يُعرف الثوريوم بإله الرعد الإسكندنافي ، وهو عنصر فضي ولامع ومشع مع إمكانية كبديل لليورانيوم في تغذية المفاعلات النووية.
الحقائق فقط
- العدد الذري (عدد البروتونات في النواة): 90
- الرمز الذري (في الجدول الدوري للعناصر): Th
- الوزن الذري (متوسط كتلة الذرة): 232.0
- الكثافة: 6.8 أوقية لكل بوصة مكعبة (11.7 جرام لكل سم مكعب)
- المرحلة في درجة حرارة الغرفة: صلب
- نقطة الانصهار: 3،182 درجة فهرنهايت (1750 درجة مئوية)
- نقطة الغليان: 8،654 فهرنهايت (4،790 درجة مئوية)
- عدد النظائر الطبيعية (ذرات نفس العنصر مع عدد مختلف من النيوترونات): 1. هناك أيضًا ما لا يقل عن 8 نظائر مشعة تم إنشاؤها في المختبر.
- النظائر الأكثر شيوعًا: Th-232 (100 في المائة من الوفرة الطبيعية)
التاريخ
في عام 1815 ، اعتقد الكيميائي السويدي Jöns Jakob Berzelius لأول مرة أنه اكتشف عنصرًا أرضيًا جديدًا ، أطلق عليه اسم الثوريوم بعد Thor ، إله الحرب الإسكندنافي ، وفقًا للمؤرخ الهولندي بيتر فان دير كروجت. في عام 1824 ، تم تحديد أن المعدن كان في الواقع الإيتريوم فوسفات.
في عام 1828 ، تلقى Berzelius عينة من معدن أسود تم العثور عليه في جزيرة Løvø قبالة ساحل النرويج بواسطة هانز مورتن ثران إسمارك ، عالم المعادن النرويجي. احتوى المعدن على ما يقرب من 60 في المائة من عنصر غير معروف ، تولى اسم الثوريوم. تم تسمية المعدن ثوريت. يحتوي المعدن أيضًا على العديد من العناصر المعروفة ، بما في ذلك الحديد والمنغنيز والرصاص والقصدير واليورانيوم ، وفقًا لـ Chemicool.
قام برزيليوس بعزل الثوريوم عن طريق مزج أول أكسيد الثوريوم الموجود في المعدن مع الكربون لإنشاء كلوريد الثوريوم ، والذي تم بعد ذلك تفاعله مع البوتاسيوم لإنتاج الثوريوم وكلوريد البوتاسيوم ، وفقًا لـ Chemicool.
اكتشف الكيميائي الألماني غيرهارد شميدت ، والفيزيائي البولندي ماري كوري ، بشكل مستقل أن الثوريوم كان مشعًا في عام 1898 في غضون شهرين من بعضهما البعض ، وفقًا لـ Chemicool. غالبًا ما يُنسب الفضل إلى شميدت في هذا الاكتشاف.
اكتشف إرنست رذرفورد ، فيزيائي نيوزيلندي ، وفريدريك سودي ، الكيميائي الإنجليزي ، أن الثوريوم يتحلل بمعدل ثابت في عناصر أخرى ، تُعرف أيضًا باسم نصف عمر العنصر ، وفقًا لمختبر لوس ألاموس الوطني. كان هذا العمل حاسمًا في تعزيز فهم العناصر المشعة الأخرى.
قام كل من الكيميائيين الهولنديين ، أنطون إدوارد فان أركيل وجان هاندريك دي بوير ، بعزل الثوريوم المعدني عالي النقاء في عام 1925 ، وفقًا لمختبر لوس ألاموس الوطني.
من يعرف؟
- وفقًا لحالة Chemicool ، يكون الثوريوم في حالته السائلة أكبر من درجة حرارة أكبر من أي عنصر آخر ، مع ما يقرب من 5500 درجة فهرنهايت (3000 درجة مئوية) بين نقاط الانصهار والغليان.
- يحتوي ثاني أكسيد الثوريوم على أعلى نقطة انصهار لجميع الأكاسيد المعروفة ، وفقًا لـ Chemicool.
- الثوريوم وفير مثل الرصاص وثلاث مرات على الأقل مثل اليورانيوم ، وفقًا لـ Lenntech.
- ووفقًا لـ Chemicool ، فإن وفرة الثوريوم في قشرة الأرض تبلغ 6 أجزاء في المليون بالوزن. وفقًا للجدول الدوري ، فإن الثوريوم هو العنصر 41 الأكثر وفرة في قشرة الأرض.
- يتم استخراج الثوريوم بشكل رئيسي في أستراليا وكندا والولايات المتحدة وروسيا والهند ، وفقًا لتحالف تعليم المعادن.
- توجد مستويات ضئيلة من الثوريوم في الصخور والتربة والمياه والنباتات والحيوانات ، وفقًا لوكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA).
- عادةً ما توجد تركيزات أعلى من الثوريوم في المعادن مثل الثوريت والثوريت والمونازيت والالانيت والزركون ، وفقًا لمختبر لوس ألاموس الوطني.
- يبلغ عمر النصف النظير الأكثر استقرارًا للثوريوم ، Th-232 ، 14 مليار سنة ، وفقًا لوكالة حماية البيئة.
- وفقًا لـ Los Alamos ، يتم إنشاء الثوريوم في نوى المستعرات الأعظمية ثم ينتشر عبر المجرة أثناء الانفجارات.
- تم استخدام الثوريوم منذ عام 1885 في عباءات الغاز ، التي توفر الضوء في مصابيح الغاز ، وفقًا لـ Los Alamos. بسبب نشاطه الإشعاعي ، تم استبدال العنصر بعناصر أرضية نادرة أخرى غير مشعة.
- يستخدم الثوريوم أيضًا لتقوية المغنيسيوم ، وطلاء أسلاك التنغستن في المعدات الكهربائية ، والتحكم في حجم حبة التنغستن في المصابيح الكهربائية ، والبوتقات ذات درجة الحرارة العالية ، في النظارات ، في الكاميرا وعدسات الأجهزة العلمية ، وهو مصدر للطاقة النووية ، وفقًا لوس ألاموس.
- استخدامات أخرى للثوريوم تشمل السيراميك المقاوم للحرارة ، ومحركات الطائرات ، وفي المصابيح الكهربائية ، وفقًا لـ Chemicool.
- وفقًا لـ Lenntech ، تم استخدام الثوريوم في معجون الأسنان حتى تم اكتشاف مخاطر الإشعاع.
- يشارك الثوريوم واليورانيوم في تسخين باطن الأرض ، وفقًا لتحالف تعليم المعادن.
- يمكن أن يؤدي التعرض المفرط للثوريوم إلى أمراض الرئة وسرطان الرئة والبنكرياس وتغيير الوراثة وأمراض الكبد وسرطان العظام والتسمم المعدني ، وفقًا لـ Lenntech.
البحث الحالي
يجري قدر كبير من البحث لاستخدام الثوريوم كوقود نووي. وفقًا لمقال من الجمعية الملكية للكيمياء ، يوفر الثوريوم المستخدم في المفاعلات النووية العديد من الفوائد على استخدام اليورانيوم:
- الثوريوم أكثر وفرة بثلاث إلى أربع مرات من اليورانيوم.
- يتم استخراج الثوريوم بسهولة أكبر من اليورانيوم.
- مفاعلات الثوريوم فلوريد السائل (LFTR) لديها نفايات قليلة جدا مقارنة بالمفاعلات التي تعمل باليورانيوم.
- تعمل LFTRs عند الضغط الجوي بدلاً من 150 إلى 160 ضعف الضغط الجوي المطلوب حاليًا.
- الثوريوم أقل إشعاعًا من اليورانيوم.
وفقًا لورقة عام 2009 من قبل الباحثين في وكالة ناسا ألبرت جيهوز ، وريتشارد أ. راريك ، وراجموهان رانجاراجان ، تم تطوير مفاعلات الثوريوم في مختبر أوك ريدج الوطني في الخمسينات تحت إشراف ألفين واينبرغ لدعم برامج الطائرات النووية. توقف البرنامج في عام 1961 لصالح تقنيات أخرى. وفقا للجمعية الملكية للكيمياء ، تم التخلي عن مفاعلات الثوريوم لأنها لم تنتج الكثير من البلوتونيوم مثل المفاعلات التي تعمل باليورانيوم. في ذلك الوقت ، كان البلوتونيوم المستخدم في صناعة الأسلحة ، بالإضافة إلى اليورانيوم ، سلعة ساخنة بسبب الحرب الباردة.
لا يستخدم الثوريوم نفسه للوقود النووي ، ولكنه يستخدم لإنشاء نظير اليورانيوم الاصطناعي اليورانيوم -233 ، وفقًا لتقرير وكالة ناسا. يمتص Thorium-232 أولاً النيوترون ، مما يخلق الثوريوم 233 ، والذي يتحلل إلى protactium-233 على مدار حوالي أربع ساعات. يتحلل Protactium-233 ببطء إلى اليورانيوم -233 على مدار حوالي عشرة أشهر. ثم يستخدم اليورانيوم -233 في المفاعلات النووية كوقود.
