Торий-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⋅1010 лет (14,05 млрд лет), что в три раза превышает возраст Земли и чуть больше нынешнего возраста Вселенной (13,8 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):
89 232 A c → 90 232 T h + e − + ν ¯ e ; {displaystyle mathrm {^{232}_{ 89}Ac}
ightarrow mathrm {^{232}_{ 90}Th} +e^{-}+{ar {
u }}_{e};} - электронный захват, осуществляемый нуклидом 232Pa (период полураспада составляет 1,31(2) суток, полная энергия бета-перехода 495(8) кэВ):
91 232 P a + e − → 90 232 T h + ν ¯ e ; {displaystyle mathrm {^{232}_{ 91}Pa} +e^{-}
ightarrow mathrm {^{232}_{ 90}Th} +{ar {
u }}_{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):
92 236 U → 90 232 T h + 2 4 H e {displaystyle mathrm {^{236}_{ 92}U}
ightarrow 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):
90 232 T h → 88 228 R a + 2 4 H e ; {displaystyle mathrm {^{232}_{ 90}Th}
ightarrow 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 %):
90 232 T h → 80 208 H g + 10 24 N e ; {displaystyle mathrm {^{232}_{ 90}Th}
ightarrow mathrm {^{208}_{ 80}Hg} +mathrm {^{24}_{10}Ne} ;} 90 232 T h → 80 206 H g + 10 26 N e ; {displaystyle mathrm {^{232}_{ 90}Th}
ightarrow 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)
90 232 T h → 92 232 U + 2 e − + 2 ν ¯ e . {displaystyle mathrm {^{232}_{ 90}Th}
ightarrow mathrm {^{232}_{ 92}U} +2e^{-}+2{ar {
u }}_{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:
0 1 n + 90 232 T h → 90 233 T h → 22 , 3 m i n β − 1 , 243 M e V 91 233 P a → 26 , 967 d β − 0 , 5701 M e V 92 233 U . {displaystyle mathrm {^{1}_{0}n} +mathrm {^{232}_{ 90}Th}
ightarrow mathrm {^{233}_{ 90}Th} {xrightarrow[{22,3 mathrm {min} }]{eta ^{-} 1,243 mathrm {MeV} }}mathrm {^{233}_{ 91}Pa} {xrightarrow[{26,967 mathrm {d} }]{eta ^{-} 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.
|
