釷:元素符號Th,元素中文名稱釷,元素英文名稱Thorium。原子序數(shù)90,釷原子量232.0381,元素類型為金屬,是天然放射性元素。核內(nèi)質(zhì)子數(shù)90,核外電子數(shù)90,核電核數(shù)90,質(zhì)子質(zhì)量1.5057E-25,質(zhì)子相對質(zhì)量90.63,所屬周期為7,所屬族數(shù)為IIIB,摩爾質(zhì)量180。
中文名 | 釷 | 外文名 | Thorium |
---|---|---|---|
原子量 | 232.0381 | 元素類型 | 金屬元素 |
元素符號 | Th | 形態(tài) | 固態(tài) |
發(fā)現(xiàn)人 | 貝采利烏斯 |
1815年,貝齊里烏斯從事分析瑞典法龍(Fahlum)地方出產(chǎn)的一種礦石,發(fā)現(xiàn)一種新金屬氧化物和鋯的氧化物很相似。他用古代北歐雷神Thor命名這一新金屬為throine(釷),給出它的拉丁名稱 thorium和元素符號Th。由于貝齊里烏斯是當(dāng)時化學(xué)界的權(quán)威,所以化學(xué)家們都承認(rèn)了它??墒牵慅R里烏斯在10年后發(fā)表文章說,那個稱為thorine的新金屬不是新的,含它的礦石只是釔的磷酸鹽。他自己撤銷了對釷的發(fā)現(xiàn)。
到1828年,貝齊里烏斯分析了另一種礦石,是由挪威南部勒峰島上所產(chǎn)的黑色花崗石中找到的,發(fā)現(xiàn)其中有一種當(dāng)時未知的元素,仍用thorine命名它。現(xiàn)在明確,這種礦石的主要成分是硅酸釷ThSiO?。因此釷是先被命名后被發(fā)現(xiàn)的。釷元素以化合物的形式存在于礦物內(nèi)(例如獨居石和釷石),通常與稀土金屬連系在一起,主要作為質(zhì)量數(shù)為232的同位素。
釷發(fā)現(xiàn)過程
1815年,貝齊里烏斯從事分析瑞典法龍(Fahlum)地方出產(chǎn)的一種礦石,發(fā)現(xiàn)一種新金屬氧化物和鋯的氧化物很相似。他用古代北歐雷神Thor命名這一新金屬為thro ine(釷),給出它的拉丁名稱 thorium和元素符號Th。由于貝齊里烏斯是當(dāng)時化學(xué)界的權(quán)威,所以化學(xué)家們都承認(rèn)了它??墒?,貝齊里烏斯在10年后發(fā)表文章說,那個稱為thorine的新金屬不是新的,含它的礦石只是釔的磷酸鹽。他自己撤銷了對釷的發(fā)現(xiàn)。
1828年,貝齊里烏斯分析了另一種礦石,是由挪威南部勒峰(L?v?n)島上所產(chǎn)的黑色花崗石中找到的,發(fā)現(xiàn)其中有一種當(dāng)時未知的元素,仍用thorine命名它?,F(xiàn)在明確,這種礦石的主要成分是硅酸釷ThSiO4。因此釷是先被命名后被發(fā)現(xiàn)的。釷在元素周期表中屬于錒系,列入稀土元素族中。釷的氧化物和其他稀土元素的氧化物一樣,很難還原,雖然貝齊里烏斯曾利用金屬鉀和氟化釷鉀作用,獲得不純的金屬釷。K2ThF??+ 4K → 6KF + Th,只要后來用電解的方法才獲得較純的釷。
釷輔助資料
1815年,貝齊里烏斯從事分析瑞典法龍(Fahlum)地方出產(chǎn)的一種礦石,發(fā)現(xiàn)一種新金屬氧化物和鋯的氧化物很相似。他用古代北歐雷神Thor命名這一新金屬為throine(釷),給出它的拉丁名稱 thorium和元素符號Th。由于貝齊里烏斯是當(dāng)時化學(xué)界的權(quán)威,所以 化學(xué)家們都承認(rèn)了它??墒牵慅R里烏斯在10年后發(fā)表文章說,那個稱為thorine的新金屬不是新的,含它的礦石只是釔的磷酸鹽。他自己撤銷了對釷的發(fā)現(xiàn)。
到1828年,貝齊里烏斯分析了另一種礦石,是由挪威南部勒峰(L?v?n)島上所產(chǎn)的黑色花崗石中找到的,發(fā)現(xiàn)其中有一種當(dāng)時未知的元素,仍用thorine命名它?,F(xiàn)在明確,這種礦石的主要成分是硅酸釷ThSiO4。因此釷是先被命名后被發(fā)現(xiàn)的。
釷在元素周期表中屬于錒系,列入稀土元素族中。釷的氧化物和其他稀土元素的氧化物一樣,很難還原,雖然貝齊里烏斯曾利用金屬鉀和氟化釷鉀作用,獲得不純的金屬釷。
K2ThF6 + 4K → 6KF + Th
只要后來用電解的方法才獲得較純的釷。
元素符號:Th 英文名:Thorium 中文名:釷
相對原子質(zhì)量:0 常見化合價:+4 電負(fù)性:0
外圍電子排布:6d2 7s2 核外電子排布:2,8,18,32,18,10,2
228[1.91y] Th-229[7340y] Th-230[75400y] Th-231[1.06d] Th-232(放 α[14000000000y]) Th-233[22.3m] Th-234[24.1d]
電子親合和能:0 KJ·mol-1
第一電離能:0 KJ·mol-1 第二電離能:0 KJ·mol-1 第三電離能:0 KJ·mol-1
單質(zhì)密度:11.72 g/cm3 單質(zhì)熔點:1750.0 ℃ 單質(zhì)沸點:4790.0 ℃
原子半徑:0 埃 離子半徑:1.05(+4) 埃 共價半徑:0 埃
常見化合物:
發(fā)現(xiàn)人:貝采里烏斯 時間:1828 地點:瑞典
名稱由來:
得名于古代北歐神話中雷神托爾的名字“Thor”。
元素描述:沉重的灰色放射性金屬,柔軟而富有延展性。
元素來源:
見于獨居石和釷石等各種礦物中。
元素用途:
用于制造高強度合金與紫外線光電管。釷還是制造高級透鏡的常用原料。用中子轟擊釷可以得到一種核燃料--鈾233。
釷元素原子量為212到236的同位素均已被發(fā)現(xiàn)
在三種易裂燃料233U、235U、239Pu中,只有235U是天然存在,且在一般的輕水式反應(yīng)爐(light water reactor,LWR)須使用低濃縮鈾(2~5%),而233U、239Pu則分別...
處理的方式與鈾燃料相似,先以機械方式切斷燃料棒,再以濃硝酸溶解,惟金屬釷在硝酸中呈“怠惰性”,故須添加小量HF,使之易于溶解,但氟離子易與鈾及釷形成錯化合物,影響萃取效果,且又引起強烈的腐蝕問題,解決...
釷燃料是指能制造可以能取代鈾-235的核燃料鈾-233的釷-232。釷資源中產(chǎn)量最多的礦物為獨居石(monazite),一般釷含量為1~15%。首先將獨居石以或氫氧化鈉溶解,加以過濾、沉淀,再以硝酸溶...
釷為銀白色金屬,長期暴露在大氣中漸變?yōu)榛疑?。質(zhì)較軟,可鍛造。熔點1750°C,沸點4790°C,密度11.72克/厘米3。在1400℃以下原子排列成面心立方晶體;當(dāng)加熱達(dá)到此溫度時,便改為體心立方晶體。
釷的化學(xué)性質(zhì)活潑,不溶于稀酸和氫氟酸,但溶于發(fā)煙的鹽酸、硫酸和王水中。硝酸能使釷純化??列詨A對它無作用。高溫時可與鹵素、硫、氮作用。放射性元素,半衰期約為1.4×101?年。所有釷鹽都顯示出+4價。在化學(xué)性質(zhì)上與鋯、鉿相似。除惰性氣體外,釷能與所有非金屬元素作用,生成二元化合物;室溫下與空氣和水的反應(yīng)緩慢,加熱后反應(yīng)迅速。釷是高毒性元素,經(jīng)過中子轟擊,可得鈾233,因此它是潛在的核燃料。
釷基本信息
釷
拼音:tǔ 繁體字:釷
部首:钅,部外筆畫:3,總筆畫:8 ; 繁體部首:金,部外筆畫:3,總筆畫:11
五筆86&98:QFG 倉頡:XCG
筆順編號:31115121 四角號碼:84710 Unicode:CJK 統(tǒng)一漢字 U+948D
基本字義
● 釷
(釷)
tǔㄊㄨˇ
◎ 一種放射性金屬元素,灰色,質(zhì)地柔軟,經(jīng)過中子轟擊,可得鈾233,因此它是潛在的核燃料。
漢英互譯
◎ 釷
thorium
English
◎ thorium
詳細(xì)字義
◎ 釷
釷 tǔ
〈名〉
一種放射性的四價金屬元素,以化合物的形式存在于礦物內(nèi)(例如獨居石和釷石),通常與稀土金屬連系在一起
主要作為質(zhì)量數(shù)為232的同位素,半衰期為1.39×101? 年,放射出α粒子而形成新釷1 [thorium]——元素符號Th
CAS號 7440-29-1
EINECS號 231-139-7
Th--226半衰期 30.9分鐘
Th--227半衰期 18.718天
Th--228半衰期1.1913年
Th--229半衰期7.340千年
Th--230半衰期77千年
Th--231半衰期 25.520小時
Th--232半衰期 1.4050E+10年
Th--233半衰期 22.30分鐘
Th--234半衰期 24.10天
釷元素名稱
釷
英文名:thorium
CAS號:7440-29-1
元素原子量:232.03806⑵
元素類型:金屬、稀土金屬
原子序數(shù):90
原子體積:(立方厘米/摩爾)
⒚9
元素在海水中的含量:(ppm)
⒐2
元素在太陽中的含量:(ppm)
0.0003
氧化態(tài):
Main Th+4 Other Th+2,Th+3
元素符號:Th
元素中文名稱:釷
元素英文名稱:Thorium
相對原子質(zhì)量:232.03806⑵
核內(nèi)質(zhì)子數(shù):90
核外電子數(shù):90
核電荷數(shù):90
電離能 (kJ /mol)
M - M? ?587
M??- M2??1110
M2??- M3? ?1978
M3??- M4? ?2780
質(zhì)子質(zhì)量:1.5057E-25
質(zhì)子相對質(zhì)量:90.63
所屬周期:7
所屬族數(shù):ⅢB
摩爾質(zhì)量:180
氫化物:
氧化物:ThO?
最高價氧化物:ThO?
密度:11.72g/cm3
熔點:1750.0
沸點:4790.0
外圍電子層排布:6d2?7s2
核外電子排布:2,8,18,32,18,10,2
晶體結(jié)構(gòu):晶胞為面心立方晶胞,每個晶胞含有4個金屬原子。
晶胞參數(shù):
a = 508.42 pm
b = 508.42 pm
c = 508.42 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
顏色和狀態(tài):灰色金屬
原子半徑:
常見化合價+4
發(fā)現(xiàn)人:貝采里烏斯
發(fā)現(xiàn)時間和地點:1828 瑞典
以化合物的形式存在于礦物內(nèi)(例如獨居石和釷石),通常與稀土金屬連系在一起,主要作為質(zhì)量數(shù)為232的同位素,半衰期為1.39×101? 年,放射出α粒子而形成新釷1
元素用途:經(jīng)過中子轟擊,可得鈾233,因此它是潛在的核燃料。
工業(yè)制法:
實驗室制法:
其他化合物:
擴展介紹:一種放射性金屬元素,灰色,質(zhì)地柔
發(fā)現(xiàn)人:貝齊利烏斯(J.J.Berzelius) 發(fā)現(xiàn)年代:1828年
發(fā)現(xiàn)過程:
1828年由貝齊利烏斯(J.J.Berzelius)發(fā)現(xiàn)的。
釷:密度11.72克/厘米3。熔點約1750℃,沸點約4790℃。在1400℃以下原子排列成面心立方晶體;當(dāng)加熱達(dá)到此溫度時,便改為體心立方晶體。銀白色金屬,長期暴露在大氣中漸變?yōu)榛疑?span id="ayissuu" class="show-img-hd" style="width:220px;height:482px;"> 質(zhì)較軟,可鍛造。不溶于稀酸和氫氟酸,但溶于發(fā)煙的鹽酸、硫酸和王水中。硝酸能使釷純化。苛性堿對它無作用。高溫時可與鹵素、硫、氮作用。放射性元素,半衰期約為1.4×101?年。所有釷鹽都顯示出+4價。在化學(xué)性質(zhì)上與鋯、鉿相似。
釷是一種放射性的四價金屬元素,以化合物的形式存在于礦物內(nèi)(例如獨居石和釷石),通常與稀土金屬連系在一起,主要作為質(zhì)量數(shù)為232的同位素,半衰期為1.39×101? 年,放射出α粒子而形成新釷1 [thorium]——元素符號Th,釷外圍電子排布是6d2 7s2,核外電子排布為2,8,18,32,18,10,2。同位素及放射線有Th-226[30.6m]、 Th-227[18.72d]、 Th-228[1.91y] 、Th-229[7340y]、 Th-230[75400y] 、Th-231[1.06d]、 Th-232(放 α[14000000000y])、 Th-233[22.3m]、 Th-234[24.1d]。
硝酸釷
thorium nitrate: 釷的硝酸鹽?;瘜W(xué)式Th(NO3)4· 4H2O。無色晶體,工業(yè)品為白色;約含二氧化釷48~50%;極易溶于水和乙醇,微溶于丙酮和乙醚,溶液呈酸性反應(yīng)。相對密度 2.80。有毒,半數(shù)致死量(大鼠,靜脈)84mg/kg。有強氧化性。與有機物摩擦或撞擊能引起燃燒或爆炸。有 放射性。無水物在500℃分解為二氧化釷。硝酸釷可由硫酸法或燒堿法分解獨居石制得。大量用于制作汽燈紗罩、測定氟,也用于制二氧化釷和金屬釷,還用于化學(xué)合成、電真空、耐火材料等方面。危險特性:
燃燒性:助燃
自燃溫度(℃):引燃溫度(℃):無意義
危險特性:放射性物品。受高熱分解,產(chǎn)生有毒的氮氧化物。燃燒(分解)
產(chǎn)物:氮氧化物。
穩(wěn)定性:穩(wěn)定
聚合危害:不能出現(xiàn)
禁忌物:易燃或可燃物。
滅火方法:水、二氧化碳。
接觸限值:中國MAC:未制訂標(biāo)準(zhǔn)前蘇聯(lián)MAC:未制訂標(biāo)準(zhǔn)美國TLV—TWA:
侵入途徑:吸入食入
健康危害:釷和釷離子有放射性作用。釷及其化合物職業(yè)中毒未見報道。狗短期吸入硝酸釷76mg/m3出現(xiàn)嘔吐和嗽,未見其他中毒癥狀。
急救:
皮膚接觸:脫去污染的衣著,用肥皂水和大量流動清水徹底沖洗。就醫(yī)。眼睛接觸:立即翻開上下眼瞼,用流動清水或
生理鹽水沖洗。就醫(yī)。
吸入:脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。立即送放射病??漆t(yī)院或門診就醫(yī)。
食入:用水漱口,立即送放射病專科醫(yī)院或門診就醫(yī)。
防護措施: 工程控制:密閉操作,局部排風(fēng)。
呼吸系統(tǒng)防護:空氣中濃度較高時,應(yīng)該佩戴防毒口罩。必要時建議佩戴自給式呼吸器。
眼睛防護:戴防輻射面具。
防護服:穿抗輻射防護服。
手防護:戴抗輻射手套。
其他:工作現(xiàn)場禁止吸煙、進食和飲水。工作后,淋浴更衣。
泄漏處置:隔離泄漏污染區(qū),周圍設(shè)警告標(biāo)志,切斷火源。應(yīng)急處理人員戴好防毒面具,穿廠商特別推薦的化學(xué)防護服(完全隔離)。不要直接接觸泄漏物,轉(zhuǎn)移未破損的包裝,按放射物品作特殊處理。如果大量泄漏,與有關(guān)技術(shù)部門聯(lián)系,確定清除方法。
釷新型核燃料
2007年11月19日,新華社據(jù)法國《世界報》報道,印度目前正指望以釷為新型核燃料 。報道稱,印度不久后將建造一座以釷為燃料的原型重水反應(yīng)堆,從而為民用核能開辟一條新路。首座負(fù)有商業(yè)使命的這種反應(yīng)堆將于2020年投入使用。印度是世界上考慮以釷替代傳統(tǒng)核燃料鈾和钚的少數(shù)幾個國家之一。以釷為核燃料有許多好處。釷產(chǎn)生的放射性廢料比鈾少50%,而可使用的儲量則高得多。譬如,印度釷蘊藏量約為29萬噸,占全球釷資源蘊藏量的四分之一,而鈾蘊藏量僅為7萬噸。此外,按目前的消費速度,全球已探明鈾資源將在50年至70年內(nèi)耗盡(除非采用增殖反應(yīng)堆)。
報道指出,印度要滿足國內(nèi)不斷增長的能源需求,只有轉(zhuǎn)向釷。印度打算在2050年將核能在電力生產(chǎn)中所占比重提高到25%,而目前這一比例僅為3.7%。但印度缺少鈾資源。因此,釷將很可能成為印度能源獨立的新型燃料。印度導(dǎo)彈之父、前總統(tǒng)阿卜杜勒·卡拉姆上月證實:“印度的想法是要靠釷反應(yīng)堆走向獨立自主。”據(jù)報道,印度珀珀爾原子研究中心一位負(fù)責(zé)人說:“到2020年,印度將是世界上唯一用釷大規(guī)模生產(chǎn)核能的國家?!泵绹蹘r星資源公司也相信釷大有發(fā)展前途。該公司最近在美國收購了一家釷礦,希望成為未來釷礦市場的巨頭。
釷一般用來制造合金,提高金屬強度;和煤氣燈的白熱紗罩。釷所儲藏的能量,比鈾、煤、石油和其他燃料總和還要多許多,是一種極有前途的能源。還可用于制造高強度合金與紫外線光電管。釷還是制造高級透鏡的常用原料。用中子轟擊釷可以得到一種核燃料——鈾233。
天然釷測定方法測定限為1×10**-8g/g 灰。天然鈾測定限為乙酸乙酯萃取-熒光計法2×10**-8g/g灰;三烷基氧膦(TRPO)苯取-熒光計法1×10**-7g/g灰;N235萃取-分光光度法1.5×10**-8g/g灰;目視熒光法4×10**-7g/g灰;激光熒光法為2.5×10**-8g/g灰。
世界各國已探明的獨居石儲量達(dá)幾百萬噸。隨著各國對釷礦的勘探力度的加大,釷的探明儲量也在一直增加。截至2000年,全世界獨居石產(chǎn)量約78萬噸。獨居石的主要生產(chǎn)國是:澳大利亞、印度、巴西、馬來西亞、南非、泰國、中國等,這些國家的獨居石產(chǎn)量占世界獨居石總產(chǎn)量的90%以上。曾進行過釷礦勘查和有過釷礦記載的國家有40多個。已經(jīng)過釷資源量經(jīng)濟評估的國家有20余個,釷資源較多的前7個國家是巴西、土耳其、加拿大、美國、印度、埃及和挪威,這7個國家的資源量占世界已探明總資源量的80%以上,其中巴西是最大的釷資源國,其資源量約占世界探明總資源量的1/3,其次是土耳其(約占20%),加拿大(約占10%)和美國(約占9%)。
2008年,國際原子能機構(gòu)(IAEA)與核能源署(NEA)共同發(fā)表了一篇報告,指出了最新的釷資源分布情況。報告中寫道,美國的釷探明儲量已飆升至大約40萬噸、土耳其為34.4萬噸、印度為31.9萬噸。我國釷資源比較豐富,據(jù)不完全統(tǒng)計,20多個省和地區(qū)都已發(fā)現(xiàn)具有相當(dāng)數(shù)量的釷資源。
2005年中國科學(xué)院院士徐光憲等15位兩院院士公開的資料顯示,內(nèi)蒙古白云鄂博礦區(qū)“釷”儲量約為22萬噸,占全國“釷”儲量28.6萬噸的77.3%。杜有錄表示,包鋼的生產(chǎn)中沒有用到“釷”礦,致使“釷”大量留在尾礦中。包鋼尾礦壩內(nèi)的“釷”礦儲量,截至2010年底,應(yīng)當(dāng)達(dá)到9萬噸左右。
thorium(Ⅳ) hydroxide;thorium tetrahydroxide ,分子式:Th(OH)4 ,CAS號:性質(zhì):白色固體粉末。不溶于水、堿和氫氟酸。溶于無機酸。溶于稀硫酸。新鮮制得的溶于碳酸鈉、碳酸銨、檸檬酸鈉及酒石酸鉀鈉溶液。加熱分解,灼燒生成氧化釷。有放射性。釷鹽與燒堿或濃氨水作用可得膠體氫氧化釷(Ⅳ)沉淀,再經(jīng)提純、干燥制得。由硝酸釷溶液與草酸反應(yīng)生成草酸釷沉淀,再與氫氧化鈉反應(yīng)制得。用于制取各種釷鹽的原料和試劑,主要是氟化釷(ThF4),用于核燃料工業(yè)。
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頁數(shù): 5頁
評分: 4.5
采用固體徑跡探測器對珠海居民室內(nèi)的釷射氣濃度進行了測定。對每一個測定點在一年內(nèi)分4個季度分別進行了測定,共獲得96戶居室測定結(jié)果,結(jié)果表明,釷射氣濃度的變化范圍為3~243Bq/m3,幾何平均值為43Bq/m3,釷射氣導(dǎo)致年有效劑量達(dá)0.37mSv;其中磚瓦結(jié)構(gòu)、土面平房的室內(nèi)釷射氣濃度最高,導(dǎo)致濃度升高的原因是土壤中釷含量高;房間的通風(fēng)對流可以將地面釋放出來的釷射氣帶上來,從而導(dǎo)致室內(nèi)釷射氣濃度偏高。
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頁數(shù): 6頁
評分: 4.8
利用氨基功能化硅膠為固相載體,以可雙向反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷為鏈接劑,將β-環(huán)糊精吸附材料接枝到硅膠表面,制備了性能穩(wěn)定、耐酸堿性的β-環(huán)糊精鍵合硅膠固相吸附富集材料。通過金屬離子螯合劑二苯甲酰甲烷輔助作用對釷離子進行快速吸附,材料可重復(fù)利用。X-射線光電子能譜儀(XPS)對各實驗材料進行了元素分析,確認(rèn)了材料合成成功的可靠性,掃描電鏡分析了材料的外部形貌,傅里葉紅外對材料吸附釷離子前后進行了表征,紫外分光光度計對吸附后樣品進行了濃度分析。酸性條件(pH=2~3)、室溫下所制備材料對釷的吸附3h可達(dá)平衡,最大吸附容量可達(dá)7.8mg/g,吸附率達(dá)78%。以25mg/L的Fe3+、Al 3+,20mg/L的Ca2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+、Cu2+為干擾離子,對Th4+的吸附幾乎不產(chǎn)生影響。
工業(yè)制取方法有金屬熱還原法和熔鹽電解法兩種。還原所得粗釷純度一般為99.5%,可用于制取合金等。
金屬熱還原法2100433B
在三種易裂燃料鈾233、鈾235、钚239中,只有鈾235是天然存在,且在一般的輕水式反應(yīng)爐(light water reactor,LWR)須使用低濃縮鈾(2~5%),而鈾233、钚239則分別由釷232、鈾238吸收一中子后轉(zhuǎn)化而來,圖一表示了232Th轉(zhuǎn)化成233U的過程。
在轉(zhuǎn)化過程中,最主要的是:
此轉(zhuǎn)化的最大優(yōu)點在于釷礦中,釷全以釷232存在,很少有別的同位素,不需濃縮且提煉較鈾簡單;另一特性乃釷在作為反應(yīng)器燃料時,以金屬態(tài)存在,易于加工,而二氧化釷比相當(dāng)?shù)拟櫥衔锟赡透蟮妮椛鋭┝?,即可允許更大的中子通率,使功率密度更大。所形成的鈾233,其η值(每吸收一中子所放出的平均中子數(shù))較鈾235大(在任何中子能量),而當(dāng)中子能量小于40KeV時,亦較钚239大(見附表),使得鈾233在熱中子反應(yīng)器中,為唯一最有希望產(chǎn)生滋生反應(yīng)的核燃料。不過钚239在快中子反應(yīng)器中,則有些性質(zhì)較鈾233為優(yōu)。
釷資源中產(chǎn)量最多的礦物為獨居石(monazite),以制成核子純度級的釷 。
一般以Th(NO3)4.4H2O作為原料,另再加上一些濃縮鈾、钚239或鈾233,作為最先維持連鎖反應(yīng)的可裂原料。
將進料轉(zhuǎn)變成所希求的化學(xué)化合物,如二氧化釷或碳化釷,再混合制成ThO2-UO2或ThC2-UC2的燃料丸或燃料棒,而后裝入合適的護套中,如Zircaloy-2或鋁合金,組合成燃料元件。
在必要的試驗及檢查后,將元件放入爐心照射,在燃耗掉可裂物的過程中,利用過剩的中子將釷轉(zhuǎn)化成鈾233,經(jīng)足夠的照射后,取出燃料,將之冷卻 。
核燃料元件在反應(yīng)器內(nèi)使用期間通常約為三~四年,然后移出,由于分裂產(chǎn)物的高放射性,故暫時置于水池內(nèi)冷卻三~四個月,讓分裂產(chǎn)物中半衰期較短的放射性核種衰變,然后再裝入堅實屏蔽的鋼桶中,運往燃料再處埋廠,雖然經(jīng)過冷卻,但于再處理過程中,仍需以重元素來屏蔽這些照射過的燃料。
裝運用過核燃料的鋼桶是經(jīng)小心設(shè)計的容器,須符合國家原子能法規(guī)的種種試驗,為的是在運送過程中,不使照射過燃料外泄,污染環(huán)境。
處理的方式與鈾燃料相似,先以機械方式切斷燃料棒,再以濃硝酸溶解,惟金屬釷在硝酸中呈“怠惰性”,故須添加小量氫氟酸,使之易于溶解,但氟離子易與鈾及釷形成錯化合物,影響萃取效果,且又引起強烈的腐蝕問題,解決之道可采用硝酸鋁,因其可使氟與硝酸鈾醯及硝酸釷醯完全化合。溶解之后,乃蒸餾硝酸鹽溶液,直至清除所有之游離酸且稍過量。再加硝酸鋁,并將此溶液移入萃取設(shè)備中,以一烴類中溶解42.5%之磷酸三丁酯(TBP)稀溶液行逆流萃取,同時萃取出釷及鈾。
最后分離釷及鈾-233,用硝酸稀溶液選擇性萃取釷,以TBP洗滌之水溶液,再萃取少量的鈾,硝酸釷之水溶液再由草酸鹽沉淀、結(jié)晶等法處理之,整個過程謂Thorex法 。
由于易裂燃料的經(jīng)濟價值甚高,故須經(jīng)由再處理廠將其回收,如此不僅可降低發(fā)電成本,且可避免資源的浪費。惟經(jīng)再處理后的廢溶液,卻含有在分裂過程中所留下的分裂產(chǎn)物,其放射性有的高達(dá)數(shù)百萬居里者,半衰期更達(dá)數(shù)萬年甚至上億年者,故須謹(jǐn)慎處理。其中硼、碘、氙、氪、釕等揮發(fā)性分裂產(chǎn)物,可用活性炭反復(fù)吸收,至無害后,再由吸附塔排出。馀下的放射性廢料,先貯藏一段時間,使其放射性自然衰減,然后將其濃縮,再裝桶貯藏,但因其中仍含有銫137、鍶90等長半衰期的核種,另由于廢液之發(fā)熱與腐蝕性導(dǎo)致材料強度之下降,故須再采用固化處理法。將廢料固化有下列優(yōu)點 :
(一)將放射性核種固化成無流動性且機械強度大的固體(核種之浸出率小),使貯藏容器之腐蝕速度變小,可防止逸出周遭環(huán)境,即可將放射性核種封閉抑制其散逸。
(二)可減小貯藏所需空間容積。
(三)穩(wěn)定性較好。
(四)高溫貯藏成為可能。
(五)安全性提高,操作變易,便于往隔離地點之運送、搬運、廢料作業(yè)。
(六)不必如液態(tài)貯藏時之嚴(yán)格保存、監(jiān)視。
其中最主要的方法為玻璃固化法,因玻璃之溶解度及含有成分之浸出率極低,且減容系數(shù)相當(dāng)大,應(yīng)用已確立之玻璃制造技術(shù),將強放射性廢液玻璃化,使放射性核種固定于玻璃中;但相反地,裝置比較復(fù)雜,處理費高,因高溫(900~1200℃)處理所需之裝置材料、放射性核種之揮發(fā)等問題尚未解決。
因此也有人建議以下兩種完全之處理處置法,一為將極高放射性廢料裝入火箭,投棄于外太空;或使用高功率之高密度中子源、高能量質(zhì)子加速器或核融合反應(yīng)器,將分裂產(chǎn)物中之長半衰期核種(鍶90、銫137、氪-85、锝99、碘129等)以中子照射行核變換,而轉(zhuǎn)成短半衰期、極長半衰期或穩(wěn)定的核種。前者于只是紙上談兵作業(yè),技術(shù)尚待克服,并無實用遠(yuǎn)景,且將造成太空垃圾,亦是一種不負(fù)責(zé)任的行為。后者亦只開始檢討階段,無論在技術(shù)上或經(jīng)濟上尚有諸多困難必須解決,不過此法較符合處理原則,安全性亦較高。
放射性廢料的處理不僅會影響大自然的生態(tài)平衡,甚至影響核能和平用途的發(fā)展,故其實為核能工業(yè)的關(guān)鍵課題,有待從事核能研究的學(xué)者、專家共同合作來解決。