THORIUM

I. KEGUNAAN

Torium digunakan dalam teknologi nuklir sebagai nuklida fertil alami dari reaksi tangkapan

neutron yang menghasilkan produk fisil U-233 dari reaksi bertahap :

Pada reaktor neutron termal, U-233 menjadi lebih baik dibanding U-235 atau Pu-239 ditinjau

dari banyaknya neutron yang dihasilkan per neutron termal yang diserap, η, lebih besar pada

U-233 daripada nuklida fisil lain. Torium belum banyak digunakan dalam reaktor nuklir

dikarenakan ketersediaan U-235 yang lebih mudah ditemui di alam.

Dibandingkan dengan Pu-239, produk fisil lain, maka kelebihan U-233 adalah daya

denaturasinya, yaitu dengan cara penngenceran dengan U-238 pada campuran yang

mengandung kurang dari 12 persen U-233. Produksi bahan bakar nuklir dengan metode

demikian akan lebih mahal dan metode pemisahan isotop yang lebih sulit. Tidak ada cara

yang serupa pada denaturasi Pu-239, yang bisa langsung dipisahkan dari U-238 melalui

proses kimiawi.

Kegunaan lain torium dalam penggunaannya di sistem energi nuklir, torium memiliki sedikit

kegunaan industri di Welsbach mantel untuk lampu gas, dalam alloy magnesium untuk

meningkatkan kekuatan dan ketahanan pada temperatur tinggi dan pada isolator.

II. ISOTOP TORIUM

1. Isotop Alami

Th-232 dan Th-228. Torium alam mengandung hampir seluruhnya Th-232, dengan 1,35.10-8

persen Th-228 (radiotorium), dan sejumlah kecil Th-234, Th-230, Th-231 dan Th-227.

Rasio Th-238/Th-232 dalam torium alam sama dengan rasio waktu paro masing-masing,

karena Th-228 yang merupakan produk peluruhan Th-232 berada pada kesetimbangan sekuler

dengan induknya. Namun pada torium yang teriradiasi, rasio Th-228/Th-232 bisa lebih besar

karena adanya tambahan Th-228 dari peluruhan alfa.

Th-234 dan Th-230. Salah satu produk dari rantai peluruhan U-238, Th-234 (UX-1) dan Th-

230 (ionium). Karena waktu paro Th-234 kecil, maka konsentrasinya dalam torium dapat

diabaikan dan langsung meluruh dari torium yang telah diseparasi. Di sisi lain, Th-230 yang

waktu paronya delapan ribu tahun, merupakan penyusun yang signifikan dalam mineral

torium yang mengandung uranium. Rasio atom Th-230/Th-232 dinyatakan dengan persamaan

:

Di sini 0,9927 adalah fraksi atom U-238 dalam uranium alam. RU,Th adalah rasio atom U

terhadap Th dalam mineral dan 4,51.109 tahun adalah waktu paro U-238. Rasio aktivitas Th-

230 terhadap Th-232 adalah

Dimana Ƭ adalah waktu paro dari isotop yang meluruh

Thorium akan kembali menjadi produk awal dari uranium yang dihasilkan dari biji buta di

kawasan sungai di Ontario dengan perbandingan uranium dan thorium 6:1[C5] sejumlah

thorium dengan Th 230 aktivitas 3.1x6=18.6 waktu dari aktivitas dari Th232

Th 231 dan Th 227 mengikuti dari U 235 peluruhan berantai, Th 231 dan Th 227 , di tabel 5.3 adalah

tetapan peruntut dari thorium dari biji yang mengandung uranium karena pendeknya waktu

paro dan kecil bagian dari U 235 pada uranium alam, jadi tidak ada yang significan pada

thorium teknologi

2.2 Syintetic Thorium Isotopes

Th 233 isotope Th 233 memproduksi ketika Th 232 menangkap neutron,adalah penting

intermediasi hidup pendek pada produksi dari U 233 ,dijabarkan pada Sec.1

Th 229 ,isotope Th 229 dengan waktu paro 7340 tahun, adalah waktu peluruhan radioaktif adik

dari U 233 (tabel 5.4). adalah menyediakan sangat sedikit konsentrasi pada irradiasi thorium

3. Radioaktivitas Thorium

Th 232 adalah orangtua dari 4n seri peluruhan radioaktif dari Fig 6.1 dan baca tabel 6.3 kolom

terakhir dari 6.3 memberikan rasio dari nomor atom yang awal peluruhan dari Thorium alam

menghasilkan Th 232 ,asumsi bahwa thorium telah meluruh dengan panjang dan cukup, hingga

40 tahun, dari peluruhan produk dari equibilirium, seperti equilibirium aktivitas dari semua

radioaktif sama kecuali Po 212 dan Tl 208

Dengan alternative peluruhan menghasilkan Bi 212 pencampuran thorium alam yang baru

mengandung isi yang khusus sejumlah 3 radioaktivitas yang waktu paro panjang Th 2302 dan

setra turunanya aktivitasnya Th 228 dan sejumlah kebanyakan adalah dari Th 230

Halaman 4 – 6

Aktivitas Thorium alam sangat bergantung pada uranium seperti rasio thorium yang di

tunjukan pada persamaan (6.1)

Karena waktu paruh Thorium (230Th) sangat panjang samapai mencapai 80.000 tahun maka

sisa aktivitasnya menjadi prtikel yang konstan. Karena waktu paruh pertama produk adalah

1.600 tahun, 226Ra, Anak dari 230Th peluruhan memberikan kontribusi sedikit untuk

radioaktivitas pemisahan thorium selama beberapa dekade. Disisi lain anak yang berumur

pendek yaitu 1,910 tahun untuk 228Th bereakasi lebih cepat dan menimbulkan bahaya dengan

dimurnikan yang tidak bertemu dengan uranium murni. Itu merupakan bahaya paling penting

dari Thorium.

Gambar 6.2. menunjukkan bagaimana radioaktivitas torium baru dipisahkan tidak mengandung 230Th perubahan waktu. Selama bulan pertama , aktivitas meningkat dengan faktor hampir empat karena penumpukan untuk steady state dari enam produk peluruhan berumur pendek 228Th. Aktivitas kemudian meluruh dengan waktu paruh 1,91 tahun seperti aslinya 228 Th di thorium dimurnikan pada waktu nol meluruh. Setelah 4 tahun aktivitas mulai meningkat kembali menjadi 6,7 tahun 228Ra produk baru dari 228Th, karena semua produk peluruhan 232Th mencapai tingkat asimtotik.

Thorium yang telah diiradiasi di reaktor nuklir akan berisi konsentrasi lebih tinggitrations dari 228 Th dan anak dibanding thorium alami karena urutan reaksi

2. Thorium Logam

2.1. Penggunaan

Karena kepadatan thorium atom lebih tinggi pada logam thorium dari pada di deretan

thorium , logam adalah bentuk yang diinginkan dari thorium dimana reaktivitas nuklir sanagt

tinggi atau kepadatan tertinggi yang diinginkan . Salah satu aplikasi nuklir mungkin berada

dalam reaktor cepat berpendingin sodium mana thorium akan menangkap neutron dan

dikonversi ke235U.

2.2. Fase

Fase logam thorium dan suhu transisi mereka tercantum dalam Tabel 6.4 . persamaan

untuk tekanan uap logam thorium adalah [11].

2.3. Kerapatan dan Penyebaran (perpindahan) Panas

Kepadatan teoritis thorium di 25oC , dari x-ray pengukuran kristal , adalah 11,72 dm3 .

Kepadatan logam cor adalah antara 11,5 dan 11,6 g / cm3. Persamaan koefisien ekspansi

termal diberikan pada Tabel 6.5 . Karena thorium mengkristal dalam sistem kubik ,

mengembang secara merata ke segala arah dan tidak terpengaruh pada banyak distorsi. pada

siklus termal sebagai uranium . Untuk alasan ini , dan karena suhu transisi α-β di thorium jauh

lebih tinggi daripada di uranium , bahan bakar reaktor logam thorium memiliki jauh lebih baik

Stabilitas limensional dari logam uranium .

2.4. Sifat Termodinamika

Kapasitas panas dari dua fase padat thorium dan logam cair dan kalor transformasi dan

fisi diberikan dalam Tabel 6.6

2.5. Panas dan Konduktivitas Elektrik

Konduktivitas termal logam thorium diberikan pada Tabel 6.7 . Konduktivitas listrik

logam thorium sangat tergantung pada kandungan pengotor tersebut. Chiotti [ C3 ]

menemukan bahwa di kamar suhu resistivitas logam thorium yang mengandung 0,2 w/o (%

berat) karbon adalah 37.10-6 Ω.cm dan yang terkandung dalam logam 0,03 w/o carbon adalah

18.10-6 Ω.cm. nilai ekstrapolasi untuk logam thorium bebas karbon adalah 13 samapi 15.10 -6

Ω.cm . koefisien temperatur resistensi adalah 3,6 – 4,0.10-3 per 0C.

2.6. Reaksi Kimia

Logam thorium secara perlahan ternoda oleh udara pada suhu kamar , namun serangan

lebih lanjut dicegah dengan film oksida patuh. Pada suhu di atas 200 ° C , namun, serangan

progresif terjadi . Keuntungan berat 0,03 , 0,43 , dan 8,7 g/( cm2. h ) telah dilaporkan pada

300 , 400 , dan 5OO 0C , masing-masing [ W2 ] . Produk ini terutama ThO2 . Halus yang

terpisah thorium adalah piroforik .

Thorium bereaksi dengan hidrogen pada suhu di atas 250 0C untuk membentuk ThH2

dan Th4H15 .Thorium bereaksi dengan nitrogen pada suhu di atas 670 0C untuk membentuk

ThN . Untuk alasan ini, leleh thorium logam murni harus dilakukan dalam ruang hampa ,

dengan menggunakan helium , atau argon.

Pada suhu di bawah 100 0C , logam thorium hanya perlahan terkorosi oleh air karena

pembentukan lapisan oksida pelindung. Pada suhu di atas 178 0C , film akan hancur.

Proses oksidasi nya cepat. Pada 315oC, laju berat yang hilang adalah sekitar 56 mg/(cm2.h)

[W2]. Untuk alasan ini, logam thorium tidak mempertimbangkan bahan bakar yang cocok

untuk reaktor pendingin air.

Karena logam thorium tidak dirusak oleh natrium pada suhu diatas 500oC, ini cocok

dengan pendingin di reaktor pendingin natrium.

Logam thorium perlahan di rusak oleh larutan hidroklorida, hydrofloric, sulfur, atau

asam nitrat. Itu mudah larut dalam asam klorida aquadest. Itu pasive di dalam konsentrat asam

nitrat, namun larut dengan mudah jika ditambahkan 0,05 M ion florida. Ini akan menjadi

bahan pereaksi yang baik untuk menyiapkan umpan untuk proses iradiasi kembali pada logam

thorium pada proses thorex.

5 Komponen thorium

Status valensi thorium

Status tetravalnsi, dicontohkan oleh senyawa seperti ThO2, adalah satu-satunya valensi

Thorium untuk kepentingan praktik.

Thorium dioksida

Thorium dioksida ThO2 adalah bentuk dimana thorium ditujukan untuk digunakan di bahan

bakar reaktor untuk air ringan, air berat, dan liquid metal fast breder reaktor. Adalah jenis

keramik yang bisa stabil.

Dipanaskan hingga mendekati titik leburnya yaitu 3370oC tanpa penurunan yang serius. Sifat

fisik dari ThO2 dari referensi [11], dirangkum di tabel 6.8

Bentuk larutan padat ThO2 dengan UO2 atau PuO2 diatas seluruh komposisi berkisar

antara 0-100% ThO2

ThO2, juga sebagai mineral thorianite tau sebagi thoria sintetis yag di produksi oleh

pemanasan thorium nitrat, oxalat, atau hidroksida, reaksinya lambat dengan asam mineral. Itu

bia dilarutkan pada keadaan panas, konsentrat asam sulfat atau pada asam nitrat panas yang

mengandung 0,05M HF.

Thorium karbida

Referensi [11] merangkum data yang agak bertentangan pada sistem thorium-karbon. dari

Maxima dalam kurva titik leleh, dapat disimpulkan bahwa dua senyawa yang ada:

Dikarbida, baik dengan sendirinya, dicampur dengan dicarbide uranium, atau dalam larutan

padat dengan uranium dicarbide, digunakan sebagai bahan bakar dalam beberapa versi gas

cooled reaktor. Seperti uranium karbida, thorium karbida bereaksi cepat dengan air atau udara

lembab dan harus dilindungi dari kelembaban di penyimpanan dan fabrikasi bahan bakar.

ThC2 dan (Th,U)C2 partikel dibuat dari oksida granula dan flour grafit di dalam

proporsi yang tepat untuk reaksi

mereaksikan granula pada suhu tinggi, dan kemudian mencairkannya untuk

mengkonsolidasikan dan speroidisasi partikel.

Thorium nitrat

Bentuk thorium 2 nitrat, ThN dan Th3N4. Th3N4 melepaskan nitrogen pada suhu diatas 1500oC.

Pada tekanan rendah dan suhu diatak 2200oK, ThN juga terdisosiasi, kedalam thorium dan

nitrogen. Tekanan N2 melebihi ThN padat dalam keseimbangan dengan campuran Th-N [11]

Pada tekanan parsial nitrogen sekitar 2 ATM, ThN meleleh pada 2820oC tanpa disosiasi [B4].

Densitas ThN adalah 11,9 g/cm3.

Th3N4 dibuat dari reaksi thorium hidrat dengan nitrogen pada kenaikan temperatur dari

200-900oC. ThN dibuat dengan penekanan Th3N4 di dalam vakum di 1500oC. Nitrat bereaksi

sangat cepat dengan air dan udara lembab.

Thorium hidrat [M2]

Bentuk thorium 2 hidrat: ThH2, densitasnya 9,50 g/cm3; dan Th4H15, densitasnya 8,28 g/cm3.

informasi yang terbatas pada hubungan komposisi suhu untuk tahap kental dalam sistem

thorium-hidrogen ditunjukkan pada Gambar. 6.3. Nilai-nilai perkiraan untuk tekanan

kesetimbangan hidrogen dalam sistem αTh-ThH2-x, yang diperoleh dari pengukuran Mallett

dan Campbell [Ml] dibuat dengan logam murni digambarkan dalam Tabel 6.9.

Seperti hidrida logam lainnya, hidrida thorium adalah piroforik dan harus ditangani dengan

hati-hati.

Thorium halida

Tetrahalida adalah halida thorium praktik penting terbesar. The tetrafluorida ThF4 adalah

bahan awal yang lebih disukai untuk produksi skala besar logam thorium (Sec. 10.4).

ThF4 telah ditujukn sebagai bahan fertil dalam campuran bahan bakar reaktor cair-garam.

Tetraiodida telah digunakan sebagai bahan umpan dalam proses iodida untuk membuat

thorium logam yang sangat murni (Sec. 10.4).

Sifat yang lebih penting dari tetrahalida, dari referensi [saya akan, tercantum dalam Tabel

6.10. Banyak sifat ini, terutama untuk ThCL, ThBr4, dan Th14, hanya diketahui secara

semikuantitatif.

ThF4 anhidrat dibuat dengan melewatkan uap HF berlebih melewati Thoz atau ThOFz di

suhu antara 550 dan 600 0C. KThF5 anhidrat fluoride ganda diendapkan

dari thorium nitrat yang terlarut dalam air dengan penambahan KF berlebih. Hal ini telah

digunakan untuk produksi elektrolit logam thorium.

ThC4 dapat dibuat dengan mereaksikan ThO2 dengan klorin yand dicampur dengan CCl atau

COCl2. Seluruh tetrahalida bereaksi dengan air dan membentuk oxyhalida:

ThX4 + H2O ThOX2 + 2HX

Karena hal ini ThF4 yang diendapkan dari pelarut air , tidak dapat dikeringkan tanpa

kontaminasi oleh oksigen. Saat ThCl4 terlarut dalam air , ThOCL2 larut terbentuk dan

mengkristal dalam proses evaporasi. Oxyhalida merupakan senyawa stabil terhadap

disproporsionasi menjadi ksida dan tetrahalida pada tekanan mendekati tekanan atmosfir dan

temperatur dibawah 2000 K, seperti yang dapat dilihat dari perubahan positif energi bebas

∆Gdisp dalam reaksi :

2ThOX2 ThO2 + ThX4

Perubahan energy bebas ∆Gdisp bisa dihitung dari perubahan entalpi ∆Hdisp dan perubahan

entropi ∆Sdisp untuk reaksi disproporsionasi yang diberikan pada tabel 6.11 oleh persamaan

(6.6)

∆Gdisp=∆H disp−T ∆Sdisp (6.6)

Thoriu di- dan triiodida disusun oleh scaife dan wylie (SI) dan beberapa maksud praktis

dalam proses pembuatan iodida untuk lgam thorium (sec 10.4). Halida lain yang lebih rendak

hanya memiliki kestabilan terbatas dan tidak begitu diketahui.