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| トリウム | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 発音 | / ˈ θ ɔːr i ə m / ( THOR -ee-əm ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 外観 | 銀色の | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 標準原子量 A r °(Th) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 周期表におけるトリウム | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 原子番号 ( Z ) | 90 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| グループ | f ブロック グループ(番号なし) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 期間 | 期間7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ブロック | fブロック | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子配置 | [ラン] 6d 2 7s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 殻あたりの電子数 | 2、8、18、32、18、10、2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物理的特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STPでの フェーズ | 固体 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融点 | 2023 K (1750 °C、3182 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 沸点 | 5061 K (4788 °C、8650 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 密度（20℃） | 11.725 g/cm3 [ 3] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融解熱 | 13.81 kJ/モル | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 蒸発熱 | 514kJ/モル | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| モル熱容量 | 26.230 J/(モル·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
蒸気圧
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| 原子特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 酸化状態 | −1、[4] +1、+2、+3、+4（弱塩基性酸化物） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気陰性度 | ポーリングスケール: 1.3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| イオン化エネルギー |
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| 原子半径 | 経験的: 179.8 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 共有結合半径 | 午後206±6時 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| その他のプロパティ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 自然発生 | 原始的な | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 結晶構造 | 面心立方(fcc) ( cF4 ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 格子定数 |  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱膨張 | 11.54 × 10 -6 /K (20 °C 時) [3] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱伝導率 | 54.0 W/(m⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気抵抗率 | 157 nΩ⋅m（0℃） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 磁気秩序 | 常磁性体[5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| モル磁化率 | 132.0 × 10 −6 cm 3 /モル（293 K）[6] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ヤング率 | 79GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| せん断弾性係数 | 31GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 体積弾性率 | 54GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 音速の 細い棒 | 2490 m/s (20 °C時) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ポアソン比 | 0.27 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| モース硬度 | 3.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ビッカース硬度 | 295～685MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ブリネル硬度 | 390～1500MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS番号 | 7440-29-1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 歴史 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ネーミング | 北欧神話の雷神トールにちなんで | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 発見 | イェンス・ヤコブ・ベルセリウス(1829) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| トリウムの同位体 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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トリウムは化学元素です。記号は Th、原子番号は90 です。トリウムは弱い放射性の軽い銀色の金属で、空気に触れるとオリーブグレーに変色し、二酸化トリウムを形成します。適度に柔らかく、展性があり、融点が高いです。トリウムは電気陽性のアクチニドで、その化学的性質は +4 の酸化状態が支配的です。非常に反応性が高く、細かく砕くと空気中で発火することがあります。
既知のトリウム同位体はすべて不安定です。最も安定な同位体である232 Thの半減期は 140.5 億年で、これは宇宙の年齢とほぼ同じです。これはアルファ崩壊によって非常にゆっくりと崩壊し、安定した208 Pbで終わるトリウム系列と呼ばれる崩壊系列を開始します。地球上では、トリウムとウランは、安定またはほぼ安定な同位体を持たず、原始元素として今でも大量に自然に存在する唯一の元素です。[a]トリウムは、地球の地殻中にウランの 3 倍以上豊富に存在すると推定されており、主に希土類金属の抽出の副産物としてモナザイト砂から精製されます。
トリウムは、1828年にノルウェーのアマチュア鉱物学者モーテン・スラーネ・エスマークによって発見され、スウェーデンの化学者イェンス・ヤコブ・ベルセリウスによって同定され、北欧神話の雷神トールにちなんで名付けられました。最初の用途は19世紀後半に開発されました。トリウムの放射能は、20世紀の最初の数十年間に広く認識されました。20世紀後半には、放射能に対する懸念から、多くの用途でトリウムが置き換えられました。
トリウムはTIG溶接電極の合金元素として現在でも使用されていますが、現場では徐々に異なる組成に置き換えられつつあります。また、高性能の光学機器や科学機器の材料でもあり、一部の放送用真空管やガスマントルの光源としても使用されていましたが、これらの用途は限界に達しています。原子炉の核燃料としてウランの代替品として提案されており、いくつかのトリウム原子炉が建設されています。トリウムは、マグネシウムの強化、電気機器のタングステン線のコーティング、電球、高温るつぼ、カメラや科学機器のレンズを含むガラスのタングステンの粒径制御にも使用されています。トリウムの他の用途には、耐熱セラミック、航空機エンジン、電球などがあります。海洋科学では、231 Pa / 230 Th同位体比を利用して古代の海を解明してきました。[9]
バルクプロパティ
トリウムは、適度に柔らかく、常磁性で、明るい銀色の放射性アクチニド金属で、曲げたり形を変えたりすることができます。周期表では、アクチニウムの右、プロトアクチニウムの左、セリウムの下に位置しています。純粋なトリウムは非常に延性があり、金属としては通常、冷間圧延、スウェージ加工、および引抜き加工が可能です。[10]室温では、トリウム金属は面心立方結晶構造をとります。他に2つの形があり、1つは高温（1360 °C以上、体心立方）で、もう1つは高圧（約100 GPa、体心正方）で形成されます。[10]
トリウム金属の体積弾性率（材料の圧縮に対する抵抗の尺度）は54 GPaで、スズ（58.2 GPa）とほぼ同じです。アルミニウムは75.2 GPa、銅は137.8 GPa、軟鋼は160～169 GPaです。[11]トリウムは軟鋼とほぼ同じ硬度なので、加熱するとシート状に巻いたり、ワイヤー状に引っ張ったりすることができます。[12]
トリウムはウランやプルトニウムのほぼ半分の密度で、その両方よりも硬い。[12] 1.4 K未満で超伝導になる。[10]トリウムの融点は 1750 °C で、アクチニウム (1227 °C) やプロトアクチニウム (1568 °C) よりも高い。第 7 周期の初め、フランシウムからトリウムへ、元素の融点は (他の周期と同様に) 上昇する。これは、各原子が寄与する非局在化電子の数がフランシウムの 1 個からトリウムの 4 個に増加し、これらの電子と金属イオンの電荷が 1 から 4 に増加するにつれてそれらの電子間の引力が大きくなるためである。トリウムに続いて、トリウムからプルトニウムにかけて融点が下がる傾向が新たに見られ、f電子の数が約0.4から約6に増加します。この傾向は、5f軌道と6d軌道の混成が増加し、方向性結合が形成され、より複雑な結晶構造と弱められた金属結合が生じるためです。[12] [13]（トリウム金属のf電子数は、5f-6dの重なりにより非整数です。）[13]少なくともミリグラム単位で研究できるカリホルニウムまでのアクチノイドの中で、トリウムは融点と沸点が最も高く、密度は2番目に低く、アクチニウムだけがより軽いです。トリウムの沸点は4788 °Cで、沸点がわかっているすべての元素の中で5番目に高いです。[b]
トリウムの特性は、サンプル中の不純物の程度によって大きく異なります。主な不純物は通常、二酸化トリウム ThO 2です。最も純粋なトリウムの標本でさえ、通常は約 10 分の 1 パーセントの二酸化トリウムが含まれています。[10]実験的に測定された密度は 11.5 ～ 11.66 g/cm 3です。これは、トリウムの格子定数から計算された理論的に予想される値 11.7 g/cm 3よりもわずかに低く、鋳造時に金属内に微細な空隙が形成されるためと考えられます。[10]これらの値は、隣接するアクチニウム (10.1 g/cm 3 ) とプロトアクチニウム (15.4 g/cm 3 ) の間にあり、初期のアクチニド全体の傾向の一部です。[10]
トリウムは他の多くの金属と合金を形成することができる。少量のトリウムを添加するとマグネシウムの機械的強度が向上し、トリウムアルミニウム合金は提案されている将来のトリウム原子炉でトリウムを貯蔵する方法として検討されている。トリウムはクロムおよびウランと共晶混合物を形成し、より軽い同族体であるセリウムとは固体および液体の両方で完全に混和する。[10]
同位体
ビスマス（元素番号83）までの2つの元素を除くすべての元素は、あらゆる目的に対して実質的に安定した同位体（「古典的に安定」）を持っていますが、テクネチウムとプロメチウム（元素番号43と61）は例外です。ポロニウム（元素番号84）以降のすべての元素は、測定可能な放射性があります。232 Thは、ビスマスを超える2つの核種（もう1つは238 U）のうちの1つで、半減期は数十億年で測定されます。その半減期は140.5億年で、地球の年齢の約3倍、宇宙の年齢よりもわずかに長いです。地球形成時に存在していたトリウムの5分の4が現在まで生き残っています。[15] [16] [17] 232 Thは、自然界に大量に発生する唯一のトリウムの同位体です。[15]その安定性は、142個の中性子を持つ閉じた核小殻に起因している。 [18] [19]トリウムは特徴的な地球同位体組成を持ち、原子量は 232.0377 ± 0.0004。[2]ビスマス、プロトアクチニウム、ウランとともに、地球上で標準原子量を決定できるほど大量に存在する4つの放射性元素のうちの1つです。[2]
トリウム原子核は、強い核力が陽子間の電磁気反発力に打ち勝つことができないため、アルファ崩壊を起こしやすい。 [20] 232 Thのアルファ崩壊は、質量数が4で割り切れる同位体を含む4n 崩壊系列を開始する（そのためこの名前がつき、元となった原子にちなんでトリウム系列とも呼ばれる）。この連続したアルファ崩壊とベータ崩壊の系列は、 232 Thから228 Raへの崩壊で始まり、 208 Pbで終了する。[15]トリウムまたはその化合物のサンプルには、タリウム、鉛、ビスマス、ポロニウム、ラドン、ラジウム、アクチニウムの同位体であるこれらの娘核種の痕跡が含まれている。 [15]天然のトリウムサンプルは化学的に精製して、がん治療の核医学で使用される212 Pbなどの有用な娘核種を抽出できる。[21] [22] 227 Th（半減期18.68日のアルファ線放出元素）は、標的アルファ線療法などのがん治療にも使用できます。[23] [24] [25] 232 Thも、アルファ崩壊ではなく自発核分裂を起こすことが非常にまれにあり、鉱物にその証拠を残しています（閉じ込められたキセノンガスが核分裂生成物として形成されます）が、このプロセスの部分半減期は10 21 年以上と非常に大きく、アルファ崩壊が優勢です。 [26] [27]
合計で32種の放射性同位体が特徴付けられており、質量数は207 [28]から238 [26]までの範囲である。232 Thの次に安定しているのは（それぞれの半減期とともに）230 Th（75,380年）、229 Th（7,917年）、228 Th（1.92年）、234 Th（24.10日）、227 Th（18.68日）である。これらの同位体はすべて、232 Th、235 U、238 U、237 Npの崩壊系列に存在するため、自然界では微量放射性同位体として存在する。237 Npは半減期が短い（214万年）ため自然界でははるか昔に絶滅しているが、ウラン鉱石中の中性子捕獲によって微量に生成され続けている。残りのトリウム同位体の半減期はすべて30日未満であり、その大部分は半減期が10分未満である。[15] 233 Th（半減期22分）は、天然の232 Thの中性子活性化の結果として自然に発生する。 [29] 226 Th（半減期31分）はまだ自然界で観測されていないが、天然の226 Raのまだ観測されていない二重ベータ崩壊によって生成されると考えられる。[30]
深海水中の同位体230Thは天然トリウムの0.02%です。 [7]これは、親核種の238 Uは水に溶けますが、230 Thは不溶性で堆積物に沈殿するためです。トリウム濃度の低いウラン鉱石を精製すると、グラムサイズのトリウムサンプルが生成されますが、 230 Thは238 Uの娘核種の1つであるため、その4分の1以上が230 Th同位体です。 [26]国際純正応用化学連合（IUPAC）は、 2013年にトリウムを二核種元素として再分類しました。以前は、トリウムは一核種元素と考えられていました。[31]
トリウムには、 216m1 Th、216m2 Th、229m Thの3つの核異性体（または準安定状態）が知られています。229m Thは、どの異性体よりも励起エネルギーが低く、[32]で測定されています。7.6 ± 0.5 eV 。これは非常に低いため、異性体遷移を起こすと、放出されるガンマ線は紫外線領域になります。[33] [34] [c] 229 Thから229m Thへの核遷移は、原子核時計として研究されています。[34]
トリウムの異なる同位体は化学的には同一ですが、物理的特性がわずかに異なります。たとえば、純粋な228 Th、229 Th、230 Th、および232 Th の密度は、それぞれ 11.5、 11.6、 11.6、および 11.7 g/cm 3になると予想されます。[36]同位体229 Th は、裸臨界質量2839 kg で核分裂性があると予想されていますが、鋼鉄反射体を使用するとこの値は 994 kg まで低下する可能性があります。[36] [d] 232 Th は核分裂性ではありませんが、中性子捕獲とそれに続くベータ崩壊によって核分裂性の233 Uに変換できるため、核分裂性があります。[36] [37]
放射年代測定
トリウム同位体を用いる放射年代測定法は2つある。1つは234 Uから230 Thへの崩壊に基づくウラン-トリウム年代測定法、もう1つは232 Thと230 Thの比率を測定するイオニウム-トリウム年代測定法である。 [e]これらは、 232 Thが原始放射性同位体であるが、230 Thは238 Uの崩壊系列の中間崩壊生成物としてのみ発生するという事実に依存している。 [38]ウラン-トリウム年代測定は、地球の年齢に比べて234 Uと230 Thの半減期が短いため、比較的短距離のプロセスである。また、このプロセスには、 235 Uが231 Thにアルファ崩壊する姉妹プロセスも伴い、231 Thはすぐにより長寿命の231 Paになり、このプロセスはウラン-トリウム年代測定の結果を確認するためによく使用される。ウラン-トリウム年代測定は、洞窟生成物やサンゴなどの炭酸カルシウム物質の年代を決定するために一般的に使用されています。これは、ウランがトリウムやプロトアクチニウムよりも水に溶けやすいためです。トリウムやプロトアクチニウムは海底堆積物に選択的に沈殿し、そこでそれらの比率が測定されます。この方法の範囲は数十万年です。[38] [39]イオニウム-トリウム年代測定は関連したプロセスであり、トリウム（ 232 Thと230 Thの両方）の不溶性、したがって海洋堆積物中に存在することを利用して、 232 Thと230 Thの比率を測定することでこれらの堆積物の年代を決定します。 [40] [41]これらの年代測定法は両方とも、堆積層が形成された期間中、 230 Thと232 Thの比率は一定であり、堆積層にはウランの崩壊による寄与以前にはトリウムが含まれていなかったこと、そしてトリウムは堆積層内で移動できないことを前提としています。[40] [41]
化学
トリウム原子は90個の電子を持ち、そのうち4個は価電子である。価電子が占有できる原子軌道は理論的には4つあり、5f、6d、7s、7pである。 [42]トリウムは周期表のfブロックに位置しているが、基底状態では異常な[Rn]6d 2 7s 2電子配置を示す。これは、初期アクチノイドの5fおよび6dサブシェルのエネルギーが非常に近く、ランタノイドの4fおよび5dサブシェルよりもさらに近いためである。トリウムの6dサブシェルのエネルギーは5fサブシェルよりも低い。これは、5fサブシェルが満たされた6sおよび6pサブシェルによって十分に遮蔽されず、不安定化しているためである。これは相対論的効果によるもので、周期表の底に近づくほど強くなる。具体的には相対論的スピン軌道相互作用である。トリウムの5f、6d、7sのエネルギー準位が近いため、トリウムはほぼ常に4つの価電子をすべて失い、最高の酸化状態である+4となる。これは、ランタノイド同族のセリウムとは異なる。セリウムも+4が最高の酸化状態であるが、+3が重要な役割を果たし、より安定している。トリウムは、イオン化エネルギーと酸化還元電位の点でセリウムよりも遷移金属のジルコニウムとハフニウムに非常に似ており、したがって化学的性質も似ている。この遷移金属のような挙動は、アクチニウムからアメリシウムまでのアクチノイド系列の前半では標準となっている。[43] [44] [45]
気体トリウム原子の異常な電子配置にもかかわらず、金属トリウムは 5f の関与が顕著である。[Rn]6d 2 7s 2配置を持ち、5f 軌道がフェルミ準位より上にあるトリウムの仮想的な金属状態は、第 4 族元素のチタン、ジルコニウム、ハフニウムのように六方最密充填構造であるはずであり、実際の面心立方構造ではない。実際の結晶構造は 5f 状態を前提としたときにのみ説明でき、トリウムが冶金学的に真のアクチニドであることを証明している。[13]
四価トリウム化合物は、銀や鉛と同様に、通常無色または黄色です。これは、 Th 4+イオンが5fまたは6d電子を持たないためです。[12]そのため、トリウムの化学は、安定した希ガス配置を持つ単一の反磁性イオンを形成する電気陽性金属の化学であり、トリウムとsブロックの主要族元素との類似性を示しています。 [46] [f]トリウムとウランは、放射能が低いため、実験室で特別な取り扱いを必要としないため、放射性元素の中で最も研究されています。[47]
反応性
トリウムは反応性が高く、電気陽性の金属である。Th 4+ /Th 対の標準還元電位は -1.90 V であり、ジルコニウムやアルミニウムよりもやや電気陽性である。[48]細かく砕いたトリウム金属は自然発火性を示し、空気中で自然発火する。[10]空気中で加熱すると、トリウムの削りくずが発火し、明るい白色光を発して燃焼し、二酸化物を生成する。バルクでは、純粋なトリウムと空気の反応は遅いが、数か月後には腐食が発生する可能性がある。ほとんどのトリウムサンプルはさまざまな程度の二酸化物で汚染されており、これが腐食を大幅に加速させる。[10]このようなサンプルは徐々に変色し、表面が灰色になり、最終的には黒くなる。[10]
標準温度および圧力では、トリウムは水にゆっくりと浸食されますが、ほとんどの一般的な酸には容易に溶解しません。ただし、塩酸では溶解し、ThO(OH,Cl)Hの黒い不溶性残留物を残します。[10] [49]少量の触媒フッ化物イオンまたはフッ化ケイ酸イオンを含む濃硝酸には溶解します。[10] [50]これらが存在しない場合は、ウランやプルトニウムの場合と同様に、硝酸塩による不動態化が発生する可能性があります。 [10] [51] [52]
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無機化合物
トリウムと非金属の二元化合物のほとんどは、元素を一緒に加熱することで作ることができます。[53]空気中では、トリウムは燃焼して蛍石構造を持つThO 2を形成します。[54]二酸化トリウムは耐火性物質であり、既知の酸化物の中で最も高い融点（3390 °C）を持っています。[55]やや吸湿性があり、水や多くのガスと容易に反応します。[56]フッ化物が存在すると濃硝酸に簡単に溶解します。[57]
空気中で加熱されると、二酸化トリウムは強い青色光を発する。ThO 2 をより軽い同族体の二酸化セリウム（CeO 2 、セリア）と混合すると、光は白色になる。これが、かつてガスマントルによく使われていた理由である。[56]この効果には炎は必要ではない。1901年に、熱いウェルスバッハ・ガスマントル（1%の CeO 2 を含む ThO 2 を使用）が、冷たく点火していない可燃性ガス（どれ？）と空気の混合物にさらされても「完全な輝き」を保つことが発見された。[58]二酸化トリウムが発する光は、同じ温度での白熱から予想される黒体放射よりも波長が高く、この効果はカンドルミネッセンスと呼ばれる。これは、ThO 2 : Ce が、炎中に高濃度で出現し、脱励起によって大量のエネルギーが放出されるフリーラジカルの再結合の触媒として働くために生じる。ガスマントルのように1%の二酸化セリウムを加えると、スペクトルの可視領域の放射率が上昇し、効果が高まります。しかし、セリウムはトリウムとは異なり、複数の酸化状態で存在できるため、その電荷、したがって可視放射率は、炎のどの部分に存在するかによって異なります（そのような部分は化学組成が異なり、したがって酸化または還元の程度が異なるため）。[58]
硫黄、セレン、テルルとの二元系トリウムカルコゲニドやオキシカルコゲニドもいくつか知られている。[59]
4種類のトリウムテトラハライドがすべて知られており、低原子価の臭化物やヨウ化物もいくつか知られている。[60]テトラハライドはすべて8配位の吸湿性化合物で、水などの極性溶媒に容易に溶解する。[61]関連するポリハライドイオンも多数知られている。 [60]テトラフッ化トリウムは、テトラフッ化ジルコニウムやテトラフッ化ハフニウムのような単斜晶系の結晶構造を持ち、Th 4+イオンはF −イオンと幾分歪んだ四角形の逆柱状に配位している。[60]他のテトラハライドは、代わりに12面体構造をしている。[61]低価のヨウ化物ThI 3 (黒色) とThI 2 (金色) も、テトラヨウ化物をトリウム金属で還元することで調製できる。これらにはTh(III) とTh(II) は含まれていないが、代わりにTh 4+が含まれており、エレクトライド化合物としてより明確に定式化できる可能性がある。[60]アルカリ金属、バリウム、タリウム、アンモニウムとの多元ハロゲン化物は、トリウムのフッ化物、塩化物、臭化物として知られている。 [60]例えば、フッ化カリウムとフッ化水素酸で処理すると、Th4 +は錯陰イオン[ThF6 ] 2− （ヘキサフルオロトリウム（IV））を形成し、不溶性の塩K2 [ThF6 ]（ヘキサフルオロトリウム（IV））として沈殿する。[ 50]
トリウムのホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物は、ウランやプルトニウムと同様に耐火性物質であるため、核燃料として注目されている。[53] 4つのより重い窒素元素（リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス）もすべて2元トリウム化合物を形成する。トリウムゲルマニウム化物も知られている。[62]トリウムは水素と反応してトリウム水素化物ThH 2およびTh 4 H 15を形成し、後者は7.5～8 K以下で超伝導性を示す。標準温度および圧力では、金属のように電気を伝導する。[63]水素化物は熱的に不安定で、空気や湿気にさらされると容易に分解する。[64]
錯体化合物
酸性水溶液中では、トリウムは正四価アクアイオン [Th(H 2 O) 9 ] 4+として存在し、三頂三角柱分子構造を持っています。[65] [66] pH < 3では、トリウム塩の溶液はこの陽イオンが主です。[65] Th 4+イオンは正四価アクチニドイオンの中で最大であり、配位数に応じて半径は0.95〜1.14Åになります。[65]電荷が高いため酸性が強く、亜硫酸よりわずかに強い。そのため加水分解や重合を起こしやすい（ただしFe 3+ほどではない）。pH 3以下の溶液では主に[Th 2 (OH) 2 ] 6+になるが、よりアルカリ性の溶液では重合が続き、ゼラチン状の水酸化物Th(OH) 4が形成されて沈殿する（ただし、沈殿前に重合が遅くなることが多いため、平衡に達するまでに数週間かかることがある）。[67]硬いルイス酸であるTh 4+ は、酸素原子をドナーとする硬い配位子を好む。硫黄原子をドナーとする錯体は安定性が低く、加水分解を受けやすい。[43]
トリウムはサイズが大きいため、高い配位数を持つことが一般的です。硝酸トリウム五水和物は配位数11の最初の例として知られ、シュウ酸四水和物は配位数10、水素化ホウ素（マンハッタン計画で初めて調製）は配位数14です。[67]これらのトリウム塩は、水や極性有機溶媒への溶解度が高いことで知られています。[12]
多原子陰イオンを持つ他の多くの無機トリウム化合物が知られており、例えば過塩素酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、リン酸塩、バナジウム酸塩、モリブデン酸塩、クロム酸塩、およびそれらの水和物などである。[68]これらはトリウムの精製と核廃棄物の処分において重要であるが、そのほとんどは、特に構造特性に関して、まだ十分に特徴付けられていない。[68]例えば、硝酸トリウムは、水酸化トリウムと硝酸の反応によって生成される。これは水とアルコールに溶け、トリウムとその化合物の精製における重要な中間体である。[68]シュウ酸塩、クエン酸塩、EDTAなどの有機リガンドとのトリウム錯体は、はるかに安定している。天然のトリウム含有水中では、無機配位子の濃度が有機配位子の濃度よりもはるかに高い場合でも、有機トリウム錯体の濃度は通常、無機錯体の濃度よりも桁違いに高くなります。[65]
2021年1月、中心のトリウムカチオンによって安定化された12個のビスマス原子からなる大きな金属クラスターアニオンで芳香族性が観測されました。 [69]この化合物は、これまで知られている多くの芳香族金属クラスターとは異なり、驚くほど安定していることが示されました。
有機トリウム化合物
有機トリウム化合物に関する研究のほとんどは、シクロペンタジエニル錯体とシクロオクタテトラエニルに集中している。初期および中期アクチノイドの多く（アメリシウムまで、キュリウムでも予想される）と同様に、トリウムはシクロオクタテトラエニド錯体、すなわち黄色のTh(C 8 H 8 ) 2、トロセンを形成する。これは、よりよく知られている類似のウラン化合物であるウラノセンと同型である。[70]これは、ドライアイスの温度でテトラヒドロフラン（THF）中でK 2 C 8 H 8と四塩化トリウムを反応させるか、または四フッ化トリウムをMgC 8 H 8と反応させることによって製造できる。[70]これは空気中では不安定で、水中または190 °Cで分解する。[70]ピアノスツール構造を持ち、テトラヒドロフラン中でトロセンと四塩化トリウムを反応させることで作られる（η8-C8H8）ThCl2（THF）2などの半サンドイッチ化合物も知られている。[43]
最も単純なシクロペンタジエニルはTh(C 5 H 5 ) 3とTh(C 5 H 5 ) 4で、多くの誘導体が知られています。前者（紫と緑の2つの形があります）は、形式上の+3酸化状態のトリウムのまれな例です。[70] [71]誘導体では形式上の+2酸化状態が発生します。[72]塩化物誘導体[Th(C 5 H 5 ) 3 Cl]は、限られた量のKC 5 H 5を使用して四塩化トリウムを加熱することによって生成されます（他の一価金属シクロペンタジエニルも使用できます）。アルキル誘導体とアリール誘導体は塩化物誘導体から生成され、Th–Cシグマ結合の性質を研究するために使用されています。[71]
その他の有機トリウム化合物は十分に研究されていない。テトラベンジルトリウムTh(CH 2 C 6 H 5 ) 4およびテトラアリルトリウムTh(CH 2 CH=CH 2 ) 4は知られているが、その構造は決定されていない。これらは室温でゆっくりと分解する。トリウムは、モノキャップ三方柱状アニオン[Th(CH 3 ) 7 ] 3−、ヘプタメチルトリウム(IV)を形成し、これが塩[ Li(tmeda)] 3 [Th(CH 3 ) 7 ] (tmeda = (CH 3 ) 2 NCH 2 CH 2 N(CH 3 ) 2 )を形成する。 1つのメチル基はトリウム原子にのみ結合しており（Th–C距離257.1 pm）、他の6つはリチウム原子とトリウム原子に結合している（Th–C距離265.5–276.5 pm）が、溶液中では同等に挙動する。テトラメチルトリウムTh(CH 3 ) 4は知られていないが、その付加物はホスフィン配位子によって安定化されている。[43]
発生
形成
232 Thは原始核種であり、現在の形で100億年以上存在しています。これはr過程で形成されました。r過程はおそらく超新星と中性子星の合体で発生します。これらの激しいイベントにより、Thは銀河中に散らばりました。[73] [74]「r」は「急速中性子捕獲」の略で、コア崩壊型超新星で発生します。この超新星では、56 Feなどの重い種核が急速に中性子を捕獲し、中性子ドリップラインにぶつかります。これは、中性子が捕獲される速度が、結果として生じる核種が安定に向かってベータ崩壊する速度よりはるかに速いためです。高原子番号ではクーロン障壁が増加して荷電粒子間の相互作用が困難になり、56 Feを超える核融合は吸熱的であるため、中性子捕獲は星が鉄を超える元素を合成する唯一の方法です。[75] 209 Biを超えると急激に安定性が失われるため、r過程はトリウムとウランを生成できる唯一の恒星内元素合成過程である。他のすべての過程は遅すぎて、中間核はこれらの元素に到達するのに十分な中性子を捕獲する前にアルファ崩壊する。[73] [76] [77]
豊富
宇宙において、トリウムは原始元素の中でも最も希少な元素の一つであり、宇宙存在比では77位にランクされています[73] [78]。これは、トリウムがr過程でのみ生成できる2つの元素のうちの1つであり（もう1つはウラン）、また、生成された瞬間からゆっくりと崩壊しているためです。トリウムよりも希少な原始元素は、ウランと同様に、r過程存在比の3番目のピークの直前の奇数元素であるツリウム、ルテチウム、タンタル、レニウムのみです。[73] [75] [g]遠い昔、トリウムとウランの存在量はプルトニウムとキュリウムの同位体の崩壊によって濃縮され、トリウムは236 Uから232 Thへの崩壊と235 Uの自然減少によってウランに対して濃縮されましたが、これらの源ははるか昔に崩壊し、もはや寄与していません。[79]
地球の地殻では、トリウムははるかに豊富です。8.1 g/トンの存在量は、重元素の中で最も豊富であり、鉛（13 g/トン）とほぼ同じで、スズ（2.1 g/トン）よりも豊富です。[80]これは、トリウムがコアに沈まない酸化鉱物を形成する可能性が高いためです。ゴールドシュミット分類では、トリウムは親岩に分類されており、通常は酸素と結合して見つかります。一般的なトリウム化合物は水に溶けにくいです。したがって、地球と太陽系全体での難溶性元素の相対的な存在量は同じですが、地殻ではトリウムの方が白金族重金属よりもアクセスしやすいです。[81]
地球上で
天然のトリウムは通常、ほぼ純粋な232 Th で、これは最も長寿命で最も安定したトリウム同位体であり、半減期は宇宙の年齢に匹敵します。[26]その放射性崩壊は、地球の内部熱に対する最大の単一寄与物質です。他の主要な寄与物質は、より短寿命の原始放射性核種であり、寄与率の高い順に、 238 U、40 K、235 U です。(地球の形成時には、半減期が短いため、40 K と235 U の寄与がはるかに大きかったが、より急速に崩壊したため、 232 Th と238 U の寄与が優勢になりました。) [86]その崩壊により、地球のトリウム含有量は徐々に減少しています。現在、地球には、地球形成時の量の約 85% のトリウムが含まれています。[55]他の天然トリウム同位体ははるかに短寿命であり、そのうち230Thのみが通常検出可能であり、その親元素である238Uと永年平衡状態にあり、天然トリウムの最大0.04％を占めています。[26] [h]
トリウムはほとんどの鉱物の微量成分としてのみ存在し、このため以前は希少であると考えられていました。[88] [89]実際、トリウムは地殻で37番目に豊富な元素であり、存在率は12 ppmです。[90]自然界では、トリウムはウラン(IV)、ジルコニウム(IV)、ハフニウム(IV)、セリウム(IV)とともに+4の酸化状態で存在し、またスカンジウム、イットリウム、および同様のイオン半径を持つ3価ランタノイドとともに存在します。[88]トリウムの放射能のため、トリウムを含む鉱物は多くの場合メタミクト（非晶質）であり、その結晶構造はトリウムによって生成されたアルファ線によって損傷を受けています。[91]極端な例としてはエカナイト（Ca,Fe,Pb）2（Th,U）Si8O20があるが、これはトリウムを含んでいるため、非メタミクトの形で存在することはほとんどありません。[ 92 ]
モナザイト（主に様々な希土類元素のリン酸塩）は、インド、南アフリカ、ブラジル、オーストラリア、マレーシアを中心に世界中で大規模な鉱床が産出するため、トリウムの最も重要な商業的供給源である。平均して約2.5％のトリウムを含むが、鉱床によっては20％まで含むこともある。[88] [93]モナザイトは化学的に反応しない鉱物で、黄色または茶色の砂として発見される。反応性が低いため、トリウムを抽出するのは困難である。[88] アラナイト（主に様々な金属のケイ酸塩-水酸化物）には0.1～2％のトリウムが含まれ、ジルコン（主にジルコニウムケイ酸塩、ZrSiO 4）には最大0.4％のトリウムが含まれる。[88]
二酸化トリウムは、希少鉱物のトリアナイトとして産出する。二酸化ウランと同型であるため、これら2つの一般的なアクチノイド二酸化物は固体溶液を形成することができ、鉱物の名前はThO 2含有量に応じて変化する。[88] [i]トリウムライト（主にトリウムケイ酸塩、ThSiO 4）もトリウム含有量が高く、トリウムが最初に発見された鉱物である。[88]トリウムケイ酸塩鉱物では、Th 4+とSiO 4−4イオンは、M 3+（M = Sc、Y、またはLn）およびリン酸（PO3−4）イオンである。[88]二酸化トリウムは非常に不溶性であるため、放出されても通常は環境中に急速に拡散しない。Th4 +イオンは特に酸性土壌に溶けやすく、そのような条件ではトリウム濃度が高くなる可能性がある。[55]
歴史
誤った報告
1815年、スウェーデンの化学者イェンス・ヤコブ・ベルセリウスは、スウェーデン中部のファルンの銅鉱山から採取した珍しいガドリナイトのサンプルを分析した。彼は白い鉱物の含浸痕跡に気付き、慎重に未知の元素の土（現代の化学用語では酸化物）であると推測した。ベルセリウスは既にセリウムとセレンという2つの元素を発見していたが、一度公に間違いを犯し、新しい元素ガニウムを発表したが、それは後に酸化亜鉛であることが判明した。[95]ベルセリウスは1817年にこの推定元素を「トリウム」と個人的に命名し[96] 、その推定酸化物を北欧神話の雷神トールにちなんで「トリナ」と名付けた。[97] 1824年、ノルウェーのヴェストアグデルで同じ鉱物の鉱床がさらに発見された後、その鉱物（後にゼノタイムと名付けられた）が主にリン酸イットリウムであることが判明したため、彼は発見を撤回した。[37] [95] [98] [99]
発見
1828年、モルテン・トラネ・エスマークはノルウェーのテレマルク県ロヴォヤ島で黒い鉱物を発見した。彼はノルウェーの司祭でアマチュア鉱物学者であり、牧師を務めていたテレマルクで鉱物を研究していた。彼はこの標本のような最も興味深い標本を、クリスチャニア（現在のオスロ）にある王立フレデリック大学の鉱物学と地質学の教授であり、著名な鉱物学者であった父イェンス・エスマークによく送っていた。 [100]父のエスマークはそれが既知の鉱物ではないと判断し、検査のためにサンプルをベルセリウスに送った。ベルセリウスはそれが新元素を含むことを突き止めた。[37]彼は1829年に、 K[ThF 5 ]（ペンタフルオロトリウム（IV）酸カリウム）をカリウム金属で還元して不純なサンプルを単離し、その発見を発表した。 [101] [102] [103]ベルセリウスは、以前に発見されたとされる元素の名前を再利用し[101] [104]、その起源となる鉱物をトーライトと名付けた。[37]
ベルセリウスは、この新しい金属とその化合物の初期の特性評価を行った。彼は、酸化トリウムのトリウムと酸素の質量比が 7.5 であると正しく判定した (実際の値はそれに近い約 7.3)。しかし、彼はこの新しい元素が四価ではなく二価であると仮定し、原子質量を酸素 (120 amu ) の 7.5 倍と計算した。実際は 15 倍である。[j]彼は、トリウムが非常に電気陽性な金属であり、電気陽性度ではセリウムより高く、ジルコニウムより低いと判定した。[105]金属トリウムは、1914 年にオランダの起業家であるディルク・レリー・ジュニアとロデウェイク・ハンブルガーによって初めて単離された。[k]
初期の化学物質分類
ドミトリ・メンデレーエフが1869年に発表した周期表では、トリウムと希土類元素は表の本体の外側、アルカリ土類金属の後の縦周期の終わりに配置されていた。これは、当時トリウムと希土類金属は2価であると信じられていたことを反映している。後に希土類金属は主に3価でトリウムは4価であると認識されたため、メンデレーエフは1871年にセリウムとトリウムをIV族に移動させた。このIV族には、現代の炭素族（第14族）とチタン族（第4族）も含まれていたが、これはそれらの最大酸化数が+4であったためである。[108] [109]セリウムはすぐに表の本体から削除され、別のランタノイド系列に配置された。トリウムは、チタンやジルコニウムなどのそのグループのより軽い同族元素と特性が似ているため、第4族に残された。[110] [l]
最初の使用
トリウムは1828年に発見されましたが、その最初の応用は1885年にオーストリアの化学者カール・アウアー・フォン・ヴェルスバッハがガスマントルを発明したときにまで遡ります。これは、燃焼ガス燃料によって加熱された酸化トリウムの白熱から光を生成する携帯型光源です。[37]その後、トリウムとその化合物には、セラミック、炭素アークランプ、耐熱るつぼ、アンモニアから硝酸への酸化などの工業用化学反応の触媒など、多くの用途が見つかりました。[111]
放射能
トリウムは、1898年にドイツの化学者ゲルハルト・カール・シュミットによって初めて放射性であることが観察され、その年の後半にはポーランド系フランス人物理学者マリー・キュリーによって独立に観察された。これは、1896年にフランスの物理学者アンリ・ベクレルによってウランの放射能が発見されて以来、放射性であることが発見された2番目の元素であった。[112] [113] [114] 1899年から、ニュージーランドの物理学者アーネスト・ラザフォードとアメリカの電気技師ロバート・ボウイ・オーウェンズは、トリウムからの放射線を研究し、初期の観察ではそれが著しく変化することを示した。これらの変化は、トリウムの短寿命の気体娘核種によるものであると判明し、彼らはそれが新しい元素であることを確認した。この元素は現在ラドンと名付けられており、自然界でウランではなくトリウムの娘核種として発見された唯一の希少な放射性元素である。[115]
ラドンの寄与を考慮した後、ラザフォードは、当時イギリスの物理学者フレデリック・ソディと共同研究を行っていたが、1900年から1903年にかけての研究で、トリウムが時間の経過とともに一定の割合で他の一連の元素に崩壊することを示した。この観察により、半減期がアルファ粒子実験の結果の1つであると特定され、放射能の崩壊理論につながった。[116]放射線の生物学的影響は1903年に発見された。 [117]放射能という新しく発見された現象は、科学者だけでなく一般大衆も興奮させた。1920年代には、トリウムの放射能は、リウマチ、糖尿病、性的インポテンツの治療薬として宣伝された。1932年、放射能の健康への影響に関する連邦政府の調査の後、米国ではこれらの用途のほとんどが禁止された。[118]米国では1万人がX線診断中にトリウムを注射され、後に白血病や染色体異常などの健康問題を抱えていることが判明した。[55] 1930年代末までに放射能に対する国民の関心は低下した。[118]
さらなる分類
19世紀後半まで、化学者の間では、トリウムとウランがそれぞれ第4族と第6族の最も重い元素であることに異論はなかった。第6行目にランタノイドが存在することは、一度限りの偶然の産物であると考えられていた。1892年、イギリスの化学者ヘンリー・バセットは、トリウムとウランがランタノイドに類似していると考え、既知および未発見の元素を収容するために周期表の2番目の非常に長い行を仮定した。1913年、デンマークの物理学者ニールス・ボーアは、原子とその電子軌道の理論モデルを発表し、すぐに広く受け入れられた。このモデルは、周期表の第7行でも、第6行でランタノイドが5d遷移金属の前にあるように、遷移元素で満たされたd殻の前にf殻が満たされるべきであることを示した。[108]アクチノイドの形での第二の内部遷移系列の存在は、ランタノイドの電子構造との類似性が確立されるまで受け入れられなかった。[119]ボーアは、5f軌道の充填がウランの後まで遅れる可能性があることを示唆した。[108]
プルトニウム以降のランタノイドと同様に支配的な+3および+4の酸化状態を持つ最初の超ウラン元素の発見によって初めて、アクチノイドは確かにd軌道ではなくf軌道を満たしており、初期のアクチノイドの遷移金属のような化学は例外であり、規則ではなかったことが認識されました。 [120] 1945年、アメリカの物理学者グレン・T・シーボーグと彼のチームが超ウラン元素のアメリシウムとキュリウムを発見したとき、彼はアクチノイド概念を提唱し、トリウムが4番目のdブロック列のハフニウムのより重い同族体ではなく、ランタノイドに類似したfブロックアクチノイドシリーズの2番目のメンバーであることを認識しました。[110] [m]
段階的に廃止
1990年代には、安全と環境への懸念から、より安全な代替品が見つかったため、トリウムの放射能に依存しない用途のほとんどは急速に減少しました。[37] [123]放射能にもかかわらず、この元素は適切な代替品が見つからない用途で使用され続けています。米国のオークリッジ国立研究所による1981年の研究では、トリウムガスマントルを毎週末使用しても人には安全であると推定されましたが、 [123]マントルを製造する人々が受ける線量や、一部の工場敷地周辺の土壌には当てはまりませんでした。[124]一部の製造業者は、イットリウムなどの他の材料に切り替えました。[125]つい最近の2007年でも、一部の企業は放射能に関する適切な情報を提供せずにトリウムマントルを製造・販売し続けており、中には非放射性であると誤って主張している企業もありました。[123] [126]
原子力
トリウムはプロトタイプ規模で電源として使われてきた。最も古いトリウムベースの原子炉は、1962年に米国ニューヨーク州ブキャナンにあるインディアンポイントエネルギーセンターに建設された。 [127]この技術の商業化に挑戦する最初の国は中国かもしれない。[128]世界で最も多くのトリウムの推定埋蔵量を持つ国はインドであるが、ウランの埋蔵量は少ない。1950年代、インドは3段階の原子力発電計画でエネルギー自給自足の達成を目標としていた。[129] [130]ほとんどの国ではウランが比較的豊富で、トリウムベースの原子炉の進歩は遅かった。20世紀には、インドで3基、他の地域で12基の原子炉が建設された。[131] 1996年に国際原子力機関がトリウム原子炉の使用を研究する大規模な研究を開始し、1年後には米国エネルギー省が研究を開始した。イスラエルのテルアビブ大学のアルヴィン・ラドコウスキーは、ペンシルベニア州のシッピングポート原子力発電所の主任設計者であり、同発電所はアメリカで初めてトリウムを増殖させた民間原子炉であった。 [132]彼は、米国のレイセオン原子力研究所やブルックヘブン国立研究所、ロシアのクルチャトフ研究所など他の研究所を含むトリウム原子炉開発のためのコンソーシアムを設立した。[133]
21世紀には、核拡散を減らすトリウムの可能性と廃棄物の特性により、トリウム燃料サイクルへの関心が再び高まった。[134] [135] [136]インドは、2050年までに電力需要の30％をトリウムベースの原子力で賄うことを計画している。2014年2月、インドのムンバイにあるバーバ原子力研究センター（BARC）は、燃料コアとしてトリウムを燃焼する「次世代原子炉」の最新設計を発表し、これを先進型重水炉（AHWR）と名付けた。2009年、インド原子力委員会の委員長は、インドは「膨大なトリウム資源に基づいてエネルギー自立を目指すという長期目標」を持っていると述べた。
2023年6月16日、中国国家原子力安全局は中国科学院上海応用物理研究所（SINAP）に、2021年8月に完成した2MWtの液体燃料トリウムベースの溶融塩実験炉TMSR-LF1の運転開始の許可を発行した。 [137]中国は世界最大級のトリウム埋蔵量を持つと考えられている。その埋蔵量の正確な大きさは公表されていないが、2万年以上の国全体のエネルギー需要を満たすのに十分であると推定されている。[138]
核兵器
マンハッタン計画で初めてグラム単位のプルトニウムが生成された際、微量同位体（240 Pu）がかなりの自発核分裂を起こすことが発見され、プルトニウムを燃料とする銃型核兵器の実現可能性が疑問視された。ロスアラモスチームがこの問題を回避するために爆縮型兵器の開発に着手した一方で、シカゴチームは原子炉設計の解決策を議論した。ユージン・ウィグナーは、240 Puで汚染されたプルトニウムを使用して、特殊な転換炉でトリウムを233 Uに変換することを提案した。233 Uは銃型兵器に使用できると仮定されたが、 232 Uによる汚染が懸念された。爆縮型兵器の進歩は十分であり、この転換炉はそれ以上開発されなかったが、その設計は原子力の発展に多大な影響を及ぼした。これは、将来の海軍や商用の原子炉に類似した高濃縮水冷却水減速炉の最初の詳細な説明であった。[139]
冷戦中、米国は核爆弾に使用する233 Uの供給源として232 Thを使用する可能性を模索し、 1955年に試験爆弾を発射した。[140]彼らは、 233 Uを使用した爆弾は非常に強力な兵器になるが、当時のウラン・プルトニウム爆弾に比べて持続的な「技術的利点」はほとんどないと結論付けた。 [141]特に、233 Uは同位体的に純粋な形で生成するのが難しいためである。[140]
トリウム金属は、米国が配備した少なくとも1つの核兵器設計（W71 ）の放射線ケースに使用されました。[142]
生産
需要が低いため、トリウムのみを採掘する鉱山は採算が取れず、ほとんどの場合、希土類元素とともに採掘される。希土類元素自体も、他の鉱物の生産時に副産物として生産されることがある。[143]現在、生産にモナザイトが依存しているのは、トリウムが主に副産物として生産されているためである。トリウムは、トリウムを多く含むトーライトなどの他の資源で、需要が高まれば容易に生産に利用できる。[144]トリウム資源の分布に関する現在の知識は乏しく、需要が低いため探査活動は比較的小規模である。[145] 2014年、トリウムの抽出元となるモナザイト濃縮物の世界の生産量は2,700トンであった。[146]
トリウムの一般的な生産ルートは、トリウム鉱物の濃縮、濃縮物からのトリウムの抽出、トリウムの精製、および（オプションとして）二酸化トリウムなどの化合物への変換から構成されます。[147]
集中
トリウム抽出用のトリウム鉱物には、一次鉱床と二次鉱床の2つのカテゴリーがあります。一次鉱床は酸性の花崗岩マグマとペグマタイトに存在します。それらは濃縮されていますが、サイズは小さいです。二次鉱床は花崗岩山脈地域の河口に存在します。これらの鉱床では、トリウムは他の重鉱物とともに濃縮されています。[48]初期濃度は鉱床の種類によって異なります。[147]
一次鉱床の場合、通常は採掘によって得られるペグマタイトの原料は、小さな部分に分割され、浮選にかけられる。アルカリ土類金属炭酸塩は、塩化水素との反応後に除去される可能性があり、その後、濃縮、濾過、焼成が行われる。その結果、希土類元素含有量が最大90％の濃縮物が得られる。[147]二次材料（海岸砂など）は重力分離にかけられる。その後、一連の磁石の強さが増す磁気分離が行われる。この方法で得られるモナザイトは、純度が98％に達することもある。[147]
20世紀の工業生産は、鋳鉄容器で高温の濃硫酸で処理し、その後、水で希釈して選択的に沈殿させるという、その後の工程に依存していた。この方法は、技術の特性と濃縮物の粒度に依存していた。多くの代替案が提案されたが、経済的に効果的であることが証明されたのは、高温の水酸化ナトリウム溶液によるアルカリ分解法だけだった。これは元の方法よりも高価だが、トリウムの純度が高く、特に、濃縮物からリン酸塩が除去される。[147]
酸消化
酸分解は 2 段階のプロセスで、210～230 °C で最大 93% の硫酸を使用します。最初に、砂の質量の 60% を超える硫酸が加えられ、生成物が形成されるにつれて反応混合物を濃くします。次に、発煙硫酸が加えられ、混合物は希釈後に残る溶液の体積を減らすためにさらに 5 時間同じ温度に保たれます。硫酸の濃度は、反応速度と粘度に基づいて選択されます。どちらも濃度とともに増加しますが、粘度は反応を遅らせます。温度を上げると反応も速くなりますが、300 °C 以上の温度は不溶性のピロリン酸トリウムが形成されるため避ける必要があります。溶解は非常に発熱性であるため、モナザイト砂を酸に急速に加えることはできません。逆に、200 °C 未満の温度では、反応が十分に速く進まないため、このプロセスは実用的ではありません。反応性モナザイトの表面を塞ぐ沈殿物が形成されないようにするために、使用する酸の量は、化学量論から予想される60%ではなく、砂の2倍にする必要があります。次に、混合物を70℃に冷却し、その10倍の量の冷水で希釈します。これにより、残りのモナザイトは底に沈み、希土類元素とトリウムは溶液中に残ります。希土類元素はpH 2まで沈殿しないため、トリウムはpH 1.3でリン酸塩として沈殿させることで分離できます。[147]
アルカリ消化
アルカリ分解は、30～45%水酸化ナトリウム溶液中で約140℃で約3時間行われる。温度が高すぎると、溶解度の低い酸化トリウムと濾液中の過剰のウランが形成され、アルカリ濃度が低すぎると反応が非常に遅くなる。これらの反応条件はかなり穏やかで、粒子サイズが45μm未満のモナザイト砂が必要である。濾過後、濾過ケーキにはトリウムと希土類元素が水酸化物として、ウランが二ウラン酸ナトリウムとして、リン酸塩がリン酸三ナトリウムとして含まれる。これは、60℃以下に冷却するとリン酸三ナトリウム十水和物が結晶化する。この生成物中のウラン不純物は、反応混合物中の二酸化ケイ素の量に応じて増加するため、商業的使用の前に再結晶化が必要となる。水酸化物は、80℃で37%塩酸に溶解される。残った沈殿物を濾過し、47%水酸化ナトリウムを加えると、pH 5.8 付近でトリウムとウランが沈殿する。沈殿物を完全に乾燥させないようにする必要がある。空気によってセリウムが +3 から +4 の酸化状態に酸化され、形成されたセリウム(IV) が塩酸から遊離塩素を放出する可能性があるためである。希土類元素は、より高い pH で再び沈殿する。沈殿物は元の水酸化ナトリウム溶液で中和されるが、希土類元素リン酸塩の沈殿を避けるために、まずリン酸塩の大部分を除去する必要がある。溶媒抽出法を使用して、得られた濾過ケーキを硝酸に溶解し、トリウムとウランを分離することもできる。水酸化チタンの存在は、トリウムと結合して完全に溶解するのを妨げるため有害である。[147]
精製
原子力分野では、高濃度のトリウムが必要とされる。特に、中性子捕獲断面積が大きい原子の濃度は非常に低くなければならない（例えば、ガドリニウムの濃度は重量で1ppm未満でなければならない）。以前は、高純度を達成するために溶解と再結晶を繰り返した。今日では、Th4 +の選択的錯体形成を伴う液体溶媒抽出法が使用されている。例えば、アルカリ分解とリン酸の除去の後、結果として得られるトリウム、ウラン、および希土類のニトラト錯体は、灯油中のリン酸トリブチルで抽出することによって分離することができる。[147]
最新のアプリケーション
トリウムの非放射能用途は、トリウムとその崩壊生成物の放射能に起因する環境への懸念から、1950年代以降減少している[148] 。 [37] [123]
トリウムの用途の大半は、金属ではなく二酸化トリウム（業界では「トリア」と呼ばれることもある）を使用する。この化合物の融点は3300 °C（6000 °F）で、既知の酸化物の中で最も高い。これより高い融点を持つ物質はわずかしかない。[55]これにより、化合物は炎の中で固体のままになり、炎の明るさが大幅に増す。これが、トリウムがガスランプのマントルに使用される主な理由である。[149]すべての物質は高温でエネルギー（輝き）を発するが、トリウムが発する光はほぼすべて可視スペクトル内にあるため、トリウムのマントルは明るい。[58]
トリウムが陰極線、熱、紫外線などのエネルギー源にさらされると、エネルギーの一部は可視光の形で放出される。この効果は二酸化セリウムにも共通しており、紫外線をより効率的に可視光に変換するが、二酸化トリウムは炎の温度が高く、赤外線の放出が少ない。[149]マントル内のトリウムは今でも一般的であるが、1990年代後半から徐々にイットリウムに置き換えられてきた。[150]英国の国立放射線防護委員会による2005年のレビューによると、「[トリウムガスマントル]は数年前には広く利用可能であったが、現在はそうではない」とのことである。[151]トリウムは、疑似科学的な健康ブレスレットなどの安価な永久マイナスイオン発生器の製造にも使用されている。[152]
白熱フィラメントの製造中、フィラメントを線引きする前にタングステン焼結粉末に少量の二酸化トリウムを添加することで、タングステンの再結晶化が大幅に低下します。 [148]タングステンサーモカソードにトリウムを少量添加すると、電子の仕事関数が大幅に低下します。その結果、電子はかなり低い温度で放出されます。[37]トリウムはタングステンの表面に原子1個分の厚さの層を形成します。トリウム表面からの仕事関数が低下するのは、トリウムの電気陽性度が高いためにトリウムとタングステンの界面に電界が形成されるためと考えられます。[153] 1920年代以来、トリウム入りタングステン線は電子管やX線管および整流器の陰極と対陰極に使用されてきた。トリウムは大気中の酸素と反応するため、真空管内の不純物のゲッターとして蒸着マグネシウム層を導入する必要があり、特徴的な金属内部コーティングが施された。[154] : 16 1950年代にトランジスタが導入されたことでこの用途は大幅に減少したが、完全になくなったわけではない。[148]二酸化トリウムはガスタングステンアーク溶接（GTAW）で使用され、タングステン電極の高温強度を高め、アーク安定性を改善している。[37]この用途では、酸化トリウムはジルコニウム、セリウム、ランタンなどの他の酸化物に置き換えられつつある。[155] [156]
二酸化トリウムは、高温実験室用るつぼなどの耐火セラミックスに主成分として、または二酸化ジルコニウムへの添加物として使用されています。90%の白金と10%のトリウムの合金は、アンモニアを窒素酸化物に酸化する効果的な触媒ですが、機械的特性と耐久性に優れているため、95%の白金と5%のロジウムの合金に置き換えられました。[148]
ガラスに二酸化トリウムを加えると、屈折率が上がり、分散が減少する。このようなガラスは、カメラや科学機器用の高品質レンズに使用されている。 [49]これらのレンズからの放射線は、数年かけてレンズを暗くして黄色に変色させ、フィルムを劣化させるが、健康リスクは最小限である。[157]黄ばんだレンズは、強い紫外線に長時間さらすことで、元の無色の状態に戻すことができる。二酸化トリウムは、同様の効果があり放射性ではないランタンなどの希土類酸化物に置き換えられた。 [148]
四フッ化トリウムは、多層光学コーティングの反射防止材として使用されています。近紫外線、可視光線、中赤外線を含む0.350～12μmの波長の電磁波を透過します。その放射は主にアルファ粒子によるもので、別の材料の薄いカバー層で簡単に止めることができます。[158] 2010年代には、四フッ化トリウムの代替品が開発されており、[159]ランタントリフルオライドが含まれています。
Mag-Thor合金 (トリウムマグネシウムとも呼ばれる) は一部の航空宇宙用途で使用されていましたが、放射能に対する懸念から、そのような用途は段階的に廃止されました。
原子力エネルギーの潜在的利用
原子炉の主な原子力エネルギー源は、中性子による核種の核分裂である。人工の核分裂性[d]核種233 U と239 Pu は、天然に存在する核種232 Th と238 Uによる中性子捕獲から生成できる。235 Uは天然に大量に存在し、核分裂性でもある。[160] [161] [n]トリウム燃料サイクルでは、親核種232 Th が低速中性子の照射を受けて中性子捕獲され、 233 Thになる。233 Th は 2 回連続してベータ崩壊を起こし、最初に233 Paになり、次に核分裂性の233 U になる。[37]
![{\displaystyle {\ce {{^{232}_{90}Th}->[{\text{(n,}}\gamma {\text{)}}]{^{233}_{90}Th}->[\beta ^{-}][{\text{21.8 分}}]{^{233}_{91}Pa}->[\beta ^{-}][{\text{27 日}}]{^{233}_{92}U}\ (->[\alpha ][1.60\times 10^{5}{\text{年}}])}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/42f160241ef974ffae0722a3326a556a3334edc6)
233 Uは核分裂性があり、 235 Uや239 Puと同じように核燃料として使用できます。233 Uが核分裂すると、放出された中性子がさらに232 Th原子核に衝突し、サイクルが継続します。[37]これは、238 Uが中性子捕獲を受けて239 Uになり、ベータ崩壊して最初に239 Npになり、次に核分裂性の239 Puになる高速増殖炉のウラン燃料サイクルと似ています。[162]
の核分裂233
92あなた
平均して2.48個の中性子を生成する。[163]
核分裂反応を継続させるには1個の中性子が必要である。自己完結型の連続増殖サイクルでは、新たな中性子を増殖させるのにさらに1個の中性子が必要である。233
92あなた
肥沃な土壌から生まれた原子 232
90の
これにより、損失に対して 0.45 個の中性子 (または中性子束の 18%) の余裕が残ります。
利点
トリウムはウランよりも豊富で、世界のエネルギー需要をより長期間満たすことができます。[164]トリウムは、溶融塩炉の燃料物質として使用するのに特に適しています。
232 Thは238 Uよりも中性子を吸収しやすく、233 Uは中性子捕獲時の核分裂確率（92.0%）が235 U（85.5%）や239 Pu（73.5%）よりも高い。[165]また、平均して核分裂時に放出される中性子の数が多い。[164] 238 Uによる1回の中性子捕獲では、核分裂性の239 Puとともに超ウラン元素廃棄物が発生するが、232 Thでは5回の捕獲後にのみこの廃棄物が発生し、237 Npが形成される。この捕獲回数は、 232 Th核種の98～99%では発生しない。これは、中間生成物の233 Uまたは235 Uが核分裂を起こし、長寿命の超ウラン元素がより少なく生成されるためである。このため、トリウムは、超ウラン元素の生成を最小限に抑え、プルトニウムの破壊を最大限にするために、混合酸化物燃料におけるウランの潜在的に魅力的な代替物である。[166]
トリウム燃料は、より安全で性能の良い原子炉炉心を生み出す[37] 。これは、二酸化トリウムがより高い融点、より高い熱伝導率、そしてより低い熱膨張係数を持っているためである。これは、現在一般的な燃料である二酸化ウランよりも化学的に安定している。なぜなら、後者は三酸化ウラン（U 3 O 8 ）に酸化され、密度が大幅に低くなるからである。[167]
デメリット
使用済み燃料は、 232 Thと233 Uの娘核種の多くが強いガンマ線放出体であるため、再処理が困難で危険である。 [ 164] 233 Uの製造方法はすべて、 232 Th、233 Pa、または233 Uの寄生ノックアウト（n、2n）反応による中性子損失、または天然の232 Thの不純物である230 Thの二重中性子捕獲による232 Uの不純物を生み出す。[168]
- 230
90の
+ ん →231
90の
+ γ 231
91パ
（ 227
89アク
） - 231
91パ
+ ん →232
91パ
+ γ 232
92あなた
232 U 自体は特に有害ではないが、急速に崩壊して強いガンマ線放出核種である208 Tl を生成する。 （232 Th も同じ崩壊系列をたどるが、半減期がはるかに長いため、生成される208 Tl の量は無視できるほど少ない。）[169] 232 Uのこれらの不純物により、 233 U は検出されやすく、作業が危険になり、それらを分離することが非実用的であるため、233 U を核分裂性物質として使用する核拡散の可能性が制限される。 [168] 233 Pa は半減期が 27 日と比較的長く、中性子捕獲断面積が大きい。したがって、これは中性子毒であり、有用な233 Uに急速に崩壊する代わりに、かなりの量の233 Paが234 U に変換され、中性子を消費して原子炉効率を低下させる。これを避けるために、トリウム溶融塩炉の運転中は233 Paが活性領域から抽出され、中性子を捕獲する機会がなくなり、233 Uにのみ崩壊する。[170]
これらの利点を実現するには、 232 Thを中性子で照射し、その後処理する技術を習得する必要があり、これにはウランとプルトニウムの燃料サイクルよりも高度な技術が必要です。[37]この分野の研究は続いています。他の人は、トリウム燃料サイクルの商業的実現可能性が低いことを指摘しています。[171] [172] [173]国際原子力機関は、ウランが豊富にある限り、トリウムサイクルが商業的に実現可能になることは決してないと予測しています。この状況は「今後数十年」続く可能性があります。[174]トリウム燃料サイクルで生成される同位体のほとんどは超ウランではありませんが、その一部は依然として非常に危険です。たとえば、半減期が 32,760 年で、使用済み核燃料の長期的な放射性毒性の主な原因である 231 Pa です。[170]
危険性と健康への影響
放射線学的
天然のトリウムは他の多くの放射性物質に比べて崩壊が非常に遅く、放出されたアルファ線は人間の皮膚を透過できない。そのため、ガスマントルなどに含まれる少量のトリウムの取り扱いは安全であると考えられているが、そのようなアイテムの使用には多少のリスクが伴う可能性がある。[175]汚染された塵などのトリウムのエアロゾルにさらされると、肺がん、膵臓がん、血液がんのリスクが増加する可能性がある。これは、アルファ線が肺やその他の内臓を透過する可能性があるためである。 [175]トリウムへの内部被ばくは、肝疾患のリスク増加につながる。[ 176 ]
232 Thの崩壊生成物には、ラジウムやラドンなどのより危険な放射性核種が含まれる。トリウムの緩やかな崩壊の結果として生成されるこれらの生成物は比較的少量であるが、232 Thの放射線毒性を適切に評価するには、その娘核種の寄与を考慮する必要がある。娘核種の中には危険なガンマ線放出核種もあり[177] 、崩壊系列に長寿命核種が存在しないために232 Thの最初の崩壊後に急速に増加する。 [178]トリウムの危険な娘核種の融点は二酸化トリウムよりもはるかに低いため、マントルが使用のために加熱されるたびに揮発する。使用開始後1時間で、トリウムの娘核種である224 Ra、228 Ra、212 Pb、および212 Biが大量に放出される。[179]通常の使用者による放射線量のほとんどはラジウムの吸入から生じ、1回の使用あたり最大0.2 ミリシーベルトの放射線量となり、これはマンモグラフィー検査で浴びる放射線量の約3分の1に相当します。[180]
いくつかの原子力安全機関はトリウムマントルの使用について勧告を行っており、その製造と廃棄に関する安全性の懸念を提起している。マントル1個からの放射線量は深刻な問題ではないが、工場や埋立地に集められた多数のマントルからの放射線量は深刻な問題である。[176]
生物学的
トリウムは無味無臭である。[181]トリウムとその最も一般的な化合物（主に二酸化トリウム）は水に溶けにくく、[182]水酸化物として体内に入る前に沈殿するため、トリウムの化学的毒性は低い。[183] 一部のトリウム化合物は化学的に中程度の毒性があり、特にクエン酸などの強力な錯形成イオンが存在すると、トリウムが溶解した形で体内に取り込まれる。[178]トリウムを含む物体を噛んだりなめたりすると、トリウムの0.4％と危険な娘核種の90％が体内に失われる。[126]体内に浸透したトリウムの4分の3は骨格に蓄積する。皮膚からの吸収はあり得るが、曝露の原因となる可能性は低い。[175]トリウムは水に溶けにくいため、腎臓や糞便からの排泄も遅くなります。[178]
モナザイト処理に携わる労働者のトリウム摂取量に関する検査では、彼らの体内のトリウム濃度が推奨基準値を超えていたが、中程度に低い濃度では健康への悪影響は見られなかった。トリウムへの曝露による気管支管および肺への化学毒性はまだ観察されていない。[183] トリウム化合物を扱う人は皮膚炎のリスクがある。症状が現れるまでにトリウム摂取後30年もかかることがある。[55]トリウムの生物学的役割は知られていない。[55]
化学薬品
粉末状のトリウム金属は自然発火性があり、空気中で自然発火する。[10] 1964年、米国内務省は「金属粉末の発火と爆発性」と題する表でトリウムを「重度」に分類した。発火温度は、塵雲の場合は270℃（520℉）、層の場合は280℃（535℉）とされている。最小爆発濃度は0.075オンス/立方フィート（0.075kg/m3）とされており、（サブミクロンでない）塵の最小発火エネルギーは5mJとされている 。 [ 184]
1956年、アメリカ合衆国ニューヨーク市でシルバニア・エレクトリック・プロダクツ社がトリウムスラッジの再処理と燃焼中に爆発を起こした。9人が負傷し、1人が3度熱傷による合併症で死亡した。[185] [186] [187]
曝露経路
トリウムは地球上のどこにでも微量に存在しますが、特定の地域ではより大量に存在します。平均的な人間は約40 マイクログラムのトリウムを体内に持ち、通常は1日3マイクログラムを摂取します。[55]トリウムへの曝露のほとんどは粉塵の吸入によって起こります。一部のトリウムは食物や水に含まれていますが、溶解度が低いため、この曝露は無視できます。[178]
トリウム鉱床や放射性廃棄物処分場の近くに住んでいる人、ウラン、リン酸塩、錫加工工場の近くに住んでいる人やそこで働いている人、ガスマントル製造に従事している人は被曝のリスクが高い。[188]トリウムは特にインドのタミル・ナードゥ州の沿岸地域で多く見られ、住民は世界平均の10倍もの自然放射線量にさらされる可能性がある。[189]また、南バイーア州から放射性モナザイトの砂浜がある都市グアラパリまでのブラジル北部の沿岸地域でもよく見られ、放射線レベルは世界平均の背景放射線の50倍にも達する。[190]
もう一つの被曝源は、ミサイルの誘導システムにトリウムが使われているため、兵器試験場で発生するトリウムの粉塵である。イタリアのサルデーニャ島にあるサルト・ディ・キラで先天異常や癌の発生率が高いのは、この粉塵が原因とされている。[191]
参照
説明ノート
- ^ ビスマスはごくわずかに放射性があるが、その半減期（1.9 × 1019年という長い年月は非常に長く、地質学的な時間的範囲で見てもその減衰は無視できるほどです。
- ^ オスミウム、タンタル、タングステン、レニウムに次いで[10]、6d遷移金属にはより高い沸点があると推測されているが、この予測を検証できるほど大量に生産されていない。[14]
- ^ ガンマ線は波長ではなく原子核の起源によって区別される。したがって、放射性崩壊から得られるガンマ線エネルギーには下限がない。[35]
- ^ ab 核分裂性核種は、高エネルギー中性子を捕獲した後、（低い確率であっても）核分裂を起こすことができます。これらの核種の中には、低エネルギーの熱中性子によって高い確率で核分裂を誘発できるものがあり、これらは核分裂性核種と呼ばれます。核分裂性核種とは、中性子を照射して核分裂性核種を生成できる核種のことです。臨界質量とは、持続的な核連鎖反応を起こすことができる物質の球の質量です。
- ^ 230 Thのイオニウムという名前は、異なる同位体が同一の元素であると認識されず、異なる名前が付けられていた時代の名残である。
- ^ アクチニドと遷移金属のこれまでの類似点とは異なり、主族の類似点はトリウムでほぼ終了し、アクチニド系列の後半で再開される。これは、共有結合に対する 5f 軌道の寄与が増大するためである。他の一般的なアクチニドであるウランは、主族の挙動をいくらか反映している。ウランの化学はトリウムよりも複雑であるが、ウランの最も一般的な 2 つの酸化状態はウラン (VI) とウラン (IV) である。これらは 2 つの酸化単位離れており、より高い酸化状態はすべての価電子の形式的な損失に対応し、これはp ブロックの重い主族元素の挙動に似ている。[46]
- ^ 陽子または中性子の数が偶数の場合、奇数の同位体に比べて同位体の核安定性が一般的に高まります。原子番号が奇数の元素には安定同位体が2つしかありません。偶数の元素には複数の安定同位体があり、スズ（元素番号50）には10個の安定同位体があります。[15]
- ^他の同位体が 232 Thと一緒に存在することもあるが、その量は微量である。線源にウランが含まれていない場合、存在する唯一の他のトリウム同位体は228 Th であり、これは232 Thの崩壊系列（トリウム系列）で発生する。228 Thと232 Thの比率は 10 −10未満である。[26]ウランが存在する場合、他のいくつかの同位体の微量も存在する：235 Uの崩壊系列（アクチニウム系列）からの231 Th と227 Th、および238 U の崩壊系列（ウラン系列）からの234 Th と230 Thの若干大きいがそれでも微量な痕跡。 [ 26] 229 Thは237 Np（ネプツニウム系列）の崩壊系列でも生成されています。原始的な237 Npはすべて消滅していますが、ウラン鉱石の核反応の結果として今でも生成されています。[87] 229 Thは主に232 Thの中性子照射によって作られた人工の233 Uの娘核種として生成され、自然界では非常にまれです。[26]
- ^トリアナイトは ThO 2 75～100 mol%の鉱物を指す 。ウラノトリアナイト はThO 2 25～75 mol% 、トリアンウランナイトは ThO 2 15～25 mol% 、ウランナイトはThO 2 0～15 mol%の 鉱物を指す。[88]
- ^ 当時、トリウムを含む自然界で密接な関係にある希土類元素は二価であると考えられており、希土類元素には実際の原子量の3分の2が与えられ、トリウムとウランには実際の原子量の半分の値が与えられていた。
- ^ トリウムを単離する際の主な困難は、化学的に電気陽性であることではなく、トリウムが自然界で希土類元素やウランと密接に関係していることにある。これらの元素は、全体として互いに分離することが難しい。スカンジウムを発見したスウェーデンの化学者ラース・フレドリック・ニルソンは、1882年にトリウム金属の単離を試みたものの、高純度を達成することはできなかった。[106]レリーとハンブルガーは、塩化トリウムを金属ナトリウムで還元することで、純度99%のトリウム金属を得た。[107] 1927年にアメリカの技術者ジョン・マーデンとハーヴェイ・レンチュラーは、塩化カルシウムの存在下で酸化トリウムをカルシウムで還元するという、より簡単な方法を発見した。[107]
- ^トリウムは、イギリスの化学者 ジョン・ニューランズによる1864年の表でも最後かつ最も重い元素として登場する。これは、当初ウランは原子量が約120の三価元素であると考えられていたためである。ウランは主に六価であるため、これは実際の値の半分である。また、イギリスの化学者ウィリアム・オドリングによる1864年の表でも、チタン、ジルコニウム、タンタルの下に最も重い元素として登場している。1862年にフランスの地質学者アレクサンドル・エミール・ベギエ・ド・シャンクルトワ、1867年にドイツ系アメリカ人の音楽家グスタフ・ヒンリヒス、1870年にドイツの化学者ジュリアス・ローター・マイヤーが発表した周期表にはトリウムと希土類元素は含まれていない。[108]
- ^ アクチノイド系列の初めから5fサブシェルが満たされていることは、1960年代に6d元素に到達したときに確認され、4f系列と5f系列の長さが等しいことが証明された。ローレンシウムは酸化状態が+3のみであり、後期アクチノイドの+2状態に向かう傾向から外れているため、ルテチウムのより重い同族元素として適合する。さらに重要なことに、次の元素であるラザホーディウムはハフニウムのように振る舞い、+4状態のみを示すことがわかった。[45] [121]今日でも、トリウムとハフニウムの類似性は、それを「擬似第4族元素」と呼ぶことで認められることがある。[122]
- ^ 半減期が1年以上の13の核分裂性アクチニド同位体は、229 Th、233 U、235 U、236 Np、239 Pu、241 Pu、242m Am、243 Cm、245 Cm、247 Cm、249 Cf、251 Cf、および252 Esです。これらのうち、自然界に大量に存在するのは235 Uのみで、天然に存在する原子核から1回の中性子捕獲で生成できるのは233 Uと239 Puのみです。 [161]
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さらに読む
- Jordan, BW; Eggert, R.; Dixon, B.; et al. (2014). 「トリウム：地殻の豊富さは経済的利用可能性につながるか？」(PDF)コロラド鉱山学校。2017年6月30日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2017年9月29日閲覧。
- 国際原子力機関 (2005)。トリウム燃料サイクル – 潜在的な利点と課題
外部リンク
ウィクショナリーのトリウムの辞書定義
ウィキメディア・コモンズのトリウム関連メディア