Thorium, genoemd naar de Noorse god van de donder, is een zilverachtig, glanzend en radioactief element met potentieel als alternatief voor uranium bij het voeden van kernreactoren.
Alleen de feiten
- Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 90
- Atoomsymbool (op het periodiek systeem der elementen): Th
- Atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 232,0
- Dichtheid: 6,8 ounce per kubieke inch (11,7 gram per kubieke cm)
- Fase bij kamertemperatuur: vast
- Smeltpunt: 3.182 graden Fahrenheit (1.750 graden Celsius)
- Kookpunt: 8.654 F (4.790 C)
- Aantal natuurlijke isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 1. Er zijn ook minstens 8 radioactieve isotopen gemaakt in een laboratorium.
- Meest voorkomende isotopen: Th-232 (100 procent van natuurlijke abundantie)
Geschiedenis
In 1815 dacht Jöns Jakob Berzelius, een Zweedse chemicus, voor het eerst dat hij een nieuw oor had ontdekt het element, dat hij thorium noemde naar Thor, de Noorse god van de oorlog, volgens Peter van der Krogt, een Nederlandse historicus. In 1824 werd echter vastgesteld dat het mineraal in feite yttriumfosfaat was .;
In 1828 ontving Berzelius een monster van een zwart mineraal gevonden op het eiland Løvø voor de kust van Noorwegen door Hans Morten Thrane Esmark , een Noorse mineraloog. Het mineraal bevatte bijna 60 procent van een onbekend element, dat de naam thorium overnam; het mineraal werd thoriet genoemd. Het mineraal bevatte ook veel bekende elementen, waaronder ijzer, mangaan, lood, tin en uranium, volgens Chemicool.
Berzelius isoleerde thorium door eerst thoriumoxide in het mineraal te mengen met koolstof om thoriumchloride te maken, die vervolgens werd gereageerd met kalium om thorium en kaliumchloride op te leveren, volgens Chemicool.
Gerhard Schmidt, een Duitse chemicus, en Marie Curie, een Poolse natuurkundige, ontdekten onafhankelijk van elkaar dat thorium radioactief was in 1898 binnen een paar maanden van elkaar, aldus Chemicool. Schmidt wordt vaak gecrediteerd voor de ontdekking.
Ernest Rutherford, een natuurkundige uit Nieuw-Zeeland, en Frederick Soddy, een Engelse chemicus, ontdekten dat thorium met een vaste snelheid vervalt in andere elementen, ook wel bekend als de halfwaardetijd van een element, volgens Los Alamos National Laboratory. Dit werk was van cruciaal belang om het begrip van andere radioactieve elementen te bevorderen.
Anton Eduard van Arkel en Jan Handrik de Boer, beide Nederlandse chemici, geïsoleerd hoog zuiverheid metalic thorium in 1925, volgens Los Alamos National Laboratory.
Wie wist?
- In zijn vloeibare toestand heeft thorium een groter temperatuurbereik dan enig ander element, met bijna 5500 graden Fahrenheit (3000 graden Celsius) tussen smelten en koken punten, volgens Chemicool.
- Thoriumdioxide heeft het hoogste smeltpunt van alle bekende oxiden, volgens Chemicool.
- Thorium is ongeveer even overvloedig als lood en minstens drie keer zo overvloedig als uranium, volgens Lenntech.
- De overvloed aan thorium in de aardkorst is volgens Chemicool 6 gewichtsdelen per miljoen. Volgens het periodiek systeem is thorium het 41e meest voorkomende element op aarde ” s korst.
- Thorium wordt voornamelijk gewonnen in Australië, Canada, de Verenigde Staten, Rusland en India, volgens Minerals Education Coalition.
- Sporen van thorium worden gevonden in rotsen, grond , water, planten en dieren, volgens de Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA).
- Meestal worden hogere concentraties thorium aangetroffen in mineralen zoals thoriet, thorianiet, monaziet, allaniet en zirkoon, volgens Los Alamos National Laboratory.
- De meest stabiele isotoop van thorium, Th-232, heeft een halfwaardetijd van 14 miljard jaar, volgens de EPA.
- Volgens Los Alamos wordt thorium gemaakt in de kernen van supernovae en vervolgens tijdens de explosies over de melkweg verspreid.
- Thorium werd sinds 1885 in gas gebruikt mantels, die volgens Los Alamos voor het licht zorgen in gaslampen. Vanwege zijn radioactiviteit is het element vervangen door andere niet-radioactieve zeldzame-aardelementen.
- Thorium wordt ook gebruikt om magnesium te versterken, wolfraamdraad te coaten in elektrische apparatuur, de korrelgrootte van wolfraam in elektrische lampen te regelen, smeltkroezen voor hoge temperaturen, in glazen, in lenzen van camera’s en wetenschappelijke instrumenten, en is een bron van kernenergie, volgens Los Alamos.
- Andere toepassingen van thorium zijn onder meer hittebestendig keramiek, vliegtuigmotoren en in gloeilampen, volgens Chemicool.
- Volgens Lenntech werd thorium in tandpasta gebruikt totdat gevaren voor radioactiviteit werden ontdekt.
- Thorium en uranium zijn betrokken bij de verwarming van het binnenste van de aarde, volgens Minerals Education Coalition.
- Te veel blootstelling aan thorium kan leiden tot longziekte, long- en alvleesklierkanker, volgens Lenntech genetica, leverziekte, botkanker en metaalvergiftiging veranderen.
Huidig onderzoek
Er wordt veel onderzoek gedaan naar het gebruik van thorium als nucleair brandstof. Volgens een artikel van de Royal Society of Chemistry biedt thorium dat in kernreactoren wordt gebruikt veel voordelen ten opzichte van het gebruik van uranium:
- Thorium komt drie tot vier keer meer voor dan uranium.
- Thorium wordt gemakkelijker gewonnen dan uranium.
- Thoriumreactoren met vloeibaar fluoride (LFTR) hebben heel weinig afval in vergelijking met reactoren aangedreven door uranium.
- LFTR’s werken bij atmosferische druk in plaats van 150 tot 160 keer de atmosferische druk die momenteel nodig is.
- Thorium is minder radioactief dan uranium.
Acco Naar aanleiding van een paper uit 2009 van NASA-onderzoekers Albert J. Juhasz, Richard A. Rarick en Rajmohan Rangarajan, werden in de jaren vijftig thoriumreactoren ontwikkeld in het Oak Ridge National Laboratory onder leiding van Alvin Weinberg ter ondersteuning van programma’s voor nucleaire vliegtuigen. Het programma stopte in 1961 ten gunste van andere technologieën. Volgens de Royal Society of Chemistry werden thoriumreactoren verlaten omdat ze niet zoveel plutonium produceerden als door uranium aangedreven reactoren. In die tijd was plutonium van wapenkwaliteit, evenals uranium, een hot commodity vanwege de Koude Oorlog.
Thorium zelf wordt niet gebruikt voor nucleaire brandstof, maar het wordt gebruikt om de kunstmatige uraniumisotoop te maken uranium-233, volgens het NASA-rapport. Thorium-232 absorbeert eerst een neutron, waardoor thorium-233 ontstaat, dat in de loop van ongeveer vier uur vervalt tot protactium-233. Protactium-233 vervalt langzaam tot uranium-233 in de loop van ongeveer tien maanden. Uranium-233 wordt vervolgens in kernreactoren gebruikt als brandstof.