Được đặt tên theo thần sấm sét Bắc Âu, thorium là một nguyên tố bạc, bóng và phóng xạ có tiềm năng thay thế cho uranium trong các lò phản ứng hạt nhân.
Chỉ sự thật
- Số nguyên tử (số proton trong hạt nhân): 90
- Biểu tượng nguyên tử (trên Bảng tuần hoàn các nguyên tố): Th
- Trọng lượng nguyên tử (khối lượng trung bình của nguyên tử): 232.0
- Mật độ: 6,8 ounce mỗi inch khối (11,7 gram mỗi cm khối)
- Pha ở nhiệt độ phòng: Rắn
- Điểm nóng chảy: 3.182 độ F (1.750 độ C)
- Điểm sôi: 8,654 F (4,790 C)
- Số lượng đồng vị tự nhiên (các nguyên tử của cùng một nguyên tố có số nơtron khác nhau): 1. Ngoài ra còn có ít nhất 8 đồng vị phóng xạ được tạo ra trong phòng thí nghiệm.
- Các đồng vị phổ biến nhất: Th-232 (100 phần trăm của sự phong phú tự nhiên)
Lịch sử
Năm 1815, Jöns Jakob Berzelius, một nhà hóa học người Thụy Điển, lần đầu tiên nghĩ rằng ông đã phát hiện ra một nguyên tố Trái đất mới, mà ông đặt tên là thorium theo Thor, vị thần chiến tranh Bắc Âu, theo Peter van der Krogt, một nhà sử học người Hà Lan. Tuy nhiên, vào năm 1824, người ta đã xác định rằng khoáng chất trên thực tế là yttri phốt phát.;
Năm 1828, Berzelius đã nhận được một mẫu khoáng chất đen được tìm thấy trên đảo Løvø ngoài khơi Na Uy của Hans Morten Thrane Esmark, một nhà khoáng vật học người Na Uy. Khoáng vật chứa gần 60 phần trăm của một nguyên tố không xác định, chiếm lấy tên thorium; Khoáng vật được đặt tên là thorite. Khoáng chất cũng chứa nhiều nguyên tố đã biết, bao gồm sắt, mangan, chì, thiếc và uranium, theo Chemicool.
Berzelius phân lập thorium bằng cách trộn thorium oxide đầu tiên được tìm thấy trong khoáng chất với carbon để tạo ra thorium clorua, sau đó được phản ứng với kali để tạo ra thorium và kali clorua, theo Chemiaool.
Gerhard Schmidt, một nhà hóa học người Đức và Marie Curie, một nhà vật lý người Ba Lan, đã độc lập phát hiện ra rằng thorium đã bị nhiễm phóng xạ vào năm 1898 trong vòng vài tháng với nhau, theo Chemiaool. Schmidt thường được ghi nhận với những khám phá.
Ernest Rutherford, một nhà vật lý người New Zealand, và Frederick Soddy, một nhà hóa học người Anh, đã phát hiện ra rằng thorium phân rã với tốc độ cố định thành các nguyên tố khác, còn được gọi là chu kỳ bán rã của một nguyên tố, theo Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos. Công việc này rất quan trọng trong việc tiếp tục hiểu biết về các nguyên tố phóng xạ khác.
Anton Eduard van Arkel và Jan Handrik de Boer, cả hai nhà hóa học người Hà Lan, đã phân lập thori kim loại có độ tinh khiết cao vào năm 1925, theo Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos.
Ai biết?
- Ở trạng thái lỏng, thorium có phạm vi nhiệt độ lớn hơn bất kỳ nguyên tố nào khác, với gần 5.500 độ F (3.000 độ C) giữa các điểm nóng chảy và sôi, theo Chemiaool.
- Thorium dioxide có điểm nóng chảy cao nhất trong tất cả các oxit đã biết, theo Chemicool.
- Thorium có lượng dồi dào như chì và ít nhất gấp ba lần uranium, theo Lenntech.
- Sự phong phú của thorium trong lớp vỏ Trái đất là 6 phần triệu tính theo trọng lượng, theo Chemicool. Theo Bảng tuần hoàn, thori là nguyên tố phổ biến thứ 41 trong lớp vỏ Trái đất.
- Thorium chủ yếu được khai thác ở Úc, Canada, Hoa Kỳ, Nga và Ấn Độ, theo Liên minh Giáo dục Khoáng sản.
- Theo dõi của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), các dấu vết của thorium được tìm thấy trong đá, đất, nước, thực vật và động vật.
- Nồng độ thorium cao hơn thường được tìm thấy trong các khoáng chất như thorite, thorianite, monazite, allanite và zircon, theo Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos.
- Đồng vị ổn định nhất của thorium, Th-232, có chu kỳ bán rã 14 tỷ năm, theo EPA.
- Theo Los Alamos, thorium được tạo ra trong lõi của siêu tân tinh và sau đó nằm rải rác trong thiên hà trong các vụ nổ.
- Thorium đã được sử dụng từ năm 1885 trong các lớp phủ khí, cung cấp ánh sáng trong đèn khí, theo Los Alamos. Do tính phóng xạ của nó, nguyên tố này đã được thay thế bằng các nguyên tố đất hiếm không hoạt động khác.
- Thorium cũng được sử dụng để tăng cường magiê, bọc dây vonfram trong thiết bị điện, kiểm soát kích thước hạt của vonfram trong đèn điện, nồi nấu ở nhiệt độ cao, trong kính, trong máy ảnh và ống kính dụng cụ khoa học và là nguồn năng lượng hạt nhân, theo Los Alamos.
- Các ứng dụng khác cho thorium bao gồm gốm chịu nhiệt, động cơ máy bay và trong bóng đèn, theo Chemicool.
- Theo Lenntech, thorium đã được sử dụng trong kem đánh răng cho đến khi nguy cơ phóng xạ được phát hiện.
- Thorium và uranium có liên quan đến việc sưởi ấm bên trong Trái đất, theo Liên minh Giáo dục Khoáng sản.
- Theo Lenntech, việc tiếp xúc quá nhiều với thorium có thể dẫn đến bệnh phổi, ung thư phổi và tuyến tụy, làm thay đổi di truyền, bệnh gan, ung thư xương và ngộ độc kim loại.
Nghiên cứu hiện tại
Rất nhiều nghiên cứu đang sử dụng thorium làm nhiên liệu hạt nhân. Theo một bài báo từ Hiệp hội Hóa học Hoàng gia, thorium được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân mang lại nhiều lợi ích so với việc sử dụng uranium:
- Thorium dồi dào gấp ba đến bốn lần so với uranium.
- Thorium dễ dàng được chiết xuất hơn uranium.
- Lò phản ứng thorium lỏng (LFTR) có rất ít chất thải so với lò phản ứng chạy bằng uranium.
- Các LFTR chạy ở áp suất khí quyển thay vì 150 đến 160 lần áp suất khí quyển hiện đang cần.
- Thorium ít phóng xạ hơn uranium.
Theo một bài báo năm 2009 của các nhà nghiên cứu của NASA Albert J. Juhasz, Richard A. Rarick và Rajmohan Rangarajan, các lò phản ứng thorium đã được phát triển tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge vào những năm 1950 dưới sự chỉ đạo của Alvin Weinberg để hỗ trợ các chương trình máy bay hạt nhân. Chương trình dừng lại vào năm 1961 để ủng hộ các công nghệ khác. Theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia, các lò phản ứng thori đã bị bỏ hoang vì chúng không sản xuất nhiều plutoni như các lò phản ứng chạy bằng uranium. Vào thời điểm đó, plutonium cấp vũ khí, cũng như uranium, là một mặt hàng nóng do Chiến tranh Lạnh.
Bản thân Thorium không được sử dụng làm nhiên liệu hạt nhân, nhưng nó được sử dụng để tạo ra đồng vị uranium nhân tạo uranium-233, theo báo cáo của NASA. Đầu tiên Thorium-232 hấp thụ một neutron, tạo ra thorium-233, phân rã thành protactium-233 trong khoảng bốn giờ. Protactium-233 từ từ phân rã thành uranium-233 trong khoảng mười tháng. Uranium-233 sau đó được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân làm nhiên liệu.
