Noordin jumalaksi nimetty torium on hopeinen, kiiltävä ja radioaktiivinen elementti, jolla on potentiaalia uraanin vaihtoehtona ydinreaktorien polttamisessa.
Vain tosiasiat
- Atomiluku (protonien lukumäärä ytimessä): 90
- Atomisymboli (jaksollisessa elementtitaulukossa): Th
- Atomipaino (atomin keskimääräinen massa): 232,0
- Tiheys: 6,8 unssia kuutiometriä kohti (11,7 grammaa kuutiometriä kohti)
- Vaihe huoneenlämpötilassa: Kiinteä
- Sulamispiste: 3 182 astetta Fahrenheit (1750 astetta)
- Kiehumispiste: 8,654 F (4790 C)
- Luonnollisten isotooppien lukumäärä (saman alkuaineen atomit, joilla on eri määrä neutroneja): 1. Laboratoriossa on myös vähintään 8 radioaktiivista isotoopia.
- Yleisimmät isotoopit: Th-232 (100 prosenttia luonnollisesta runsaudesta)
Historia
Vuonna 1815 ruotsalainen kemisti Jöns Jakob Berzelius ajatteli ensin löytäneensä uuden maan elementin, jonka hän nimitti toriumiksi norjalaisen sotajumalan Thorin mukaan hollantilaisen historioitsija Peter van der Krogtin mukaan. Vuonna 1824 kuitenkin määritettiin, että mineraali oli itse asiassa yttriumfosfaatti .;
Vuonna 1828 Berzelius sai näytteen mustasta mineraalista, joka löydettiin Norjan rannikolta Løvø-saarelta norjalaisen mineralogistin Hans Morten Thrane Esmarkin toimesta. Mineraali sisälsi lähes 60 prosenttia tuntemattomasta alkuaineesta, joka sai nimensä torium; mineraali nimettiin toriitiksi. Mineraali sisälsi myös monia tunnettuja alkuaineita, mukaan lukien rauta, mangaani, lyijy, tina ja uraani, Chemicoolin mukaan.
Berzelius eristi torium sekoittamalla ensin mineraalista löytynyttä toriumoksidia hiilen kanssa muodostamaan toriumkloridia, joka sitten saatettiin reagoimaan kaliumin kanssa toriumin ja kaliumkloridin tuottamiseksi, kemikaalin mukaan.
Chemicoolin mukaan saksalainen kemisti Gerhard Schmidt ja puolalainen fyysikko Marie Curie havaitsivat, että torium oli radioaktiivinen vuonna 1898 parin kuukauden sisällä toisistaan. Löytö hyvitetään usein Schmidtille.
Uuden-Seelannin fyysikko Ernest Rutherford ja englantilainen kemisti Frederick Soddy havaitsivat, että torium hajoaa kiinteällä nopeudella muihin elementteihin, jotka tunnetaan myös elementin puoliintumisaikana, Los Alamosin kansallisen laboratorion mukaan. Tämä työ oli kriittistä muiden radioaktiivisten elementtien ymmärtämisen edistämisessä.
Los Alamosin kansallisen laboratorion mukaan molemmat hollantilaiset kemistit Anton Eduard van Arkel ja Jan Handrik de Boer erottivat erittäin puhtaan metallisen toriumin vuonna 1925.
Joka tiesi?
- Nestemäisessä tilassa toriumilla on suurempi lämpötila-alue kuin missään muussa elementissä, Chemicoolin mukaan lähes 5500 Fahrenheit-astetta (3000 Celsius-astetta) on sulamis- ja kiehumispisteiden välillä.
- Tooriumdioksidilla on korkein sulamispiste kaikista tunnetuista oksidista, kemikaalin mukaan.
- Torium on suunnilleen yhtä runsas kuin lyijy ja vähintään kolme kertaa niin runsas kuin uraani, Lenntechin mukaan.
- Toriumin runsaus maankuoressa on 6 paino-osaa miljoonaa kohti, Chemicoolin mukaan. Jaksotaulukon mukaan torium on 41. yleisin elementti maankuoressa.
- Torium louhitaan mineraalikasvatuskoalition mukaan pääasiassa Australiassa, Kanadassa, Yhdysvalloissa, Venäjällä ja Intiassa.
- Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston (EPA) mukaan toriumia löytyy kivistä, maaperästä, vedestä, kasveista ja eläimistä.
- Korkeampia toriumpitoisuuksia esiintyy tyypillisesti mineraaleissa, kuten toriitissa, torianiitissa, monasiitissa, alaniitissa ja zirkonissa, Los Alamosin kansallisen laboratorion mukaan.
- EPA: n mukaan stabiilimman torium-isotoopin, Th-232, puoliintumisaika on 14 miljardia vuotta.
- Los Alamosin mukaan torium syntyy supernovien ytimiin ja sitten hajallaan galaksin läpi räjähdysten aikana.
- Toriumia on käytetty vuodesta 1885 lähtien kaasuvaipeissa, jotka tarjoavat valoa kaasulampuissa, Los Alamosin mukaan. Radioaktiivisuutensa vuoksi elementti on korvattu muilla ei-radioaktiivisilla harvinaisten maametallien elementeillä.
- Toriumia käytetään myös magnesiumin vahvistamiseen, volframilangan päällystämiseen sähkölaitteissa, volframin raekokojen säätämiseen sähkölampuissa, korkean lämpötilan upokkaissa, laseissa, kamerassa ja tieteellisissä instrumenttilinsseissä, ja se on ydinvoiman lähde, mukaan Los Alamos.
- Muita toriumin käyttötarkoituksia ovat lämmönkestävät keramiikat, lentokoneiden moottorit ja hehkulamppuissa, Chemicoolin mukaan.
- Lenntechin mukaan toriumia käytettiin hammastahnassa, kunnes radioaktiivisuusvaarat havaittiin.
- Toorium ja uraani osallistuvat maan sisäosien lämmitykseen mineraalikasvatuskoalition mukaan.
- Lenntechin mukaan liiallinen toriumialtistus voi johtaa keuhkosairauksiin, keuhko- ja haimasyöpään, muuttaa genetiikkaa, maksasairauksia, luusyöpää ja metallimyrkytyksiä.
Nykyinen tutkimus
Toriumin käyttöä ydinpolttoaineena on tutkittu paljon. Kuninkaallisen kemian yhdistyksen artikkelin mukaan ydinreaktoreissa käytetyllä toriumilla on monia etuja uraanin käyttöön nähden:
- Torium on kolme tai neljä kertaa runsaampi kuin uraani.
- Torium uutetaan helpommin kuin uraani.
- Nestemäisissä fluori-toriumreaktoreissa (LFTR) on hyvin vähän jätettä verrattuna uraanilla toimiviin reaktoreihin.
- LFTR: t käyvät ilmakehän paineessa nykyisen tarvittavan ilmanpaineen 150 - 160-kertaisen sijasta.
- Torium on vähemmän radioaktiivista kuin uraani.
NASA: n tutkijoiden Albert J. Juhaszin, Richard A. Rarickin ja Rajmohan Rangarajanin vuoden 2009 tutkimuksen mukaan toriumreaktorit kehitettiin Oak Ridgen kansallisessa laboratoriossa 1950-luvulla Alvin Weinbergin johdolla ydinlentokoneohjelmien tukemiseksi. Ohjelma lopetettiin vuonna 1961 muiden tekniikoiden hyväksi. Kuninkaallisen kemian yhdistyksen mukaan toriumreaktorit hylättiin, koska ne eivät tuottaneet yhtä paljon plutoniumia kuin uraanikäyttöiset reaktorit. Tuolloin aseenlaatuinen plutonium sekä uraani olivat kylmän sodan vuoksi kuuma tuote.
Itse toriaa ei käytetä ydinpolttoaineisiin, mutta sitä käytetään NASA: n raportin mukaan keinotekoisen uraani-isotoopin uraani-233 luomiseen. Torium-232 absorboi ensin neutronin muodostaen torium-233: n, joka hajoaa protaktium-233: ksi noin neljän tunnin aikana. Protaktium-233 hajoaa hitaasti uraaniksi-233 noin kymmenen kuukauden kuluessa. Uraani-233: ta käytetään sitten ydinreaktoreissa polttoaineena.
