Savunma Sanayisinin Temel Ögeleri: Nadir Toprak Elementleri – MSI Dergisi: Türk Savunma ve Havacılık Sanayisinin Güncel Referans Bilgi Kaynağı ve Yenilik Habercisi

Savunma Sanayisinin Temel Ögeleri: Nadir Toprak Elementleri

4 Aralık 2019

MSI Dergisi’nin 186’ncı sayısında yayımlanan advertorial, derginin İnternet sitesinde paylaşılmıştır:

 

FİGES Nükleer Teknoloji Direktörü Dr. Reşat UZMEN / resat.uzmen@figes.com.tr

 

Çin ile ABD arasında devam etmekte olan ticaret savaşlarında önemli bir yer tutan Nadir Toprak Elementleri (NTE’ler)’nin gündemdeki ağırlığı, son dönemde giderek daha da artıyor. NTE Konusuna büyük önem veren Savunma Sanayii Başkanlığı ise 2018’nin 2’nci yarısında, ilgilileri bir araya getirerek bir çalışma başlattı. Bu çalışma kapsamında da Türkiye’nin gelecekte atacağı adımlara dayanak oluşturacak bir rapor hazırlanıyor. Sektörün bilimsel alt yapısı ile öne çıkan oyuncularından FİGES ise şimdiden NTE’ler alanında çalışmaya başladı.

 

GİRİŞ

Son zamanlarda Çin ile ABD arasında “ticaret savaşları” başlığı altında önemli bir yer tutan “Nadir Toprak Elementleri – NTE” oldukça gündemin üst sıralarına yerleşmiş gözükmektedir. NTE’ler gerçekten bu kadar önemli midir? Özellikle savunma sanayisi için temel ögeler midir? Türkiye’nin NTE konusundaki durumu nedir? Savunma Sanayii Başkanlığı NTE konusunun gösterdiği öneme dayanarak 2018 yılı 2. Yarısında ilgilileri bir araya getirerek, ileride atılacak adımlara dayanak oluşturacak bir belge-rapor hazırlamaktadır. Türkiye, içinde bir başka stratejik element toryumu da içeren önemli miktarda NTE rezervine sahiptir. Dolayısıyla NTE konusu dünyanın olduğu kadar Türkiye’nin de teknoloji gündemini yakından ilgilendirecek gibi durmaktadır.

 

NADİR TOPRAK ELEMENTLERİ NEDİR?

Mendeleyev’in periyodik tablosunda 57 numarayla başlayan 15 elementli grup Lantanitleri oluşturur. Onlarla aynı grupta yer almayan, ama benzer kimyasal ve fiziksel özellikler gösteren Skandiyum (Sc) ile İtriyumu (Y) içine alan grup nadir toprak elementler (NTE) olarak adlandırılır. NTE’leri benzersiz kılan atom yapılarının son yörüngesindeki elektron konfigürasyonudur. Bu bakımdan hepsi yüksek elektrik iletkenliğe, manyetik, optik ve katalitik özelliklere sahiptir. Kimyasal özellikleri de birbirine çok yakın olduğundan tek tek ayrılmaları da oldukça karmaşık, zor ve özel işlemler gerektirir. NTE’leri birbirinden ayırmak için kullanılan solvent ekstraksiyon yöntemi karıştırıcı-durultucu denen birimlerden yüzlercesi kullanılarak gerçekleştirilir. FİGES hassas teknoloji olarak kabul edilen solvent ekstraksiyon teknolojisi üzerinde çalışmalara başlamış, yurt dışı temaslara geçmiştir.

NTE’ler doğada değişik mineraller olarak bulunur, ama ticarî olarak işlenmeler için monazit, bastnazit gibi mineral çeşitleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Dünyada en büyük NTE rezervi Çin’de bulunmaktadır (55 milyon ton NTE oksidi olarak). [1] Türkiye’de ise bilinen rezervlerden Eskişehir-Beylikova ve Burdur-Çanaklı yörelerinde 1 ilâ 1,5 milyon NTE bulunmaktadır. Son zamanlardaki dünya NTE üretimi 125 000 t dolayındadır ve % 80’den fazlasını Çin üretmektedir.

NTE minerallerinde çoğunlukla toryum, kimi zaman da uranyum gibi radyoaktif elementler de yer alır. Bu bakımdan NTE’ler cevherlerinden ayrılmaları sırasında kaçınılmaz olarak toryum da üretilir ve depolanır.

Şekil 1 Kimya elementleri periyodik tablosu

 

NTE’LERİN SAVUNMA SANAYİSİNDE KULLANIM ALANLARI

Bugün kullanımda olan irili ufaklı bütün mıknatıslar NTE’lerden biri veya birkaçını kullanan ürünlerdir. En yaygını neodimyum (NTE)-demir-bor’dan yapılan (NdFeB) alaşımdır. Bu alaşım sayesinde elektronik cihazların (kulaklıklar, çıkarılabilir bellekler, vd.), elektrik motorlarının boyutları büyük ölçüde azaltılmış ve performansları yükseltilmiştir. [2]

Elektrikli hibrit araçlar ile yakıt hücrelerinin yapımında da NTE’lerden bazıları yüksek performans ve maliyet düşüşü sağlamıştır.  Fiber optik kablolar, lazerler, özel seramikler, katot lambaları, tasarruf lambaları gibi pek çok yüksek teknoloji ürünü NTE’ler olmadan gerçekleştirilemezdi. [3]

Savunma sanayisine gelince, önemli bileşenler ve kullanılan NTE’lerin dökümü aşağıda verilmiştir:

  1. Radar ve sonar: Gözetleme ve sevk sistemleri olarak Patriot Hava savunma füzelerinde kullanılan bu sistemler radar ve füzelerin elektronik sinyal akısını manyetik olarak kontrol ederler. Gerekli olan NTE’ler: gadolinyum, samaryum, itriyum.
  2. Silâhlı kuvvetler, denizciler ve pilotlar tarafından kullanılan haberleşme ve görüntüleme sistemleri analog ve dijital verileri görmeye yarar. Örnek olarak nişan çizgisini belirlemek için kullanılan uydu ve yer bağlantısını kullanan lazerler; eski ve yeni bilgisayar monitörleri; havacılık elektroniği terminalleri verilebilir. Gerekli olan NTE’ler: disprosyum, erbiyum, europyum, neodimyum, praseodimyum, terbiyum ve
  3. Tank ve zırhlı araçlara monte edilmiş lazerler. Bu sistemler 40 km’ye kadar düşman hedeflerini teşhis ederler. Gerekli olan NTE’ler: europyum, neodimyum, terbiyum ve
  4. Hassas güdümlü mühimmat sınıfı içine deniz araçlarına yönelik füzeler ile yerden havaya ve bunker delici güdümlü füzeler girer. Isıya duyarlı AIM-9 Sidewinder füzesinde, uçuş yörüngesini kontrol için NTE mıknatısları kullanan dört kanatçık bulunur. Gerekli olan NTE’ler: disprosyum, neodimyum, praseodimyum, samaryum ve
  5. Sevk ve kontrol sistemleri hedeflerini bulmada füze ve bombaları sevk etmekte kullanılır. Gerekli olan NTE’ler: terbiyum, disprosyum, samaryum, praseodimyum ve
  6. Elektronik savaş yüksek kapasiteli güç kaynaklarına, enerji depolama bataryalarına ve elektronik sinyal bozma cihazlarına dayanır. Gerekli olan NTE’ler: itriyum-demir-garnetler.
  7. Elektrikli motorlar silâhlı kuvvetlerin her kademesinde kullanılan ve sabit mıknatıslar kullanan cihazlardır. ABD Deniz kuvvetlerinde kullanılacak olan Zumwalt sınıfı DDG 1000 güdümlü destroyeri gelecek nesil güçlü sabit mıknatıslı elektrik motorlarına ihtiyaç gösterecektir. Gerekli olacak NTE’ler: terbiyum, disprosyum, samaryum, praseodimyum ve
  8. Jet motorları: Vanadyumlu çelikten yapılan motorlarda NTE’lerden erbiyum vanadyuma katılarak alaşımın daha dövülgen olması sağlanır. Özellikle NTE olmayan ama nadir metaller sınıfına giren renyum molibden ve tungsten ile alaşım için katılır. F-22 Raptor ve F-35 görünmez avcı uçağı motorlarında %6 renyum kullanılacaktır. Uçaktaki elektrik sisteminde güç üretimi için samaryum-kobalt sabit mıknatısları kullanılmaktadır.

FİGES yönetimi, İtalya’da bulunan ENEA kurumuna ait Ar-Ge merkezinde, solvent ekstraksiyon pilot tesisini ziyaret ederek iş birliği adımlarını attı

 

SONUÇ

Savunma ve diğer sanayi dallarında kullanılan NTE’lerin kullanım miktarları büyük değişiklik göstermektedir. Kimi yerlerde birim başına yüzlerce kg kullanılırken (rüzgâr türbinleri 400-500 kg; güdümlü füze taşıyan destroyerde 2800 kg…) kimi yerlerde ise birim başına gram mertebesinde kullanılmaktadır. Ayrılan NTE oksitlerinin ve metallerinin fiyatları büyük değişiklik göstermektedir: bataryalarda kullanılan mişmetal (Ce ve La ağırlıklı NTE karışımı) 20,5 USD/kg; seryum oksit 1,75 USD/kg; Neodimyum oksit 42,5 USD/kg; Disprosyum oksit 228 USD/kg. [4]

Dolayısıyla, önemli rezervlere sahip olan ve savunma sanayisinde büyük hamleler hedefleyen Türkiye’de NTE’leri birbirinden ayırarak kullanmak (solvent ekstraksiyon, iyon kromatorgrafisi, vb. yöntemlerle) önemli bir teknolojik atılım olacaktır.

 

KAYNAKÇA

450 toplam görüntüleme, 35 bugünkü görüntüleme