Parçacık Hızlandırıcıları, Toryum ve Türkiye nin Enerji Problemi

CERN-TR 31 Ekim 2013 (Toryum Çalıştayı, Enerji Bakanlığı, 03 Ekim 2013) Parçacık Hızlandırıcıları, Toryum ve Türkiye nin Enerji Problemi Prof. Dr. Saleh Sultansoy TOBB ETÜ Fen-Edebiyat Fakültesi Fizik Birimi Azerbaycan Elmler Akademiyası Fizika İnstitutu ATLAS, CLIC and LHEC, CERN TAEK-CERN Bilim Komitesi üyesi TAC-ISAC üyesi Türkiye nin zengin Toryum rezervlerine hızlandırıcı teknolojisini ekleyebilirsek ülkemizin (ve hatta Dünyanın) enerji problemini çözebiliriz. Böylece, Şehit Profesör Engin ARIK ın rüyası gerçek olur. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 1

İçerik 1. Önsöz: Maddenin kudret-i zerriyesi 2. Yeşil Nükleer Enerji: Toryum Yakıtlı Hızlandırıcı Sürümlü Sistemler Uranyum ve Toryum Rezervleri Hızlandırıcı Sürümlü Sistemler Hızlandırıcıya dayalı diğer sistemler Nasıl bir model uygulanabilir? 3. Tarihçe 4. Sonsöz Ek: Gelişmiş Ülkelerde Yapılan Çalışmalar (Örnekler) 4. Slayd??? 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 2

Bu sunumda Prof. Dr. Numan KURTULMUŞ un kurduğu Enerji Çalışma Grubunun Şubat 2013 te tamamladığı Raporun sonuçlarından istifade edilmiştir 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 3

Bazı rakamlar Türkiye nin cari açığının en önemli 2 nedeni: enerji kaynakları ithalatı ileri teknoloji ürünleri ithalatı 2007 Türkiye Dünya G8 ABD Kişi başına günlük tüketim (kwh) 2790 2500 8900 12300 Tablodan görüldüğü gibi nüfusa oranla dünya ortalamasının biraz üzerinde, G8 in 1/3, ABD nin 1/4 düzeyindeyiz. 2030 yılında bugünün gelişmiş ülkeleri yakalayabilmemiz için en az 100 GW lık ek güç kurulmalıdır (2012 de kurulu gücümüz 60 GW). Enerji kaynaklarını dışarıdan elde etmeye devam edersek cari açık artacaktır. Yılda 50 ton Toryum ek gücün yarısını (50 GW) üretmeye imkan sağlar. Bu miktar Türkiye nin Toryum rezervinin on binde biri bile değildir. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 4

Sunumun başlığı nerden geliyor?....... ~ ~ ~ ~ ~ 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 5

1. Önsöz: Maddenin kudret-i zerriyesi Yaşamımızı Değiştiren Deney Rutherford Deneyi (1911) Rutherford deneyinden elde ettiğimiz bilgiler modern bilimin ve yüksek teknolojinin bilimsel temelini oluşturuyor. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 6

Sen geçenlerde demiştin ki: Yazık hala biz, Dünkü ilmin bile biganesiyiz, cahiliyiz, İşte fıktanı bu ihmal edilen ma rifetin Nesli bir acze düşürmüş ki, bugün, memleketin, Bir yığın kuvveti var, hem ne tabii de, henüz Biz o kuvvetlere eller gibi hakim değiliz! Yarının ilmi nedir, halbuki? Gayet müthiş! Maddenin kudret-i zerriyesi uğraştığı iş, O yaman kudrete hakim olabilsem diyerek, Sarf edip durmada bir çok kafa binlerce emek, Onu bir buldu mu, artık bu zemin: Başka zemin, Çünkü bir damla kömürden edecekler te min, Öyle milyonla değil, na-mütenahi kudret! İbret al kendi sözünden aman oğlum gayret... Safahat, 6.bölüm (1919) Sebe, 3; Yunus, 61. Nükleer CERN, TAC ve ötesi Aldık mı? 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 7

Mehmet Akif bu sözleri Rutherford Deneyi nin sonuçlarının 1911 yılında yayınlanmasının üzerinden 10 yıl geçmeden yazmıştır. Nasıl oldu da Deneyin (o zaman fizikçilerinin bile çoğunun anlayamadığı) değerini Mehmet Akif çok net bir şekilde anlayabildi? Bunun cevabı bir önceki slaytta mevcuttur. Bu Deney in sonucunda elde ettiğimiz temel bilgiler son yüzyılın bilim ve teknolojisinin temelini oluşturmaktadır! Maalesef, halen Mehmet Akif i anlayamamışız. Bugün maddenin kudret-i zerriyesi en ileri düzeyde CERN de araştırılmaktadır. Türk devletleri en kısa zamanda CERN e tam üye olmalıdır. Maddenin kudret-i zerriyesi ni bizim coğrafyada da araştırmak istiyorsak Türk Hızlandırıcı Kompleksi (TAC Turkic Accelerator Complex) projesini en kısa zamanda gerçekleştirmeliyiz. Not: Temel parçacıklara Azerbaycan Türkçesinde elementar zerrecikler denir 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 8

1911 (Rutherford) 2011 (CERN LHC) 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 9

2. Yeşil Nükleer Enerji: TORYUM CERN Courier Mar 27, 2012 Mumbai engages ADS for nuclear energy Researchers gathered in India recently to review the progress and outlook in accelerator-driven systems for power generation and nuclear-waste management. HSS/ADS ile ilgili son gelişmeler için bak: M. Arık, P.S. Bilgin, A. Çalışkan, M.A. Çetiner, S. Sultansoy Yeşil Nükleer Enerji: Proton Hızlandırıcıya Dayalı Toryum Yakıtlı Enerji Sistemi TÜBİTAK Bilim ve Teknik, 537, 46-50 (Ağustos 2012). Çin, Hindistan, Norveç, İngiltere, ABD, Rusya, AB (Belçika, ), Japonya, Güney Kore vb bu konuda atağa geçtiler!!! Ya Bizler??? 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 10

03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 11

1. Avustralya 1 738 800 ton %24 2. Kazakistan 819 700 ton %11 3. Rusya 650 300 ton %9 4. Kanada 614 400 ton %8 5. Namibya 518 100 ton %7 6. ABD 472 100 ton %6 Dünya Rezervi 7 096 600 ton 1. Hindistan 846 500 ton %12,5 2. Türkiye 744 000 ton %11 3. Brezilya 606 000 ton %9 4. Avustralya 521 000 ton %7,7 5. ABD 434 000 ton %6,4 6. Mısır 380 000 ton %5,6 Dünya Rezervi 6 730 000 ton Kaynak: Uranium 2011: Resources, Production and Demand, A Joint Report by the OECD Nuclear Energy Agency and the International Atomic Energy Agency, ISBN 978-92-64-17803-8 (2012). 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 12

Thorium deposits 2012 Kaynak: Nature 492 (2012) 33; 6 December 2012 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 13

Bir yılda 1 GW lık kesintisiz güç üretmek için: 3.5 milyon ton kömür veya 200 ton Uranyum veya 1 ton Toryum gerekmektedir. Türkiye nin 57 GW lık kurulu gücüne eşdeğer nükleer santral kurulmuş olsa idi: mevcut uranyum rezervimiz ile (7300 ton) bunun ikamesi 1 yıl dahi karşılanamazdı. toryum rezervimizin ise 13000 yıl yeterli olacağı teorik olarak elde edilebilir. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 14

Hangisi Doğru? Türkiye de 1977 yılında MTA tarafından yapılan toryum rezervi çalışmasında, Eskişehir-Sivrihisar bölgesinde 380.000 ton toryum rezervi tespit edilmiştir. Monazit şeklinde olduğu için ayrıştırılması zordur. Ayrıca, Malatya-Kuluncak bölgesinde havadan prospeksiyon yapılmış fakat rezerv tespitine yönelik çalışma yapılmamıştır. Profesör Carlo Rubbia nın 1990 lardan itibaren yaptığı sunumlarda Türkiye nin toplam Toryum rezervinin 880.000 ton civarında olduğu belirtilmektedir. Bu rakam OECD ve IAEA verileri ile uyumludur. Soldaki resim: son yıllarda Isparta-Aksu bölgesinden çıkarılan Torit mineralleri (Kaynak: www.amrminerals.co.uk ) 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 15

2.2. Hızlandırıcı Sürümlü Sistemler (HSS) Kaynak: KEK ve JAERI nin ortak kurduğu J-PARC ın web sayfası 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 17

Hızlandırıcı Sürümlü Sistemler ne işe yarar? Geleneksel nükleer reaktörlerde üretilen atıkların yakılması (bu nükleer teknolojiye sahip gelişmiş ülkeleri ilgilendiriyor) Toryumun (ve U-238) yakıt olarak kullanılması (bu bizi ilgilendiriyor) Plutonyum un yakılması (bu nükleer silahlara sahip ülkeleri ilgilendiriyor) Dünyanın enerji dengelerinin değişmesi 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 18

Geleceğin enerji kaynağı olarak düşünülen ADS teknolojisini geliştirme çalışmaları, Avrupa (Belçika merkezli), Çin ve Amerika nın yanı sıra Japonya, Hindistan, Brezilya, Rusya ve Güney Kore de de hızlanarak devam etmektedir. Son yıllarda başta Belçika, Çin ve Hindistan olmak üzere birçok ülkede bu konuda ulusal programlar başlatılmış ve uluslararası işbirlikleri oluşturulmuştur. Ülkemizin de en kısa zamanda ulusal bir program başlatması ve uluslararası işbirliklerine dahil olması şarttır. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 19

Hızlandırıcı sürümlü sistemlerde nükleer süreci tetikleyecek nötronların proton hızlandırıcısı sayesinde sağlanması ve reaktörün kritik altı rejimde çalışmasından dolayı Çernobil tipi kazalar prensip olarak mümkün değildir. Zararlı nükleer atık miktarı geleneksel reaktörle nazaran çok daha düşüktür. Yakın gelecekte bir ülkenin hem Toryum rezervlerine hem de onu güvenle kullanacak kendi ürettiği ADS teknolojisine sahip olması kalıcı bir ekonomik ve stratejik değer oluşturacaktır. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 20

Bu konuda gelişmiş ülkelerde yapılan çalışmaların örnekleri Ek te verilmiştir. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 21

2.3. Hızlandırıcıya dayalı diğer sistemler: 1. Muon katalizörlü füzyon + Toryum 800 Mev lik proton demeti kullanılarak -mezon demeti elde edilir, -mezon demeti muon demetine çevrilir, muonlar d-t ortamına yönlendirilir. Muon elektrondan 207 kat daha ağırdır. dt molekülü dt molekülünden 207 kat daha küçüktür. 1 muon 120 füzyon reaksiyonunu tetikler. Elde edilen enerji proton demetini oluşturmak için harcanan enerjinin %40 kadardır. dt füzyonundan elde edilen nötronlar Toryum reaktörüne yönlendirilirse, elde edilen enerji 20 kat daha fazla olur Resimler Prof. Dr. A.K. Çiftçi nin UPHUK-1 de yayınlanan makalesinden alınmıştır 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 22

2.3. Hızlandırıcıya dayalı diğer sistemler: 2. d-t füzyon + Toryum 200 kv D + T He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV) D + D T (1.01 MeV) + p (3.02 MeV) D + D He (0.82 MeV) + n (2.45 MeV) T + T He + 2n + 11.3 MeV S. Sultansoy, Parçacık Hızlandırıcıları: Dün, Bugün, Yarın, UPHUK-1, 25-26 Ekim 2001. nötronlar Toryum reaktörüne yönlendirilir Farklı seçenek: dd, dt veya tt çarpıştırıcısı! 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 23

Sinop (ve sonraki) NGS ler için model önerisi: Japonya ve/veya Güney Kore ile konsorsiyum kurularak toryum rezervlerimizin ortak kullanımına karşılık NÜKLEER teknoloji transferi ve ortak geliştirilmesi sağlanabilir. a) NGS kurulum ve işletme maliyetinin yaklaşık %5 ini yakıt olarak kabul edersek, 1 santralin kurulum ve işletme maliyeti 20 santralin yakıt maliyetine eşittir. b) Toryum maden rezervlerimiz 10 000 adet 1 GW lık NGS nin işletme süresince yakıtını karşılamaya yeterlidir. c) Japonya ve Güney Kore nin toryum rezervi yoktur. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 24

Hızlandırıcı Sürümlü Sistemler için yapılması gerekenler Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı: Türkiye nin Toryum rezervleri belirlenmelidir. (MTA) Toryum ayrıştırma süreçleri geliştirilmelidir. (TAEK) HSS için nükleer reaktör tasarımı çalışmaları başlatılmalıdır. (TAEK) Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı: GeV enerjili proton hızlandırıcısı tasarımı çalışmaları başlatılmalıdır. Ulusal Hızlandırıcı Laboratuarı (veya Japonya da olduğu gibi Kurumu) kurulmalıdır. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 25

Bilim ve Teknoloji Yüksek Kurulu: 20 Kasım 2007 tarihli toplantıda alınan 2007/102 No lu Ulusal Nükleer Teknoloji Geliştirme Programı (2007-2015) başlıklı kararın gereği yapılmalıdır. Bu kararda Toryum Mükemmeliyet Merkezi nin ve GeV Enerjili Proton Hızlandırıcısı nın kurulması öngörülmüştü. Bu konu en yakın BTYK toplantısının gündemine alınmalıdır. Eskişehir Çalıştayı 6-7 Ocak 2003 tarihlerinde DPT ve TAEK tarafından Eskişehir Osmangazi Üniversitesinde 80 bilim insanının katılımıyla düzenlenen Toryum Yakıtlı Nükleer Teknolojiler çalıştayında oluşturulan yapılanma gerçekleştirilmelidir. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 26

Eskişehir Çalıştayı (6-7 Ocak 2003) Sonuç Raporundan Sonuçta, çalıştaya katılan bilimsel heyet özellikle 21. yüzyılda nükleer enerjiden en verimli ve güvenli şekilde yararlanılabilmesi için Toryum katkılı yakıtlar kullanan geleneksel reaktörler, Hızlandırıcıya dayalı yeni tip reaktörler Hibrid (füzyon - fisyon) reaktörlerin teknolojisinin Türkiye ye kazandırılmasının öncelikli bir hedef olması gerektiğine karar vermiştir. Bu hedefe ulaşmak amacıyla: Hızlandırıcı Grubu, Yakıt ve Reaktör Malzemeleri Grubu, Nükleer Ölçümler, Değerlendirme ve Veri Tabanı Oluşturma Grubu, Reaktör Sistemleri ve Yakıt Çevrimi Grubu isimleri ile dört araştırma grubu oluşturulmuş ve bu gruplar çalışmalarına başlamışlardır. Bu alanda yapılacak çalışmaları koordine etmek, bilimsel politikaları oluşturmak, ilgili makamlara iletmek amacıyla bir koordinasyon grubu oluşturulmuştur. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 27

Toryum umudu! (Milliyet 09 Ocak 2013) Çin, temiz nükleer olarak bilinen Toryum elementini enerjiye çevirecek santraller inşa etmek için 350 milyon dolarlık araştırma başlattı. Başarılı olmaları Türkiye ye de yarayacak. Çünkü dünya Toryum rezervinde ilk 5 teyiz. Türkiye de yeraltında 120 trilyon dolarlık Toryum olduğu iddia ediliyor. Türkiye nin şansı??? (neden bizim şansımız oluyor?) Çin in eski lideri Jiang Zemin in oğlu Mianheng, Çin Bilim Akdemisi tarafından 350 milyon dolarlık fonla oluşturulan Toryum projesinin başına getirildi. 140 profesörle birlikte radyoaktif Toryum elementinin kullanılacağı ucuz nükleer santraller geliştirmek için Şangay Nükleer Araştırma ve Uygulamalı Fizik Enstitüsü ile birlikte çalışacak. Proje kapsamında görevli bilim adamlarının sayısı 2015 te 750 ye çıkacak. Hindistan Toryum la çalışan santraller konusunda dünyada en büyük ilerlemeyi sağlayan ülke. Bunun gerisinde Hintliler in de çok zengin Toryum kaynaklarına sahip olması ve bu elementle elektrik üretmeyi başarmaları durumunda hammadde sıkıntısını tamamen aşacak olmaları yatıyor. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 28

Project X (FNAL, USA) Bu raporda ADS kelimesi 60 dan fazla yerde geçiyor 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 29

3. Tarihçe 1993: Nobel ödülü sahibi Prof. Dr. Carlo Rubbia ın yönetiminde CERN de Energy Amplifier (HSS/ADS) çalışmaları başlatıldı. 1993: Bölgesel Hızlandırıcı Merkezi (2001 den itibaren TAC Turkic Accelerator Complex) önerisi yayınlandı. 1997: Profesör Rubbia bu çalışmalar ile ilgili evrakları bize iletti. 1998: Konu ile ilgili Bilgi Notu TAEK e iletildi. Haziran 1999: TAEK te Türk Cumhuriyetlerinden gelen bilim insanlarının katılımıyla düzenlenen Nükleer enerji ile ilgili toplantıda Toryum konusunda sunum yapıldı. Ocak 2002 Aralık 2005: Türk Hızlandırıcı Kompleksinin Genel Tasarımı başlıklı DPT projesi kapsamında HSS konusunda sistemli çalışmalar yürütüldü. 27 Temmuz 2002: Hürriyet gazetesinde Prof. Dr. Engin ARIK ile Kurtarıcının adı Toryum başlıklı söyleşi yayınlandı. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 30

Tarihçe (devam) 6-7 Ocak 2003: DPT ve TAEK tarafından Eskişehir Osmangazi Üniversitesinde 80 bilim insanının katılımıyla Toryum Yakıtlı Nükleer Teknolojiler çalıştayı düzenledik. Ağustos 2003: Prof. C. Rubbia başkanlığında EA grubu ile Prof. E. Arık, Prof. S. Sultansoy ve Prof. S. Şahin başkanlığında Türk grubunun ortak toplantısı düzenlendi. Türk grubunun en iyi koşullarla n-tof deneyine katılması konusunda mutakabat sağlandı. Ocak 2004: DPT Türk grubunun n-tof deneyine katılması için TAEK e bütçe ayırdı. Aralık 2004: DPT nin HSS ile ilgili CERN de yapılan n-tof deneyine Türk bilim insanlarının katılması için TAEK e aktardığı bütçe harcanmadan iade edildi.. 20 Kasım 2007 (BTYK-16): Nükleer yakıt teknolojisi konusunda yürütülecek Ar-Ge faaliyetleri kapsamında SNTM de Toryum Mükemmeliyet Merkezi kurulması çalışmaları sürdürülmektedir.???? Not: UPHUK-1 ve UPHUK-2 de ADS ile ilgili sunumlar yapıldı. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 31

Kongre Sonuç Raporu, Öneriler kısmından Hızandırıcı Sürümlü Sistemlerde Hızlandırıcıların Elde Edilebilirliği ve Güvenilirliği M.A. ÇETİNER, B. DEMİRCİOĞLU, H. KARADENİZ, İ. T. ÇAKIR, B.ÇETİNER Hızlandırıcı Sürümlü Sistemlerde Siklotronların Kullanılabilirliği İ. T. ÇAKIR, M.A. ÇETİNER, B. DEMİRCİOĞLU, B. ÇETİNER, H. KARADENİZ Trade Projesi Proton Hızlandırıcısının Genel Özellikleri Ve Diğer Kullanım Alanları P.S.BİLGİN, A.ÇAYLAN, M.A.ÇETİNER, S. SULTANSOY, E.TANKER Hızlandırıcı Sürümlü Sistemler İçin Doğrusal Hızlandırıcılar B. DEMİRCİOĞLU, H. KARADENİZ, M.A. ÇETİNER, İ. T. ÇAKIR, B. ÇETİNER Hızlı Nötronlarla 232 Th' nin Reaksiyonundan Yayınlanan Nötron Spektrumunun İncelenmesi E. TEL, A. ARASOĞLU, İ. DEMİRKOL, H. AYTEKİN 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 32

Eskişehir Çalıştayı (6-7 Ocak 2003) Sonuç Bildirisi 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 33

4. Sonsöz 1. Toryum ile ilgili Ulusal Yol Haritasının oluşturulması 2. Bahsedilen tüm projelerin yürütülmesi, koordinasyonunun sağlanması ve gerekli insan kaynağının yetiştirilmesi için Araştırma Üniversitesi formatında Nükleer Teknoloji Üniversitesinin kurulması 3. Mevcut Toryum rezervlerinin ekonomiye kazandırılması için çalışmaların ivedilikle başlatılması, bu kapsamda uluslararası teknoloji işbirliğinin oluşturulması 4. Akkuyu ve Sinop sonrası kurulacak reaktörlerde Toryum opsiyonunun dikkate alınması 5. Hızlandırıcıya dayalı Toryum yakıtlı sistemler için Ulusal Hızlandırıcı Laboratuarının kurulması ELZEMDİR! 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 34

Ek: Gelişmiş Ülkelerde Yapılan Çalışmalar (Örnekler)* BELÇİKA-AVRUPA BİRLİĞİ İNGİLTERE NORVEÇ JAPONYA Slaytlar 2nd International Workshop on ACCELERATOR-DRIVEN SUB-CRITICAL SYSTEMS & THORIUM UTILIZATION (December 11-14, 2011, India) dan alınmıştır Not: Bu konuda ABD, Rusya, Güney Kore, Hindistan, Çin dahil birçok ülkede AR-GE yapılmaktadır * Bu kısım THeC13 (Cenevre 27-31 Ekim 2013) toplantısından sonra güncelleştirilecektir. 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 35

BELÇİKA-AVRUPA BİRLİĞİ 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 36

NORVEÇ 03 Ekim 2013 Saleh@Toryum Enerji Bakanlığı 43