.

Toryum reaktörü ve NASA’nın Kilopower reaktörleri gelecekte nükleer roketler, Ay üsleri ve Mars şehirlerinde işe yarayacaktır ama bunun için vakit henüz erken. Nükleer enerji insanlığın ihtiyaçları arttıkça şart olacaktır ama ancak santralleri tümüyle yapay zeka yönetirse güvenli olabilir.

Siz de gerçek temiz nükleer enerji için yeni füzyon reaktörlerini şimdi araştırabilir ve Çin’in Ay’dan helyum 3 çıkarma planlarına bakıp Akkuyu nükleer santralinin neden tehlikeli olduğunu okuyabilirsiniz. Küresel ısınmayı önlemek için güneş enerjisine nasıl yatırım yapmak gerektiğini ise elektrikli otoyollar, Güneş’ten 1000 yottawatt enerji üreten uydu ve uzaydan enerji ışınlamak yazılarında inceleyebilirsiniz. Hızınızı alamayıp Dünya’nın tek doğal nükleer reaktörü Oklo’yu da görebilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 🙂

Toryum reaktörü neden avantajlıdır?

¹Antineutrino Monitoring of Thorium Reactors
²The Thorium Molten Salt Reactor : Moving on from the MSBR
³LFTR: in search of the ideal pathway to thorium utilization-development program and current status