Fakten über Thorium

Thorium, benannt nach dem nordischen Gott des Donners, ist ein silbriges, glänzendes und radioaktives Element mit Potenzial als Alternative zu Uran bei der Betankung von Kernreaktoren.

Nur die Fakten

• Ordnungszahl (Anzahl der Protonen im Kern): 90
• Atomsymbol (im Periodensystem der Elemente): Th
• Atomgewicht (durchschnittliche Masse des Atoms): 232,0
• Dichte: 6,8 Unzen pro Kubikzoll (11,7 Gramm pro Kubikzentimeter)
• Phase bei Raumtemperatur: Fest
• Schmelzpunkt: 3.182 Grad Fahrenheit (1.750 Grad Celsius)
• Siedepunkt: 8.654 F (4.790 C)
• Anzahl natürlicher Isotope (Atome desselben Elements mit unterschiedlicher Anzahl von Neutronen): 1. In einem Labor werden mindestens 8 radioaktive Isotope erzeugt.
• Häufigste Isotope: Th-232 (100 Prozent der natürlichen Häufigkeit)

Geschichte

Jöns Jakob Berzelius, ein schwedischer Chemiker, glaubte 1815 erstmals, ein neues Erdelement entdeckt zu haben, das er laut Peter van der Krogt, einem niederländischen Historiker, nach Thor, dem nordischen Kriegsgott, benannte. Im Jahr 1824 wurde jedoch festgestellt, dass das Mineral tatsächlich Yttriumphosphat war;

1828 erhielt Berzelius von Hans Morten Thrane Esmark, einem norwegischen Mineralogisten, eine Probe eines schwarzen Minerals, das auf der Insel Løvø vor der Küste Norwegens gefunden wurde. Das Mineral enthielt fast 60 Prozent eines unbekannten Elements, das den Namen Thorium übernahm; Das Mineral wurde Thorit genannt. Das Mineral enthielt laut Chemicool auch viele bekannte Elemente, einschließlich Eisen, Mangan, Blei, Zinn und Uran.

Berzelius isolierte Thorium, indem er zuerst das im Mineral gefundene Thoriumoxid mit Kohlenstoff mischte, um Thoriumchlorid zu erzeugen, das dann laut Chemicool mit Kalium zu Thorium und Kaliumchlorid umgesetzt wurde.

Der deutsche Chemiker Gerhard Schmidt und die polnische Physikerin Marie Curie entdeckten laut Chemicool unabhängig voneinander, dass Thorium 1898 innerhalb weniger Monate voneinander radioaktiv war. Schmidt wird die Entdeckung oft zugeschrieben.

Ernest Rutherford, ein neuseeländischer Physiker, und Frederick Soddy, ein englischer Chemiker, entdeckten, dass Thorium laut Los Alamos National Laboratory mit einer festen Geschwindigkeit in andere Elemente zerfällt, die auch als Halbwertszeit eines Elements bekannt sind. Diese Arbeit war entscheidend für das Verständnis anderer radioaktiver Elemente.

Anton Eduard van Arkel und Jan Handrik de Boer, beide niederländische Chemiker, isolierten 1925 laut Los Alamos National Laboratory hochreines metallisches Thorium.

Wer wusste?

• In flüssigem Zustand hat Thorium laut Chemicool einen größeren Temperaturbereich als jedes andere Element mit fast 3.000 Grad Celsius zwischen Schmelz- und Siedepunkt.
• Thoriumdioxid hat laut Chemicool den höchsten Schmelzpunkt aller bekannten Oxide.
• Laut Lenntech ist Thorium etwa so häufig wie Blei und mindestens dreimal so häufig wie Uran.
• Die Menge an Thorium in der Erdkruste beträgt laut Chemicool 6 Gewichtsteile pro Million. Laut Periodensystem ist Thorium das 41. am häufigsten vorkommende Element in der Erdkruste.
• Laut Minerals Education Coalition wird Thorium hauptsächlich in Australien, Kanada, den USA, Russland und Indien abgebaut.
• Nach Angaben der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde (EPA) finden sich in Gesteinen, Böden, Wasser, Pflanzen und Tieren Spuren von Thorium.
• Laut Los Alamos National Laboratory finden sich in Mineralien wie Thorit, Thorianit, Monazit, Allanit und Zirkon typischerweise höhere Thoriumkonzentrationen.
• Das stabilste Thoriumisotop, Th-232, hat laut EPA eine Halbwertszeit von 14 Milliarden Jahren.
• Laut Los Alamos wird Thorium in den Kernen von Supernovae erzeugt und dann während der Explosionen über die Galaxie verstreut.
• Laut Los Alamos wurde Thorium seit 1885 in Gasmänteln verwendet, die das Licht in Gaslampen liefern. Aufgrund seiner Radioaktivität wurde das Element durch andere nichtradioaktive Seltenerdelemente ersetzt.
• Thorium wird auch zur Verstärkung von Magnesium, zur Beschichtung von Wolframdraht in elektrischen Geräten, zur Steuerung der Korngröße von Wolfram in elektrischen Lampen, Hochtemperaturtiegeln, in Gläsern, in Kamera- und wissenschaftlichen Instrumentenlinsen verwendet und ist laut Angaben eine Quelle für Kernkraft Los Alamos.
• Andere Verwendungen für Thorium umfassen laut Chemicool hitzebeständige Keramik, Flugzeugtriebwerke und Glühbirnen.
• Laut Lenntech wurde Thorium in Zahnpasta verwendet, bis Radioaktivitätsgefahren entdeckt wurden.
• Laut Minerals Education Coalition sind Thorium und Uran an der Erwärmung des Erdinneren beteiligt.
• Eine zu hohe Thoriumexposition kann laut Lenntech zu Lungenerkrankungen, Lungen- und Bauchspeicheldrüsenkrebs, Veränderungen der Genetik, Lebererkrankungen, Knochenkrebs und Metallvergiftungen führen.

Aktuelle Forschung

In der Verwendung von Thorium als Kernbrennstoff wird viel geforscht. Laut einem Artikel der Royal Society of Chemistry bietet Thorium, das in Kernreaktoren verwendet wird, viele Vorteile gegenüber der Verwendung von Uran:

• Thorium ist drei- bis viermal häufiger als Uran.
• Thorium lässt sich leichter extrahieren als Uran.
• Flüssige Fluorid-Thorium-Reaktoren (LFTR) haben im Vergleich zu mit Uran betriebenen Reaktoren sehr wenig Abfall.
• LFTRs laufen bei atmosphärischem Druck anstelle des derzeit benötigten 150- bis 160-fachen atmosphärischen Drucks.
• Thorium ist weniger radioaktiv als Uran.

Laut einer Veröffentlichung der NASA-Forscher Albert J. Juhasz, Richard A. Rarick und Rajmohan Rangarajan aus dem Jahr 2009 wurden in den 1950er Jahren im Oak Ridge National Laboratory unter der Leitung von Alvin Weinberg Thoriumreaktoren zur Unterstützung von Nuklearflugzeugprogrammen entwickelt. Das Programm wurde 1961 zugunsten anderer Technologien eingestellt. Nach Angaben der Royal Society of Chemistry wurden Thoriumreaktoren aufgegeben, weil sie nicht so viel Plutonium produzierten wie Reaktoren mit Uranantrieb. Zu dieser Zeit war waffenfähiges Plutonium sowie Uran aufgrund des Kalten Krieges ein heißes Gut.

Thorium selbst wird nicht als Kernbrennstoff verwendet, aber laut NASA-Bericht wird es zur Herstellung des künstlichen Uranisotops Uran-233 verwendet. Thorium-232 absorbiert zunächst ein Neutron und erzeugt Thorium-233, das innerhalb von etwa vier Stunden zu Protactium-233 zerfällt. Protactium-233 zerfällt im Verlauf von etwa zehn Monaten langsam zu Uran-233. Uran-233 wird dann in Kernreaktoren als Brennstoff verwendet.