Supergravitasyon Kuramı - Keşfi ve ilk Yılları

Süpergravitasyon kuramı 26 yıl önce, 1976 Nisan ayında açıklandığında fizikçiler arasında büyük heyecan uyandıran bir olay olmuştu. O günlerde doğanın temel etkileşim kuvvetlerinden üçünü (elektromanyetik kuvvetle atom çekirdekleri içinde etkin olan zayıf ve şiddetli etkileşim kuvvetlerini) kapsayan birleşik, kuantumlu ayar alan kuramları, artık genel kabul görmeye başlamışlardı. Bugün standart model adı verilen bu birleşik alan kuramlarına, bir anlamda doğadaki en önemli etkileşimleri, yani gravitasyon ya da başka bir deyişle kütleçekim kuvvetlerini dahil etmek, çok önem kazanan bir sorun haline gelmişti. Bu sorun daha doktoramı yaparken ilgimi çekmekteydi. 

Tezimi 1976'da ODTÜ'de verdikten sonra aynı yıl Boston'a, süpergravitasyon kuramını keşfedenlerin yanına gittim ve sonraki gelişmelerin içinde yaşadım; konuya katkılarım oldu. Bugün süpergravitasyon kuramlarının, o ilk heyecanlı günlerinde gibi temel nitelikte olmadıkları anlaşılmış bulunuyor. Ama bu kuramlar önemlerini yitirmiş değiller. Çünkü, sonraki yıllarda herşeyin kuramı olma iddiasıyla ön plana çıkarılan süpersicim modellerinin fiziksel öngörüleri, ancak birer etkin kuantumlu sicim alan kuramı gibi yorumlanan 10 boyutlu süpergravitasyon kuramları kapsamında verilebilmekte. Bu yazıda kuantumlu gravitasyon kuramlarını kapsayan daha genel bir bakış açısından ve kendi yaşadıkları mı da katarak süpergravitasyon kuramlarının keşfini ve ve ilk yıllarını anlatacağım.

Pertürbasyon Kuramı (Bir Yaklaştırım Yöntemi)

Süpersicim kuramının olağanüstü matematiksel zorluğundan dolayı, kuramı tanımlayan denklemleri yazmak ve bu denklemlere çözümler bulmak için fizikçiler pertürbasyon kuramı denen bir “yaklaştırım” yöntemi kullanırlar. Bu yöntemde önce sözkonusu soruya, yaklaşık bir yanıt verilmeye çalışılır ve daha sonra bu yanıt, ayrıntıların üzerinde gittikçe daha fazla durularak iyileştirilmeye çalışılır. Bu yöntem sicim kuramından daha önce alan kuramlarında çok büyük bir başarıyla kullanılmıştı. Ancak bir yaklaştırım yöntemi, eninde sonunda bir yaklaştırım yöntemidir bu şekilde analiz edilen bir kuramın tam olarak anlaşıldığı söylenemez. Yöntemin başarısı, kuramdaki bir sabitin değerine sıkı sıkıya bağlıdır. Buna çiftlenim sabiti denir. Bir ipliğin kopup kopmaması, onu çeken kuvvete ve ipliğin dayanma gücüne nasıl bağlıysa, bir süpersicimin de, sicimler arası etkileşimde bir başka süpersicime bağlanması ya da iki ayrı parçaya ayrılması, o süpersicimi tanımlayan kuramdaki çiftlenim sabitinin değerine bağlıdır. Eğer bu sabitin değeri 1’den küçükse, sicimler birbirleriyle zayıfça etkileşirler.

Kaç Sicim Kuramı var ?

Bozonik sicim kuramı 26- boyutludur ve düşük enerjide içerdiği parçacıklardan birinin kütlesinin karesi negatiftir. Böyle parçacıklara takyon denir. Takyonlar ışık hızından hızlı hareket ederler ve böyle bir kuramda boşluk kararlı olamayacağından, takyonlar kuramda olması istenmeyen parçacıklar. Bozonik sicim kuramı, fer miyonları da kapsamadığından gerçekçi bir kuram değil.

10 boyutta 5 tane tutarlı sicim kuramı bulunur. Bunların hepsi süpersimetriktir ve graviton (dolayısıyla kütleçekimini) içerirler. Aralarındaki ilk fark, sicimin açık ya da kapalı olmasıdır. Sırf kapalı sicimle tutarlı bir kuram geliştirilebilirken, açık sicim kuramlarında kapalı sicimler de olur. Açık sicim içeren tek kuram, Tip I’dir. Bu 5 kuram, içerdikleri süpersimetrik parçacık sayısı bakımından da ayrılıyorlar. Tip II kuramlarında, diğerlerinden daha fazla parçacık bulunuyor. Tip IIA’yı IIB’den ayıran özellikse, sağ-sol simetrisi. Tip IIB kuramında, kütlesi sıfır olan fermiyonlar yalnızca belli bir yönde dönerlerken, Tip IIA’da fermiyonlar her iki yönde de dönebilirler. İki melez sicim kuramını birbirinden ayıran şeyse simetri grupları. İlk bakışta, bu 5 kuramdan bizim yaşadığımız evreni tanımlamaya en uygunu, Melez E8xE8 modeli. E8 grubu, standart modelin simetri grubunu, yani SU(3)xSU(2)xU(1)’ı kapsar ve fazladan parçacıklar, kozmolojideki karanlık madde problemi için işe yarayabilir. Hem bu melez modelde de, tıpkı standart modeldeki gibi, sağ-sol simetrisi bulunmuyor. Sicim kuramına ilişkin çalışmalar 1984’te Michael Green ve John Schwarz’ın, bu kuramın anomalilerden arınmış olduğunu göstermeleriyle büyük bir ivme kazandı. 

Sicim Kuramı Hakkında Bilgi

Sicim kuramının ana varsayımı, maddenin yapıtaşlarının nokta parçacıklar değil, 1-boyutlu sicimler olduğu. Bu sicimler ayakkabı bağı gibi açık ya da bir halka şeklinde kapalı olabilirler. Sicimler olağanüstü kısa. Tipik uzunlukları 10-33 cm. Bu öylesine küçük bir sayı ki, gündelik hayatımızda ve hatta standart modelde bu uzunluğu ihmal edip sicimleri bir noktaymış gibi düşünebiliriz. Ancak kuramsal hesaplamalarda bu sayı birazdan anlatacağımız önemli farklara yol açmaktadır. Bir keman telinin değişik titreşimlerinin değişik sesler vermesi gibi, bir sicimin de farklı titreşim kipleri (modları) var. Her bir kip, farklı bir kütleye ve farklı kuantum özelliklerine sahip. Böylece, doğada gördüğümüz nötron, proton gibi parçacıkları tek bir sicimin değişik titreşimleri gibi düşünebiliriz.

Nükleer Silah Hakkında Biraz Bilgi

Nükleer silahlar nükleer enerjinin, büyük miktarlarda ve ani denilebilecek kısa sürelerde, kontrolsüz şekilde üretimine dayalıdır. Nükleer enerjise, ya çekirdek parçalanması ya da fisyon, ya da çekirdek birleşmesi ya da füzyon yoluyla elde edilir. Fisyon olayında, örneğin U-235 gibi bir çekirdek, nötron bombardımanına tabi tutulduğunda, bir nötron yutarak parçalanır ve 2 ya da 3 nötron çıkarır. Böyle çekirdeklerin, parçalanabilir ya da ‘fisil’ olduğu söylenir. Açığa çıkan nötronlardan bazıları, ortamın dışına kaçarak ya da ilgisiz çekirdekler tarafından yutularak ‘ziyan’ olurken, bazıları diğer U-235 çekirdeklerine çarpıp yeni fisyonlara yol açar. Eğer bir uranyum kütlesinde ortalama olarak, fisyona yol açan her nötron başına açığa çıkan nötronların; ‘birden fazlası, biri ya da birden azı’ tekrar fisyona yol açabiliyorsa, uranyum kütlesinin ‘süperkritik, kritik ya da alt kritik’ olduğu söylenir. Geometrisine ve kimyasal bileşimine bağlı olarak, olası en küçük kritik kütle 7-8 kg düzeyindedir.

Nükleer Enerji Hakkında Bazı Sorunlar

Nükleer santrallerdeki plütonyum, atom bombası yapımı için uygun nitelikte mi? 

Nükleer bir santralde üretilen plütonyum Pu-239, Pu-240, Pu-241, Pu-242 izotopları halinde ortaya çıkar. Bunlardan çift sayılı izotoplar kolay fisyona uğramayan, dolayısıyla parçalanabilir olmayan izotoplar. Tek sayıda olanlarsa, yani Pu-239 ve Pu-241, fisyona yatkın izotoplar. Ama nükleer reaktörde bu iki tür bir arada bulunduğundan, yakıt kirlidir. Bomba malzemesi yapmak için çift sayılı izotopların ayıklanması gerekir. Bu da oldukça teknik ve bir hayli pahalı zenginleştirme işlemleri gerektirir. Öte yandan aynı yakıt kompozisyonunu, araştırma reaktörlerinin yakıtından elde etmek de mümkün. Dolayısıyla bomba malzemesi yapmak amacıyla nükleer güç santrallerine yönelmek hiç de akılcı bir yol değildir. 

Nükleer enerji reaktörleri ve araştırma reaktörleri arasındaki nitelik farkı nedir? 

Nükleer enerji santralleri boyut olarak daha büyük olduklarından, görece az düzeyde zenginleştirilmiş uranyum kullanırlar. Bunun anlamı, yakıtın çok büyük kısmının parçalanamaz U-238 izotopundan, yalnızca %1,5-%3lük kısmının parçalanabilir U-235 izotopundan oluşuyor olması. Halbuki araştırma reaktörleri çok daha küçük hacimli olduklarından, çok daha zengin yakıt kullanmak zorundadırlar. Yani yakıtın yaklaşık %98-%99’a varan bir kısmı parçalanabilir U-235 izotopundan oluşur. Böyle bir reaktörün yakıtını doğrudan uranyuma dayalı bir bomba yapmak üzere kullanmak mümkün olabilir. 

Nükleer Artık Sorunu Hakkında

Nükleer atık sorununa çözüm, özellikle ABD için acildir. Nedeni 2003 yılı itibariyle ülkedeki nükleer enerji santrallerinde 40.000 ton kullanılmış atık yakıt birikmiş olması. Bu miktarın 2035 yılında 105.000 tona yükselmesi bekleniyor. Hükümetin, katı yakıt çubukları biçimindeki bu atıkları depolamak için bir yol bulması gerekiyor. Çünkü bu atıklar geçici olarak nükleer santrallerin soğutma havuzlarında tutuluyor ve ülkede bulunan 131 nükleer santralin soğutma havuzu da hemen hemen dolmuş gibi. Ülke nüfusunun yaklaşık yarısı, bu nükleer tesislere 120 kilometreden daha yakın yerleşim birimlerinde yaşıyor. Ticari santral atıklarına ek olarak ABD’nin güvenli bir biçimde saklamak zorunda olduğu yüksek düzeyde radyoaktif atıklar da var.

Süperkritik Su Soğutmalı Reaktör Sistemi

Yüksek sıcaklıkta, yüksek basınçta suyla soğutulan reaktör (şekilde), suyun termodinamik kritik noktasının (374°C, 22,1 megapascal) üzerindeki (süperkritik) sıcaklıkla çalışıyor. Süperkritik soğutma suyu, günümüzde kullanılan hafif su reaktörlerininkinden üçte bir daha fazla termal verim sağlamasının yanı sıra, santralin kararlılığının basitleştirilmesine de olanak tanıyor. Santral kararlılığının basitleşmesinin nedeni, soğutucunun reaktör içinde faz değişikliğine uğramaması ve doğrudan güç çevrim sistemine bağlanabilmesi. Standart sistem, 1700 megawatt gücünde bir reaktör. Çalışma basıncı 25 Mpa. 510°C’lik reaktör çıkış sıcaklığı, 550°C’ye yükselebilir. Kullanılan yakıt, uranyum oksit. Basitleştirilmiş kaynar su reaktörlerindekilere benzer pasif güvenlik özellikleri taşıyor. SCRW sistemi, temel olarak verimli elektrik üretimi için tasarlanmış. Ancak, kalp tasarımında iki ayrı seçenekle aktinid azaltmak için de kullanılabiliyor. SCRW termal ya da hızlı bir spektruma sahip olabilir. Bu nedenle de iki yakıt döngü seçeneğiyle çalışabilir. Bunlardan birincisi, hızlı spektrum reaktörüyle çalışan açık yakıt döngüsü, ikincisiyse, hızlı spektrum reaktörüyle çalışan ve aktinidleri yeniden işlemek için merkezi konumlu sıvısal işleme tesisi içeren kapalı yakıt döngüsüdür.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

Çok Yüksek Sıcaklık Reaktör Sistemi

Grafit yavaşlatmalı, helyum soğutmalı, tek kullanımlı uranyum yakıt döngüsüne sahip bir reaktör (aşağıdaki şekil). Kalp çıkış sıcaklığı 1000°C olan ısı sağladığından, hidrojen üretimi ya da petrokimya ve benzeri sanayiler için çalışma ısısı olarak kullanım alanları var. Standart reaktör, 600 megawatt’lık, çalışma ısısı sağlamak için bir ara ısı değiştirgecine bağlanmış bir kalp. Reaktör kalbi, halen Japonya’da kullanılan HTTR gibi bir prizmatik blok reaktörü, ya da Çin’de deney amaçlı kullanılan HTR-10 gibi bir çakıl yataklı reaktör olabilir. Hidrojen üretimi için sistem, termokimyasal iyot-kükürt sürecinde etkin biçimde kullanılabilecek ısı sağlayabilir. VHTR sistemi, çok çeşitli bir yelpazede elektrik kullanımına dayanmayan, yüksek sıcaklık gerektiren enerji yoğun süreçlere çalışma ısısı sağlamak üzere tasarlanmış bir yüksek verim sistemi. Ama sisteme, istenirse ısının yanında elektrik üretecek sistemlerde eklenebiliyor. Sistem ayrıca U/Pu yakıt döngülerini de kullanabilecek kadar esnek ve atık miktarını önemli ölçüde azaltıyor. Ayrıca, yüksek sıcaklıkta çalışan gaz soğutmalı modüler reaktörlerin taşıdığı güvenlik mekanizmalarını da taşıyor.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

Sodyum-Soğutmalı Hızlı Reaktör Sistemi

Sodium-Cooled Fast  Reactor System - SFR 

Hızlı spektruma sahip sodyum soğutmalı bir reaktör ve kapalı yakıt devresinden oluşuyor. Aktinidlerin kontrolü ve üretken uranyumun çevrimi için uygun. Yakıt döngüsü, iki seçenekle aktinidleri yeniden işliyor. Birinci seçenek, uranyum-plütonyum-küçük aktinid-zirkon metal bileşimi yakıtla çalışan ve reaktörle entegre edilmiş bölmelerde pirometalurjik süreçlere dayanan bir yakıt döngüsüyle desteklenen 150 –500 megawatt arası güç üretmek için tasarlanmış orta ölçekte bir reaktör. ‹kinci seçenekse, birden çok reaktöre hizmet veren ileri sıvı işleme süreçleriyle çalışan merkezi bir yakıt döngüsüyle desteklenen, yakıt olarak uranyum-plütonyum oksitlerinin karışımını kullanan, sodyum soğutmalı, orta-yüksek ölçekli (500-1500 megawatt) bir reaktör. Her iki tipte reaktörün soğutucu çıkış sıcaklığı 550°C. SFR, başta plütonyum ve diğer aktinidler olmak üzere yüksek düzeyde radyoaktif atıkların yok edilmesi ya da azaltılması için geliştirilmiş bir tasarım. Sistemin önemli güvenlik avantajları arasında; uzun bir termal tepki süresi, soğutucunun kaynama noktasına varmasını önleyecek bir çalışma sıcaklığı, atmosfer basıncı civarında çalışan bir ana sistem ve ana sistemdeki radyoaktif sodyum ile güç üreticisindeki su ve buhar arasında dolanan bir ara sodyum sistemi sayılabilir. Yatırım maliyetini düşürecek yeniliklerle, sistem elektrik üretimi için pazar bulabilir görünüyor. SFR’nin hızlı spektrumu, (seyreltilmiş uranyum da dahil) mevcut parçalanabilir ya da üretken yakıtları, tek kullanımlı yakıt döngülerine sahip termal spektrum gaz reaktörlerine kıyasla çok daha verimli kullanma olanağı sağlıyor.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

Eriyik Tuz Reaktör Sistemi

Molten Salt Reactor System – MSR

Sistem içinde dolaşan eriyik tuz karışımıyla beslenen bir ‘termal üstü spektrum’ (epitermal) reaktörüyle (aşağıdaki şekil) nükleer güç üretmek için tasarlanmış. Sistem aktinidleri tümüyle yeniden işleyen bir yakıt döngüsü içeriyor. MSR sisteminde kullanılan yakıt, sürekli dolanan sodyum ile, zirkon ve uranyum şoridlerinden oluşan bir karışım. Eriyik tuz yakıtı kalp içindeki grafit kanallardan geçerek epitermal bir spektruma yol açıyor. Eriyik tuzda oluşan ısı, bir ara ısı değiştir geciyle ikincil bir soğutma sistemine, daha sonra da üçüncü bir ısı değiştir geciyle güç çevrim sistemine aktarılıyor. Güç santrali 100 megawatt güç üretim kapasitesine sahip. Sistem, istenirse 800°C’ye kadar yükseltilebilen, 700°C’lik bir soğutucu çıkış sıcaklığıyla çalışıyor. Kapalı yakıt döngüsü, plütonyum ya da küçük aktinidlerin etkin biçimde yakılması için de ayarlanabiliyor. MSR’nin sıvı yakıtı, plütonyum gibi aktinidlerin eklenmesine uygun ve yakıtın fabrikada yapımına gerek bırakmıyor. Aktinidler ve parçalanma ürünlerinin büyük çoğunluğu, sıvı soğutucu içinde şoridler oluşturuyor. Erimiş şorid tuzları, mükemmel ısı transfer yeteneğine sahiptir. Ayrı ca bunların düşük buhar basınçları, reaktör kabı ve borulardaki gerilim düzeylerini de azaltıyor.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

Kurşun Soğutmalı Hızlı Reaktör Sistemi

Üretken uranyumun işlenmesi ve aktinidlerin etkin biçimde azaltılması için hızlı-spektrumlu, kurşun ya da kurşun/bizmut ve yüksek erime yetenekli metalle soğutulan bir reaktörle, kapalı bir yakıt döngüsünden oluşuyor. Sistem, merkezi ya da yerel yakıt döngü tesisleriyle aktinidlerin tümüyle yeniden işlenmesini sağlayan bir yakıt döngüsüne sahip. Reaktörler, isteme bağlı olarak 50-150 megawatt’lık, uzun süre yeni yakıt gerektirmeyen bir güç kaynağı, 300-400 megawatt gücünde bir modüler sistem (şekilde) ya da tek üniteli 1200 megawatt’lık büyük bir santral olarak inşa edilebiliyor. Üretken uranyum ya da transuranik elementler içeren yakıt, metal ya da nitrid temelli olabilir. LFR, doğal konveksiyon yoluyla soğuyor. Soğutucunun 550 °C olan reaktör çıkış sıcaklığı, daha ileri teknolojideki malzeme kullanımıyla 800 °C’ye kadar yükselebilir. Yüksek sıcaklık hidrojenin termokimyasal yoldan eldesi için gereklidir. LFR güç kaynağıysa, çok uzun yakıt yenileme aralıklarıyla (15-20 yıl) ve kapalı bir yakıt döngüsüyle çalışan, bir kaset kalp ya da yenilenebilir. reaktör modülüne sahip bir güç üretim düzeneği. Performans özellikleri; küçük ağlara elektrik üretimine yönelik olması, ya da nükleer enerji sistemlerinde entegre bir yakıt döngü altyapısı da kurmak istemeyen gelişme yolundaki ülkelerin gereksinmelerine yanıt vermek üzere tasarlanmış bulunması. Bu güç kaynağı, dağıtım amaçlı elektrik ya da, örneğin hidrojen gibi öteki diğer enerji kaynaklarının veya içme suyunun üretiminde kullanılabilir. 

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

Gaz-Soğutmalı Hızlı Reaktör Sistemi

Gas-Cooled Fast Reactor System - GFR

Sistem, hızlı nötron spektrumlu helyum soğutmalı bir reaktör ve kapalı yakıt döngüsüne sahip. Termal spektrumlu helyum-soğutmalı reaktörlerde olduğu gibi, soğutucu helyum gazının yüksek çıkış sıcaklığı, elektrik, hidrojen ya da işletme ısısında yüksek verim sağlıyor. Tasarımdaki reaktör, 288 - megawatt’lık bir helyum-soğutmalı sistem. Yüksek termal verim için direkt Brayton döngülü gaz türbini kullanarak 850°C çıkış sıcaklığıyla çalışıyor. Çok yüksek sıcaklıklarda çalışma ve parçalanma ürünlerini etkili biçimde tutma kapasitesine sahip çeşitli yakıt formlarıyla çalışabilir. Örneğin; kompozit seramik yakıt, ileri tasarımda yakıt karşımları, ya da seramikle kaplanmış aktinid bileşimleri gibi. Kalp, prizmatik bloklar ya da iğne veya plaka tabanlı yakıt blokları kullanımına göre tasarlanabilir. Tasarımda ayrıca santral sahasında atık işleme ve yeniden üretme tesisi de bulunuyor. GFR, elektrik üretimi için doğrudan döngülü bir helyum türbini kullanabilir, ya da isteme bağlı olarak, süreç ısısını hidrojenin termokimyasal yolla üretimi için kullanabilir. Hızlı bir spektrum ve aktinidlerin yeniden işlenmesi sayesinde, GFR uzun yarılanma ömürlü nükleer atık üretimini en aza indiren bir tasarım. GFR’nin hızlı spektrumu, (seyreltilmiş uranyum da dahil) mevcut parçalanabilir ya da üretken yakıtları, tek kullanımlı yakıt döngülerine sahip termal spektrum gaz reaktörlerine kıyasla çok daha verimli kullanma olanağı sağlıyor.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

3,5 Kuşak: Çakıl Yatağı Reaktörü

Klasik reaktörlerde, uranyumoksit yakıt çubukları, hem nötronları yavaşlatan, hem de reaktör kalbini soğutan su içinde tutuluyor. Çakıl yatağı reaktöründe, uranyumoksit topakçıkları, bilardo topu büyüklüğünde grafitten bir kılıf içine yerleştiriliyor. Bu “çakıl”lar, grafitle çevrelenmiş, helyumla soğutulan reaktör kalbine dolduruluyor. Otomatik sakız makinelerinde olduğu gibi, ortadaki bir kanaldan aşağı düşen yakıt topları, bir boru aracılığıyla tekrar çevrime alınıyor. Bir yakıt topu, bu şekilde üç yıl içinde 10 tur yapabiliyor. Çakıllardan çıkan nötronların ısıttığı helyum gazı, bir türbin aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülüyor. Tasarımın klasik hafif su reaktörlerine üstünlüğü, kullanılmış yakıtın grafit toplar içinde uzun süre güvenli bir biçimde depolanabilmesi ve yeraltı suyunun aşındırıcı etkilerine karşı, çok daha dirençli olmasıdır.

Kaynak : Bilim ve Teknik Dergisinin eki olan Yeni Ufuklara ekinin Ağustos-2004 sayından alınmıştır.

Reaktördeki Battaniye Yakıt Birimi

Toryum tabanlı nükleer yakıtlar farklı biçimlerde tasarlanabilir. Radkowsky tarafından önerilen bir düzenek, her nükleer yakıt ünitesinin (kareler) uranyumca zengin “tohum” çubuklarıyla bunların etrafına dizilmiş toryumca zengin “battaniye” çubuklarından oluşmasını öngörüyor (üstte). %20 kadarı parçalanabilir U-235 izotopundan oluşan uranyum çevresindeki “doğurgan” toryumu bir başka parçalanabilir uranyum izotopu olan 233u’ya dönüştürüyor. Bir yakıt ünitesi içinde bu şekilde farklı yakıtlar kullanmak bir nükleer reaktörde yakıt değiştirme işlemini karmaşıklaştırıyor. Çünkü tohum çubuklarının, battaniye  çubuklarına kıyasla çok daha sık değiştirilmesi gerekiyor. Bölünmemiş ünite tohum ve battaniye kalbi denen alternatif yaklaşım (altta), yalnızca zenginleştirilmiş uranyum dolu tohum çubukları ve toryum tabanlı yakıt doldurulmuş battaniye çubuklarını yan yana kullanıyor. Bu yakıt ünitelerinin yerleri belirli aralıklarla kolayca değiştirilebiliyor ve çubuklar vakti geldiğinde aynı kolaylıkla kalpten çıkarılıp yerlerine yenileri konuyor.

Kaynak : Yeni Ufuklara, Bilim ve Teknik Dergisinin Eki Sayfa 11 Ağustos-2004 sayılı 

Enerji Yükselteci

Toryum-232 tabanlı yakıt kullanımıyla elde edilen parçalanabilir uranyum-233’ün güç üretimi için taflıdığı avantajların çekiciliği karşısında, Carlo Rubbia adında bir fizikçi, toryum temelli ve kendi adıyla anılan bir enerji santralı tasarımı geliştirmiş. Bu tasarımda Th-232, nötron yerine yüksek enerjili proton bombardımanıyla U-233’e dönüştürülüyor:

₉₀Th²³² + ₁p¹ _ ₉₁Pa²³³ _ ₉₂U²³³ + -1_0

Tabii bir de, ortaya çıkan U-233’ü fisyona uğratacak nötronlar lazım. Rubbia’nı n tasarımı bunu, hiç değilse başlangıçta, kurşun gibi ağır çekirdeklerin, yine protonlarla bombardımanı sonucu parçalanarak nötron üretmesi temelinden yararlanarak başarmayı hedefliyor. Buna ‘primerleme’ deniyor ve proton ışını kesildiğinde, ortada dolaşan nötronlardan bazıları Th-232 çekirdekleri tarafından yutularak bunları U-233’e dönüştürürken, diğer bazıları mevcut U-233’lere çarparak bunların fisyonuna yol açıyor. Ancak U-233 fisyonundan;

₉₂U²³³ + ₀n¹ _ fisyon ürünleri + 2 ₀n¹