Upload
gyan-prameswara
View
57
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
afd
Citation preview
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.