Торий-232

Шаблон:Нуклид 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 1,405Шаблон:E лет (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 Шаблон:Nobr у радия-228 и Шаблон:Nobr у тория-228, а у всех остальных периоды полураспада в общей сложности составляют менее 5 дней.

Активность одного грамма этого нуклида составляет Шаблон:Nobr.

Образование и распад

Торий-232 образуется в результате следующих распадов:

• β⁻-распад нуклида ²³²Ac (период полураспада составляет Шаблон:Nobr, энергия бета-перехода Шаблон:Nobr):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{8}\mathrm{9}}\mathrm{A}\mathrm{c}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e;$

• электронный захват, осуществляемый нуклидом ²³²Pa (период полураспада составляет Шаблон:Nobr, полная энергия бета-перехода Шаблон:Nobr):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}\mathrm{P}\mathrm{a}+e^{-}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}+{\overline{\nu }}_e;$

(при этом распад Шаблон:Sup subPa осуществляется только на первый возбуждённый уровень Шаблон:Sup subTh с энергией Шаблон:Nobr, спином 2 и чётностью +1; этот уровень с периодом полураспада Шаблон:Nobr 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 Шаблон:Nobr):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{6}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}+{}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e}$

(при этом переход с вероятностью 73,8% осуществляется на основной уровень (0⁺) тория-232, с вероятностью 25,9% на первый возбуждённый уровень (2⁺, Шаблон:Nobr) и с вероятностью 0,26% на второй возбуждённый уровень (4⁺, Шаблон:Nobr); 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 Шаблон:Nobr):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{2}\mathrm{8}}{}_{\mathrm{8}\mathrm{8}}\mathrm{R}\mathrm{a}+{}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e};$

энергия испускаемых α-частиц Шаблон:Nobr (в 78,2 % случаев) и Шаблон:Nobr (в 21,7 % случаев).

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

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{8}}{}_{\mathrm{8}\mathrm{0}}\mathrm{H}\mathrm{g}+{}^{\mathrm{2}\mathrm{4}}{}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}\mathrm{N}\mathrm{e};$

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{6}}{}_{\mathrm{8}\mathrm{0}}\mathrm{H}\mathrm{g}+{}^{\mathrm{2}\mathrm{6}}{}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}\mathrm{N}\mathrm{e};$

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

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}+2e^{-}+2{\overline{\nu }}_e.$

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:

${}^{\mathrm{1}}{}_{\mathrm{0}}\mathrm{n}+{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{3}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}\underset{22,3\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}{\overset{{\beta }^{-}1,243\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{3}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}\mathrm{P}\mathrm{a}\underset{26,967\mathrm{d}}{\overset{{\beta }^{-}0,5701\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{3}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}.$ Сечение излучательного захвата теплового нейтрона ядром тория-232 составляет Шаблон:Nobr. В отличие от, например, урана-235, ядро тория не делится при захвате теплового нейтрона: сечение такого процесса составляет, согласно измерениям, менее Шаблон:Nobr.

• 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 (Шаблон:Nobr), низкой летучести и химической пассивности по отношению к воздуху.

См. также

• Ториевая ядерная программа
• Ториевый топливный цикл

Ссылки

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