Войти
Торий представляет собой слабо радиоактивный металлический химический элемент с символом Thи атомным номером 90. Торий серебристый и тускнеет на воздухе, образуя диоксид тория ; он умеренно твердый, пласт и высокая точка плавления. Торий представляет собой электроположительный актинид, в химическом составе которого преобладает степень окисления +4 ; он довольно реактивен и может воспламеняться на воздухе при мелком измельчении.
Все известные изотопы тория нестабильны. Самый стабильный изотоп, Th, имеет период полураспада , равный 14,05 миллиарда лет, или примерно возраст вселенной ; он очень медленно распадается через альфа-распад, начиная с цепочки распада, названной ториевой серией, которая заканчивается стабильным Pb. На Земле торий, висмут и уран являются единственными тремя радиоактивными элементами, которые все еще присутствуют в природе в больших количествах в виде первичных элементов. По оценкам, его содержание в земной коре более чем в больше содержание в основном монацит, и он главным образом очищается от монацитовых песков как побочный продукт при извении редкоземельных металлов..
Торий был открыт в 1828 году норвежским минералогом-любителем Мортеном Трейном Эсмарком и идентифицирован шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом, который назвал его в честь Тора, норвежский бог грома. Первые его приложения были разработаны в конце 19 века. Радиоактивность тория была широко известна в первые десятилетия 20-го века. Во второй половине века торий был заменен во многих случаях из-за опасений по поводу его радиоактивности.
Торий по-прежнему используется в качестве легирующего элемента в электродах для сварки TIG, но постепенно заменяется другими составами в полевых условиях. Он также использовался в высококачественной оптике и научных приборов, использовался в некоторых радиовещательных электронных лампах и в качестве источника света в газовых оболочках, но в качестве применения маргинальными. Он был предложен в замене урана в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах, и было построено несколько ториевых реакторов в качестве. Торий также используется для упрочнения магния, покрытие в проволоке в электрооборудовании, контроле размера вольфрама в электрических лампах, высокотемпературных тиглях, в стеклах. и используется в объективах фотоаппаратов и научных приборов. Другие области применения тория включают термостойкую керамику, авиационные двигатели и лампочки.
Торий - умеренно мягкий, парамагнитный, ярко-серебристый радиоактивный актинидный металл. В периодической таблицы он находится справа от актиния, слева от протактиния и ниже церия. Чистый торий очень пластичен и, как обычно для металлов, может подвергаться холодной прокатке, штамповке и вытяжке. При комнатной температуре металлический торий имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру; у него есть две другие формы: одна при высокой температуре (более 1360 ° C; объемно-центрированная кубическая) и одна при высоком давлении (около 100 ГПа; объемно-центрированная тетрагональная ).
Металлический торий имеет модуль объемной упругости (мера сопротивления стрессию) 54 ГПа, примерно столько же, сколько олово (58,2 ГПа). Алюминий составляет 75, 2 ГПа, для меди - 137,8 ГПа, а для мягкой стали - 160–169 ГПа, такой же твердый, как и мягкая сталь, поэтому при нагревании его можно раскатывать в листы и вытягивать в проволоку.
Торий почти вдвое менее плотен, чем уран и плутоний, и тверже обоих. Он становится сверхпроводящим ниже 1,4 K. Температура плавления тория 1750 ° C выше, чем у актиния (1227 ° C) и протактиния (1568 ° C). В начале периода 7 от франция до тория, точки плавления элементов увеличиваются (как и в др угие периоды), потому что что что приводит к большему притяжению между этими электронами и металлами по мере увеличения их заряда с одного до четырех в тории. После тория наблюдается новая тенденция к снижению точек плавления от тория до плутония, где количество f-электронов увеличивается примерно с 0,4 до примерно 6: эта тенденция связана с растущей гибридизацией 5f и 6d. орбитали и направленное образование связей, что приводит к более сложным кристаллическим структурам и ослаблению металлических связей. (Количество f-электронов для металлического тория не является целым числом из-за перекрытия 5f - 6d.) Среди актинидов до калифорния, которые можно изучить в количестве не менее миллиграммов, торий имеет наибольшее количество точек плавления и кипения и вторая по величине плотности; только актиний светлее. Температура кипения тория 4788 ° C является пятой по величине всех элементов с известной температурой кипения.
Свойства тория широко варьируются в зависимости от степени примесей в образце. Основной примесью обычно является диоксид тория (ThO 2); Самые чистые образцы тория обычно содержат около десятой доли процента диоксида. Экспериментальные измерения его плотности дают значения от 11,5 до 11,66 г / см: они немного ниже теоретически ожидаемого значения 11,7 г / см, рассчитанного на основе параметров решетки тория, возможно, из-за микроскопических пустот, образующихся в металле. когда он отлит. Эти значения лежат между значениями его соседей актиний (10,1 г / см) и протактиний (15,4 г / см), что является частью ранних актинидов.
Торий может образовывать сплавы со многими другими металлами. Добавление тория в небольших количествах механической прочности магния, и торий-алюминиевые сплавы рассматриваемые возможности предполагаемых хранения будущих ториевых ядерных реакторов. Точно образует эвтектические смеси с хромом и ураном, и он полностью смешивается как в твердом, так и в жидком состояниях с его более легким конгенер церий.
Все, кроме двух элементов, вплоть до висмута (элемент 83), имеют изотоп, практически который стабилен для всех целей («классически стабильный»), за исключением технеция и прометия (элементы 43 и 61). Все элементы, начиная с полония (элемент 84) и далее, являются значимо радиоактивными. Это один из трех нуклидов, включая (два других - U и U ), период полураспада которых измеряется миллиардами лет; его период полураспада составляет 14,05 миллиарда лет, что примерно в три раза больше возраста Земли и немного больше, чем возраст Вселенной. Четыре пятых тория, присутствующего при формировании Земли, сохранились до наших дней. Его стабильно его закрытой ядерной подоболочкой с 142 нейтронами. Т.о. имеет характер земной изотопный состав с атомным весом 232, 0377 (4). Это один из четырех радиоактивных элементов (наряду с висмутом, протактинием и ураном), которые встречаются на Земле в достаточно больших количествах, чтобы можно было определить стандартный атомный вес.
Ядра тория подвержены альфа-распаду потому что сильное ядерное взаимодействие не может преодолеть электромагнитное отталкивание между их протонами. Альфа-распад Th инициирует цепочку распада 4n , которая включает изотопы с массовым числом , кратным 4 (его также называют серией тория в честь его предшественника). Эта цепочка последовательных альфа- и бета-распадов начинается с распада Th до Ra и заканчивается на Pb. Любой образец тория или его соединения содержат следы этих дочерних элементов, которые являются изотопами таллия, свинца, висмута, полония, радона, радия и актиний. Образцы природной тории могут быть химически очищены для извлечения полезных дочерних нуклидов, таких как Pb, используется в ядерной медицине для терапии рака.Th (альфа-излучатель с периодом полураспада 18,68 суток) также может быть использован в лечении рака, такого как таргетная альфа-терапия. Он также очень иногда подвергается спонтанному делению, а не альфа-распаду, оставил доказательства в своих минералах (как захваченный газ ксенон, образованный как продукт деления), но частичный период полураспада этого процесса очень велик и составляет более 10 лет, и преобладает альфа-распад.
4n цепочка распада Th, обычно называемая «серией тория» Были охарактеризованы тридцать радиоизотопов, массовые числа которых объединяются от 209 до 238. После Th наиболее стабильные из них ( с добавлением периода полураспада): Чт (75 380 лет), Чт (7340 лет), Чт (1,92 года), Чт (24,10 дня) и Чт (18,68 дня). Все эти изотопы встречаются в природе как следовые радиоизотопы из-за их присутствия в цепочках распада Th, U, U и Np : последний из них давно вымер. в природе из-за его короткого периода полураспада (2,14 миллиона лет), но постоянно образуется в мельчайших следах захвата нейтронов в урановых рудах. Все они изотопы тория периода полураспада менее тридцати оставшихся дней, а также они изотопы периода полураспада менее десяти минут.
В глубоких морских водах изотоп Th составляет до 0,04% природной тории. Это нерастворим в воде, но это нерастворим и выпадает в осадок. Урановые руды с низкими технологиями могут быть очищены для получения более четверти изотопом, поскольку это является одной из дочерей U. Международный союз чистой и прикладной химии (IUPAC) реклассифицировал торию как бинуклидный элемент в 2013 году; раньше он считался мононуклидным элементом.
Торий имеет три известных ядерных изомера (или метастабильных состояний): Th, Th и Th. Th имеет низкую известную возбуждение из всех изомеров, измеренную как 7,6 ± 0,5 эВ. Это настолько мало, что когда он претерпевает изомерный переход, испускаемое гамма-излучение находится в ультрафиолетовом диапазоне.
Различные изотопы тория химически идентичны, но имеют различные свойства физических лиц: например, что Th, Th, Th и Th соответственно составлять 11,5, 11,6, 11,6 и 11,7 г / см. Ожидается, что изотоп Th будет делящимся с чистой критической массой 2839 кг, хотя со стальными отражателями это значение может упасть до 994 кг. делящийся, но плодородный, поскольку он может быть преобразован в делящийся U путем захвата нейтронов и последующего бета-распада.
Два радиометрических метода датирования включают в себя изотопы тория: уран-ториевое датирование, основанное на распаде U на Th, и ионий-ториевое датирование, которое измеряет соотношение Th к Th. Уран-ториевое процессирование - это относительно краткосрочный процесс из-за коротких периодов полураспада U относительно возраста Земли: он также сопровождается сестринским процессом, включающим альфа-распад U на Th, очень быстро становится долгоживущим процесс, и этот процесс часто используется для проверки результатов уран- ториевого датирования. Уран-ториевое датирование обычно используется для определения возраста материалов карбоната кальция, таких как speleothem или коралл, поскольку уран более растворим в воде, чем торий и протактиний., которые выборочно осаждаются на дне океана отложения, где измеряется их соотношение. Схема имеет диапазон в несколько сотен тысяч лет. Ионий-ториевое датирование - это родственный процесс, который использует нерастворимость тории (как Th, так и Th) и, следовательно, его присутствие в океанических отложениях, чтобы датировать эти отложения путем измерения отношений Th к Th. Оба эти метода измерения предполагают, что он вносит в течение периода осадка, что он вносит вклад в распад урана, и что торий не может мигрировать внутри слоя осадка.
Атом тория имеет 90 электронов, четыре из которых являются валентными электронами. Теоретически доступны три атомных орбитали, которые могут занимать валентные электроны: 5f, 6d и 7s. Несмотря на положение тория в f-блоке периодической таблицы, он имеет аномальную электронную конфигурацию [Rn] 6d7s в основном состоянии, поскольку подоболочки 5f и 6d в ранних актинидах очень близки по энергии, даже в большей степени, чем подоболочки 4f и 5d лантаноидов: подоболочки 6d имеют меньшую силу, чем их подоболочки 5f, потому что их подоболочки плохо защищены подоболочками 6s и 6p и дестабилизированы. Это связано с релятивистскими эффектами, которые усиливаются в нижней части периодической таблицы, в частности, релятивистским спин-орбитальным взаимодействием. Близость энергетических уровней 5f, 6d и 7s энергетических уровней тория приводит к тому, что торий почти всегда теряет все четыре валентных электрона и находится в своей наивысшей степени окисления +4. Это отличается от своего лантаноида, родственного церию, +4 также является наивысшим состоянием, но +3 играет роль и является более стабильным. Торий гораздо больше похож на переходные металлы цирконий и гафний, чем на церий по энергии ионизации и окислительно-восстановительные способности, а, следовательно, и по химическому составу: такое поведение, подобное переходному металлу, нормой в первой энергии. часть. ряд актиноидов.
Диоксид тория имеет кристаллическую способность флюорита.. Th: __ / O: __ Несмотря на аномальную электронную конфигурацию для газообразных элементов, металлический торий показывает значительное участие 5f. Гипотетическое металлическое состояние тория, которое имело конфигурацию [Rn] 6d7s с 5f-орбиталями выше уровня Ферми, должно быть гексагональной плотноупакованной, как элементы группы 4 титан, цирконий и гафний, а не гранецентрированный кубик, как на самом деле. Реальная кристаллическая структура может быть объяснена только в том случае, если задействованы состояния 5f, доказывающие, что торий, а не протактиний, в металлургическом отношении действует как первый актинид.
Соединения четырехвалентного тория, обычно бесцветные или желтые, как соединения серебро или свинец, так как ион Th не имеет 5f или 6d электронов. Таким образом, химия тория в степени государства отвечает с электроположительным металлом, образующим диамагнитный ион со стабильной конфигурацией благородного газа, что указывает на сходство между торием и элементами основной группы s-блока.. Торий и уран являются наиболее изученными радиоактивными элементами, поскольку их радиоактивность достаточно мала и не требует специального обращения в лаборатории.
Торий очень реактивен и электроположительный металл. При стандартном потенциале восстановления , равном -1,90 В для пары Th / Th, она несколько более электроположительна, чем цирконий или алюминий. Мелкодисперсный металлический торий может проявлять пирофорность, самовоспламеняясь на воздухе. При нагревании на воздухе ториевые стружки воспламеняются и горят ярким белым светом с образованием диоксида. В массе реакции чистой тории с воздухом протекать медленно, хотя коррозия может протекать через несколько месяцев; Большинство загрязнены диоксидом средней степени, что ускоряет коррозию. Такие образцы медленно тускнеют, становятся серыми и, наконец, черными на поверхности.
При стандартной температуре и давлении торий медленно подвергается воздействию воды, но не растворяется в обычных, с за исключением соляной кислоте, где она растворяется, оставляетя черный нерастворимый остаток ThO (OH, Cl) H. Он растворяется в концентрированной азотной кислоте, содержит небольшое количество каталитических фторидных или фторосиликатных ним; если они отсутствуют, может происходить пассивация нитратом, как в случае с ураном и плутонием.
Кристаллическая структура тетрафторида тория. Th: __ / F: __ Большинство бинарных соединений тория с неметаллами можно получить путем совместного нагревания элементов. В воздухе торий горит с образованием ThO 2, который имеет структуру флюорита. Диоксид тория представляет собой тугоплавкий материал с наивысшей температурой плавления (3390 ° C) любого известного оксида. Он в некоторой степени гигроскопичен и легко реагирует с водой и газами; легко растворяется в концентрированной азотной кислоте в присутствии фторида.
При нагревании на воздухе диоксид тория излучает интенсивный синий свет; свет становится белым, когда ThO 2 смешивается с его более легким гомологом диоксидом церия (CeO 2, оксид церия): это основа для его ранее распространенного применения в газовые мантии. Для этого эффекта пламя не требуется: в 1901 году было обнаружено, что горячая газовая оболочка Вельсбаха (с использованием ThO 2 с 1% CeO 2) оставалась в «полном свечении», когда подвергается воздействие холодной негорючей смеси горючего газа и воздуха. Свет, излучаемый диоксидом тория, более высокая длина волны, чем распространение черного тела, ожидаемое от накаливания при той же температуре, эффект, называемый кандолюминесценцией. Это происходит потому, что ThO 2 : Ce действует как катализатор рекомбинации свободных радикалов, которые появляются в высокой концентрации в пламени, при девозбуждении которого высвобождается большое количество энергии. Добавление 1% диоксида церия, как в газовых оболочках, усиливает эффект за счет увеличения способности в видимой области качества; и потому что церий, в отличие от тории, может находиться в нескольких состояниях окисления, его заряд и, следовательно, они находятся в состоянии зависимости от области пламени, в которой они находятся (поскольку такие области различаются по своему химическому составу и, следовательно, насколько являются окисляющими или восстанавливающими).
Некоторые бинарные торий халькогениды и оксихалькогениды также известны с серой, селеном и теллуром.
Все четыре тории известны тетрагалогениды, а также некоторые низковалентные бромиды и йодиды: все тетрагалогениды, которые меняют 8-координированные гигроскопичные соединения, легко изменяются в полярных параметрах, таких как вода. Также известны многие родственные полигенид-ионы. Тетрафторид тория имеет моноклинную кристаллическую структуру, как у тетрафторида циркония и тетрафторида гафния, где ионы координированы с ионами F в несколько искаженном квадрате антипризмы. Вместо этого другие тетрагалогениды додекаэдрическую геометрию. Низкие йодиды ThI 3 (черный) и ThI 2 (золотой) также могут быть получены восстановлением тетраиодида металлическим торием: они не содержат Th (III) и Th (II), но вместо этого содержат Th и могут быть более четко сформулированы как соединения электрида. Многие полинарные галогениды щелочных металлов, бария, таллия и аммония известны для фторидов, хлоридов и бромидов тория. Например, при обработке фторидом калия и плавиковой кислотой Th образует комплексный анион ThF. 6, который осаждается в виде нерастворимой соли K 2 ThF 6.
Бориды, карбиды, силициды и нитриды являются тугоплавкими материалами, такими как материалы урана и плутония, и поэтому привлекают как возможные ядерные топлива. Все четыре более тяжелых пниктогена (фосфор, мышьяк, сурьма и висмут) образуют также бинарные тория. Известны также германиды тория. Торий реагирует с водородом с образованием гидридов тория ThH 2 и Th 4H15, последний из которых является сверхпроводящим ниже 7,5-8 К; при стандартной температуре и давлении он проводит электричество как металл. Гидриды термически нестабильны и легко разлагаются под воздействием воздуха или влаги.
Сэндвич-структура молекулы торицена В кислом водном растворе торий присутствует в виде тетраположительного акваиона [Th (H 2O)9], имеющий треугольную призматическую геометрия молекулы с треугольными концами : при pH < 3, the solutions of thorium salts are dominated by this cation. The Th ion is the largest of the tetrapositive actinide ions, and depending on the coordination number can have a radius between 0.95 and 1.14 Å. It is quite acidic due to its high charge, slightly stronger than сернистая кислота : таким образом, он имеет тенденцию подвергаться гидролизу и полимеризации (хотя и в меньшей степени). Степень, чем Fe ), преимущественно до [Th 2 (OH) 2 ] в растворах с pH 3 или ниже, но в более щелочных растворах полимеризация продолжается до тех пор, пока гелеобразный гидроксид Th (OH) 4 образуется и выпадает в осадок (хотя для достижения равновесия может потребоваться неделя, поскольку полимеризация обычно замедляется перед осаждением). Как твердая кислота Льюиса, Th отдает предпочтение жестким лигандам с атомами кислорода в качестве доноров: комплексы с атомами серы в качестве доноров менее стабильны и более склонны к гидролизу.
Высокая координация Числа являются нормой для тории из-за его большого размера. Пентагидрат нитрата является первым примером координационного числа 11, тетрагидрат оксалата координационное число 10, а борогидрид (впервые в рамках Манхэттенского проекта ) имеет координационное число 14. Эти соли известны своей высокой растворимостью в воде и полярных. растворителей.
Известны многие другие неорганические соединения тория с многоатомными анионами, такие как перхлораты, сульфаты, сульфиты, нитраты, карбонаты, фосфаты, ванадаты, молибдаты и хроматы и их гидратированные формы. Они важны для очистки тория и удаления ядерных отходов. Большинство из них еще не охарактеризовано, особенно в отношении их структурных свойств. Например, нитрат тория образует промежуточным продуктом при очистке воды тория его соединений. Комплексы тория с органическими лигандами, такими как оксалат, цитрат и EDTA, намного более стабильны. Использование использования лигандов выше, чем использование неорганических лигандов выше, чем использование неорганических лигандов.
Структура молекулы пиано-стула (η -C 8H8) ThCl 2 (THF) 2Большая часть работ по ториорганическим соединениям была сосредоточена на циклопентадиенильных комплексах и циклооктатетраенилы. Как и многие ранние и средние актиниды (до америция, также ожидается кюрий ), торий образует циклооктатетраенидный комплекс: желтый Th (C 8H8)2, тороцен. Он изотипен. более известному аналогичному соединению урана ураноцен. Его можно получить путем взаимодействия K2C8H8 с тетрахлоридом тория в тетрагидрофуране (THF) при температуре сухого льда, или Реакция тетрафторида тория с MgC 8H8. Он нестабилен в воздухе и разлагается в воде или при 190 ° C. Полусэндвич-соединения также известны, как (η-C 8H8) ThCl 2 (THF) 2, который имеет «пиано-стул» и образует при взаимодействии торицена с тетрахлоридом тория врагидрофуране.591>
Самыми простыми из циклопентадиенилов являются Th (C 5H5)3и Th (C 5H5)4: множество производных. Первый (имеющий две формы, одну фиолетовую и одну зеленую) является редким примером тория. В формальной степени окисления +3; формальной с тепени окисления +2 т.е. происходит в производной форме. Хлоридное производное [Th (C 5H5)3Cl] получают нагреванием тетрахлорида тория с использованием ограничивающего K (C 5H5) (также можно использовать циклопентадиенилы других одновалентных металлов). алкил и арилпроизводные получают из хлоридного производного и были использованы для изучения природы сигма-связи Th - C .
Другие ториорганические соединения недостаточно изучены. Тетрабензилторий, Th (CH 2C6H5) и тетрааллилторий, Th (C <Они медленно разлагаются при комнатной температуре. Торий образует монокопированный тригонально-призматический анион [Th (CH 3)7], гептаметилторат, который образует соль [Li (tmeda)] 3 [ThMe 7 ] (tmeda = Me 2 NCH 2CH2NMe 2). Хотя одна метильная группа присоединена только к атому тория (расстояние Th - C 257,1 пм), остальные шесть соединяют атомы лития и тория (расстояния Th - C 265,5–276,5 пм), они ведут себя эквивалентно в решениях ор. Тетраметилторий, Th (CH 3)4, не известно, но его аддукты стабилизированы фосфиновыми лигандами.
Этот первичный нуклид, существующий в нынешнем виде более десяти миллиардов лет; он был выкован в ядрах умирающих звезд посредством r-процесса и рассеян по галактике сверхновыми и слияния нейтронных звезд. Буква «r» означает «быстрый захват нейтронов» и возникает в сверхновых с коллапсом ядра, когда тяжелые зародышевые ядра, такие как Fe, быстро захватывают нейтроны, сталкиваясь с ними. капельная линия нейтронов, поскольку нейтроны захватываются намного быстрее, чем образующиеся в результате нуклиды могут бета-распадом обратно в сторону стабильности. Нейтронный захват - единственный способ для звезд синтезировать элементы помимо железа из-за повышенных кулоновских барьеров, которые затрудняют взаимодействие между заряженными частицами при высоких атомных номерах, и тот факт, что синтез за пределами Fe является rmic. Из-за резкой потери стабильности после Bi, r-процесс является единственным процессом звездного нуклеосинтеза, который может создавать торий и уран; все другие процессы слишком медленны, и промежуточные ядра альфа-распада не успевают захватить достаточно нейтронов, чтобы достичь этих элементов.
Расчетное содержание 83 первичных элементов в Солнечной системе, нанесенное на логарифмический масштаб. Торий с атомным номером 90 является одним из самых редких элементов. Во Вселенной торий является одним из самых редких из первоэлементов, потому что это один из двух элементов, которые могут быть произведены только в r-процессе ( другой - уран), а также потому, что он медленно распадался с момента своего образования. Единственными первичными элементами, более редкими, чем торий, являются тулий, лютеций, тантал и рений, элементы с нечетными номерами непосредственно перед третьим пиком содержания r-процесса вокруг тяжелых металлов платиновой группы., а также уран. В далеком прошлом торий и уран были обогащены за счет распада изотопов плутония и кюрия, а торий был обогащен по сравнению с ураном за счет распада U на Th и естественного обеднения U, но эти источники давно распались и
В земной коре тория гораздо больше: с содержанием 8,1 частей на миллион (ppm), он является одним из самых распространенных тяжелых элементов, почти такое же содержание, как свинец (13 частей на миллион), и больше, чем олово (2,1 частей на миллион). Это связано с тем, что торий может образовывать оксидные минералы, которые не проникают в ядро; он классифицируется как литофил. Обычные соединения тория также плохо растворяются в воде. Таким образом, даже если огнеупорные элементы имеют одинаковую относительную На Земле, как и в Солнечной системе в целом, торий более доступный, чем тяжелые металлы платиновой группы в коре.
радиогенное тепло от распада Th (фиолетовый) является основным участником внутреннего теплового баланса Земли. Из четырех основных нуклидов, обеспечивающих это тепло, Th, чтобы обеспечить наибольшее количество тепла быстрее, чем другие распадались быстрее, чем торий. Торий является 41-м наиболее распространенным в земной коре. Природный торий обычно представляет собой почти чистый Th, который является наиболее долгоживущим и наиболее стабильным изотопом тория, имеющий период полураспада, сопоставимый с возрастом Вселенной. Его радиоактивный распад - самый большой вклад в внутреннее тепло Земли ; другие основные составляющие - это более короткоживущие первичные радионуклиды, которые представляют собой U, K и U в порядке убывания их вклада. (Во время формирования Земли K и U значительно увеличили силу своего короткого периода полураспада, но они распадались, создавая преобладающим вкладышем Th и U.) Земля в настоящее время содержится около 85% количества присутствующего при формировании Земли. Другие природные изотопы тория намного короче; из них обычно обнаруживается только находящийся в век равновесия со своим родительским U и составляющий не более 0,04% природного тория.
Торий только в качестве второстепенного компонента несовместимые минералы, и по этой причине ранее считались редкими. Почва обычно содержит около 6 частей на миллион тория.
В природе торий встречается в степени окисления +4 вместе с ураном (IV), цирконием (IV), гафнием (IV), и церий (IV), а также с скандий, иттрий и трехвалентные лантаноиды, которые имеют аналогичные ионные радиусы. Из-за радиоактивности тория минералы, содержащие его, часто метамикты (аморфные), их кристаллическая структура повреждена альфа-излучением тория. Ярким примером является эканит, (Ca, Fe, Pb) 2 (Th, U) Si 8O20, который почти никогда не встречается в неметамиктовой форме из-за существующего в нем тория.
Монацит (в основном фосфаты различных редкоземельных элементов) важнейшим коммерческим источником полезных ископаемых по всему миру, в основном в Индии, Южной Африке, Бразилии, Австралии и Малайзии. В среднем он содержит около 2,5% тория, хотя некоторые отложения могут содержать до 20%. Монацит - химически инертный минерал, встречается в виде желтого или коричневого песка; его низкая реакционная способность затрудняет извлечение из него тория. Алланит (в основном силикаты-гидроксиды различных металлов) может содержать 0,1–2% тория и циркония (в основном силикат циркония, ZrSiO 4) до 0,4% тория.
Диоксид тория встречается как редкий минерал торианит. Эти два обычных диоксида актинида изотипны с диоксидом урана, они могут образовывать твердые растворы, и название минерала изменяется в зависимости от содержания ThO 2. Торит. (в основном ThSiO 4), также имеет высокое содержание тория и является минералом, в котором торий был впервые впервые обнаружен. В силикатных минералах тория ионы Th и SiO. 4часто заменяются ионами M (где M = Sc, Y или Ln) и фосфатными (PO. 4) ионами соответственно. Из-за большой нерастворимости диоксида тория при высвобождении торий обычно не распространяется быстро в окружающей среде. Ион Th растворим, особенно в кислых почвах, и в таких условиях тория может достичь 40 частей на миллион.
Битва Тора с гигантами (1872 г.) Мартен Эскил Крыло ; Тор, скандинавский бог грома, подняв свой молот Мьёльнир в битве против гигантов.В 1815 году шведском химик Йенс Якоб Берцелиус проанализировал необычный образец гадолинита из медного рудника в Фалуне в центральной Швеции. Он заметил пропитанные следы белого минерала, который он осторожно принял за землю (оксид в современной химической номенклатуре) неизвестного элемента. Берцелиус уже оказался открыл два элемента, церий и селен, но однажды он совершил публичную ошибку, объявив о новом элементе, ганиуме, которому оксид цинка. Берцелиус в частном порядке назвал предполагаемый элемент «торий» в 1817 году и его предполагаемый оксид «торина» в честь Тора, норвежского бога грома. В 1824 году, после того как в Вест-Агдер, Норвегия были обнаружены новые месторождения того же минерала, он отказался от своих находок, поскольку минерал (позже названный ксенотим ) оказался в основном ортофосфат иттрия.
В 1828 году Мортен Трейн Эсмарк обнаружил черный минерал на острове Левёйя, графство Телемарк, Норвегия. Он был норвежским священником и минералогом, изучавшим минералы в Телемарке, где он служил викарием. Он обычно отправлял наиболее интересные образцы, такие как этот, своему отцу, Йенсу Эсмарку, известному минералогу и профессору минералогии и геологии в Королевском университете Фредерика в Христиании (сегодня называется Осло ). Старший Эсмарк определил, что это неизвестный минерал, и отправил образец Берцелиусу для исследования. Берцелиус определил, что в нем есть новый элемент. Он опубликовал свои открытия в 1829 году, выделив нечистый образец восстановлением KThF 5 металлическим калием калием. Берцелиус повторно использовал название предыдущего предполагаемого открытия элемента и назвал исходный минерал торит.
Йенс Якоб Берцелиус, который первым определил торий как новый элемент Берцелиус сделал некоторые первоначальные характеристики нового металла и его химического состава. : соединение он правильно определил, что массовое отношение тория к кислороду оксида тория составляет 7,5 (его фактическое значение близко к этому, ~ 7,3), но он предположил, что новый элемент был двухвалентным, а не четырехвалентным, и поэтому рассчитал, что атомная масса была В 7,5 больше кислорода (120 а.е.м. ); на самом деле он в 15 раз больше. Он определил, что торий является очень электроположительным металлом, опережая церий и уступая цирконию по электроположительности. Металлический торий был впервые выделен в 1914 году голландскими предпринимателями Дирком Лели-младшим и Лодевиком Гамбургером.
В периодической таблице, опубликованной Дмитрием Менделеевым в 1869 г. торий и редкоземельные элементы были помещены вне основных частей таблицы, в конце каждого вертикального периода после щелочноземельных металлов. Это отражало веру в то время, что торий и редкоземельные металлы двухвалентны. С более поздним признанием того, что редкоземельные элементы были в основном трехвалентными, а торий четырехвалентным, Менделеев перенес церий и торий в группу IV в 1871 году, которая также содержала современную углеродную группу (группа 14) группа 4).), так как их максимальная степень +4. Церий вскоре был удален из основной части стола и помещен в отдельную серию лантанидов; торий остался в группе 4, так как он имел свойства, аналогичные своим предполагаемым более легким родственным соединением из этой группы, таким как титан и цирконий.
Второй мировой войны торий газовая мантия из диоксида Хотя торий был открыт в 1828 году, его первое применение датируется 1885 годом, когда австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах изобрел газовую мантию, переносной источник света, который дает свет от накала оксида тория при нагревании за счет сжигания газообразного топлива. Впечатление торий и его использование лампы, термостойкие тигли, такие как окисление аммиака до азотной кислоты.
Торий впервые обнаружил радиоактивность в 1898 году немецким химиком Герхардом Карлом Шмидтом, а позже в том же году, независимо, польско-французским физиком Мари Кюри. Это второй элемент, который оказался радиоактивным после открытия в 1896 году радиоактивности урана французским физиком Анри Беккерелем. Начиная с 1899 г. новозеландский физик Эрнест Резер и американский инженер-электрик Роберт Боуи Оуэнс изучали излучение тория; исходные наблюдения показали, что она изменялась. Было установлено, что эти вариации произошли от недолговечной газообразной дочери тория. Этот элемент теперь называется радон, единственный из редких радиоэлементов, обнаруженных в природе как дочерний торий, а не уран.
После учета радона Резерфорд, используя британским физиком Фредериком Содди, показал, как т распадался с фиксированной скоростью с течением времени на ряд других элементов в работах, датируемых периодом с 1900 по 1903 год. Это наблюдение указывает на период полураспада как один из результатов экспериментов с альфа-частями, которые приводят к теории распада радиоактивности. Биологический эффект излучения был открыт в 1903 году. Недавно обнаруженное явление радиоактивности взволновало как ученых, так и широкую публику. В 1920-х годах радиоактивность тория рекламировалась как лекарство от ревматизма, диабета и полового бессилия. В 1932 году большинство из этих видов использования было предоставлено в Штатах после федерального воздействия радиоактивности на здоровье. 10 000 человек в США были введены торий во время рентгеновской диагностики; Позже выяснилось, что они страдают такими проблемами со здоровьем, как лейкемия и аномальные хромосомы. К концу 1930-х гг. Общественный интерес к радиоактивности снизился.
Гленн Т. Сиборг, обоснованное местонахождение тория в блоке f До конца XIX века химики единодушно согласились, что торий и уран аналогны гафнию и вольфраму; существование лантаноидов в шестом ряду было признано случайным. В 1892 году британский химик Генри Бассетт постулировал второй сверхдлинный ряд периодической таблицы, выявленные и неоткрытые элементы, считая торий и уран аналогами лантаноидов. В 1913 году датский физик Нильс Бор опубликовал теоретическую модель атома и его электронных орбиталей, которая вскоре получила широкое признание. Модель показала, что седьмая строка периодической таблицы также должна заполнить f-оболочку перед d-оболочкой, которая была заполнена переходными элементами, как шестая строка с лантаноидами, предшествующими переходными металлами 5d. Существование второй серии внутренних переходов в форме актинидов не было принято до тех пор, пока не было установлено сходство с электронными структурами лантаноидов; Бор предположил, что заполнение 5f-орбиталей может быть отложено до уровня после урана.
Это произошло только с открытием первых трансурановых элементов, которые, начиная с плутония, имеют доминирующие +3 и + 4 степени окисления, такие как лантаноиды, было понятно, что актиниды действительно заполняли f- орбитали, а не d-орбитали, химия, подобная переходным металлам, ранние актинидов были исключением, а не правил. В 1945 году, когда американский физик Гленн Т. Сиборг и его команда открывают трансурановые элементы америций и кюрий, он воспринимает концепцию актинида, понимая, что торий был вторым членом -блокировать серию актинидов, аналогичную лантаноидам, вместо, чтобы быть более тяжелым конгенером гафния в четвертом ряду d-блоков.
В 1990-х гг. Основное применение не зависящее от радиоактивности проблем, быстро уменьшилось из-за безопасности и окружающей среды, поскольку были найдены подходящие более безопасные замены. Несмотря на свою радиоактивность, элемент по-прежнему используется в тех областях, где не было найдено подходящих альтернатив. Исследование 1981 г., проведенное Национальной лабораторией Ок-Ридж в США, показало, что использование ториевой газовой мантии каждые выходные было бы безопасно для человека, но это не относилось к дозе, полученной людьми, производящими мантии. или для почв вокруг некоторых заводов. Производители Некоторые перешли на другие материалы, например иттрий. Еще в 2007 году некоторые компании продолжали прессовать и продавать ториевые мантии, не предоставляя адекватной информации об их радиоактивности, а некоторые ложно заявляли, что они даже нерадиоактивны.
Индийская Point Energy Center (Бьюкенен, Нью-Йорк, США), где находится первый в ториевый реактор Торий использовался в мире как источник энергии в масштабе прототипа. Самый ранний реактор на основе тория был построен в 1962 году в Indian Point Energy Center, расположенном в Бьюкенене, Нью-Йорк, США. Одна из поставок торий в мире находится в стране Индия, где урана не так много. В 1950-х годах Индия стремилась достичь энергетической независимости с помощью своей трехэтапной ядерно-энергетической программы. В большинстве стран урана было относительно много, а реакторы на основе тория развивались медленно; в 20-м веке три реактора были построены в Индии и двенадцать в других местах. В 1996 г. Международное агентство по атомной энергии начало крупномасштабных исследований по использованию ториевых реакторов; год спустя Министерство энергетики США начало свои исследования. Элвин Радковски из Тель-Авивского университета в Израиле был главным конструктором Атомной электростанции Шиппорт в Пенсильвании, первого американского гражданского реактора, который порода торий. Он основал консорциум по разработке ториевых реакторов, которые вошли в другие лаборатории: Raytheon Nuclear Inc. и Брукхейвенская национальная лаборатория в США, и Курчатовский институт в России.
В 21 потенциал тории в плане и его сокращения отходы привели к возобновлению интереса к ториевому топливному циклу. Индия прогнозирует удовлетворение 30% своих потребностей в электроэнергии за счет ториевой ядерной энергетики к 2050 году. В феврале 2014 года Центр атомных исследований Бхабхи (BARC) в Мумбаи, Индия, представили свой последний проект «ядерного реактора следующего поколения», сжигает торий в топлива, назвав его усовершенствованным тяжеловодным реактором (AWHR). В 2009 году председатель Индийской комиссии по атомной энергии в Индии есть долгосрочная цель - стать энергетически независимой на основе своих ресурсов тория ».
Когда граммы плутония были впервые произведены в рамках Манхэттенского проекта, было обнаружено, что второстепенный изотоп (Pu ) подвергся значительному спонтанному делению, что поставило под сомнение жизнеспособность плутониевого ядерного оружия пушечного типа. В то время как команда Лос-Аламоса начала работу над оружием имплозивного типа, чтобы обойти эту проблему, команда Чикаго обсуждала конструктивные решения реактора. Юджин Вигнер использует загрязненный плутонием плутоний для преобразования тория в уран в специальном реакторе-конвертере. Была выдвинута гипотеза, что U можно использовать в оружии пушечного типа, хотя высказывались опасения по поводу загрязнения от U. Прогресс в области имплозивного был достаточным, и этот преобразователь не получил дальнейшего развития, но его конструкция оказала огромное влияние на развитие ядерной энергетики. Это было первое подробное описание высокообогащенного водо-водяного реактора, аналогичного будущим военно-морским и коммерческим энергетическим реакторам.
Во время холодной войны Соединенные Штаты исследовали возможность использования в качестве источника U для использования в ядерной бомбе ; они выпустили испытательную бомбу в 1955 году. Они пришли к выводу, что бомба с U-образным механизмом была очень мощным пусковым оружием, но она мало устойчивых тем «преимуществ» по сравнению с современными уран-плутониевыми формами бомбами, что трудно использовать в изотопно чистой.
Металлический торий использовался в случае облучения по крайней конструкции ядерного оружия, развернутого в США (W71 ).
| Страна | Запасы |
|---|---|
| Индия | 1070 |
| Бразилия | 632 |
| Австралия | 595 |
| США | 595 |
| Египет | 380 |
| Турция | 374 |
| Венесуэла | 300 |
| Канада | 172 |
| Россия | 155 |
| Южная Африка | 148 |
| Китай | 100 |
| Норвегия | 87 |
| Гренландия | 86 |
| Финляндия | 60,5 |
| Швеция | 50 |
| Казахстан | 50 |
| Другие страны | 1,725 |
| Всего в мире | 6579,5 |
Низкий спрос Работающие рудники по добыче одной тории невыгодны, и он почти всегда добывается с редкоземельными элементами, которые продукты, Может быть использовано больше торий, может быть побочными продуктами производства других полезных ископаемых. В настоящее время сведения о распределении ресурсов тория скудны, низкий уровень по разведке были незначительными. В 2014 году мировое производство монацитового концентрата, из которого будет извлечен торий, составило 2700 тонн.
Обычный способ производства тория представляет собой концентрацию ториевых минералов; извлечение тория из концентрата; очистка тория; и (необязательно) преобразование в соединения, такие как диоксид тория.
Существует две категории минераловая тория для извлечения тории: первичные и вторичные. Первичные отложения встречаются в кислых гранитных магмах и пегматитах. Они сконцентрированы, но небольшого размера. Вторичные отложения встречаются в устьях в гранитных горных реквизитах. В этих месторождениях обогащен наряду с другими тяжелыми минералами. Начальная оценка осуществляется в зависимости от типа месторождения.
Для первичных месторождений исходные пегматиты, которые обычно добываются посредством небольших частей и подвергаются флотации. Карбонаты щелочноземельных металлов можно удалить после реакции с хлористым водородом ; затем следуют сгущение, фильтрация и прокаливание. В результате получается концентрат с содержанием редкоземельных элементов до 90%. Вторичные материалы (например, прибрежные пески) подвергаются гравитационной сепарации. Далее следует магнитное разделение с серией магнитов увеличивающейся силы. Чистота монацита, полученного этим методом, может достичь 98%.
Промышленное производство в 20 веке основывалось на обработке горячей концентрированной серной кислотой в чугунных емкостях с последующим избирательным осаждением разбавления водой, как на последующие шаги. Этот метод основывался на специфике техники и крупности концентрата; Щелочное разложение горячим гидроксида натрия. Это дороже, чем исходный метод, но дает более высокую чистоту тория; в частности, он удаляет фосфаты из концентрата.
Кислотное сбраживание - это двухэтапный процесс, включающий использование до 93% серной кислоты при 210–230 ° С. Сначала установить серную кислоту в количестве, превышающем 60% от массы песка, сгущающую реакционную смесь по мере образования продуктов. Смесь охлаждающей жидкости при той же температуре еще пять часов уменьшает объем раствора, остающегося после разбавления. Концентрация серной кислоты выбирается на основе скорости реакции и вязкости, которые увеличиваются с концентрацией, хотя вязкость замедляет реакцию. Повышение температуры также ускоряет реакцию, но исключено температурное 300 ° C и выше, они вызывают образование нерастворимого пирофосфата тория. Смазки, растворимые в кислотах, растворимых в кислотах, растворимых в кислотах, растворах, растворимых в воде, кислотах. И наоборот, при температуре ниже 200 ° C реакция идет недостаточно быстро. Чтобы принять, что не образуются осадки, блокирующие реактивную поверхность монацита, масса используемой кислоты должна быть вдвое больше, чем у песка, вместо 60%, которые можно было бы ожидать исходя из стехиометрии. Затем охлаждают до 70 ° C и разбавляют холодную воду, оставляя смесь, превышающую ее объем, так, чтобы оставшийся монацит опускался на дно, редкоземельные элементы и торий оставались в растворе. Затем торий может быть отделен путем осаждения его в виде фосфата при pH 1,3, поскольку редкоземельные элементы не осаждаются до pH 2.
Щелочное расщепление проводят на 30–45%. раствор гидроксида натрия при температуре около 140 ° C в течение около трех часов. Слишком низкая температура приводит к очень низкой температуре оксида тория и избытку урана в фильтре, слишком низкая температура приводит к очень низкой температуре реакции. Эти условия довольно мягкие и требуют монацитового песка размером менее 45 мкм. После фильтрации осадок на фильтре включает торий и редкоземельные элементы в виде их гидроксидов, уран в виде диураната натрия и фосфат в виде тринатрийфосфата. При охлаждении ниже 60 ° C кристаллизуется декагидрат тринатрийфосфата; Примеси урана в этом продукте увеличиваются с увеличением количества диоксида кремния в реакционной смеси, что требует перекристаллизации перед коммерческим использованием. Гидроксиды растворяются при 80 ° C в 37% соляной кислоте. Фильтрация оставшихся осадков с последующим добавлением 47% гидроксида натрия приводит к осаждению тория и урана при pH примерно 5,8. Не исключено полное высыхания осадка, поскольку воздух может высвобождать церий от +3 до +4 степени окисления, образовавшийся церий (IV) может высвобождать свободный хлор из соляной кислоты. Редкоземельные элементы снова выпадают в осадок при более высоком pH. Осадки нейтрализуются исходным раствором гидроксида натрия, хотя часть фосфата необходимо сначала удалить, чтобы избежать осаждения редкоземельных элементов. Экстракция растворителем также местное отделение для отделения течения и урана путем растворения образовавшейся фильтрационной корки в азотной кислоте. Присутствие вредно, поскольку оно связывает торий и препятствует его полному растворению.
В ядерных приложениях необходимы высокие уровни тория. В основе использования с высокими сечениями захвата нейтронов должна быть очень низкими (например, концентрация гадолиния должна быть ниже одного на миллион по весу). Раньше для достижения высокой чистоты использовали повторное растворение и перекристаллизацию. Сегодня используются процедуры экстракции жидким растворителем, включающие селективное комплексообразование Th. Например, после щелочного разложения и удаления фосфата образующиеся нитратокомплексы тория, урана и редкоземельных элементов могут быть разделены экстракцией трибутилфосфатом в керосине.
Использование нерадиоактивного вещества сокращено с 1950- х годов за проблемы окружающей среды, в степени из-за радиоактивности тория и продуктов его распада.
Используется температура плавления 3300 ° C (6000 ° F), самых высоких из всех известных оксидов; только используется его диоксид (иногда называемый «тория» в промышленности), а не в металле. Некоторые вещества имеют более высокие температуры плавления. Излучаемый торием, находится в видимом спектре, отсюда и яркость ториевой мантии.
Энергия частично в форме видимого света излучается, когда торий подвергается воздействию самого источника энергии Этот эффект разделяет диоксид церия, который более эффективно преобразует ультрафиолетовый свет в видимый свет, но диоксид тория более высокой темпе ратуру пламени, испуская меньше инфракрасного света, такой как катодный луч, тепло или тепло ультрафиолетовый свет.. Согласно обзору 2005 года, проведенному Национальным советом по радиологической защи, Торий в мантии, хотя и по-прежнему распространен, с конца 1990-х годов постепенно заменяется иттрием. те Соединенного Королевства, «хотя [мантии из торированного газа] были широко доступны несколько лет назад, теперь их нет».
при производстве накаленных нитей рекристаллизация вольфрама значительно снижается за добавление количества диоксида тория к порошку вольфрама для спекания перед вытяжкой нитей. Небольшая добавка тория к вольфрамовым термокатодам снижает работу выхода электронов; в результате электроны испускаются при значительно более низких температурах. Точно образует на поверхности вольфрама толщиной в один атом. Работа выхода от поверхности тория снижается, возможно, из-за электрического поля на границе раздела между торием и вольфрамом, образованного из-за большей электроположительности тория. С 1920-х годов торированные вольфрамовые проволоки используются в электронных лампах, а также в катодах и антикатодах рентгеновских трубок и выпрямителей. Благодаря реакционной способности тория атмосферным кислородом и азотом торий действует как примесей в вакуумированных трубках. Появление транзисторов в 1950-х годах резко сократило их использование, но не полностью. Диоксид тория используется в дуговой сварке вольфрамовым электродом (GTAW) для повышения жаропрочности вольфрамовых электродов и улучшения стабильности дуги. В этом случае оксид тория заменяется другими оксидами, такими как оксиды циркония, церия и лантана.
Диоксид тория содержится в термостойкой керамике, например в высокотемпературных лабораториях. тигли либо в качестве основного ингредиента, либо в качестве добавки к диоксиду циркония. Сплав из 90% ины и 10% тория является эффективным катализатором окисления аммиака до оксидов азота, но он был заменен сплавом, состоящим из 95% платины и 5% <749.>родий из-за его лучших механических свойств и большей прочности.
Пожелтевшая линза из диоксида тория (слева), аналогичная линза, частично пожелтевшая под стекло ультрафиолетового излучения (в центре), и линза без пожелания (справа) При добавлении в диоксид тория помогает увеличить его показатель преломления и уменьшить дисперсию. Такое стекло находит применение в качественных линзах для фотоаппаратов и научных приборов. Излучение этих линз может затемнить их и пожелтеть в течение многих лет и плохи качество пленки, но риски для здоровья минимальны. Пожелтевшие линзы можно вернуть в исходное бесцветное состояние путем длительного воздействия интенсивного ультрафиолетового излучения. С тех пор диоксид тория был заменен в этой заявке оксидами редкоземельных элементов, такими как лантан, поскольку они обеспечивают аналогичные эффекты и не являются радиоактивными.
Тетрафторид тория используется в качестве антиотражающего средства. материал в многослойных оптических покрытиях. Он прозрачен для электромагнитных волн с длиной волны в диапазоне 0,350–12 мкм, который включает ближний ультрафиолетовый, видимый и средний инфракрасный свет. Его излучение в первую очередь с альфа-частицами, которое можно легко установить тонким слоем другого материала. Заменители тетрафторида тория представлены с 2010-х годов, которые включают сплавы трифторида лантана.
Mag-Thor (также называемые торированным магнием), которые используются в некоторых аэрокосмических приложениях, хотя такие применения были постепенно прекращены из-за опасностям по радиоактивности.
Основным ядерным выделить энергию в реакторе деление нуклида подает нейтроны; синтетические делящиеся ядра U и Pu могут быть выведены в результате захвата нейтронов естественными количественными нуклидами Th и U. U встречается в природе и также является делящимся. В топливном цикле тория воспроизводимый изотоп Th подвергается бомбардировке медленными нейтронами, захватывая нейтроны и превращаясь в Th, который претерпевает два последовательных бета-распада, сначала стать Па, а делящимся U:
Превращения в ториевом топливном цикле
| ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Np | ||||||||||||||
| ↑ | ||||||||||||||
| U | ← | U | ↔ | U | ↔ | U | ↔ | U | ↔ | U | → | U | ||
| ↓ | ↑ | ↑ | ↑ | |||||||||||
| Па | → | Па | ← | Па | → | Па | ||||||||
| ↑ | ↑ | |||||||||||||
| Тх | → | Тх | ← | Th | → | Тх | ||||||||
| ||||||||||||||
U делящийся и может быть в качестве в качестве ядерного топлива так же, как U или Pu. Когда U подвергается ядерному делению, испускаемые нейтроны могут ударить дальше по ядрам Th, продолжая цикл. Это аналогично урановому топливному циклу в реакторах-размножителя на быстрых нейтронах, где U подвергается нейтронному захвату, превращаясь в U, бета-распад сначала до Np, а в делящийся Pu. более распространен, чем уран, и может дольше удовлетворять мировые потребности в энергии.
Th поглощает нейтроны легче, чем U, и U имеет более высокую вероятность деления при захвате нейтронов (92,0%), чем U (85,5%) или Pu (73,5%). Он также выделяет в среднем больше нейтронов при делении. Одиночный захват нейтрона U приводит к образованию трансурановых отходов вместе с делящимся Pu, но Th производит эти отходы только после пяти захватов, образуя Np. Такое количество захватов не происходит для 98–99% ядер Th, потому что промежуточные продукты U или U возбуждаются, и образует меньше долгоживущих трансуранов. Из-за этого торий представляет собой образование привлекательного альтернативного урану в смешанном оксидном топливе для минимизации трансурановых соединений и пределов разрушения плутония. 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 в 150–160 раз больше атмосферного давления. Торий менее радиоактивен, чем уран.
Ториевое топливо обеспечивает более безопасную и эффективную активную зону реактора, поскольку диоксид тория имеет более высокую температуру плавления, более высокую теплопроводность и более низкий коэффициент . теплового расширения. Он более стабилен химически, чем ныне распространенный топливный диоксид урана, потому что последний окисляется до октоксида триурана (U3O8), становясь значительно менее плотным.
Отработанное топливо трудно и опасно переработать, потому что многие из дочерей сильных источников гамма-излучения. Все методы производства U приводят к примесям U либо в результате паразитных вариантов выбивания (n, 2n) Th, Pa или U, которые вызывают к потере нейтрона, либо в результате двойного захвата нейтрона Th, в результате в природном Th
U сам по себе не особенно вреден, но быстро распадается с образованием сильного гамма-излучателя T1. (Эти примеси U делают U легко обнаруживаемым и опасным для работы, непрактичность разделения ограничивает возможности использование ядерного оружия с использованием U в делящего материала. Ра относительно длительный период полураспада, составляющий 27 дней, и высокое поперечное сечение для захвата нейтронов. Таким образом, это нейтронный яд : вместо того, чтобы быстро распадаться до полезного U, значительное количество Па превращается в U и потребляет нейтроны, снижая эффективность реактора. Чтобы избежать этого, Pa извлекается из активной зоны ториевых реакторов с расплавом солей во время их работы, так что он не имеет возможности захватить нейтрон и будет распадаться только до U.
Чтобы реализовать эти преимущества, необходимо освоить облучение Th нейтронами с последующей его обработкой, а для этого требуются более совершенные технологии, чем ураново-плутониевый топливный цикл; исследования в этой области продолжаются. Другие ссылаются на низкий c Коммерческая жизнеспособность ториевого топливного цикла: международное Агентство по ядерной энергии прогнозирует, что ториевый цикл никогда не будет коммерчески жизнеспособным, пока уран доступен в изобилии - ситуация, которая может сохраниться «в ближайшие десятилетия». Изотопы, образующиеся в ториевом топливном цикле, в большинстве своем не являются трансурановыми, но некоторые из них все еще очень опасны, например, Па, период полураспада которого составляет 32 760 лет и является основным источником долгосрочной радиотоксичности отработавшего ядерного топлива.
Эксперимент по влиянию излучения (от несгоревшей газовой оболочки тория) на прорастание и рост тимофеевка семя Природный торий распадается очень медленно по множеству других радиоактивных материалов, а испускаемое альфа-излучение не может проникнуть через кожу человека. В результате обращения с небольшими количествами тория, например, в газовых оболочках, считается допустимым, использование таких предметов может представлять риски. Воздействие аэрозоля тория, например, загрязненной пыли, может привести к повышенному риску рака легкого, поджелудочной железы и крови, так как легкие и Другие внутренние органы могут проникать альфа-излучением. Внутреннее воздействие тория приводит к повышенному риску болезней печени.
Продукты распада включают более опасные радионуклиды, такие как радий и радон. Хотя относительно небольшое количество этих продуктов образует в результате медленного распада тория, надлежащая оценка радиологической токсичности включает его дочерние элементы, некоторые из которых являются опасными излучателями гамма, и которые быстро накапливаются после начального распада Th из-за отсутствия долгоживущих нуклидов вдоль цепочки распада. Они улетучиваются каждый раз, когда мантию нагревают для использования, чем более низкие температуры плавления. В первый час использования выделяются большие фракции дочерних торий Ra, Ra, Pb и Bi. Большая часть дозы облучения обычного пользователя при вдыхании радия, что приводит к дозе облучения до 0,2 миллизиверта на одно применение, что составляет около трети дозы, полученной во время маммограммы.
Некоторые агентства по ядерной безопасности дают рекомендации по использованию ториевых мантий и высказывают опасения по поводу их производства и утилизации; доза облучения от одной мантии не представляет серьезной проблемы, но доза от многих мантий, собранных вместе на фабриках или свалках, составляет.
Торий без запаха и вкуса. Химическая токсичность тория низка, поскольку торий и его наиболее распространенные соединения (в основном диоксид) плохо растворяются в воде, выпадающей в осадок, прежде чем использовать в организме в виде гидроксида. Некоторые соединения тория химически умеренно токсичны, особенно в сильных комплексообразующих веществах, таких как цитрат, которые переносят торий в растворимой форме. Если объект, охран торий, был жеван или пососан, он теряет 0,4% тория и 90% своих опасных дочерей. Три четверти тория, проникшего в тело, накапливаются в скелете. Впитывание через кожу возможно, но не является вероятным средством воздействия. Низкая растворимость тория в воде также означает, что выведение тория почками и фекалиями происходит довольно медленно.
Тесты на потребление тория рабочими, участвующими в переработке монацита, показали, что уровни тория превышают рекомендуемые ограничения в их организме, но при этих умеренно низких воздействий не было обнаружено неблагоприятного воздействия на здоровье. Химическая токсичность трахеобронхиального тракта и легких в результате воздействия тория еще не наблюдалась. Люди, работающие с соединениями тория, подвержены риску дерматита. После приема тория симптомы могут проявиться через тридцать лет. Торий не имеет известной биологической роли.
Порошкообразный металлический торий пирофорен: он самовоспламеняется на воздухе. В 1964 году Внутреннее деление США указало «опасный» в таблице, озаглавленной «Воспламенение и взрывоопасность металлических порошков». Его температура воспламенения составила 270 ° C (520 ° F) для пылевых облаков и 280 ° C (535 ° F) для слоев. Его минимальная взрывоопасная форма была указана как 0,075 унции / куб фут (0,075 кг / м); минимальная энергия воспламенения для (несубмикронной) пыли была указана как 5 mJ.
В 1956 году Sylvania Electric Products произошла во время переработки и сжигания ториевого шлама в Нью-Йорк, Соединенные Штаты. Пострадало девять человек; один умер от осложнений, вызванных ожогами третьей степени.
Торий существует в очень малых количествах повсюду на Земле, хотя в некоторых частях существуют большие количества: средний человек содержит около 40 микрограмм тория и обычно потребляет три микрограмма в день. В большинстве случаев воздействие тория происходит при вдыхании пыли; небольшое количество поступает с пищей и водой, но из-за его низкой растворимости это незначительно.
Воздействие повышено для людей, живущих вблизи месторождений тории или мест захоронения радиоактивных отходов, тех, кто живет рядом или работает с ураном фабрики по переработке фосфатов или олова, а также для тех, кто производством газовой мантии. Торий распространен в прибрежных районах Тамил Наду Индии, где жители могут подвергаться дозе среднего уровня, в десять превышающих среднемировой уровень. Это также распространено в северных бразильских прибрежных районах, от юга Баии до Гуарапари, города с радиоактивными пляжами из монацитового песка, с уровнем радиации до 50 выше чем средний мировой фоновый уровень радиации.
Еще одним возможным воздействием является ториевая пыль, образующаяся на полигонах для испытаний оружия, поскольку торий используется в системах некоторых ракет. Это было причиной высокой частоты врожденных дефектов и рака в Сальто-ди-Квирра на итальянском острове Сардиния.
 | Поищите торий в Викисловаре, бесплатном вызове. |
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Торий. |
Категория: Thorium.