Thorium, som heter den nordiska åskguden, är ett silvigt, glansigt och radioaktivt element med potential som ett alternativ till uran vid bränslen av kärnreaktorer.
Bara fakta
- Atomnummer (antal protoner i kärnan): 90
- Atomisk symbol (på det periodiska elementet): Th
- Atomvikt (atomens medelmassa): 232,0
- Densitet: 6,8 ounce per kubik tum (11,7 gram per kubik cm)
- Fas vid rumstemperatur: fast
- Smältpunkt: 3 182 grader Fahrenheit (1 750 grader Celsius)
- Kokpunkt: 8 654 F (4 790 C)
- Antal naturliga isotoper (atomer av samma element med ett annat antal neutroner): 1. Det finns också minst 8 radioaktiva isotoper skapade i ett labb.
- Vanliga isotoper: Th-232 (100 procent av det naturliga överflödet)
Historia
År 1815 trodde Jöns Jakob Berzelius, en svensk kemist, först att han hade upptäckt ett nytt jordelement, som han kallade thorium efter Thor, den nordiska krigsguden, enligt Peter van der Krogt, en holländsk historiker. 1824 fastställdes emellertid att mineralen i själva verket var yttriumfosfat .;
År 1828 fick Berzelius ett prov av ett svart mineral som hittades på Løvø Island utanför Norges kust av Hans Morten Thrane Esmark, en norsk mineralog. Mineralet innehöll nästan 60 procent av ett okänt element, som tog över namnet thorium; mineralet fick namnet thorite. Mineralet innehöll också många kända element, inklusive järn, mangan, bly, tenn och uran, enligt Chemicool.
Berzelius isolerade thorium genom att först blanda thoriumoxid som hittades i mineralet med kol för att skapa thoriumklorid, som sedan reagerades med kalium för att ge thorium och kaliumklorid, enligt Chemicool.
Gerhard Schmidt, en tysk kemist, och Marie Curie, en polsk fysiker, upptäckte oberoende att thorium var radioaktivt 1898 inom ett par månader efter varandra, enligt Chemicool. Schmidt krediteras ofta upptäckten.
Ernest Rutherford, en nyzeeländsk fysiker, och Frederick Soddy, en engelsk kemist, upptäckte att thorium sönderfaller med en fast hastighet till andra element, även känd som halveringstiden för ett element, enligt Los Alamos National Laboratory. Detta arbete var avgörande för att främja förståelsen för andra radioaktiva element.
Anton Eduard van Arkel och Jan Handrik de Boer, båda holländska kemister, isolerade metalliskt thorium med hög renhet 1925, enligt Los Alamos National Laboratory.
Vem visste?
- I sitt flytande tillstånd har thorium ett större temperaturområde än något annat element, med nästan 5 500 grader Fahrenheit (3 000 grader Celsius) mellan smält- och kokpunkterna, enligt Chemicool.
- Thoriumdioxid har den högsta smältpunkten för alla kända oxider, enligt Chemicool.
- Thorium är ungefär lika rik som bly och minst tre gånger så rikligt som uran, enligt Lenntech.
- Mängden thorium i jordskorpan är 6 delar per miljon i vikt, enligt Chemicool. Enligt periodiska tabeller är thorium det 41: e som är rikligt med i jordskorpan.
- Thorium bryts huvudsakligen i Australien, Kanada, USA, Ryssland och Indien, enligt Minerals Education Coalition.
- Spårnivåer av thorium finns i stenar, jord, vatten, växter och djur, enligt den amerikanska miljöskyddsbyrån (EPA).
- Högre koncentrationer av thorium finns vanligtvis i mineraler som thorite, thorianite, monazite, allanite och zirkon, enligt Los Alamos National Laboratory.
- Den mest stabila isotopen av thorium, Th-232, har en halveringstid på 14 miljarder år, enligt EPA.
- Enligt Los Alamos skapas thorium i kärnorna i supernovor och sprids sedan över galaxen under explosionerna.
- Thorium hade använts sedan 1885 i gasmantlar, som ger ljuset i gaslampor, enligt Los Alamos. På grund av dess radioaktivitet har elementet ersatts av andra icke-radioaktiva sällsynta jordartselement.
- Thorium används också för att stärka magnesium, belägga volframtråd i elektrisk utrustning, kontrollera kornstorleken på volfram i elektriska lampor, högtemperatur-degel, i glas, i kamera- och vetenskapliga instrumentlinser och är en källa till kärnkraft, enligt Los Alamos.
- Andra användningar för thorium inkluderar värmebeständig keramik, flygmotorer och i glödlampor, enligt Chemicool.
- Enligt Lenntech användes thorium i tandkräm tills radioaktivitetsfara upptäcktes.
- Thorium och uran är involverade i uppvärmningen av jordens inre, enligt Minerals Education Coalition.
- För mycket exponering av thorium kan leda till lungsjukdom, lung- och bukspottkörtelcancer, förändra genetik, leversjukdom, bencancer och metallförgiftning, enligt Lenntech.
Nuvarande forskning
En stor del av forskningen pågår att använda thorium som kärnbränsle. Enligt en artikel från Royal Society of Chemistry, ger thorium som används i kärnreaktorer många fördelar jämfört med användning av uran:
- Thorium är tre till fyra gånger rikare än uran.
- Thorium extraheras lättare än uran.
- Flytande fluoridoriumreaktorer (LFTR) har mycket lite avfall jämfört med reaktorer drivna med uran.
- LFTR: er körs vid atmosfärstryck istället för 150 till 160 gånger atmosfärstryck som för närvarande behövs.
- Thorium är mindre radioaktivt än uran.
Enligt ett dokument från NASA-forskarna Albert J. Juhasz, Richard A. Rarick och Rajmohan Rangarajan från 2009 utvecklades thoriumreaktorer vid Oak Ridge National Laboratory på 1950-talet under ledning av Alvin Weinberg för att stödja kärnkraftsflygprogram. Programmet stannade 1961 till förmån för annan teknik. Enligt Royal Society of Chemistry övergavs toriumreaktorer eftersom de inte producerade så mycket plutonium som uraneldrivna reaktorer. Vid den tiden var plutonium med vapenklass, såväl som uran, en varm handelsvara på grund av det kalla kriget.
Thorium själv används inte för kärnbränsle, men det används för att skapa den konstgjorda uranisotopen uran-233, enligt NASA-rapporten. Thorium-232 absorberar först en neutron och skapar thorium-233, som sönderfaller till protactium-233 under cirka fyra timmar. Protactium-233 avtar långsamt till uran-233 under cirka tio månader. Uran-233 används sedan i kärnreaktorer som bränsle.
