Торий-232

Торий-232
Образец металлического природного тория (изотопное содержание тория-232 — 100%)
Название, символ	Торий-232, 232Th
Альтернативные названия	То́рий, Th
Нейтронов	142
Свойства нуклида
Атомная масса	232,0380553(21) а. е. м.
Дефект массы	35 448,3(20) кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	7615,026(9) кэВ
Изотопная распространённость	100 %
Период полураспада	1,405(6)⋅1010 лет
Продукты распада	228Ra
Родительские изотопы	232Ac (β−) 232Pa (β+) 236U (α)
Спин и чётность ядра	0+
Канал распада Энергия распада α-распад 4,0816(14) МэВ Спонтанное деление Кластерный распад (с испусканием 24Ne, 26Ne) ββ (предсказан теоретически, экспериментально не обнаружен) 0,8376(22) МэВ
Таблица нуклидов

То́рий-232 — природный радиоактивный нуклид химического элемента тория с атомным номером 90 и массовым числом 232. Изотопная распространённость тория-232 составляет практически 100 %. Является наиболее долгоживущим изотопом тория (²³²Th альфа-радиоактивен с периодом полураспада 1,405⋅10¹⁰лет (14,05 млрд лет), что в три раза превышает возраст Земли и чуть больше нынешнего возраста Вселенной (13,80 млрд лет). Родоначальник радиоактивного семейства тория. Этот радиоактивный ряд заканчивается образованием стабильного нуклида свинец-208. Остальная часть ряда короткоживущая; наибольший период полураспада в 5,75 года у радия-228 и 1,91 года у тория-228, а у всех остальных периоды полураспада в общей сложности составляют менее 5 дней.

Активность одного грамма этого нуклида составляет 4070 Бк.

Образование и распад

Торий-232 образуется в результате следующих распадов:

• β⁻-распад нуклида ²³²Ac (период полураспада составляет 119(5) c, энергия бета-перехода 3,7(1) МэВ):

${\displaystyle \mathrm {^{232}_{\ 89}Ac} \rightarrow \mathrm {^{232}_{\ 90}Th} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};}$

• электронный захват, осуществляемый нуклидом ²³²Pa (период полураспада составляет 1,31(2) суток, полная энергия бета-перехода 495(8) кэВ):

${\displaystyle \mathrm {^{232}_{\ 91}Pa} +e^{-}\rightarrow \mathrm {^{232}_{\ 90}Th} +{\bar {\nu }}_{e};}$

(при этом распад 232
91Pa осуществляется только на первый возбуждённый уровень 232
90Th с энергией 49,369(9) кэВ, спином 2 и чётностью +1; этот уровень с периодом полураспада 345(15) пс распадается в основное состояние тория-232, испуская одиночный гамма-квант. Вероятность распада протактиния-232 в торий-232 составляет только 0,003(1) процента);

• α-распад нуклида ²³⁶U (период полураспада составляет 2,342(3)⋅10⁷ лет):

${\displaystyle \mathrm {^{236}_{\ 92}U} \rightarrow \mathrm {^{232}_{\ 90}Th} +\mathrm {^{4}_{2}He} }$

(при этом переход с вероятностью 73,8% осуществляется на основной уровень (0⁺) тория-232, с вероятностью 25,9% на первый возбуждённый уровень (2⁺, 49,369(9) кэВ) и с вероятностью 0,26% на второй возбуждённый уровень (4⁺, 162,12(2) кэВ); эти возбуждённые уровни каскадно распадаются на основной уровень с излучением соответственно одного и двух гамма-квантов).

Распад тория-232 происходит по следующим направлениям:

• α-распад в ²²⁸Ra (вероятность 100 %, энергия распада 4081,6(14) кэВ):

${\displaystyle \mathrm {^{232}_{\ 90}Th} \rightarrow \mathrm {^{228}_{\ 88}Ra} +\mathrm {^{4}_{2}He} ;}$

энергия испускаемых α-частиц 4012,3 кэВ (в 78,2 % случаев) и 3947,2 кэВ (в 21,7 % случаев).

• Спонтанное деление (вероятность 11(3)⋅10⁻¹⁰ %);
• Кластерный распад с образованием нуклидов ²⁴Ne и ²⁶Ne (вероятность распада менее 2,78⋅10⁻¹⁰ %):

${\displaystyle \mathrm {^{232}_{\ 90}Th} \rightarrow \mathrm {^{208}_{\ 80}Hg} +\mathrm {^{24}_{10}Ne} ;}$

${\displaystyle \mathrm {^{232}_{\ 90}Th} \rightarrow \mathrm {^{206}_{\ 80}Hg} +\mathrm {^{26}_{10}Ne} ;}$

• Двойной β⁻-распад (теоретически предсказан, однако экспериментально пока не наблюдался ввиду крайне малой вероятности; энергия распада 837,6(22) кэВ)

${\displaystyle \mathrm {^{232}_{\ 90}Th} \rightarrow \mathrm {^{232}_{\ 92}U} +2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}.}$

Применение

• ²³²Th является ядерным топливным сырьём, которое при поглощении нейтронов превращается в уран-233, который в свою очередь является основой уран-ториевого топливного цикла. Превращение происходит по следующей цепочке:

${\displaystyle \mathrm {^{1}_{0}n} +\mathrm {^{232}_{\ 90}Th} \rightarrow \mathrm {^{233}_{\ 90}Th} {\xrightarrow[{22,3\ \mathrm {min} }]{\beta ^{-}\ 1,243\ \mathrm {MeV} }}\mathrm {^{233}_{\ 91}Pa} {\xrightarrow[{26,967\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 0,5701\ \mathrm {MeV} }}\mathrm {^{233}_{\ 92}U} .}$ Сечение излучательного захвата теплового нейтрона ядром тория-232 составляет 7,37(6) барн. В отличие от, например, урана-235, ядро тория не делится при захвате теплового нейтрона: сечение такого процесса составляет, согласно измерениям, менее 2,5 микробарна.

• В виде препарата торотраста суспензия диоксида тория использовалась в качестве контрастного вещества в ранней рентгенодиагностике. В настоящее время препараты тория-232 классифицируются как канцерогенные.
• Радиоактивный распад избыточной активности дочерних радионуклидов ²³⁰Тh и ²³¹Pa над материнскими изотопами урана в колонке осадочной толщи используется для установления возраста донных осадков. В уран-ториевом методе ядерной геохронологии мерой возраста образца является значение отношения ²³⁰Th/²³⁴U. В дополнение к уран-свинцовому методу используют распад тория-232 (уран-торий-свинцовый метод):

²³²Th → ²⁰⁸Pb с периодом полураспада 14,0 млрд лет (ряд тория).

• Торий используется как легирующая добавка (0,8—1,0%) при изготовлении вольфрамовых электродов для сварки, электродов ксеноновых дуговых ламп. Двуокись тория используется для изготовления калильных сеток ввиду тугоплавкости (3350 К), низкой летучести и химической пассивности по отношению к воздуху.

См. также

• Ториевая ядерная программа
• Ториевый топливный цикл

Комментарии

Ссылки

• Радиоактивные вольфрам-ториевые электроды. Торий-232 (видео)