トリウム崩壊232。トリウム：それは地球をエネルギー危機から救うのだろうか？ 抵抗が最小のパス
トリウム（トリウム）、Thは、アクチニドグループの最初のメンバーである周期系のグループIIIの化学元素です。 シリアル番号90、原子量232.038。 1828年、スウェーデンで見つかった希土類鉱物を分析しているときに、イェンス・ヤコブ・ベルセリウスはその中に新しい元素の酸化物を発見しました。 この要素は、全能のスカンジナビアの神トールに敬意を表してトリウムと名付けられました（トールは火星と木星の同僚です：-戦争、雷、稲妻の神です）。 ベルセリウスは純粋な金属トリウムを入手できませんでした。 トリウムの純粋な調製物は、1882年に別のスウェーデンの化学者（スカンジウムの発見者）であるラーズニルソンによってのみ入手されました。 トリウムの放射性崩壊は、1898年にMarieSkłodowska-CurieとHerbertSchmidtの両方によって独立して発見されました。
トリウムの同位体
自然放射性同位体：227Th、228Th（1.37-100％）、230Th、231Th、232Th（〜100％）、234Th。 トリウムの9つの人工放射性同位体が知られています。
トリウムは、トリウムファミリーの祖先である天然の放射性元素です。 12の同位体が知られていますが、天然のトリウムは実際には1つの同位体232Th（T1 / 2 = 1.4 * 10 10年、α崩壊）で構成されています。 その比放射能は0.109マイクロキュリー/gです。 トリウムの崩壊は放射性ガスの形成につながります-トロン（ラドン-220）、これは吸入すると危険です。 238Thは232Thと平衡状態にあります（RdTh、Т1 / 2 = 1。91年）。 トリウムの4つの同位体は、238U（230Th（イオニウム、イオ、T = 75。380年）および234Th（ウランX1、UX1、T = 24。1日））および235U（227Th（放射性アクチニウム、RdAc、T = 18.72））の崩壊過程で形成されます。日数と231日（ウランY、UY、T = 1。063日）実際の用途では、精製トリウムにかなりの量で存在する同位体は228Thと230Thのみです。他の同位体は、半減期が非常に短く、数年の保管後に228Thが崩壊します。 。トリウム同位体はほとんどが短命であり、そのうちの229Th（T1 / 2 = 7340年）だけが人工放射性ネプチューンファミリーに属し、長い半減期を持っています。
トリウムの放射性同位体は、モナザイト鉱石から得られ、ほとんどの場合、硫酸分解法を使用します。
自然界のトリウム
放射性元素としてのトリウムは、地球の放射性バックグラウンドの発生源の1つです。 鉱物トリアナイト中のトリウムの含有量は45から88％の範囲で、鉱物トリアナイトでは最大62％です。 河川水中のトリウムの含有量は8.110-4 Bq/lです。 これは、ウランより1桁低く、40K（3.7-10 -2 Bq / l）より2桁低くなります。
自然界のトリウムはウランよりはるかに大きいです。 花崗岩にも微量に含まれています。 地殻中のトリウムの含有量は8*10 -4 wt。％で、鉛とほぼ同じです。 天然化合物では、トリウムはウラン、希土類元素、およびジルコニウムと関連しており、典型的なリソスフェア元素に属し、主にリソスフェアの上層に集中しています。 トリウムは100以上の鉱物に含まれています。これらの鉱物は酸素化合物であり、主に酸化物であり、まれにリン酸塩と炭酸塩です。 40種類以上の鉱物がトリウムの化合物であるか、トリウムが主成分の1つとして含まれています。 トリウムの主な工業用鉱物は、モナザイト（Ce、La、Th…）PO 4、トール石ThSiO 4、トリアナイト（Th、U）O2です。
トール石はトリウムが非常に豊富ですが（45〜93％ThO 2）、45〜93％のThO 2を含む別の豊富なトリウム鉱物であるトリアナイト（Th、U）O2と同様にまれです。 重要なトリウム鉱物はモナザイト砂です。 一般に、その式は（Ce、Th）PO4と書かれていますが、セリウムに加えて、ランタン、プラセオジム、ネオジム、その他の希土類、およびウランも含まれています。 モナザイト中のトリウム-2.5から12％。 ブラジル、インド、アメリカ、オーストラリア、マレーシアには豊富なモナザイト漂砂鉱床があります。 この鉱物の縞模様の堆積物も、アフリカ南部で知られています。
モナザイトは耐久性のある鉱物で、耐候性があります。 熱帯や亜熱帯で特に激しい岩石の風化の際、ほとんどすべての鉱物が破壊されて溶解しても、モナザイトは変化しません。 川や川は、ジルコン、石英、チタン鉱物などの他の安定した鉱物と一緒にそれを海に運びます。 海と海の波は、沿岸地帯に蓄積された鉱物を破壊し、選別する作業を完了します。 それらの影響下で、重鉱物の集中が起こり、それがビーチの砂が暗い色を獲得する理由です。 これがモナザイト漂砂鉱床、つまり「黒い砂」がビーチで形成される方法です。
物理的及び化学的性質
トリウムは銀白色の光沢のある金属で、延性があり、機械加工が容易で（低温で容易に変形）、純粋な形では酸化に耐性がありますが、通常、時間の経過とともにゆっくりと変色します。 1.5〜2％の酸化トリウムを含む金属トリウムの標本は、酸化に対して非常に耐性があり、長期間変色しません。 1400°Cまでは、面心立方格子は安定しており、a = 0.5086 nmです。この温度を超えると、立方体中心格子、a =0.41nmになります。 α型のトリウムの原子半径は0.359nm、β型のトリウムは0.411nmです。
トリウムの主な特性：密度：11.724 g / cm3、融点：1750°C; 沸点：4200°C。融解熱4.6 kcal / mol、蒸発熱130-150 kcal / mol、原子熱容量6.53 cal / g-at。deg、熱伝導率0.090（20°）cal / cm.sec。雹、電気抵抗率15*10-6ohm.cm。 1.3〜1.4 Kの温度では、トリウムは超伝導体になります。
トリウムは冷水によってゆっくりと破壊されますが、温水では、トリウムとそれに基づく合金の腐食速度はアルミニウムの腐食速度の数百倍です。 トリウム金属粉末は自然発火性です（したがって、灯油の層の下に保管されます）。 空気中で加熱すると点灯し、明るい白色光で燃えます。 純粋なトリウムは柔らかく、非常に柔軟性があり、展性があり、直接加工（冷間圧延、ホットスタンプなど）できますが、引張強度が低いため、延伸が困難です。 酸化物の含有量は、トリウムの機械的特性に大きく影響します。 トリウムの純粋なサンプルでさえ、通常、酸化トリウムの数十分の一パーセントが含まれています。 強く加熱すると、水素、ハロゲン、硫黄、窒素、シリコン、アルミニウム、その他の多くの元素と相互作用します。 金属トリウムの興味深い特性は、水素の溶解度です。これは、温度の低下とともに増加します。 塩酸を除いて、塩基性酸への溶解度が低い。 硫酸と硝酸にわずかに溶けます。 金属トリウムは、フッ素イオンの存在下で、HCl（6〜12 mol / l）およびHNO 3（8〜16 mol / l）の濃縮溶液に溶解します。
化学的性質の観点から、トリウムは、一方ではセリウムの類似体であり、他方では、ジルコニウムとハフニウムです。 トリウムは+4、+ 3、+ 2の酸化状態を示すことができ、そのうち+4が最も安定しています。
トリウムは外観と融点が白金に似ており、比重と硬度が鉛です。 化学的観点から、トリウムはアクチニウムとはほとんど似ていませんが（アクチニドとして分類されていますが）、セリウムやグループIVの2番目のサブグループの他の元素と多くの類似点があります。 原子の電子殻の構造によってのみ、それはアクチニドファミリーの同等のメンバーです。
トリウムはアクチニドファミリーに属していますが、一部の特性では、周期表のグループIVの2番目のサブグループであるTi、Zr、Hfにも近接しています。 トリウムと希土類元素の類似性は、それらのイオン半径が近いためです。これらの元素はすべて、0.99〜1.22 Aの範囲にあります。イオン型または共有結合型の化合物では、トリウムはほぼ4価です。
ThO2-塩基性酸化トリウム（フルオライト構造）は、空気中でトリウムを燃焼させることによって得られます。 煆焼されたThO2は、酸とアルカリの溶液にほとんど溶けません。 硝酸への溶解プロセスは、少量のフッ素イオンの添加によって急激に加速されます。 酸化トリウムはかなり耐火性の物質です。3300°Cの融点は、いくつかの例外を除いて、すべての酸化物の中で最も高く、他のほとんどの材料よりも高くなっています。 この特性は、かつて耐火セラミックとしてのトリウムの主な商業的使用のために考慮されていました-主にセラミック部品、耐火金型およびるつぼで。 しかし、最高温度に耐えると、酸化トリウムは多くの液体金属に部分的に溶解し、それらを汚染します。 酸化物の最も普及した用途は、ガス灯用のガス焚きグリッドの製造でした。
トリウムの生産
トリウムは、石英、ジルコン、ルチルと混合されたモナザイト砂を処理することによって得られます...したがって、トリウム製造の最初の段階は、純粋なモナザイト濃縮物を取得することです。 モナザイトを分離するために、さまざまな方法と装置が使用されています。 最初は、鉱物の密度とさまざまな液体との湿潤性の違いを使用して、崩壊剤と濃度表で大まかに分けられます。 微細な分離は、電磁的および静電的分離によって実現されます。 このようにして得られた濃縮物は、95 ... 98％のモナザイトを含んでいます。
モナザイトにはトリウムと特性が類似している元素（希土類金属、ウランなど）が含まれているため、トリウムの分離は非常に困難です。
1）200℃での強硫酸による処理
2）細かく粉砕した濃縮物を140℃で45％NaOH溶液で処理します。
希土類からのウランとトリウムの分離は次の段階で起こります。 現在、これには主に抽出プロセスが使用されています。 ほとんどの場合、トリウムとウランは、水と混和しないリン酸トリブチルを含む水溶液から抽出されます。 ウランとトリウムの分離は、選択的再抽出の段階で発生します。 特定の条件下では、トリウムは有機溶媒から硝酸の水溶液に引き込まれますが、ウランは有機相のままです。 トリウムが分離された後、その化合物を金属に変える必要があります。 2つの方法が一般的です。カルシウム金属によるThO2二酸化物またはThF4四フッ化物の還元と、溶融ハロゲン化トリウムの電気分解です。 通常、これらの変換の生成物はトリウム粉末であり、次に1100...1350°Cで真空中で焼結されます。
トリウム製造の多くの困難は、信頼できる放射線防護の必要性によって悪化します。
トリウムの応用
現在、トリウムはいくつかの合金の合金化に使用されています。 トリウムは、鉄、ニッケル、コバルト、銅、マグネシウム、またはアルミニウムをベースにした合金の強度と耐熱性を著しく向上させます。 非常に重要なのは、トリウム、およびZn、Zr、Mnを含むマグネシウムベースの多成分合金です。 合金は、比重が低く、強度が高く、高温での耐性が高いという特徴があります。 これらの合金は、ジェットエンジン、誘導ミサイル、電子機器、レーダー機器の部品に使用されます。
19世紀には、酸化トリウムがガス焚きグリッドの製造に使用されました。ガス灯は電気よりも一般的でした。 オーストリアの化学者カール・アウアー・フォン・ヴェルスバッハによって発明されたセリウムとトリウムの酸化物で作られたキャップは、明るさを増し、ガスジェットの炎のスペクトルを変換しました-それらの光はより明るく、より滑らかになりました。 彼らはまた、非常に耐火性の化合物である二酸化トリウムから、希土類金属を製錬するためのるつぼを作ろうとしました。 しかし、最高温度に耐えながら、この物質は多くの液体金属に部分的に溶解し、それらを汚染しました。 したがって、ThO2るつぼは広く使用されていません。
ソリウムは、有機合成、油分解、石炭からの液体燃料の合成、炭化水素の水素化、およびNH3からHNO3への酸化、およびSO2からSO3への酸化の過程で触媒として使用されます。
比較的低い電子仕事関数と高い電子放出のために、トリウムはいくつかのタイプの電子管の電極材料として使用されます。 トリウムは、電子産業のゲッターとしても使用されています。
トリウムの最も重要な応用分野は核技術です。 多くの国で、金属トリウム、炭化トリウム、Th 3 Bi 5などが燃料として使用され、多くの場合ウランとその化合物と混合される原子炉が建設されています。
すでに述べたように、トリウム232は核分裂性熱中性子に対応していません。 それにもかかわらず、トリウムは熱中性子の核反応によって得られる二次核燃料（233U）の供給源です。
Uは、連鎖分裂をサポートする優れた核燃料であり、235Uよりもいくつかの利点があります。核分裂中に放出される中性子の数が多くなります。 239Puまたは235Uの原子核によって吸収された各中性子は、2.03〜2.08の新しい中性子を生成し、233Uはさらに多くの2.37を生成します。 核産業の観点から、ウランに対するトリウムの利点は、1400°Cまでの相変態がない高融点、金属トリウムの高い機械的強度と耐放射線性、および多くのその化合物（酸化物、炭化物、フッ化物）。 233Uは、高い熱中性子育種係数が特徴であり、原子炉での高度な使用を保証します。 トリウムの欠点には、核反応を実行するために核分裂性物質を追加する必要があることが含まれます。
核燃料としてのトリウムの使用は、主に副反応で高活性の同位体が形成されるという事実によって妨げられています。 そのような主な汚染物質232Uは、半減期が73。6年のα-およびγ-エミッターです。 ウランは他の元素との混合物から分離しやすいため、トリウムはウランよりも高価であるという事実によっても、その使用は妨げられています。 一部のウラン鉱物（ウラン石、ウランピッチ）は、ウランの単純な酸化物です。 トリウムには、そのような単純なミネラル（産業上重要なもの）はありません。 また、希土類鉱物からの関連する分離は、トリウムとランタン族の元素との類似性によって複雑になっています。
トリウムから核分裂性物質を取得する際の主な問題は、238Uとは異なり、実際の原子炉燃料には最初は存在しないことです。 トリウム育種を使用するには、高濃縮核分裂性物質（235U、233U、239Pu）を、育種目的でのみトリウム含有物を含む原子炉の燃料として使用する必要があります（つまり、その場で生成された233Uの燃焼は寄与に寄与する可能性がありますが、エネルギーは放出されないか、ほとんど放出されません）エネルギー放出へ）。 一方、（低速中性子を使用する）熱増殖炉は、特に重水が減速材として使用される場合、233U/トリウム増殖サイクルを使用することができます。 それにもかかわらず、エンドツーエンドの原子力発電は真剣に検討されるべきです。 希土類鉱石にのみ含まれるこの元素の埋蔵量は、世界のすべてのウラン埋蔵量の3倍です。 これは必然的に将来のエネルギー産業におけるトリウム核燃料の役割の増加につながるでしょう。
トリウムの生理学的特性
奇妙なことに、胃腸管（重金属で放射性！）へのトリウムの摂取は中毒を引き起こしません。 これは、胃が酸性環境であり、これらの条件下でトリウム化合物が加水分解されるという事実によって説明されます。 最終生成物は不溶性の水酸化トリウムであり、これは体から排泄されます。 100gのトリウムの非現実的な用量だけが急性中毒を引き起こす可能性があります...
トリウムを血中に入れることは非常に危険です。 残念ながら、人々はこれをすぐには確信していませんでした。 1920年代と30年代には、肝臓と脾臓の病気で、酸化トリウムを含むトロトラストという薬が診断目的で使用されました。 トリウム製剤の非毒性に自信を持っている医師は、何千人もの患者にトロトラストを処方しています。 そして、トラブルが始まりました。 造血系の病気で亡くなった人もいれば、特定の腫瘍を発症した人もいます。 注射の結果として血中に入ると、トリウムはタンパク質を沈殿させ、それによって毛細血管の閉塞に寄与することが判明しました。 造血組織の近くの骨に沈着するため、天然のトリウム232は、体にとってはるかに危険な同位体（メソトリウム、トリウム228、トロン）の供給源になります。 当然、トロトラストは急いで使用を中止されました。
トリウムとその化合物を扱う場合、トリウム自体とその娘製品の両方が体内に入る可能性があります。 エアロゾル粒子またはガス状生成物の最も可能性の高い侵入経路は、呼吸器系を経由することです。 トリウムはまた、胃腸管や皮膚から体内に侵入する可能性があり、特に損傷を受けており、わずかな擦り傷や引っかき傷があります。 体内に入るトリウム塩は加水分解を受け、難溶性の水酸化物を形成して沈殿します。 トリウムは非常に低濃度でイオンの形で存在する可能性があり、ほとんどの場合、分子の集合体（コロイド）の形で存在します。 トリウムは、タンパク質、アミノ酸、有機酸と強力な複合体を形成します。 トリウムの非常に小さな粒子は、軟組織細胞の表面に吸着する可能性があります。
トリウムが呼吸器から入ると、呼気中でトリウムが測定されます。 体内でのその挙動は、他の崩壊生成物とは大きく異なります。 吸入すると、肺の空気と混ざり合い、肺から血流に毎分約20％の割合で拡散し、全身に広がります。 血液からのトロンのTBは4.5分です
トロトラストの静脈内投与では、体の即時反応は、急速に通過する発熱、悪心、短期間の貧血、白血球減少症、または白血球増加症です。 Ｔの治療的使用後の皮膚の破壊的変化が記載されている。したがって、従来の治療用量のＴ．の長期使用は、表皮、皮下組織および皮膚毛細血管の侵害を伴う皮膚の不可逆的な変性萎縮性変化を引き起こす。 重症の場合、皮膚に水疱が観察され、続いて壊死と黄色の硬い皮の形成が見られます。 患者の皮膚病変の治療では、324Thの治療的使用から4年後に皮膚萎縮が起こります。
体内のトリウム含有量の測定は、呼気（トロン）、および血液、分泌物、洗浄液、嘔吐物中のα-、γ線を測定することによって行われます。 空気中-γ線のレベルによって制御されます。
予防策：空気中へのトリウムのエアロゾルとガス状崩壊生成物の防止、すべての製造プロセスの機械化とシーリング。 トリウム同位体を扱う場合は、作業の種類に応じた特別な保護措置を講じて、衛生規則と放射線安全基準を遵守する必要があります。 緊急処置。 石鹸と水またはノボスト粉末の2〜3％溶液による手と顔の除染。 口と鼻咽頭を洗う。 重金属（解毒剤メタロラム50.0g）または活性炭用の内部解毒剤。 催吐剤（アポモルヒネ1％-皮下0.5ml）または水による胃洗浄。 塩性下剤、浣腸クレンジング。 利尿剤（ヒドロクロロチアジド0.2 g、フォヌライト0.25）。 吸入による損傷（粉塵、エアロゾル）あり-
去痰薬の内部（ソーダを含むサーモプシス、ターピンハイドレート）。 ペンタシンの5％溶液10mlを静脈内投与。
ガソリンや従来のディーゼル燃料の燃焼による有害物質の過剰排出は、原子力エンジンを使って解決できるとしたらどうなるでしょうか。 感動しますか？ そうでない場合は、この資料を読み始める必要はありませんが、このトピックに関心のある方は、トリウム232同位体で動作する車の原子エンジンについて説明するので大歓迎です。
驚くべきことに、トリウム同位体の中で最も長い半減期を持ち、最も豊富なのはトリウム232です。 この事実を反省した後、アメリカの会社Laser Power Systemsの科学者たちは、トリウムを燃料として使用するエンジンを構築する可能性を発表しました。同時に、今日では絶対に現実的なプロジェクトです。
トリウムは、燃料として使用されると強力な位置を占め、「働く」と膨大な量のエネルギーを放出すると長い間考えられてきました。 科学者によると、わずか8グラムのトリウム232で、エンジンを100年間動作させることができます。 1グラムは28000リットルのガソリンよりも多くのエネルギーを生成します。 同意します、これは印象づけるのに失敗することはできません。
Laser PowerSystemsのCEOであるCharlesStevensによると、チームはすでに少量のトリウムを使用した実験を開始していますが、当面の目標は、プロセスに必要なレーザーを作成することです。 そのようなエンジンの動作原理を説明すると、古典的な発電所の動作を例として挙げることができます。 したがって、科学者の計画によれば、レーザーは容器を水で加熱し、結果として生じる蒸気はミニタービンの仕事に行きます。
しかし、LPSスペシャリストの声明がどれほど画期的であるように見えても、原子トリウムエンジンを使用するというアイデア自体は新しいものではありません。 2009年、Lauren Culeususは世界のコミュニティに将来のビジョンを示し、Cadillac World Thorium FuelConceptCarのデモを行いました。 そして、その未来的な外観にもかかわらず、コンセプトカーの主な違いは、トリウムを燃料として使用する自律運転用のエネルギー源の存在でした。
「科学者は、石炭よりも安価なエネルギー源を見つける必要があります。燃焼時に二酸化炭素がほとんどまたはまったく排出されません。 そうでなければ、このアイデアはまったく発展することができません」-トリウムの特性を研究する分野の専門家であるロバート・ハーグレイブ
現在、レーザーパワーシステムのスペシャリストは、大量生産用のエンジンのシリアルモデルの作成に全力を注いでいます。 しかし、最も重要な問題の1つは、「石油」の利益のためにロビー活動をしている国や企業がそのような革新にどのように反応するかということです。 時間だけが答えを教えてくれます。
面白い：
- トリウムの自然保護区はウランの自然保護区を3〜4倍上回っています
- 専門家はトリウム、特にトリウム232を「未来の核燃料」と呼んでいます
1815年、有名なスウェーデンの化学者イェンス・ヤコブ・ベルゼリウスが新しい元素の発見を発表しました。彼は、雷の神であり、スカンジナビアの最高神オーディンの息子であるトールに敬意を表して、トリウムと名付けました。 しかし、1825年に、この発見は間違いであることが発見されました。 それにもかかわらず、その名前は役に立ちました-ベルセリウスは1828年にノルウェーの鉱物の1つ（現在この鉱物はトール石と呼ばれています）で発見した新しい元素にそれを付けました。 この元素は、その先に大きな未来があるかもしれません。そこでは、主要な核燃料であるウランよりも重要性が劣っていない原子力エネルギーで役割を果たすことができます。
| 長所と短所 | |
| + | 地球上のトリウムはウランの数倍です |
| + | 同位体を分離する必要はありません |
| + | トリウムの抽出中の放射能汚染は大幅に少なくなります（ラドンの寿命が短いため） |
| + | 既存の熱中性子炉を使用できます |
| + | トリウムはウランよりも優れた熱機械的特性を持っています |
| + | トリウムはウランよりも毒性が低い |
| + | トリウムを使用する場合、マイナーアクチニド（長寿命の放射性同位体）は形成されません。 |
| - | トリウムの照射過程で、ガンマ線を放出する同位体が形成され、燃料の処理が困難になります。 |
爆弾の遠い親戚
現在非常に多くの期待が寄せられている原子力は、軍事計画の副次的部門であり、その主な目標は、核兵器（そして少し後には潜水艦用の原子炉）の作成でした。 爆弾を作るための核物質として、ウラン235、プルトニウム239、ウラン233の3つの選択肢から選ぶことができます。
これはトリウムの核サイクルがどのように見えるかであり、トリウムが非常に効率的な核燃料であるウラン233に変換されることを示しています。
ウラン235は、天然ウランにごく少量しか含まれていません。わずか0.7％（残りの99.3％は238同位体）であり、分離する必要があります。これは、費用がかかり、複雑なプロセスです。 プルトニウム239は自然界には存在しないため、原子炉内でウラン238に中性子を照射し、照射されたウランから分離することによって生成する必要があります。 同様に、トリウム232に中性子を照射することにより、ウラン233を得ることができます。
1960年代には、ウランとプルトニウムの核サイクルを閉鎖することが計画されており、原子力発電所の約50％が熱中性子炉を使用し、50％が高速原子炉を使用しています。 しかし、高速炉の開発は困難を引き起こしました。そのため、現在稼働しているのは、ベロヤルスカヤップNPPのBN-600（および別のBN-800）だけです。 したがって、トリウム熱中性子炉と高速炉の約10％からバランスの取れたシステムを作成することができます。これにより、熱中性子炉の不足している燃料を補うことができます。
最初の2つの方法は1940年代に実装されましたが、物理学者は3番目の方法を気にしないことにしました。 事実、トリウム232を照射する過程で、有用なウラン233に加えて、有害な不純物も形成されます。半減期が74年のウラン232は、崩壊系列によって次のようになります。タリウム-208。 この同位体は高エネルギー（硬い）ガンマ線を放出しますが、これを防ぐには厚い鉛板が必要です。 さらに、ハードガンマ線は、兵器の設計に不可欠な制御電子回路を無効にします。
トリウムサイクル
しかし、鳥居は完全に忘れられていません。 1940年代に、エンリコフェルミは、高速中性子炉（これは熱中性子炉よりも効率的です）でプルトニウムを製造することを提案し、EBR-1およびEBR-2原子炉の作成につながりました。 これらの原子炉では、ウラン235またはプルトニウム239が、ウラン238をプルトニウム239に変換する中性子源です。 この場合、「燃焼」（1.3〜1.4倍）よりも多くのプルトニウムが生成される可能性があるため、このような反応器は「ブリーダー」と呼ばれます。
ユージン・ウィグナーが率いる別の科学グループは、トリウム232を照射物質として、高速ではなく熱中性子炉での増殖炉のプロジェクトを提案しました。 同時に再現率は低下しましたが、設計はより安全でした。 しかし、1つの問題がありました。 トリウム燃料サイクルは次のようになります。 中性子を吸収すると、トリウム232はトリウム233に移行し、トリウム233はすぐにプロトアクチニウム233に変化し、すでに自発的にウラン233に崩壊し、半減期は27日です。 そして今月中に、プロトアクチニウムは中性子を吸収し、生産プロセスを妨害します。 この問題を解決するには、反応器からプロトアクチニウムを除去するのが良いでしょうが、それをどのように行うのですか？ 結局のところ、燃料の絶え間ない積み下ろしは、運転効率をほぼゼロに低下させます。 ウィグナーは非常に独創的な解決策を提案しました-ウラン塩の水溶液の形で液体燃料を備えた反応器。 1952年に、そのような原子炉のプロトタイプである均質反応器実験（HRE-1）が、ウィグナーの学生であるアルビンワインバーグの指導の下、オークリッジ国立研究所に建設されました。 そしてすぐに、トリウムでの作業に理想的な、さらに興味深い概念が登場しました。溶融塩型原子炉、溶融塩型原子炉実験です。 フッ化ウランの形の燃料は、リチウム、ベリリウム、およびジルコニウムのフッ化物の溶融物に溶解されました。 MSREは1965年から1969年まで機能し、トリウムは使用されていませんでしたが、コンセプト自体は非常に有効であることが判明しました。液体燃料を使用すると、運転効率が向上し、有害な崩壊生成物を炉心から除去できます。
溶融塩原子炉は、従来の火力発電所よりもはるかに柔軟な燃料サイクルの制御を可能にし、最高の効率で燃料を使用し、炉心から有害な崩壊生成物を除去し、必要に応じて新しい燃料を追加します。
抵抗が最小のパス
それにもかかわらず、従来のウラン熱中性子炉の方が安価であることが判明したため、溶融塩原子炉（ZSR）は普及しませんでした。 世界の原子力産業は、実績のある加圧水型原子炉（VVER）、潜水艦用に設計されたものの子孫、および沸騰水型原子炉に基づいて、最も単純で最も安価な道を歩んでいます。 RBMKなどの黒鉛減速炉は家系図のもう1つの枝であり、プルトニウム生成原子炉の子孫です。 「これらの原子炉の主な燃料はウラン235ですが、その埋蔵量は非常に重要ですが、それでも限られています」と、クルチャトフ研究所研究センターのシステム戦略研究部門の責任者であるスタニスラフサブボチンはポピュラーメカニクスに説明します。 -この問題は1960年代に検討され始め、その後、この問題の計画された解決策は、埋蔵量がほぼ200倍になる核燃料サイクルへの廃ウラン238の導入であると考えられました。 そのために、増殖率1.3〜1.4のプルトニウムを生成する高速中性子炉を多数建設し、余剰分を熱中性子炉に使用できるようにする計画でした。 BN-600高速炉は、ブリーダーモードではありませんが、ベロヤルスカヤップで打ち上げられました。 最近、別のものがそこに建てられました-BN-800。 しかし、原子力の効果的なエコシステムを構築するには、そのような原子炉の約50％が必要です。」
自然条件下で自然界に存在するすべての放射性同位体は、3つのファミリー（放射性シリーズ）の1つに属しています。 そのような各列は、連続する放射性崩壊によって接続された核の連鎖です。 放射性系列の祖先は、長寿命の同位体であるウラン238（半減期44.7億年）、ウラン235（7億400万年）、トリウム232（141億年）です。 鎖は鉛の安定同位体で終わります。 ネプツニウム237で始まる別のシリーズがありますが、その半減期は短すぎます-わずか214万年なので、自然界では発生しません。
強大なトリウム
ここでトリウムが活躍します。 「トリウムはしばしばウラン235の代替品と呼ばれますが、これは完全に間違っています」とスタニスラフ・スボチンは言います。 -トリウム自体は、ウラン238と同様に、核燃料ではありません。 しかし、最も一般的な加圧水型原子炉の中性子場に置くことで、同じ原子炉に使用される優れた燃料であるウラン233を得ることができます。 つまり、変更や既存のインフラストラクチャへの重大な変更は必要ありません。 トリウムのもう1つの利点は、自然界に豊富に存在することです。その埋蔵量は、ウランの埋蔵量の少なくとも3倍です。 さらに、希土類元素とともに関連する採掘でトリウム232のみが検出されるため、同位体分離の必要はありません。 繰り返しますが、ウランが採掘されると、周辺地域は比較的長寿命（半減期3。8日）のラドン-222で汚染されます（トリウム系列では、ラドン-220は短命で55秒であり、拡大）。 さらに、トリウムは優れた熱機械的特性を備えています。耐火性があり、割れにくく、燃料要素の被覆が損傷したときに放出される放射性ガスが少なくなります。 原子炉でのトリウムからのウラン233の生成は、ウラン235からのプルトニウムよりも約3倍効率的であるため、原子力エコシステムにそのような原子炉の少なくとも半分が存在すると、ウランとプルトニウムのサイクルが閉じられます。 トリウム原子炉の増殖率は1を超えないので、確かに高速炉が依然として必要です。」
年間1GWの生産には、次のものが必要です。250トンの天然ウラン（1.75トンのウラン-235を含む）215トンの劣化ウラン（0.6トンのウラン-235を含む）をダンプに抽出する必要があります。 35トンの濃縮ウラン（うち1.15トンのウラン235）が原子炉に積み込まれます。 使用済燃料には、33.4トンのウラン238、0.3トンのウラン235、0.3トンのプルトニウム239、1トンの崩壊生成物が含まれています。 1トンのトリウム232は、溶融塩原子炉に搭載されると、1トンのウラン233に完全に変換されます。 1トンの崩壊生成物。そのうち83％は短寿命の同位体です（約10年で安定同位体に崩壊します）。
ただし、トリウムにはかなり深刻な欠点が1つあります。 トリウムに中性子を照射すると、ウラン233はウラン232で汚染され、一連の崩壊を経て、ハードガンマ放出同位体タリウム208になります。 「これは燃料処理の作業を非常に複雑にします」とスタニスラフ・スボチンは説明します。 「しかし一方で、そのような物質の検出が容易になり、盗難のリスクが軽減されます。 さらに、閉じた核サイクルと自動化された燃料処理では、これは実際には問題ではありません。
熱核点火
熱中性子炉でのトリウム燃料棒の使用に関する実験は、ロシアおよびその他の国々（ノルウェー、中国、インド、および米国）で実施されています。 「今こそ、溶融塩原子炉のアイデアに戻る時です」とスタニスラフ・スボチンは言います。 —アルミニウムの製造により、フッ化物とフッ化物溶融物の化学がよく研究されています。 トリウムの場合、溶融塩原子炉は、炉心からの崩壊生成物の柔軟な装填と除去を可能にするため、従来の加圧水型原子炉よりもはるかに効率的です。 さらに、それらは、中性子源として核燃料ではなく、熱核施設（少なくとも同じトカマク）を使用して、ハイブリッドアプローチを実装するために使用できます。 さらに、液塩反応器は、マイナーアクチニド（照射された燃料で形成されるアメリシウム、キュリウム、ネプツニウムの長寿命同位体）の問題を、スカベンジャー反応器で「焼き尽くす」ことによって解決することを可能にします。 ですから、将来的には、原子力産業でトリウムなしでは成し遂げられないでしょう。」
ガソリンや従来のディーゼル燃料の燃焼による有害物質の過剰排出は、原子力エンジンを使って解決できるとしたらどうなるでしょうか。 感動しますか？ そうでない場合は、この資料を読み始める必要はありませんが、このトピックに関心のある方は、トリウム232同位体で動作する車の原子エンジンについて説明するので大歓迎です。
驚くべきことに、トリウム同位体の中で最も長い半減期を持ち、最も豊富なのはトリウム232です。 この事実を反省した後、アメリカの会社Laser Power Systemsの科学者たちは、トリウムを燃料として使用するエンジンを構築する可能性を発表しました。同時に、今日では絶対に現実的なプロジェクトです。
トリウムは、燃料として使用されると強力な位置を占め、「働く」と膨大な量のエネルギーを放出すると長い間考えられてきました。 科学者によると、わずか8グラムのトリウム232で、エンジンを100年間動作させることができます。 1グラムは28000リットルのガソリンよりも多くのエネルギーを生成します。 同意します、これは印象づけるのに失敗することはできません。
Laser PowerSystemsのCEOであるCharlesStevensによると、チームはすでに少量のトリウムを使用した実験を開始していますが、当面の目標は、プロセスに必要なレーザーを作成することです。 そのようなエンジンの動作原理を説明すると、古典的な発電所の動作を例として挙げることができます。 したがって、科学者の計画によれば、レーザーは容器を水で加熱し、結果として生じる蒸気はミニタービンの仕事に行きます。
ただし、LPSスペシャリストの発言がどれほど画期的であるように見えても、原子トリウムエンジンを使用するというアイデア自体は新しいものではありません。 2009年、Lauren Culeususは世界のコミュニティに将来のビジョンを示し、Cadillac World Thorium FuelConceptCarのデモを行いました。 そして、その未来的な外観にもかかわらず、コンセプトカーの主な違いは、トリウムを燃料として使用する自律運転用のエネルギー源の存在でした。
「科学者は、石炭よりも安価なエネルギー源を見つける必要があります。燃焼時に二酸化炭素がほとんどまたはまったく排出されません。 そうでなければ、このアイデアはまったく発展することができません」-トリウムの特性を研究する分野の専門家であるロバート・ハーグレイブ
現在、レーザーパワーシステムのスペシャリストは、大量生産用のエンジンのシリアルモデルの作成に全力を注いでいます。 しかし、最も重要な問題の1つは、「石油」の利益のためにロビー活動をしている国や企業がそのような革新にどのように反応するかということです。 時間だけが答えを教えてくれます。
面白い：
- トリウムの自然保護区はウランの自然保護区を3〜4倍上回っています
- 専門家はトリウム、特にトリウム232を「未来の核燃料」と呼んでいます
232Pa（β+）
236U（）
トリウム232は、他の天然のトリウム同位体と一緒に、ウランの同位体の崩壊の結果として微量に現れます。
形成と崩壊
トリウム232は、次の崩壊の結果として形成されます。
トリウム232の崩壊は、次のように発生します。
放出されたα粒子のエネルギーは、3947.2 keV（21.7％の場合）および4012.3 keV（78.2％の場合）です。
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ノート
- G.アウディ、A.H。 Wapstra、およびC. Thibault（2003）。 ""。 核物理学A 729 ：337-676。 DOI：10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003。 Bibcode：.
- G. Audi、O。Bersillon、J。Blachot、A。H. Wapstra（2003） ""。 核物理学A 729 ：3〜128。 DOI：10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001。 Bibcode：.
- ラザフォードアップルトン研究所。 . . （英語） （2010年3月4日閲覧）
- 世界原子力協会。 . . （英語） （2010年3月4日閲覧）
- （2004）""。 自然 17 : 117–120. （英語） （2010年3月4日閲覧）
トリウム232を特徴付ける抜粋
「これらは神の機械です」とアンドレイ王子は言いました。 彼らは私たちを父親に連れて行った。 そして、これは彼女が彼に従わない唯一のことです：彼はこれらの放浪者を運転するように命じ、そして彼女は彼らを受け入れます。-神の民とは何ですか？ ピエールは尋ねた。
アンドレイ王子は彼に答える時間がありませんでした。 使用人たちは彼に会いに出かけました、そして彼は老王子がどこにいるのか、そして彼らが彼をどれくらい早く待っているのか尋ねました。
老王子はまだ街にいて、毎分彼を待っていました。
アンドレイ王子はピエールを自分の宿舎に連れて行きました。彼はいつも父親の家で完璧な順序で彼を待っていました。そして彼自身が保育園に行きました。
「妹のところへ行きましょう」とアンドレイ王子はピエールに戻って言った。 -私はまだ彼女に会っていません。彼女は今、神の民と一緒に隠れて座っています。 彼女の権利に仕えなさい、彼女は当惑するでしょう、そしてあなたは神の民を見るでしょう。 C "est curieux、maparole。[これは正直なところ好奇心が強いです。]
--Qu "est ce que c" est que [What is]神の民？ ピエールは尋ねた。
-しかし、あなたは見るでしょう。
メアリー王女は、彼らが彼女に入ったとき、本当に恥ずかしくて、スポットで顔を赤らめました。 アイコンケースの前にランプが置かれた居心地の良い部屋、ソファ、サモワールで、彼女の隣に長い鼻と長い髪の少年、そして修道院のカソックに座っていました。
肘掛け椅子に、彼のそばに、しわの寄った細い老婆が子供の顔の柔和な表情で座っていた。
--Andre、pourquoi ne pas m "avoir prevenu？[Andrey、なぜ彼らは私に警告しなかったのですか？]-彼女は、鶏の前の鶏のように、放浪者の前に立って、柔和な非難で言いました。
– Charmee devousvoir。 Je suis tres contente de vous voir、[お会いできてとてもうれしいです。 お会いできてとてもうれしいです。]ピエールが彼女の手にキスをしている間、彼女はピエールに言った。 彼女は彼を子供の頃に知っていました、そして今やアンドレイとの彼の友情、彼の妻との彼の不幸、そして最も重要なことに、彼の親切で素朴な顔は彼女を彼に愛していました。 彼女は美しく輝く目で彼を見て、「私はあなたをとても愛していますが、私を笑わないでください」と言っているようでした。 挨拶の最初のフレーズを交換した後、彼らは座った。
「ああ、そしてイヴァヌシュカはここにいる」とアンドレイ王子は若い放浪者を笑顔で指差しながら言った。
–アンドリュー！ メアリー王女は懇願して言った。
--Il faut que vous sachiez que c "est une femme、[これが女性であることを知ってください]-アンドレイはピエールに言いました。
アンドレ、オテルオノンドゥデュー！ [アンドレイ、神のために！]-マリア王女を繰り返した。
アンドレイ王子の放浪者に対する嘲笑的な態度と、マリア王女による彼らへの無用な執り成しは、習慣的で確立された関係であったことは明らかでした。
--Mais、ma bonne amie、--Prince Andrei、--vous devriez au contraire m "etre reconaissante de ce que j" explique a Pierre votre intimite avec ce jeune homme ... [しかし、私の友人、あなたは私に感謝すべきですピエールにこの若い男との親密さを説明します。]
– Vrayment？ [本当に？]-ピエールは不思議なことに真剣に言った（メアリー王女は彼に特に感謝していた）。イヴァヌシュカの顔を眼鏡で覗き込んだ。
マリア王女は、自分の民にとって非常に不必要に当惑していました。 彼らはまったく躊躇しませんでした。 老婆は目を下げたが、新参者をちらっと見つめ、受け皿にカップを逆さまにたたき、砂糖をかじったものを横に置き、静かにそして動かずに椅子に座って、お茶が出されるのを待った。 受け皿から飲んでいるイヴァヌシュカは、眉の下からずる賢く女性的な目で若者たちを見ました。
-キーウのどこにありましたか？ アンドレイ王子は老婆に尋ねました。
-お父さん、-おばあさんはおとなしく答えました-クリスマス自体に、彼女は聖人、天国の秘密と通信することを光栄に思いました。 そして今、父、コリャージンから、大きな恵みが開かれました...
-さて、イヴァヌシュカはあなたと一緒ですか？
「私は一人で歩いている、稼ぎ手」とイヴァヌシュカは低音の声で話そうとして言った。 -ユーフノフでのみ、彼らはPelageyushkaに同意しました...
Pelageyushkaは彼女の同志を妨害しました。 彼女は自分が見たものを伝えたいようでした。
-父、コリャージンでは、大きな恵みが開かれました。
-まあ、新しい遺物？ アンドルー王子は尋ねた。
「もう十分だ、アンドレイ」とメアリー王女は言った。 -言わないで、ペラゲウシュカ。
-いいえ...お母さん、あなたは何ですか、教えてみませんか？ 私は、彼を愛しています。 彼は親切で、神に厳しくされ、彼は私に恩人、ルーブルをくれました、私は覚えています。 私がキーウにいたとき、聖なる愚か者であるキリュシャは私に話します-本当に神の人であり、彼は冬と夏に裸足で歩きます。 なぜあなたは歩いているのですか、彼は言います、あなたの場所から、Kolyazinに行きなさい、奇跡的なアイコンがあります、母の祝せられたおとめマリアが開きました。 それらの言葉で、私は聖人たちに別れを告げて行きました...
誰もが沈黙し、一人の放浪者が測定された声で話し、空気を吸い込んだ。
-私の父、人々は私に来ました、そして彼らは言います：偉大な恵みが開かれました、最も聖なる神の母の母で、ミルラは彼女の頬から滴り落ちています...
「まあ、まあ、まあ、後で教えてくれます」とマリヤ王女は顔を赤らめながら言った。
「彼女に聞いてみよう」とピエールは言った。 -自分で見ましたか？ - 彼は尋ねた。
