Введение

Изотоп тория

Торий-232 (Thorium 232) — основной природный изотоп тория, с относительной распространенностью 99,98%. Его период полураспада составляет 14 миллиардов лет, что делает его самым долгоживущим изотопом тория. Он распадается посредством альфа-распада до радия-228; его цепочка распада завершается стабильным свинцом-208. Торий-232 является воспроизводимым материалом; он способен захватывать нейтрон с образованием тория-233, который затем подвергается двум последовательным бета-распадам, превращаясь в уран-233, являющийся делящимся материалом. Благодаря этому он использовался в топливном цикле на тории в ядерных реакторах; было разработано несколько прототипов реакторов, работающих на тории. Однако, по состоянию на 2024 год, торий не используется для коммерческого производства ядерной энергии.

Природное происхождение

Период полураспада тория-232 (14 миллиардов лет) более чем в три раза превышает возраст Земли, поэтому торий-232 встречается в природе как первичное нуклидное вещество. Другие изотопы тория встречаются в природе в гораздо меньших количествах как промежуточные продукты в цепочках распада урана-238, урана-235 и тория-232. Некоторые минералы, содержащие торий, включают апатит, сфен, циркон, алланит, моназит, пирохлор, торит и ксенотим.

Редкие режимы распада

Хотя торий-232 преимущественно распадается альфа-распадом, он также подвергается спонтанному делению в 1,1% случаев. Помимо этого, он способен к кластерному распаду с образованием иттербия-182, неона-24 и неона-26; верхняя граница ветвистого отношения для этого типа распада составляет 2,78%. Двойной бета-распад до урана-232 также теоретически возможен, но не был обнаружен.

Использование в атомной энергетике

Торий-232 не является делящимся; поэтому его нельзя использовать непосредственно в качестве топлива в ядерных реакторах. Однако торий-232 является воспроизводимым: он может захватывать нейтрон с образованием тория-233, который подвергается бета-распаду с периодом полураспада 21,8 минуты до протактиния-233. Этот нуклид впоследствии подвергается бета-распаду с периодом полураспада 27 дней, образуя делящийся уран-233. Одним из потенциальных преимуществ ядерного топливного цикла на основе тория является то, что торий в природе встречается в большем количестве, чем уран, который в настоящее время используется в качестве топлива для коммерческих ядерных реакторов. Кроме того, из топливного цикла тория сложнее получить материалы, пригодные для создания ядерного оружия, чем из уранового топливного цикла. Некоторые предлагаемые конструкции ториевых ядерных реакторов включают реакторы с расплавленными солями и реакторы на быстрых нейтронах, среди прочих. Хотя ядерные реакторы на основе тория предлагались с 1960-х годов и было построено несколько прототипов, исследований топливного цикла тория было проведено относительно немного по сравнению с более устоявшимся урановым топливным циклом; ядерная энергетика на основе тория не получила широкого коммерческого распространения по состоянию на 2024 год. Тем не менее, некоторые страны, такие как Индия, активно развивают ядерную энергетику на основе тория.