Đồng vị Thori 232. Thori như một phương thuốc chữa bệnh dịch hạch hạt nhân

Điều gì xảy ra nếu chúng ta nói rằng lượng khí thải dư thừa của các chất độc hại do đốt cháy xăng hoặc nhiên liệu diesel thông thường có thể được giải quyết bằng cách sử dụng động cơ hạt nhân? Nó sẽ gây ấn tượng với bạn? Nếu không, thì bạn thậm chí không cần phải bắt đầu đọc tài liệu này, nhưng đối với những người quan tâm đến chủ đề này, bạn được hoan nghênh, bởi vì chúng ta sẽ nói về động cơ nguyên tử cho một chiếc ô tô chạy bằng đồng vị thorium-232.

Điều đáng ngạc nhiên là thorium-232 có chu kỳ bán rã dài nhất trong số các đồng vị của thorium và cũng là đồng vị phong phú nhất. Sau khi phản ánh thực tế này, các nhà khoa học từ công ty Laser Power Systems của Mỹ đã công bố khả năng chế tạo một động cơ sử dụng thorium làm nhiên liệu và đồng thời là một dự án hoàn toàn có thật hiện nay.

Từ lâu, người ta đã xác định rằng thorium, khi được sử dụng làm nhiên liệu, có một vị trí vững chắc và khi “hoạt động”, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Theo các nhà khoa học, chỉ 8 gam thorium-232 sẽ cho phép động cơ hoạt động trong 100 năm, và 1 gam sẽ tạo ra nhiều năng lượng hơn 28 nghìn lít xăng. Đồng ý, điều này không thể không gây ấn tượng.

Theo Charles Stevens, Giám đốc điều hành của Laser Power Systems, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu thử nghiệm sử dụng một lượng nhỏ thorium, nhưng mục tiêu trước mắt là tạo ra tia laser cần thiết cho quá trình này. Mô tả nguyên lý hoạt động của một động cơ như vậy, người ta có thể lấy ví dụ về hoạt động của một nhà máy điện cổ điển. Vì vậy, theo kế hoạch của các nhà khoa học, tia laser sẽ đốt nóng một thùng chứa bằng nước, và hơi nước thu được sẽ chuyển sang hoạt động của các tua-bin mini.

Tuy nhiên, cho dù tuyên bố của các chuyên gia LPS có vẻ đột phá đến đâu, ý tưởng sử dụng động cơ thorium nguyên tử không phải là mới. Vào năm 2009, Lauren Culeusus đã cho cộng đồng thế giới thấy tầm nhìn của mình về tương lai và trình diễn chiếc xe ý tưởng nhiên liệu Cadillac World Thorium. Và, bất chấp vẻ ngoài tương lai của nó, sự khác biệt chính giữa chiếc xe ý tưởng là sự hiện diện của một nguồn năng lượng để vận hành tự động, sử dụng thorium làm nhiên liệu.

“Các nhà khoa học cần tìm ra nguồn năng lượng rẻ hơn than đá, ít hoặc không thải ra khí cacbonic khi đốt cháy. Nếu không, ý tưởng này sẽ không thể phát triển được chút nào ”- Robert Hargrave, một chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu các đặc tính của thorium

Hiện tại, các chuyên gia của Hệ thống điện Laser đang hoàn toàn tập trung vào việc tạo ra một mô hình động cơ nối tiếp để sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, một trong những câu hỏi quan trọng nhất không biến mất, các quốc gia và công ty vận động hành lang cho lợi ích "dầu mỏ" sẽ phản ứng như thế nào trước một sự đổi mới như vậy. Chỉ có thời gian mới trả lời được câu trả lời.

Thú vị:

Trữ lượng tự nhiên của thorium vượt quá trữ lượng của uranium 3-4 lần
Các chuyên gia gọi thorium và cụ thể là thorium-232 là "nhiên liệu hạt nhân của tương lai"

1 gam trên 28.000 lít. Đây là tỷ lệ tiêu hao nhiên liệu trong động cơ ô tô, nếu chúng ta thay nhiên liệu thông thường bằng thori.

Chúng ta đang nói về đồng vị thứ 232. Nó có thời gian bán hủy dài nhất. 8 gam thori đủ để chạy động cơ liên tục trong 100 năm.

Lượng nhiên liệu mới dự trữ nhiều gấp 3 lần so với trong vỏ trái đất. Các chuyên gia của Hệ thống điện Laser đã bắt đầu phát triển một động cơ mới.

Công ty của Mỹ. Hoạt động của động cơ sẽ giống như chu kỳ của một nhà máy điện tiêu chuẩn. Thách thức là phát triển một loại laser phù hợp.

Nhiệm vụ của nó là làm nóng nước, hơi nước từ đó khởi động các tua-bin mini. Trong khi các nhà khoa học đang nghiên cứu quá trình này, chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về nhiên liệu của thế kỷ 21 và trong tương lai là cả thiên niên kỷ.

Thorium là gì?

Kim loại thori liên quan đến actinides. Họ này bao gồm phóng xạ. Tất cả đều nằm ở nhóm thứ 3 của kỳ 7 của bảng.

Số Actinide là từ 90 đến 103. Thorium đến trước. Nó được phát hiện đầu tiên, đồng thời với uranium.

Ở dạng thuần túy, anh hùng được Lars Nilsson chỉ ra vào năm 1882. Tính phóng xạ của nguyên tố không được phát hiện ngay lập tức.

Đó là lý do tại sao, thoriumđã không khơi dậy được sự quan tâm của dư luận trong một thời gian dài. Thori phân rã chỉ được chứng minh vào năm 1907.

Kể từ năm 1907 đồng vị thoriumđã mở từng cái một. Đến năm 2017, có 30 sửa đổi kim loại. 9 người trong số họ đã nhận được.

Ổn định nhất là ngày 232. Chu kỳ bán rã của Thoriumở dạng này kéo dài 1,4 * 10 10 năm. Đó là lý do tại sao đồng vị thứ 232 có mặt khắp nơi, trong vỏ trái đất, nó chiếm một phần 8 * 10 -4%.

Các đồng vị còn lại được lưu trữ trong vài năm, do đó không được quan tâm thực tế và hiếm khi được tìm thấy trong tự nhiên. Đúng, thorium thứ 229 phân hủy trong 7.340 năm. Nhưng, đồng vị này "có nguồn gốc" nhân tạo.

Thori không có đồng vị hoàn toàn bền. Ở dạng nguyên chất, phần tử trông giống như -, nhựa.

Chính ông là người làm cho khoáng vật thorit trở nên mềm mại. dễ cắt. Khoáng chất được nghiên cứu bởi Jens Berzenlius.

Nhà hóa học Thụy Điển đã có thể tính toán những điều chưa biết trong thành phần của viên đá, nhưng không thể cô lập nó, trao vòng nguyệt quế cho Nilson.

Đặc tính của Thori

Thori là một nguyên tố, có hoạt độ phóng xạ riêng là 0,109 microcuries trên gam. Ví dụ đối với uranium 238, con số này cao hơn gần 3 lần.

Theo đó, thori có tính phóng xạ yếu. Nhân tiện, một số đồng vị của thori là hệ quả của sự phân rã uranium. Chúng ta đang nói về các sửa đổi thứ 230, 231, 234 và 235 của phần tử thứ 90.

Sự phân hủy của anh hùng của bài báo đi kèm với việc giải phóng radon. Khí này còn được gọi là thoron. Tuy nhiên, tên thứ hai không được sử dụng phổ biến.

Radon rất nguy hiểm nếu hít phải. Tuy nhiên, microdoses có trong nước khoáng và có tác dụng hữu ích đối với cơ thể.

Con đường xâm nhập của thoron vào cơ thể mới là quan trọng. Bạn có thể uống, hấp thụ - có, nhưng không được hít vào.

Xét về mạng tinh thể thori phóng xạ chỉ xuất hiện dưới hai hình thức. Lên đến 1.400 độ, cấu trúc của kim loại hướng về mặt trung tâm.

Nó dựa trên hình khối ba chiều bao gồm 14 nguyên tử. Một số trong số chúng nằm ở các góc của hình. Các nguyên tử còn lại nằm ở giữa mỗi nguyên tử.

Khi bị nung nóng trên 1.400 độ C, mạng tinh thể thori trở thành tâm của vật thể.

Việc "đóng gói" các hình khối như vậy ít dày đặc hơn. Thori vốn đã mềm lại càng lỏng hơn.

Thori - hóa chất một phần tử được phân loại là thuận từ. Theo đó, độ từ thẩm của kim loại là nhỏ nhất, gần với sự thống nhất.

Các chất của nhóm cũng được phân biệt bởi khả năng bị nhiễm từ theo hướng của trường bên ngoài.

Nhiệt dung mol của thori là 27,3 kilojoules. Chất chỉ thị cho biết nhiệt dung của một mol chất, do đó có tên.

Rất khó để tiếp tục danh sách, vì phần lớn các đặc tính của kim loại thứ 90 phụ thuộc vào mức độ nhiễm bẩn của nó.

Vì vậy, độ bền kéo của phần tử thay đổi từ 150 đến 290 meganewtons trên mét vuông.

Thori cũng không ổn định. Đối với kim loại, chúng cho lực từ 450 đến 700 kilôgam.

Đứng ở phần đầu của nhóm, thorium đã tiếp nhận một số thuộc tính từ các nguyên tố đứng trước nó. Vì vậy, anh hùng của bài báo được đặc trưng bởi mức độ ôxy hóa thứ 4.

Để thori nhanh chóng bị oxy hóa trong không khí, bạn cần đưa nhiệt độ lên đến 400 độ. Kim loại sẽ ngay lập tức được bao phủ bởi một lớp màng oxit.

Nhân tiện, sự song ca của thori với oxy là chất chịu lửa nhất trong số các oxit trên cạn, chỉ mềm ở 3.200 độ C.

Đồng thời, hợp chất cũng bền về mặt hóa học. Kim loại nguyên chất phản ứng với

Không tí nào đồng vị phóng xạ của thori tương tác với nó ngay cả ở nhiệt độ phòng.

Các phản ứng còn lại với anh hùng của bài báo diễn ra ở nhiệt độ cao. Ở 200 độ, có phản ứng với.

Các hydrua dạng bột được hình thành. Nitrua thu được khi đốt nóng thori trong khí quyển.

Nhiệt độ 800 độ C là bắt buộc. Tuy nhiên, trước tiên bạn cần lấy thuốc thử. Chúng ta hãy tìm hiểu cách họ làm điều đó.

Khai thác và tiền gửi thori

$ 350.000.000. Khoảng một lượng tương tự được phân bổ hàng năm để phát triển năng lượng thori. Có rất nhiều mỏ của đồng vị 232 trong nước.

Đây là điều đáng báo động, có nguy cơ mất vị trí dẫn đầu về nhiên liệu nếu nguyên tố thứ 90 trở thành nguồn năng lượng chính trên thế giới.

Có dự trữ trong nước. Ví dụ, hàng triệu tấn kim loại nằm gần Novokuznetsk.

Tuy nhiên, cần phải bảo vệ quyền ưu tiên sử dụng thorium, và đối với họ, thế giới đang chiến đấu. Mọi người đều hiểu tương lai là gì.

Thông thường, thorium được tìm thấy ở dạng cát sáng bóng. Đây là khoáng chất monazit. Các bãi biển từ nó thường được bao gồm trong các khu nghỉ mát.

Ví dụ như ở bờ biển Azov, không chỉ bức xạ mặt trời mà cả bức xạ từ trái đất cũng đáng được quan tâm. Thori có gân chỉ được tìm thấy ở Nam Phi. Các mỏ quặng ở đó được gọi là Steenkasmkraal.

Nếu bạn chiết xuất thori từ quặng, thì việc lấy một nguyên tố sẽ dễ dàng hơn. Vẫn còn phải xem thorium có thể hữu ích ở đâu, ngoài động cơ ô tô của tương lai.

Ứng dụng của thori

Vì hạt nhân thorium không ổn định, sử dụng tự nhiên của nguyên tố trong năng lượng hạt nhân. Đối với nhu cầu của nó, florua và ôxít thori được mua.

Ghi nhiệt độ mà oxit của kim loại thứ 90 có thể chịu được? Chỉ một hợp chất như vậy mới hoạt động trong lò phản ứng muối nóng chảy.

Thori oxit cũng có ích trong ngành công nghiệp hàng không. Ở đó, kim loại thứ 90 đóng vai trò là chất làm cứng. Dịch vụ của thorium cũng có trong cơ thể.

Khoảng 3 miligam nguyên tố phóng xạ đi vào thực phẩm hàng ngày. Nó tham gia vào việc điều chỉnh các quá trình của hệ thống, được hấp thụ chủ yếu bởi gan.

Thorium cũng được mua bởi các nhà luyện kim, nhưng không phải để làm thực phẩm. Kim loại nguyên chất được sử dụng làm chất phụ gia giúp cải thiện chất lượng, đặc biệt là magiê. Với một dây nối, chúng trở nên chịu nhiệt và chống rách tốt hơn.

Cuối cùng, chúng tôi sẽ thêm thông tin về động cơ xe mới. Thori trong nó không phải là nhiên liệu hạt nhân, mà chỉ là nguyên liệu thô cho nó.

Bản thân nguyên tố thứ 90 không có khả năng cung cấp năng lượng. Mọi thứ đều bị thay đổi bởi môi trường neutron và lò phản ứng nước.

Với chúng, thori được chuyển đổi thành uranium 233. Đây rồi - tiết kiệm nhiên liệu. Họ phải trả bao nhiêu cho nguyên liệu thô cho nó? Chúng ta hãy thử tìm hiểu xem.

Giá Thorium

Giá Thorium phân biệt thành kim loại nguyên chất và các hợp chất của nó. Đây là một cụm từ phổ biến từ. Trong số các chi tiết cụ thể - chỉ giá mỗi kg ôxít thori là khoảng 7.500.

Điều này kết thúc các yêu cầu mở. Người bán được yêu cầu làm rõ chi phí, vì họ bán một nguyên tố phóng xạ.

Không có cung cấp thori nguyên chất trên Internet, cũng như không có dữ liệu về mỗi gam kim loại. Trong khi đó, câu hỏi không dành cho những người quan tâm đến một loại nhiên liệu ô tô mới, cũng như nó không đưa ra câu hỏi liệu các yêu cầu về nguyên tố thứ 90 có tăng vọt trong trường hợp nó được sử dụng rộng rãi hay không.

Ban đầu, vì lợi ích của việc loại bỏ các động cơ xăng khỏi thị trường, thori sẽ được tạo ra càng nhiều càng tốt. Nhưng điều gì sẽ xảy ra sau đó, khi việc quay trở lại quá khứ đã khó xảy ra?

Có rất nhiều câu hỏi. Tuy nhiên, có một số chi tiết cụ thể, như trong mọi thứ mới, chưa được biết đến, có vẻ giống như một canh bạc trong cặp đầu tiên.

Mặc dù, các phiên bản đầu tiên của động cơ thorium đã sẵn sàng. Chúng nặng khoảng 200 kg. Một thiết bị như vậy có thể dễ dàng được đặt dưới một mui xe cỡ trung bình.

Tuy nhiên, cho dù tuyên bố của các chuyên gia LPS có vẻ đột phá đến đâu, thì ý tưởng \ u200b \ u200 sử dụng động cơ thorium nguyên tử không phải là mới. Năm 2009, Lauren Culeusus đã cho cộng đồng thế giới thấy tầm nhìn của mình về tương lai và trình diễn chiếc xe ý tưởng nhiên liệu Cadillac World Thorium. Và, bất chấp vẻ ngoài tương lai của nó, sự khác biệt chính giữa chiếc xe ý tưởng là sự hiện diện của một nguồn năng lượng để vận hành tự động, sử dụng thorium làm nhiên liệu.

“Các nhà khoa học cần tìm ra nguồn năng lượng rẻ hơn than đá, ít hoặc không thải ra khí cacbonic khi đốt cháy. Nếu không, ý tưởng này sẽ không thể phát triển được chút nào ”- Robert Hargrave, một chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu các đặc tính của thorium

Thú vị:

Trữ lượng tự nhiên của thorium vượt quá trữ lượng của uranium 3-4 lần
Các chuyên gia gọi thorium và cụ thể là thorium-232 là "nhiên liệu hạt nhân của tương lai"

Chu trình nhiên liệu Thorium là một chu trình nhiên liệu hạt nhân sử dụng đồng vị Thorium-232 làm nguyên liệu hạt nhân. Thorium-232 trong quá trình phản ứng tách trong lò phản ứng chuyển hóa thành đồng vị nhân tạo Uranium-233, được sử dụng làm nhiên liệu hạt nhân. Không giống như uranium tự nhiên, thorium tự nhiên chỉ chứa những phần rất nhỏ của vật liệu phân hạch (ví dụ, Thorium-231), không đủ để bắt đầu phản ứng dây chuyền hạt nhân. Để bắt đầu chu trình nhiên liệu, cần phải có thêm một vật liệu phân hạch hoặc một nguồn neutron khác. Trong lò phản ứng thorium, Thorium-232 hấp thụ neutron để cuối cùng tạo ra Uranium-233. Tùy thuộc vào thiết kế của lò phản ứng và chu trình nhiên liệu, đồng vị uranium-233 được tạo ra có thể được phân hạch trong chính lò phản ứng hoặc được tách về mặt hóa học từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng và nấu chảy lại thành nhiên liệu hạt nhân mới.

Chu trình nhiên liệu thorium có một số lợi thế tiềm năng so với chu trình nhiên liệu uranium, bao gồm sự phong phú hơn, các đặc tính vật lý và hạt nhân tốt hơn không có trong plutonium và các actini khác, và khả năng chống phổ biến hạt nhân tốt hơn, có liên quan đến việc sử dụng các lò phản ứng nước nhẹ hơn là lò phản ứng hạt nhân. muối nóng chảy.

Lịch sử nghiên cứu thorium

Nguồn thori duy nhất là các hạt monazit màu vàng trong mờ (xeri photphat)

Tranh cãi về trữ lượng uranium hạn chế của thế giới đã dẫn đến sự quan tâm ban đầu đến chu trình nhiên liệu thorium. Rõ ràng là trữ lượng uranium là cạn kiệt, và thorium có thể thay thế uranium làm nguyên liệu cho nhiên liệu hạt nhân. Tuy nhiên, hầu hết các quốc gia đều có mỏ uranium tương đối phong phú và việc nghiên cứu chu trình nhiên liệu thorium rất chậm. Một ngoại lệ lớn là Ấn Độ và chương trình hạt nhân ba giai đoạn của nước này. Trong thế kỷ 21, tiềm năng của thorium để chống lại sự phổ biến hạt nhân và các đặc tính của nguồn nguyên liệu đã qua sử dụng đã dẫn đến sự quan tâm mới đến chu trình nhiên liệu thorium.

Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đã sử dụng Lò phản ứng thí nghiệm muối nóng chảy sử dụng Uranium-233 làm vật liệu phân hạch vào những năm 1960 để thí nghiệm và chứng minh hoạt động của Lò phản ứng tạo muối nóng chảy hoạt động theo chu trình thorium. Thí nghiệm với Lò phản ứng về Muối nóng chảy về khả năng của thori, sử dụng thori florua (IV) hòa tan trong muối nóng chảy. Điều này làm giảm nhu cầu sản xuất pin nhiên liệu. Chương trình PPC đã bị chấm dứt vào năm 1976 sau khi người phụ trách của nó, Alvin Weinberg bị sa thải.

Năm 2006, Carlo Rubbia đề xuất khái niệm về máy gia tốc năng lượng hoặc "máy gia tốc có điều khiển", ông coi đây là một cách sáng tạo và an toàn để sản xuất năng lượng hạt nhân bằng cách sử dụng các công nghệ tăng tốc năng lượng hiện có. Ý tưởng của Rubbia cung cấp khả năng đốt chất thải hạt nhân có tính phóng xạ cao và sản xuất năng lượng từ thori tự nhiên và uranium đã cạn kiệt.

Kirk Sorensen, cựu nhà khoa học NASA và Giám đốc Hạt nhân của Công ty Kỹ thuật Teledyne Brown, từ lâu đã thúc đẩy ý tưởng về một chu trình nhiên liệu thorium, đặc biệt là Lò phản ứng Thorium Fluoride lỏng (LFRs). Ông đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu các lò phản ứng thorium khi ở NASA, khi ông đang đánh giá các khái niệm nhà máy điện khác nhau cho các thuộc địa trên Mặt Trăng. Năm 2006, Sorensen thành lập trang web "Energyfromthorium.com" để thông báo và quảng bá công nghệ này.

Vào năm 2011, Viện Công nghệ Massachusetts đã kết luận rằng, mặc dù có ít rào cản đối với chu trình nhiên liệu thorium, tình trạng hiện tại của các lò phản ứng nước nhẹ tạo ra rất ít động lực để một chu trình như vậy gia nhập thị trường. Theo đó, cơ hội của chu trình thorium thay thế chu trình uranium truyền thống trong thị trường điện hạt nhân hiện nay là rất nhỏ, mặc dù những lợi ích tiềm năng.

Phản ứng hạt nhân với thori

Trong chu kỳ thorium, Thorium-232 bắt neutron (điều này xảy ra trong cả lò phản ứng nhanh và phản ứng nhiệt) để chuyển thành Thorium-233. Điều này thường dẫn đến sự phát xạ các electron và phản neutrino trong? -Decay và sự xuất hiện của Protactinium-233. Sau đó, trong ngày? -Dec thứ hai và sự tái phát xạ của các electron và phản neutrino, Uranium-233 được hình thành, được sử dụng làm nhiên liệu .

Chất thải từ các sản phẩm phân hạch

Sự phân hạch hạt nhân tạo ra các sản phẩm phân rã phóng xạ có thể có chu kỳ bán rã từ vài ngày đến hơn 200.000 năm. Theo một số nghiên cứu về chất độc học, chu trình thorium có thể xử lý hoàn toàn chất thải actinide và chỉ thải ra chất thải sau các sản phẩm phân hạch, và chỉ sau vài thế kỷ, chất thải từ lò phản ứng thorium sẽ trở nên ít độc hơn so với quặng uranium, vốn có thể được sử dụng để sản xuất cạn kiệt. nhiên liệu uranium cho lò phản ứng nước nhẹ có tính chất tương tự.

chất thải actinide

Trong lò phản ứng nơi neutron va vào một nguyên tử phân hạch (ví dụ, một số đồng vị uranium), cả sự phân hạch hạt nhân và sự bắt giữ neutron cũng như sự biến đổi nguyên tử đều có thể xảy ra. Trong trường hợp của Uranium-233, sự biến đổi dẫn đến sản xuất nhiên liệu hạt nhân hữu ích, cũng như chất thải transuranium. Khi Uranium-233 hấp thụ một neutron, phản ứng phân hạch hoặc chuyển đổi thành Uranium-234 có thể xảy ra. Cơ hội tách hoặc hấp thụ một neutron nhiệt là khoảng 92%, trong khi tỷ lệ giữa tiết diện bắt giữ trên tiết diện phân hạch neutron trong trường hợp của Uranium-233 là khoảng 1:12. Con số này lớn hơn tỷ lệ tương ứng của Sao Thiên Vương-235 (khoảng 1: 6), Sao Diêm Vương-239 hoặc Sao Diêm Vương-241 (cả hai đều có tỷ lệ khoảng 1: 3). Kết quả là ít chất thải transuranium hơn trong lò phản ứng chu trình nhiên liệu uranium-plutonium truyền thống.

Uranium-233, giống như hầu hết các actinides có số lượng neutron khác nhau, không phân hạch, nhưng khi neutron bị “bắt”, đồng vị phân hạch Uranium-235 xuất hiện. Nếu không có phản ứng phân hạch hoặc bắt neutron xảy ra trong đồng vị phân hạch, Uranium-236, Neptunium-237, Plutonium-238, và cuối cùng, đồng vị phân hạch Plutonium-239 và các đồng vị nặng hơn của plutonium sẽ xuất hiện. Neptunium-237 có thể được loại bỏ và lưu trữ như chất thải, hoặc được bảo quản và chuyển hóa thành plutonium, sẽ phân hạch tốt hơn, trong khi phần còn lại biến thành Plutonium-242, sau đó là americium và curium. Đến lượt nó, chúng có thể được xử lý như chất thải, hoặc trở lại lò phản ứng để chuyển hóa và phân hạch tiếp.

Tuy nhiên, Protactinium-231, với chu kỳ bán rã 32.700 năm, được hình thành thông qua phản ứng với Thorium-232, mặc dù không phải là chất thải transuranium, nhưng lại là nguyên nhân chính gây ra chất thải phóng xạ tồn tại lâu dài.

Nhiễm Uranium-232

Uranium-232 cũng xuất hiện trong phản ứng giữa neutron nhanh và Uranium-233, Protactinium-233 và Thorium-232.

Uranium-232 có chu kỳ bán rã tương đối ngắn (68,9 năm) và một số sản phẩm phân rã phát ra tia gamma năng lượng cao, cũng như Radon-224, Bismuth-212 và một phần là Thallium-208.

Chu trình thorium tạo ra bức xạ gamma khắc nghiệt làm hỏng thiết bị điện tử, hạn chế việc sử dụng nó làm chất kích hoạt bom hạt nhân. Uranium-232 không thể được phân tách về mặt hóa học từ Uranium-233 được tìm thấy trong nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng. Tuy nhiên, sự phân tách hóa học của thori khỏi uranium sẽ loại bỏ các sản phẩm phân rã của thorium-228 và bức xạ từ phần còn lại của chuỗi chu kỳ bán rã, điều này dần dần dẫn đến sự tích tụ lại của thorium-228. Ô nhiễm cũng có thể được ngăn chặn bằng cách sử dụng Lò phản ứng Molten Salt Breeder và tách Protactinium-233 trước khi nó phân hủy thành Uranium-233. Các tia gamma cứng cũng có thể tạo ra một nguy cơ sinh học phóng xạ đòi hỏi hoạt động ngoại cảm.

Nhiên liệu hạt nhân

Là một nhiên liệu hạt nhân, thorium tương tự như Uranium-238, tạo nên phần lớn uranium tự nhiên và đã cạn kiệt. Chỉ số tiết diện hạt nhân của nơtron nhiệt hấp thụ và tích phân cộng hưởng (số trung bình của tiết diện hạt nhân của nơtron có năng lượng trung gian) đối với Thorium-232 xấp xỉ bằng ba và bằng một phần ba chỉ số tương ứng của Uranium-238.

Thuận lợi

Thori được ước tính là phổ biến trong vỏ trái đất gấp 3 đến 4 lần so với uranium, mặc dù trên thực tế dữ liệu về trữ lượng của nó là rất hạn chế. Nhu cầu hiện tại đối với thori được đáp ứng bởi các sản phẩm đất hiếm thứ cấp được khai thác từ cát monazit.

Mặc dù tiết diện neutron nhiệt phân hạch của Uranium-233 có thể so sánh với Uranium-235 và Plutonium-239, nhưng nó có tiết diện neutron bắt giữ thấp hơn nhiều so với hai đồng vị sau, dẫn đến ít neutron không phân hạch bị hấp thụ hơn và tăng cân bằng nơtron. Rốt cuộc, tỷ lệ neutron được giải phóng và hấp thụ trong Uranium-233 nhiều hơn hai trong một loạt các năng lượng, bao gồm cả nhiệt. Do đó, nhiên liệu dựa trên thori có thể trở thành thành phần chính của lò phản ứng tạo nhiệt. Một lò phản ứng của nhà lai tạo với chu kỳ uranium-plutonium buộc phải sử dụng phổ neutron nhanh, vì trong phổ nhiệt, một neutron bị Plutonium-239 hấp thụ, và trung bình 2 neutron biến mất trong quá trình phản ứng.

Nhiên liệu dựa trên thori cũng thể hiện các đặc tính vật lý và hóa học tuyệt vời, giúp cải thiện hiệu suất của lò phản ứng và kho lưu trữ. So với uranium dioxide, nhiên liệu chủ yếu cho lò phản ứng, thorium dioxide có nhiệt độ ảnh hưởng cao hơn, dẫn nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn. Thori dioxide cũng cho thấy độ ổn định hóa học tốt hơn và không giống như uranium dioxide, không có khả năng bị oxy hóa thêm.

Bởi vì uranium-233 được sản xuất trong nhiên liệu thorium bị ô nhiễm nặng với uranium-232 trong các khái niệm lò phản ứng được đề xuất, nhiên liệu sử dụng thorium có khả năng chống phổ biến vũ khí. Uranium-232 không thể được phân tách về mặt hóa học từ Uranium-233 và có một số sản phẩm phân rã phát ra tia gamma năng lượng cao. Các proton năng lượng cao này mang một nguy cơ phóng xạ, đòi hỏi phải làm việc từ xa với việc phát hiện hạt nhân và uranium tách ra của các chất đó.

Các chất dựa trên nhiên liệu đã qua sử dụng uranium có chu kỳ bán rã dài (từ 1000 đến 1000000 năm) mang nguy cơ phóng xạ do sự hiện diện của plutonium và các actinide nhỏ khác, sau đó các sản phẩm phân hạch tồn tại lâu xuất hiện trở lại. Một neutron bị Uranium-238 bắt giữ là đủ để tạo ra các nguyên tố transuranium, trong khi cần 5 lần "bắt giữ" như vậy cho một quá trình tương tự với Thorium-232. 98-99% chu kỳ hạt nhân thorium dẫn đến sự phân hạch của Uranium-233 hoặc Uranium-235, do đó, ít nguyên tố transuranium tồn tại lâu hơn được tạo ra. Do đó, thori dường như là một giải pháp thay thế hấp dẫn tiềm năng cho uranium trong nhiên liệu oxit hỗn hợp để hạn chế việc sản xuất các chất transuranium và tối đa hóa lượng plutonium bị phân hủy.

Flaws

Có một số trở ngại đối với việc sử dụng thori làm nhiên liệu hạt nhân, đặc biệt là đối với các lò phản ứng nhiên liệu rắn.

Không giống như uranium, thorium có trong tự nhiên nói chung là đơn hạt nhân và không chứa đồng vị phân hạch. Vật liệu phân hạch, điển hình là Uranium-233, Uranium-235, hoặc plutonium, phải được thêm vào để đạt được độ nghiêm trọng. Cùng với nhiệt độ thiêu kết cao cần thiết cho thorium dioxide, điều này làm phức tạp thêm việc sản xuất nhiên liệu. Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đã tiến hành các thí nghiệm về thorium tetrafluoride làm nhiên liệu cho lò phản ứng muối nóng chảy vào năm 1964-1969. Người ta mong đợi rằng quá trình sản xuất và phân tách các chất khỏi chất ô nhiễm sẽ được tạo điều kiện để làm chậm hoặc dừng phản ứng dây chuyền.

Trong một chu trình nhiên liệu đơn lẻ (ví dụ, quá trình xử lý Uranium-233 trong chính lò phản ứng), cần đốt cháy nghiêm trọng hơn để đạt được sự cân bằng neutron mong muốn. Mặc dù thorium dioxide có khả năng tạo ra 150.000-170.000 megawatt-ngày / tấn tại Nhà máy điện hạt nhân thử nghiệm Fort St. Rain và Jülich, nhưng có những thách thức nghiêm trọng để đạt được hiệu suất như vậy trong các lò phản ứng nước nhẹ, vốn chiếm phần lớn các lò phản ứng hiện có.

Trong một chu trình nhiên liệu thorium, phần còn lại uranium-233 vẫn còn trong nhiên liệu đã qua sử dụng như một đồng vị tồn tại lâu dài.

Một trở ngại khác là chu trình nhiên liệu thorium tương đối lâu hơn để chuyển Thorium-232 thành Uranium-233. Chu kỳ bán rã của Protactinium-233 là khoảng 27 ngày, dài hơn nhiều so với chu kỳ bán rã của Neptunium-239. Kết quả là, thành phần chính trong nhiên liệu thorium là Protactinium-239 mạnh. Protactinium-239 là một chất hấp thụ neutron mạnh, và mặc dù sự chuyển đổi thành Uranium-235 phân hạch có thể xảy ra, nhưng cần gấp đôi số neutron bị hấp thụ, điều này phá hủy sự cân bằng neutron và làm tăng khả năng tạo ra các chất transuranium.

Mặt khác, nếu thori rắn được sử dụng trong một chu trình nhiên liệu khép kín, nơi uranium-233 được xử lý lại, thì cần phải tương tác từ xa để tạo ra nhiên liệu do mức độ bức xạ cao gây ra bởi các sản phẩm phân rã của uranium-232. Điều này cũng đúng khi nói đến thori tái chế do sự hiện diện của thori-228 là một phần của chuỗi phân rã. Hơn nữa, không giống như công nghệ đã được chứng minh để tái chế nhiên liệu uranium, công nghệ tái chế thorium hiện mới chỉ đang phát triển.

Mặc dù sự hiện diện của Uranium-232 làm phức tạp thêm vấn đề, nhưng có những tài liệu được công bố cho thấy rằng Uranium-233 đã được sử dụng trong các vụ thử hạt nhân. Mỹ đã thử nghiệm một quả bom tinh vi có chứa uranium-233 và plutonium trong lõi trong Chiến dịch Teapot năm 1955, mặc dù đạt được mức tương đương TNT thấp hơn nhiều.

Mặc dù nhiên liệu dựa trên thorium tạo ra ít transuranium hơn nhiều so với các nhiên liệu dựa trên uranium, đôi khi có thể tạo ra một lượng nhất định actinides tồn tại lâu dài với nền phóng xạ dài, chẳng hạn như Protactinium-231.