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トリウム元素特性と用途
説明
トリウムは天然に存在する放射性金属で、銀白色の外観を持ち、地殻中に豊富に存在する。原子番号90のトリウムは、ウランよりもはるかに大量に存在するため、長い間魅力的な代替核燃料となってきた。トリウムの比較的低い毒性、良好な核特性、および化学的安定性により、トリウムはより安全で効率的な原子力エネルギーシステムを開発するための有力な候補となっている。
トリウムの紹介
トリウムはアクチノイド系列の重要な元素の一つであり、モナザイト、ソーライト、トリアナイトなどの鉱物に含まれ、地球上に広く分布している。1828年にスウェーデンの化学者ヨンス・ヤコブ・ベルゼリウスによって発見され、北欧神話の雷神トールにちなんで命名された。
というのも、トリウムはほとんどの原子炉の設計では直接核分裂を起こさないが、中性子を吸収すると核分裂性同位体（すなわちウラン233）に変換できる物質、すなわち肥沃な物質として機能する能力があり、現代の原子力研究における代替物質としてユニークな役割を担っているからである。ウランに比べてトリウムが相対的に豊富であり、長期的な放射性廃棄物を削減できる可能性があることから、トリウムベースの原子炉は、特にMSRコンセプトやその他の先進的な原子力システムにおいて、繰り返し技術探求の対象となっている。
原子力の用途以外にも、トリウムはその超高温での安定性を利用して、材料科学、冶金学、特殊セラミックスにも利用されている。
化学的性質
トリウムは、ThO₂、ThCl₄、ThF₄などの化合物において、+4状態を非常に好む。新鮮な金属トリウムは光沢があるが、空気中ですぐに変色する。数日間暴露すると、緻密で安定した酸化物層が形成され、下地の金属を急速な劣化から守る。
- 酸素との反応性：トリウムは、空気への高温暴露下で容易にThO₂に変換され、その非常に高い融点と化学的攻撃に対する不活性さによって認識される耐火性酸化物である。
- 水反応性：トリウム化合物は酸性条件下で可溶性であるため、溶媒抽出、イオン交換手順、または制御沈殿によって化学的に抽出および精製することができる。
- 錯形成：トリウムイオンは多くの配位子と安定な錯体を形成し、多くの材料合成や核燃料加工に利用されている。
このような特性を持つトリウムは、ほとんどの化学環境において予測可能な挙動を示し、適切な放射線管理が行われている場合には安全な取り扱いが可能である。
物理的特性
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特性 |
値 |
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原子番号 |
90 |
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原子量 |
232.0381 u |
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密度 |
11.7 g/cm³ |
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融点 |
1750°C |
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沸点 |
4788°C |
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結晶構造 |
六方最密充填 |
詳細はスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズを参照。
トリウムは融点と沸点が高く、過酷な条件下でも安定である。また、ウランやプルトニウムよりも密度が低いため、高性能用途の合金やセラミックに使用されています。
一般的な用途
1.原子力エネルギーの用途
トリウムの現在の最大の用途は、先進原子力研究の分野である。MSRやトリウム熱中性子炉のようないくつかの原子炉概念では、中性子がトリウム232に吸収され、核連鎖反応を維持できるウラン同位体、ウラン233に変換される。この燃料サイクルには次のような利点があると考えられている：
- 燃料効率の向上
- 長寿命核廃棄物の削減
- 従来のウラン燃料に比べ、暴走反応のリスクが低い
- トリウム資源の世界的な利用可能性の向上
こうした利点から、インドや中国をはじめとする多くの国々が、トリウムを燃料とする原子炉の設計を積極的に研究している。
2.高温および産業用途
合成代替燃料が一般的に開発され受け入れられるようになる以前、トリウムはガスマントルでよく使われていた。現在ではほとんど取って代わられているが、トリウムマントルは初期の携帯用照明で主要な役割を果たしていた。
トリウム化合物の用途には以下も含まれる：
- 高温セラミック
- 優れた耐熱性を必要とする超合金
- 航空宇宙部品
高屈折率光学材料
これらの用途は、トリウムの優れた熱安定性と化学的不活性に依存しています。
よくある質問
トリウムとは何ですか？
トリウムは自然界に存在する放射性金属であり、モナザイト、ソーライト、および地殻中の他の鉱床で一般的に見られます。
トリウムは原子力エネルギーにどのように貢献するのですか？
トリウムは、核分裂性ウラン233に変換される可能性のある肥沃な物質であり、よりクリーンで安全な原子力発電を可能にします。
トリウムの主な化学的性質は何ですか？
トリウムの酸化物は非常に安定で、酸素、酸、ハロゲンと制御された反応を起こします。
トリウムの最も重要な物理的特性は何ですか？
融点と沸点が高く、六方最密充填の結晶構造を持つ高密度の金属です。
トリウムは工業用にどのように加工されますか？
先端材料やエネルギー技術に必要な高純度トリウムの抽出には、溶媒抽出や熱処理など、より専門的な化学的方法が用いられる。
Chin Trento
