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新型核燃料:釷
發(fā)布日期:2015-09-23          【字體 分享:
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新型核燃料:釷
發(fā)布時間:2015-09-23   字號:

  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1.39×10 10 ,放射出α粒子而形成新釷1 [thorium]——元素符號Th。

  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。

  主要來源

  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,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。

  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

  發(fā)現(xiàn)過程:1828年由貝齊利烏斯(J.J.Berzelius)發(fā)現(xiàn)的。

  基本屬性

  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/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1.4×1010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。

  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throine(),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)。

  1828年,貝齊里烏斯分析了另一種礦石,是由挪威南部勒島上所產(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,后來用電解的方法才獲得較純的釷。

  用途和測定

  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三烷基氧膦(TRPO)苯取-熒光計法1×10**-7g/g;N235萃取-分光光度法1.5×10**-8g/g;目視熒光法4×10**-7g/g激光熒光法為2.5×10**-8g/g灰。

  新型核燃料

  20071119日,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˙卡拉姆證實:“印度的想法是要靠釷反應(yīng)堆走向獨立自主?!睋?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。”美國熔巖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)。

  氫氧化釷

  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)。

  方釷石

  礦物名稱:方釷石 Thorianite

  化學(xué)組成:ThO2,ThO2達(dá)7080,UO2可達(dá)12;并常含稀土元素和鉛;

  鑒定特征:透射光下為紅褐、暗棕或綠色;強放射性;

  成因產(chǎn)狀:在自然界少見,僅發(fā)現(xiàn)于偉晶巖脈中;偶見于砂礦中;

  著名產(chǎn)地:世界著名產(chǎn)地有馬達(dá)加斯加的彼特洛卡、斯里蘭卡等地。

  名稱來源:根據(jù)其化學(xué)成分命名;

  晶體形態(tài):等軸六八面體組。晶體呈立方體者多,八面體者少。常見單形等。雙晶面(111) 晶系和空間群:等軸晶系;對稱型3L44L36L29PC;空間群Fm3m

  晶胞參數(shù):a0=5.57;

  粉晶數(shù)據(jù):3.234(1)1.689(0.64)1.98(0.58)物理性質(zhì)

  硬度:6.5-7

  比重:8.9-9.7g/cm3

  解理:解理平行{100}不完全

  斷口:參差狀至貝殼狀斷口

  顏色:深灰至黑色,風(fēng)化后為褐黑色或棕黃色

  條痕:黑色、灰色至綠灰色

  透明度:半透明至不透明

  光澤:金剛光澤至半金屬光澤

  發(fā)光性:放射性

  其他:強放射性 均質(zhì)性。n=2.20±。反射色灰至淺棕。反射率:15±。

  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4850%;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。

  釷石

  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。

  燃燒性: 助燃

  建規(guī)火險分級: 甲

  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TLVTWA

  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)嘔吐和咳嗽,未見其他中毒癥狀。

  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??漆t(yī)院或門診就醫(yī)。

  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(jìn)食和飲水。工作后,淋浴更衣。

工程控制: 密閉操作,局部排風(fēng)。

  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。來源中國核網(wǎng)

 
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