Nadir Toprak Elementleri

Türkiye’nin sahip olduğu geniş nadir toprak elementlerinin ve toryum cevherlerinin değerlendirilmesi çalışmaları, Ergimiş Tuz Reaktörlerinde kullanılacak olan Toryumun üretilmesine imkân verdiğinden FİGES de kendi payına düşeni yapmak üzere bu konudaki çalışmalara katılmakta tereddüt etmeyerek sahip olduğu teknoloji altyapısıyla katkılarını sunmaya devam etmektedir. Nitekim bu kapsamda FİGES ilgili çalıştaylara ve kamu kuruluşlarının düzenlediği çalışma gruplarına dâvetli olarak katılım sağlamıştır. Konu hakkında detaylı bilgi için buraya tıklayınız.  

Türkiye’nin en az 40 yıldır bilinen ve üzerinde oldukça farklı bilimsel çalışmalar yapılmış olan Eskişehir-Beylikova/Sivrihisar yöresinde 1.000.000 ton kadar Nadir Toprak Elementleri (NTE) ve 350.000 ton dolayında da toryum (Th) bulunmaktadır. Mineralojik ve hidrometalürjik incelemeleri tamamlanmış olan bir diğer kesinleşmiş cevher yatağı da Burdur-Çanaklı yöresindedir. Burada da 300 000 ton NTE ve 17 000 ton da Th bulunmaktadır. 

Günümüz piyasa koşullarında söz konusu cevher yatakları ancak NTE’lerin kazanılmasına dayanan yöntemlerle işlenebilir. Çünkü içerdiği 15 element tek tek ayrıldığı vakit çok yüksek katma değerlere sahip elementler (NeodimyumPraseodimyum, Evropiyum, Samaryum, Disprosyum, Terbiyum, vd.) elde edilebilmekte ve bunlar hassas ve ileri teknoloji cihazlarında kullanım alanı bulmaktadır. NTE’ler cevherlerinden ayrıldığında hemen her zaman birlikte bulunan toryum da zorunlu olarak ayrılacak ve depolanacaktır. 

Toryum, yakın gelecekte Ergimiş Tuz Reaktörlerinde çok önemli bir enerji hammaddesi olarak iş göreceğinden NTE üretiminin değerli bir yan ürünü olarak saklanmalıdır. 

FİGES, Türkiye’de bulunan her iki NTE ve Th cevherine ait işleme ve ayırma çalışmalarından elde edilen bilgi birikimine sahiptir. Bu sebepten, 

  • İlgili çalıştaylara (Toryum ve Nadir Toprak Elementlerinin Ayrılması Çalıştayı, Ege Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü, 10-11 Mayıs 2018, Kuşadası, bkz. BİLİMSEL ve TEKNİK FAALİYETLER) ve
  • Nadir Toprak Elementler ve Refrakter Grubu Metaller Çalışma Grubuna (Savunma Sanayii Başkanlığı, NTE-RGM Alt Çalışma Grupları toplantısı, 7 Eylül 2018, Ankara) katkıda bulunmaya dâvet edilmiştir

FİGES, NTE ve Th cevherlerinin işlenmesi çalışmalarında, tesis modelleme, NTE’lerin ayrılması konusunda akım şeması hazırlanması alanlarında çalışmalarını sürdürecektir. 

Çözelti Reaktörü

Prototip reaktör yapımı konusunda AR-GE çalışmaları kapsamında çeşitli modeller üzerinde durulmuş ve ülkemizde nükleer tıp alanında büyük ihtiyaç duyulan ve hâlen ithal edilen Molibden-99 radyoizotopunun da çok elverişli şartlarda üretilmesini sağlayacak olan Homojen Reaktörler sınıfından Çözelti Reaktörü geliştirilmesi çalışmalarına başlanmıştır. Konu hakkında detaylı bilgi için buraya tıklayınız.

Sulu homojen reaktörlerde bölünme tepkimesi yapacak “yakıt”, en fazla % 19,75 oranında uranyum -235 izotopu içeren (hafifçe zenginleştirilmiş uranyum-LEU) “uranil nitrat” tuzudur. Suda çok kolay çözünen bu tuzla hazırlanan “sulu çözelti”, nükleer tepkimeleri kendi kendine sürdürebilecek kütle miktarında hazırlanarak küresel veya silindir biçimli bir kaba doldurulur. Nükleer bölünme tepkimesi sırasında açığa çıkan ısının, çözelti sıcaklığının 90 oC’ın üstüne geçmemesi için ortamdan uzlaştırılması gerekir.

Uranyumun bölünmesi sırasında ortaya çıkan bölünme ürünleri içinde Molibden-99’dan başka, Xe-133, Sr-89, Y-90, I-131 gibi gene nükleer tıpta kullanılan diğer değerli radyoizotoplar da yer almaktadır. İşlem sırasında uranil nitrat çözeltisinden belirli hacımlar dışarı alınarak “kimyasal temizleme” işlemine sokularak adı geçen radyoizotoplar sürekli olarak ayrılmaktadır. Aşağıdaki resimde, hâlen Rusya’da Kurçatov Enstitüsünde çalışmakta olan ARGUS Çözelti Reaktörü şeması görülmektedir.

45-50 yıl öncesine dayanan Çözelti Reaktörlerinden bugüne kadar 30 adet kadar imâl edilmiştir. Güçleri 0,05 Watt’tan, 5 MWatt (ısıl) arasında değişen bu reaktörlerden çalışmasından kaynaklanan geniş bir işletme bilgisi ve veri birikimi bulunmaktadır.

Yapılan hesaplar Çözelti Reaktörleri, yüksek Mo-99 üretim verimi, düşük maliyetleri, küçük “kritik kütleleri”, kendiliğinden pasif güvenlik sistemleri ve basitleştirilmiş yakıt işlemleri ve temizleme özellikleri ile günümüzde tekrar ilgi odağı olmaya adaydır.

Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı da dünyada giderek sıkıntı daha fazla hissedilmeye başlayan tıbbî radyoizotopların (Mo-99) insan sağlığında daha verimli bir şekilde kullanılması için Çözelti Reaktörlerini ciddî bir alternatif olarak sunmaktadır*.

Çözelti Reaktörlerinin imâlat tasarım hesaplarında ANSYS CFX 14 gibi kodların kullanılıyor olması da FİGES’in bu alanda öncü rol almasında önemli bir etken olmaktadır.

* IAEA, Production and Supply of Molybdenum-99, Nuclear Technology