Vernoemd naar de Noorse god van de donder, thorium is een zilverachtig, glanzend en radioactief element met potentieel als alternatief voor uranium in kernreactoren.
Gewoon 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 gram 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 worden ook minstens 8 radioactieve isotopen gemaakt in een laboratorium.
- Meest voorkomende isotopen: Th-232 (100 procent van natuurlijke overvloed)
Geschiedenis
In 1815 dacht Jöns Jakob Berzelius, een Zweedse chemicus, voor het eerst dat hij een nieuw aardelement had ontdekt, dat hij Thorium noemde naar Thor, de Noorse oorlogsgod, 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 mineralogist. Het mineraal bevatte bijna 60 procent van een onbekend element, dat de naam thorium overnam; het mineraal werd thoriet genoemd. Het mineraal bevatte volgens Chemicool ook veel bekende elementen, waaronder ijzer, mangaan, lood, tin en uranium.
Berzelius isoleerde thorium door eerst thoriumoxide in het mineraal te mengen met koolstof om thoriumchloride te creëren, dat vervolgens reageerde met kalium om thorium en kaliumchloride op te leveren, aldus Chemicool.
Gerhard Schmidt, een Duitse chemicus, en Marie Curie, een Poolse natuurkundige, ontdekten onafhankelijk van elkaar dat thorium in 1898 binnen een paar maanden na elkaar radioactief was, aldus Chemicool. Schmidt wordt vaak gecrediteerd met de ontdekking.
Ernest Rutherford, een Nieuw-Zeelandse natuurkundige, en Frederick Soddy, een Engelse chemicus, ontdekten dat thorium volgens het Los Alamos National Laboratory met een vaste snelheid in andere elementen vervalt, ook wel de halfwaardetijd van een element genoemd. 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, isoleerden in 1925 hoogzuivere metalen thorium, volgens het Los Alamos National Laboratory.
Wie weet?
- In vloeibare toestand heeft thorium een groter temperatuurbereik dan enig ander element, met bijna 5.500 graden Fahrenheit (3.000 graden Celsius) tussen smelt- en kookpunten, volgens Chemicool.
- Thoriumdioxide heeft volgens Chemicool het hoogste smeltpunt van alle bekende oxiden.
- Thorium is volgens Lenntech ongeveer net zo overvloedig als lood en minstens drie keer zo talrijk als uranium.
- De overvloed aan thorium in de aardkorst is volgens Chemicool 6 gewichtsdelen per miljoen. Volgens het periodiek systeem is thorium het 41ste meest voorkomende element in de aardkorst.
- Thorium wordt voornamelijk gewonnen in Australië, Canada, de Verenigde Staten, Rusland en India, volgens de Minerals Education Coalition.
- Trace niveaus van thorium worden gevonden in rotsen, grond, water, planten en dieren, volgens de Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA).
- Hogere concentraties van thorium worden volgens Los Alamos National Laboratory doorgaans aangetroffen in mineralen zoals thorite, thorianite, monazite, allanite en zircon.
- De meest stabiele isotoop van thorium, Th-232, heeft volgens de EPA een halfwaardetijd van 14 miljard jaar.
- Volgens Los Alamos wordt thorium gemaakt in de kernen van supernovae en vervolgens tijdens de explosies verspreid over de melkweg.
- Thorium werd volgens Los Alamos sinds 1885 gebruikt in gasmantels, die het licht in gaslampen leveren. Vanwege zijn radioactiviteit is het element vervangen door andere niet-radioactieve zeldzame aardelementen.
- Thorium wordt ook gebruikt voor het versterken van magnesium, het coaten van wolfraamdraad in elektrische apparatuur, het regelen van de korrelgrootte van wolfraam in elektrische lampen, smeltkroezen op hoge temperatuur, in glazen, in camera- en wetenschappelijke instrumentlenzen, en is een bron van kernenergie, volgens Los Alamos.
- Andere toepassingen voor thorium zijn volgens Chemicool hittebestendig keramiek, vliegtuigmotoren en in gloeilampen.
- Volgens Lenntech werd thorium in tandpasta gebruikt totdat er radioactiviteitsgevaren werden ontdekt.
- Thorium en uranium zijn betrokken bij de verwarming van het binnenste van de aarde, volgens de Minerals Education Coalition.
- Te veel blootstelling aan thorium kan volgens Lenntech leiden tot longziekte, long- en alvleesklierkanker, genetica, leverziekte, botkanker en metaalvergiftiging veranderen.
Huidig onderzoek
Er wordt veel onderzoek gedaan naar het gebruik van thorium als splijtstof. Volgens een artikel van de Royal Society of Chemistry biedt thorium dat wordt gebruikt in kernreactoren 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 voor vloeibaar fluoride (LFTR) hebben zeer weinig afval in vergelijking met uranium aangedreven reactoren.
- 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.
Volgens een artikel uit 2009 van NASA-onderzoekers Albert J. Juhasz, Richard A. Rarick en Rajmohan Rangarajan, werden thoriumreactoren ontwikkeld in het Oak Ridge National Laboratory in de jaren vijftig onder leiding van Alvin Weinberg ter ondersteuning van nucleaire vliegtuigprogramma's. 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 uraniumaangedreven reactoren. Plutonium en uranium waren in die tijd een hot commodity vanwege de Koude Oorlog.
Thorium zelf wordt niet gebruikt voor nucleaire brandstof, maar het wordt gebruikt om de kunstmatige uraniumisotoop uranium-233 te maken, volgens het NASA-rapport. Thorium-232 absorbeert eerst een neutron, waardoor thorium-233 ontstaat, dat in ongeveer vier uur vervalt tot protactium-233. Protactium-233 vervalt langzaam in ongeveer tien maanden tot uranium-233. Uranium-233 wordt vervolgens in kernreactoren gebruikt als brandstof.
