ثوريوم

المقالة الرئيسية: نظائر الثوريوم
نظ	ت.ط.	عمر النصف	طر.ا.	طا.ا. ميغا إ.ف	ن.ا.
²³⁴Th	trace	24.1 days	β		²³⁴Pa
²²⁸Th	syn	1.9116 years	α	5.520	²²⁴Ra
²²⁹Th	syn	7340 years	α	5.168	²²⁵Ra
²³⁰Th	syn	75380 years	α	4.770	²²⁶Ra
²³²Th	100%	1.405×10¹⁰ years	α	4.083	²²⁸Ra

المراجع

الثوريوم هو عنصر كيميائي من عناصر الجدول الدوري وله الرمز Th, وعدده الذري 90. ونظرا لأنه فلز له نشاط إشعاعي طفيف, ويوجد بصورة طبيعية فإنه يعتبر من أنواع الوقود النووي البديلة لليورانيوم.

الصفات المميزة

فى حالة نقاءه فإن الثوريوم فلز أبيض فضي يحافظ على لمعانه لشهور عديدة. بينما عند وجود شوائب أكسيدية به فإن لمعانه يخبو في الهواء ويصبح رمادي ثم أخيرا يتحول للأسود. ولأكسيد الثوريم (ThO₂) (يسمى أيضا ثوريا) درجة ذوبان عالية جدا مقارنة بباقى الأكاسيد (3300 °C). وعند تسيخنه في الهواء, فإن فلز الثوريوم يشتعل ويحترق بلهب أبيض.

شاهد الأكتينيدات في الطبيعة لتفاصيل أكثر عن السمات المميزة للأكتينيدات في الطبيعة.

الإستخدامات

إستخدامات الثوريوم:

يستخدم لعمل سبيكة مع الماغنسيوم يكون لها مقاومة عالية لقوة الشد والزحف في درجات الحرارة العالية.
يستخدم الثوريوم لتغطية أسلاك التنجستين المستخدمة في المعدات الإلكترونية, مما يحسن الإنبعاث الإلكتروني للكاثود عند تسخينه.
يستخدم الثوريوم في إلكترودات لحام القوس التنجستين الغازي والخزفيات المقتومة للحرارة.
تستخدم تقنية تحديد العمر بواسطة يورانيوم-ثوريوم لتحديد عمر الحفريات الأدمية.
كمادة خصبة لإنتاج الوقود النووي. وبالتحديد, في مفاعل مضخم الطاقة يجب الأخذ في الإعتبار استخدام الثوريوم حيث انه متوافر عن اليورانيوم, كما أن بعض تصميمات المفاعلات النووية تأخذ في الإعتبار مساهمة الثوريوم في دورة وقودها النووي.
الثوريوم يعتبر واقي أشعة قوي, بالرغم من أنه لم يستخدم كواقي أعة بطريقة فعلية مثل الرصاص أو اليورانيوم المستنزف.
يمكن استخدام الثوريوم في المفاعلات تحت الحرجة بدلا من اليورانيوم كوقود. وهذا يبنتج عنه نفايات أقل ولا يمكن أن يذوب.

إستخدامات ثانى أكسيد الثوريوم (ThO₂):

كمصدر إنارة في المصابيح الغازية المتنقلة. وهذه المصادر لها بريق ضوئي (لا يعتمد على النشاط الإشعاعي) عندما يتم تسخينها في لهب غازي.
يستخدم للتحكم في حجم حبيبات التنجستين المستخدم في المصابيح الكهربية.
يستخدم في البوتقات المعملية التى تتحمل درجات حرارة عالية.
بإضافته إلى الزجاج, ينتج زجاج له معامل إنكسار عالي, وتشتت منخفض. وبالتالى تم استخدام الزجاج الناتج في عدسات الكاميرات والتطبيقات العلمية.
يستخدم كحفاز:
- فى تحويل الأمونيا إلى حمض نيتريك.
- فى عمليات تكسير البترول.
- فى إنتاج حمض الكبريتيك.
يعتبر المكون النشيط في الثوروستات, الذى يستخدم في التشخيصات التى تتم بواسطة الأشعة السينية. وقد تم البدء في التوقف عن استخدام الثوروستات لوجود خطر الإصابة بالسرطان بسببه.

الثوريوم تاريخيا

تم إكتشاف الثوريوم عام 1828 بواسطة الكيميائي السويدي جونز جاكوب بيرزيليوس, والذى قام بتسميته على اسم ثور إله الرعد الإسكندنافي. ولم يكن للثوريوم أى إستخدامات حتى عام 1885 حيث تم إكتشاف المصباح المغطى.

طريقة القضيب البللوري (أو طريقة التأيد) تم إكتشافها بواسطة أنطون إدوارد فان أركيل وجان هنريك دي بوير في عام 1925. وكانت هذه هى أول طريقة صناعية للإنتاج التجارى للثوريوم الطيع الفلزي.

وكان الإسم أيونيوم تم إقتراحه عند دراسة العناصر المشعة لنظير ²³⁰Th الناتج من سلسلة الإضمحلال لل²³⁸U قبل أن يعرف أن الأيونيوم والثوريوم متطابقان كيميائيا. وتم إقتراح Io للعنصر المتوقع.

التواجد

مونازايت, معدن نادر يحتوى على الثوريوم والفوسفات, وهو المصدر الأساسي للثوريوم

ويوجد الثوريوم بكميات ضئيلة في معظم الصخور وأنواع التربة, ولكنه يتواجد ثلاث مرات أكثر من اليورانيوم, ويوجد بكمية تماثل الرصاص. وتحتوى التربة بصفة عامة على 6 أجزاء في المليون من الثوريوم في المتوسط. ويتواجد الثوريوم في عدة معادن, وأكثرها شهرة المونازايت والذى يحتوى على 12% تقريبا من أكسيد الثوريوم. ويوجد من هذا المعدن مخزون طبيعى في عديد من البلدان. ويضمحل ²³²Th ببطيء شديد (يصل عمر النصف له ثلاث مرات مثل عمر الأرض تقريبا) ولكن توجد نظائر أخى للثوريوم تنتج من الإضمحلال التسلسلي لليورانيوم. ومعظمها له فترة عمر نصف قليلة وتكون مشعة, ولكنها ضيئلة عند مقارنتها مع ²³²Th.

شاهد أيضا: تصنيف:معادن ثوريوم

الثوريوم كوقود نووي

الثوريوم مثل اليورانيوم والبلوتونيوم, يمكن أن يستخدم كوقود في المفاعلات النووية. برغم أنه لا ينشطر بمفرده, ²³²Th يقوم بإمتصاص النيترونات البطيئة لإنتاج اليورانيوم-233 (²³³U), والذى يحدث له إنشطار. ومثله مثل ²³⁸U فإنه يوانيوم خصب. وبالترتيب طبق للأهمية فإن ²³³ أفضل من النظيرين الأخرين المستخدمان كوقود, ²³⁵U والبلوتينيوم-239 (²³⁹Pu), نظرا لإنتاجه العالي من النيترونات لكل نيترون ممتص. ويعطى بداية ببعض المواد المنشطرة (²³⁵U أو ²³⁹Pu) تنتج دورة مستمرة مشابهة, ولكن بكفاءة أعلى من الممكنة بواسطة ²³⁸U إلى ²³⁹Pu (فى مفاعلات النيترون البطيء). يقوم ²³²Th بإمتصاص النيترون ليصبح ²³³Th الذى ينحل تلقائيا إلى بروأكتينيوم-233 (²³³Pa) ثم ²³³U, ويمكن عندها الحصول على الوقود المشع من المفاعل, ويفصل ²³³U من الثوريوم (عملية مشابهة حيث انها تتضمن فصل كيميائي بدلا من الفصل بواسطة النظائر), ويتم تغذيته لمفاعل أخر كنوع من أنواع الدورة المغلقة في دورات الوقود النووي.

وتتضمن مشاكل تصنيع الوقود التكلفة العالية الناتجة من الإشعاع العالي لليورانيوم ²³³U والذى نظرا لتلوثه ببعض أجزاء من ²³²U القصير العمر, تحدث نفس المشكلة في إعادة تشكيل الثوريوم نظرا للإشعاع العالي للثوريوم ²²⁸Th, ويأتى خطر بعض الأسلحة من تكاثر ²³³U, ولم تحل المشاكل التقنية المتعلقة بهذا الموضوع للآن. ولازال هناك عمل كثير لتطوير طريقة استخدام الثوريوم كوقود, بحيث يمكن إستخدامه بطريقة تجارية. وبالرغم من ندرة وجود اليورانيوم, فلا زالت هذه الجهود غير كافية للإتجاه للثوريوم.

ومع ذلك, فإن دورة وقود الثوريوم, بقدرتها على توليد وقود متوالد بدون الحاجة لمفاعل نيترون سريع, ترجح بإستخدامه على المدى البعيد. وبتوافر الثوريوم عن اليورانيوم, فإنه من أهم الركائز التى سيستند عليها الوقود النووي.

الهند لديها مخزون كبير من الثوريوم, ولذا فإنها تخطط لإستخدامه في برنامجها النووي, مستخدمة اليورانيوم كمادة مساعدة فقط. وهذه الخطة الطموحة تستخدم كل من المفاعل المولد السريع والحراري. ويعتبر كل من مفاعل المياه الثقيلة المتقدم ، مفاعل KAMINI جهود مبذولة في هذا الإتجاه.

والكميات الآتية تمثل المخزون الطبيعي للثوريوم مقدر بالطن[1]:

360000 الهند[2]
300000 أستراليا
170000 النرويج
160000 الولايات المتحدة
100000 كندا
35000 جنوب أفريقيا
16000 الرازيل
95000 الدول الأخرى

النظائر

يتكون الثوريوم الموجود طبيعيا من نظير واحد ²³²Th. ويوجد للثوريوم 25 نظير مشع وأكثرهم ثباتا ²³²Th وله عمر نصف مقداره 14.05 مليار سنة, ²³⁰Th وله عمر نصف مقداره 75380 سنة, ²²⁹Th وله عمر نصف مقداره 7340 سنة, ²²⁸Th وله عمر نصف مقداره 1.92 سنة. أما بقية النظائر فلها عمر نصف أقل من 30 يوم ومعظم هذه النظائر أقل من 10 دقائق. وللعنصر أيزومر نووي واحد.

ويتراوح الوزن الذري لنظائر الثوريوم من 212 وحدة كتل ذرية (²¹²Th) إلى 236 (²³⁶Th)

الإحتياطات

يشتعل مسحوق فلز الثوريوم تلقائيا في الهواء, ولذا يجب التعامل معه بحرص شديد.

كما يزيد معدل إحتمال الإصابة بسرطان الرئة, والبنكرياس, والدم عند التعرض لدخان الثوريوم. كما أن تعرض الجسم من الداخل للثوريوم يؤدى لزيادة معدل الإصابة بأمراض الكبد. ولا يوجد للعنصر أى دور حيوي أخر معروف. شاهد أيضا ثوروتراست.

الثوريوم في الثقافة العامة

شاهد أيضا إستخدامات الثوريوم الخيالية. دافيد هان, والذى يطلق عليه "الفتى سكوت المشع", يقوم بإطلاق الثوريوم من خلال مصباح مع النيترونات لإنتاج كميات صغيرة من المواد الإنشطارية في ساحة بيته الخلفية. وكان عليه أن لا يقوم بتطوير عمله نظرا لإرتفاع مشتوى الإشعاع في البيوت المحيطة به.

وفى عام 1999, قامت مجموعة طلبة من جامعة شياغو بإنشاء مفاعل نووي صغير يعمل.

المراجع

معمل لوس الاموس القومي- الثوريوم
المجمع النووي الأوربي- سلاسل الإضمحلال الطبيعي
تحضير التيتانيوم, والزركونيوم, والهافيوم, والثوريم van Arkel, A.E., and de Boer, J.H., 1925 : Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie, v. 148, p. 345–350

وصلات خارجية

الطاقة من الثوريوم
صفحة المعلومات حول الثوريوم
شركة طاقة الثوريوم- تطوير وقود الثوريوم
العناصر على الشبكة- الثوريوم
أسئلة متكررة- الثوريوم
الفحص الجيولوجي الأمريكي- الثوريوم
مركز معلومات اليورانيوم يقدم بعض المواد الأصلية في تركيبه.
المبرد اللانهائي - مزيل رائحة المجمد, منتج تجاري يفترض أنه يزيل الروائح للأبد مصنوع من Th-232.
الطاقة من الثوريوم

شاهد أيضا