Названный в честь скандинавского бога грома, торий представляет собой серебристый, блестящий и радиоактивный элемент с потенциалом в качестве альтернативы урану в качестве топлива для ядерных реакторов.
Только факты
- Атомный номер (количество протонов в ядре): 90
- Атомный символ (в периодической таблице элементов): Th
- Атомный вес (средняя масса атома): 232,0
- Плотность: 6,8 унций на кубический дюйм (11,7 г на кубический см)
- Фаза при комнатной температуре: Твердый
- Температура плавления: 3182 градусов по Фаренгейту (1750 градусов по Цельсию)
- Точка кипения: 8,654 F (4,790 C)
- Количество естественных изотопов (атомов одного и того же элемента с разным количеством нейтронов): 1. В лаборатории также создано не менее 8 радиоактивных изотопов.
- Наиболее распространенные изотопы: Th-232 (100 процентов естественной численности)
История
В 1815 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус впервые подумал, что открыл новый элемент Земли, который он назвал торием в честь Тора, норвежского бога войны, по словам голландского историка Питера ван дер Крогта. В 1824 году, однако, было установлено, что минерал на самом деле был фосфатом иттрия .;
В 1828 году Берцелиус получил образец черного минерала, найденного на острове Левё у побережья Норвегии норвежским минералогом Хансом Мортеном Трейном Эсмарком. Минерал содержал почти 60 процентов неизвестного элемента, который получил название торий; минерал был назван торитом. Минерал также содержит много известных элементов, в том числе железо, марганец, свинец, олово и уран, согласно Chemicool.
Берзелиус выделил торий, сначала смешав оксид тория, найденный в минерале, с углеродом, чтобы создать хлорид тория, который затем реагировал с калием с образованием тория и хлорида калия, согласно Chemicool.
Герхард Шмидт, немецкий химик, и Мари Кюри, польский физик, независимо друг от друга обнаружили, что торий был радиоактивен в 1898 году в течение пары месяцев друг от друга, согласно Chemicool. Шмидту часто приписывают открытие.
Эрнест Резерфорд, новозеландский физик, и Фредерик Содди, английский химик, обнаружили, что торий распадается с фиксированной скоростью в другие элементы, также известные как период полураспада элемента, согласно Национальной лаборатории Лос-Аламоса. Эта работа имела решающее значение для углубления понимания других радиоактивных элементов.
По данным Национальной лаборатории Лос-Аламоса, в 1925 году голландские химики Антон Эдуард ван Аркель и Ян Хандрик де Бур изолировали металлический торий высокой чистоты.
Кто знал?
- В жидком состоянии торий имеет больший температурный диапазон, чем любой другой элемент, по данным Chemicool, с температурой плавления и кипения около 5500 градусов по Фаренгейту (3000 градусов по Цельсию).
- Согласно Chemicool, диоксид тория имеет самую высокую температуру плавления среди всех известных оксидов.
- По данным Lenntech, тория в изобилии примерно столько же, сколько свинца, и как минимум в три раза больше, чем урана.
- По данным Chemicool, содержание тория в земной коре составляет 6 частей на миллион по весу. Согласно Периодической таблице, торий является 41-м наиболее распространенным элементом в земной коре.
- По данным Минеральной образовательной коалиции, торий в основном добывают в Австралии, Канаде, США, России и Индии.
- Согласно данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), в ториях, почве, воде, растениях и животных содержатся следовые уровни тория.
- По данным Национальной лаборатории Лос-Аламоса, более высокие концентрации тория обычно обнаруживаются в таких минералах, как торит, торианит, монацит, алланит и циркон.
- Согласно EPA, самый стабильный изотоп тория, Th-232, имеет период полураспада 14 миллиардов лет.
- Согласно Лос-Аламосу, торий создается в ядрах сверхновых и затем рассеивается по всей галактике во время взрывов.
- По словам Лос-Аламоса, торий с 1885 года использовался в газовых оболочках, которые обеспечивают свет в газовых лампах. Из-за своей радиоактивности элемент был заменен другими нерадиоактивными редкоземельными элементами.
- Торий также используется для укрепления магния, покрытия вольфрамовой проволоки в электрооборудовании, контроля размера зерен вольфрама в электрических лампах, высокотемпературных тиглях, в очках, в объективах фотоаппаратов и научных приборов, и является источником ядерной энергии, согласно Лос-Аламос.
- По словам Chemicool, другие области применения тория включают термостойкую керамику, авиационные двигатели и лампочки.
- Согласно Lenntech, торий использовался в зубной пасте, пока радиоактивные опасности не были обнаружены.
- По данным Минеральной образовательной коалиции, торий и уран участвуют в нагревании недр Земли.
- По мнению Lenntech, слишком сильное воздействие тория может привести к заболеваниям легких, раку легких и поджелудочной железы, изменению генетики, заболеванию печени, раку костей и отравлению металлами.
Текущее исследование
Большое количество исследований посвящено использованию тория в качестве ядерного топлива. Согласно статье Королевского химического общества, торий, используемый в ядерных реакторах, дает много преимуществ по сравнению с использованием урана:
- Тория в три-четыре раза больше, чем урана.
- Торий извлекается легче, чем уран.
- Реакторы с жидким фторидом тория (LFTR) имеют очень мало отходов по сравнению с реакторами, работающими на уране.
- LFTR работают при атмосферном давлении вместо необходимого в настоящее время 150-160 атмосферного давления.
- Торий менее радиоактивен, чем уран.
Согласно исследованию НАСА 2009 года Альберту Дж. Юхассу, Ричарду А. Рарику и Раджмохану Рангараджану, в 1950-х годах в Национальной лаборатории Ок-Риджа были разработаны ториевые реакторы под руководством Элвина Вайнберга для поддержки программ ядерных самолетов. Программа остановлена в 1961 году в пользу других технологий. По данным Королевского химического общества, реакторы тория были заброшены, потому что они не производили столько плутония, сколько урановые реакторы. В то время оружейный плутоний, как и уран, был горячим товаром из-за холодной войны.
Сам торий не используется для ядерного топлива, но он используется для создания искусственного изотопа урана-233, согласно отчету НАСА. Торий-232 сначала поглощает нейтрон, образуя торий-233, который распадается на протактий-233 в течение примерно четырех часов. Протактий-233 медленно разлагается до урана-233 в течение примерно десяти месяцев. Уран-233 затем используется в ядерных реакторах в качестве топлива.
