תוריום

תוריום (Thorium) הוא יסוד כימי רדיואקטיבי מסדרת האקטינידים שסמלו הכימי Th ומספרו האטומי 90.

תוריום

פרוטקטיניום - תוריום - אקטיניום
Ce Th       90 Th                                                                                                                                                                                                                                                                                           הטבלה המחזורית
נתונים בסיסיים
מספר אטומי	90
סמל כימי	Th
סדרה כימית	אקטינידים
מראה
כסוף, לרוב מוכתם בשחור
תכונות אטומיות
משקל אטומי	232.0381 u
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2,8,18,32,18,10,2
דרגות חמצון	4, 2, 3, 1
תכונות פיזיקליות
צפיפות	11,724 kg/m3
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
נקודת רתיחה	5,061K (4,787.85°C)
נקודת התכה	2,028K (1,754.85°C)
מהירות הקול	2,490 מטר לשנייה ב-293.15K
שונות
אלקטרושליליות	1.3
קיבול חום סגולי	120 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	6.53 106/m·Ω
מוליכות חום	54 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	587 kJ/mol
היסטוריה
מגלה	ינס יאקוב ברצליוס
תאריך גילוי	1828
נקרא על שם	תור

היסטוריה

התוריום זוהה בשנת 1828 על ידי הכימאי השוודי יונס יעקב ברצליוס, וקיבל את שמו על שם אל הרעם הסקנדינבי תור.

בראשית חקר הרדיואקטיביות, איזוטופ של התוריום, ²³⁰Th, קיבל את השם יוניום ואת הסמל Io, בטרם זוהה טבעו האמיתי על ידי אוטו האניגשמיד וסטפני הורוביץ במחקרים שנעשו בווינה.

בשנת 1902, הפיזיקאית הקנדית הארייט ברוקס אשר חקרה את הרדיואקטיביות של התוריום, גילתה כי הוא פולט חלקיק שהוא שונה מקרינת אלפא או בטא שהיו מוכרים, והיא חישבה לראשונה את זמן מחצית החיים של רדון-220. ניסויי זה ואחרים בהמשך היוו את הבסיס למדע הפיזיקה הגרעינית.

מאפיינים

התוריום הוא מתכת כסופה, השומרת על הברק שלה במשך חודשים. לתחמוצת התוריום צבע שחור וטמפרטורת התכה של 3300 מעלות, שהיא טמפרטורת ההתכה הגבוהה ביותר בקרב התחמוצות. בעת חימום, נסורת של התוריום ניצתת ובוערת באור לבן. בשל זמן מחצית החיים הארוך של ²³²Th הרדיואקטיביות שלו חלשה מאוד והוא אינו מסוכן בדרך-כלל.

התוריום נמצא ברוב הסלעים והקרקעות על כדור הארץ, בשכיחות ממוצעת של 6 חלקים למיליון; לשם השוואה, זוהי שכיחות העופרת, והיא גדולה פי שלושה משכיחות האורניום. תוריט הוא המינרל הנפוץ ביותר המכיל תוריום, אך עלות הפקת התוריום מהמינרל מונזיט, סוג של פוספט המכיל בממוצע 6% תוריום, זולה יותר והוא כיום הבצר העיקרי להפקת היסוד.

האיזוטופ היציב והנפוץ ביותר של התוריום הוא ה-²³²Th: זמן מחצית החיים שלו הוא כ-14.5 מיליארד שנה; איזוטופים אחרים של תוריום הם נדירים הרבה יותר וזמן מחצית חייהם קצר יותר.

שימושים

התוריום משמש במסגים לחיזוק עמידותם לטמפרטורות גבוהות ולקריעה, וכן כזרז בתגובות כימיות מסוימות, כגון ייצור חומצה חנקתית מאמוניה, ייצור חומצה גופרתית וזיקוק נפט. תחמוצת התוריום, בשל טמפרטורת ההתכה הגבוהה שלה, משמשת לייצור חלקים ומוצרים (ובפרט כוסות כימיות) עמידים בפני חום ולציפוי חדרי בעירה. כמו כן, הוספת תחמוצת תוריום לזכוכית מעלה את מקדם השבירה שלה ומקטינה את הנפיצה שלה; זכוכית כזו משמשת לעדשות במצלמות מאיכות גבוהה ולמכשירים מדויקים.

שימושים בתעשייה הגרעינית

אף על-פי שהתוריום כשלעצמו אינו חומר בקיע, ניתן להפכו בכור תרבית ל-²³³U, איזוטופ קל ובקיע של אורניום. לכן, ניתן להשתמש בתוריום כבסיס לייצור דלק גרעיני, בדומה ל-²³⁸U המשמש בסיס לייצור ²³⁹Pu. מספר כורים נסיוניים פעלו על תוריום, אולם כיום אין אף כור פעיל המשתמש בתוריום כדלק.

יתרונות פוטנציאליים של תוריום על פני אורניום:

• שכיח בהרבה מאורניום.
• ניתן לבצע "תרבית" של תוריום ל-²³³U בעזרת נייטרונים איטיים (²³⁸U זקוק לנייטרונים מהירים כדי להפוך לפלוטוניום באופן יעיל, וכורי נייטרונים מהירים מסובכים ויקרים יותר).
• הפסולת הגרעינית שלו מכילה איזוטופים בעלי זמן מחצית חיים קצר יותר מפסולת כור הפועל על אורניום (כמה מאות שנים).
• קשה לשימוש לבניית נשק גרעיני - זהו יתרון מנקודת המבט של מדינה גרעינית המבקשת למכור כור למדינה ללא נשק גרעיני, או מנקודת המבט של אנשים הפועלים להפחתת כמות הנשק הגרעיני העולמי.

חסרונות:

• לא בקיע בפני עצמו ויש צורך במטען ראשוני של אורניום או פלוטוניום להתנעת מחזור תרבית הדלק.
• לתעשייה הגרעינית הקיימת יש ניסיון ותשתיות המבוססים על אורניום ופלוטוניום.
• קשה לשימוש לבניית נשק גרעיני - מנקודת המבט של מדינה המבקשת להקים כורים שישמשו אותה גם לאנרגיה וגם לייצור דלק לנשק גרעיני זהו חיסרון. זו ככל הנראה אחת הסיבות ההיסטוריות להעדפה של אורניום על פני תוריום.

בשנים האחרונות יש עניין גובר בשימוש בתוריום מצד הודו שיש בה מחצבי תוריום עשירים. מחקרים בנושא כורי תוריום מתבצעים גם בצרפת ומדינות נוספות. אחד התכנונים המוצעים הוא כור מלח מותך. הצעה אחרת היא מגבר אנרגיה, סוג של כור גרעיני בו אין מסה קריטית ולא תתרחש בו תגובת שרשרת גרעינית המקיימת את עצמה ללא סיוע חיצוני.

סכנות

אבקת תוריום היא דליקה, ולכן יש לנהוג בה בזהירות. כמו כן, אחד התוצרים של ההתפרקות של תוריום הוא ²²⁰Rn, המהווה חומר רדיואקטיבי מאוד, ולכן מסוכן. מהסיבות האלו, יש צורך באוורור טוב של מקומות שבהם עובדים עם תוריום או מאחסנים אותו.

חשיפה לתוריום מגדילה את הסיכון ללקות בסרטן הריאה, הלבלב, והדם, וכן במחלות של הקיבה.

קישורים חיצוניים

סרטון הסבר של ColdFusion על תוריום

• תוריום, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• תוריום, דף שער בספרייה הלאומית