Курсовые
Черчение

Теплоэнергетика

Электротехника
Карта

Радиоактивные элементы

Торий (Th)

    Выдающегося шведского ученого Йенса Якоба Берцелиуса справедливо называли некоронованным королем химиков первой половины XIX столетия. Человек энциклопедических знаний и превосходный аналитик, Берцелиус работал очень плодотворно и почти никогда не ошибался. В его лаборатории были определены атомные веса большинства известных тогда элементов (около 50), выделены в свободном состоянии церий и кальций, стронций и барий, кремний и цирконий, открыты селен и торий.
    В 1815 году, анализируя редкий минерал, найденный в округе Фалюн (Швеция), Берцелиус обнаружил в нем окись нового элемента. Этот элемент был назван торием в честь всемогущего скандинавского божества Тора.
    Прошло десять лет, прежде чем Берцелиус обнаружил ошибку: вещество, которое он считал окисью тория, на самом деле оказалось фосфатом уже известного иттрия.
    Еще через три года, в 1828 году, Берцелиусу прислали еще один редкий минерал, который теперь называют торитом (ThSiO4). Торит содержит до 77% окиси тория ThO2. Обнаружить столь явный компонент Берцелиусу не составило особого труда. Исследовав выделенную землю, Берцелиус убедился, что это окись нового элемента, к которому и перешло название "торий".
    Получить чистый металлический торий Берцелиусу не удалось. Правда, он восстановил калием фтористые соединения нового элемента и получил серый металлический порошок, сильно загрязненный примесями. Чистый препарат тория был получен лишь в 1882 году другим известным шведским химиком - первооткрывателем скандия Ларсом Фредериком Нильсоном.
    Радиоактивность тория была открыта в 1898 году независимо друг от друга и практически одновременно Марией Склодовская-Кюри и Гербертом Шмидтом.
 
    Торий - серебристо-белый блестящий металл, стойкий к окислению в чистом виде, но обычно медленно тускнеющий до темного цвета с течением времени. Торий медленно разрушается водой, но плохо растворяется в основных кислотах, за исключением соляной. Он малорастворим в серной и азотной кислотах. Порошок металлического тория пирофорен поэтому обращаться с ним нужно с осторожностью. При нагреве в воздухе он загорается и горит ярким белым светом. Чистый торий - мягкий, очень гибкий и ковкий, с ним можно работать непосредственно (холодный прокат, горячая штамповка и т.п.), однако его протяжка затруднительна из-за низкого предела прочности на разрыв. Содержание оксида сильно затрагивает механические свойства тория; даже чистые образцы тория обычно содержат несколько десятых процента оксида тория. При сильном нагреве он взаимодействует с галогенами, серой и азотом.
 
    Основные свойства тория:
  плотность: 11.72
  температура плавления: 1750 C
  температура кипения: 4790 C
 
    Окись тория является довольно тугоплавкой субстанцией - ее температура плавления 3300 °С - самая высокая из всех оксидов и выше большинства других материалов, за несколькими исключениями. Это свойство когда-то рассматривалось для основного коммерческого использования тория как огнеупорной керамики - в основном в керамических деталях, огнеупорных литьевых формах и тиглях. Но, выдерживая высочайшие температуры, окись тория частично растворяется во многих жидких металлах и загрязняет их. Самое широкое применение окиси было в производстве газокалильных сеток для газовых фонарей.
    Сейчас торий используется для добавки в многокомпонентные сплавы на основе магния. Торий заметно повышает прочность и жаростойкость этих легких сплавов. Так же торий применяется и как катализатор - в процессах органического синтеза и крекинга нефти и при синтезе жидкого топлива из каменного угля.
    Элементом особой важности, стратегическим металлом торий стал лишь после второй мировой войны.
    Как и всякий четно-четный изотоп (четное число протонов и нейтронов), торий-232 не способен делиться тепловыми нейтронами. Но под действием тех же нейтронов с торием происходит вот что:
Th232 + n -> Th233 -> Pa233 -> U233
А U233 - отличное ядерное горючее, поддерживающее цепное деление и имеющее некоторое преимущество: при делении его ядер выделяется больше нейтронов. Каждый нейтрон, поглощенный ядром плутония-239 или урана-235, дает 2.03-2.08 новых нейтронов, а уран-233 - намного больше - 2.37.
    Применение тория в качестве ядерного горючего затруднено прежде всего тем, что в побочных реакциях образуются изотопы с высокой активностью. Главный из таких загрязнителей - уран-232 - альфа- и гамма-излучатель с периодом полураспада 73.6 года. Его использованию препятствует и то обстоятельство, что торий дороже урана. Уран легче выделить. Некоторые урановые минералы (уранит, урановая смолка) - это простые окислы урана. У тория таких. простых минералов (имеющих промышленное значение) нет. А попутное выделение из редкоземельных минералов осложнено сходством тория с элементами семейства лантана.
    Главная проблема получения делящегося материала из тория состоит в том, что он изначально не присутствует в реальном реакторном топливе, в отличие от U-238. Для использования ториевого воспроизводства высокообогащенный делящийся материал (U-235, U-233, Pu-239) должен использоваться в качестве топлива реактора с включениями тория по большей части только для возможности воспроизводства (т.е. не происходит или происходит незначительное выделение энергии, хотя сгорание U-233, полученного на месте, может внести вклад в выделение энергии). С другой стороны, тепловые бридерные реакторы (на медленных нейтронов) способны использовать U-233/торий цикл воспроизводства, особенно если в качестве замедлителя использовать тяжелую воду.
    В 1997 году базисная цена на оксид тория составляла 65.55$ за килограмм, 82.50$ за 99.9% чистоту и 107.25$ за килограмм металлического тория 99.99% чистоты.
 
    Производство тория. Уже упоминавшийся минерал торит очень богат торием, но редок, так же как и другой богатый ториевый минерал - торианит (Th, U)O2, содержащий от 45 до 93% ThO2.
    Однако еще в конце XIX века при участии Ауэра фон Вельсбаха на Атлантическом побережье Бразилии были начаты разработки монацитовых песков. В общем виде формулу этого минерала обычно пишут так: (Ce, Th)PO4, но он содержит кроме церия еще и лантан, и празеодим, и неодим и другие редкие земли. А кроме тория - уран.
    Тория в монаците, как правило, содержится от 2.5 до 12%. Богатые монацитовые россыпи помимо Бразилии есть в Индии, США, Австралии, Малайзии. Известны и жильные месторождения этого минерала - на юге Африки.
    Считать торий очень уж редким металлом было бы неправильно. В земной коре его 8x10-4%, примерно столько же, сколько свинца. Но ториевое сырье - это всегда сырье комплексное.
 
    Известны 12 изотопов, однако природный торий состоит целиком из одного изотопа - Th-232. Период полураспада этого изотопа - 1.405x1010 лет, вид распада - альфа-распад. Его удельная радиоактивность 0.109 микрокюри/г. Распад тория приводит к образованию радиоактивного газа радон-220, который представляет опасность при вдыхании.
    Пять остальных изотопов тория образуются в процессах распада U-238, U-235 и Th-232. Это Th-227 (период полураспада 18.72 дней), Th-228 (1.9116 года), Th-230 (75.380 лет), Th-231 (1.063 дня) и Th-234 (24.1 дня). Все эти изотопы, за исключением Th-228, производятся в последовательности распада урана, концентрация их в природном тории зависит от относительного содержания урана и возможного химического выщелачивания промежуточных звеньев - протактиния и актиния. Для практических применений, единственными изотопами, присутствующими в заметных количествах в очищенном тории - Th-228 и Th-230, т.к. остальные имеют очень короткий период полураспада, и Th-228 распадается после нескольких лет хранения.

Современное термоядерное оружие относится к стратегическому оружию, которое может применяться авиацией для разрушения в тылу противника важнейших промышленных, военных объектов, крупных городов как цивилизационных центров. Наиболее известным типом термоядерного оружия являются термоядерные (водородные) бомбы, которые могут доставляться к цели самолетами. Термоядерными зарядами могут начиняться также боевые части ракет различного назначения, в том числе межконтинентальных баллистических ракет. Впервые подобная ракета была испытана в СССР еще в 1957 году, в настоящее время на вооружения Ракетных Войск Стратегического Назначения состоят ракеты нескольких типов, базирующиеся на мобильных пусковых установках, в шахтных пусковых установках, на подводных лодках.

Боевой железнодорожный ракетный комплекс (БЖРК)