トリウム232

トリウム232
一般的な
シンボル	232番目
名前	トリウム232
陽子（Z）	90
中性子（N）	142
核種データ
自然の豊かさ	99.98%
半減期（t 1/2）	1.40 × 10 10 年
同位体質量	232.0380536 ダ
スピン	0歳以上
親同位体	236 U ( α ); 232 Ac ( β − )
崩壊生成物	228ラ
減衰モード
減衰モード	崩壊エネルギー( MeV )
アルファ崩壊	4.082
	トリウムの同位体 ; 核種の完全な表

トリウム232（²³²
Th （トリウム）は、天然に存在する主要なトリウム同位体であり、相対存在比は99.98%です。半減期は140億年で、トリウムの中で最も長寿命の同位体です。アルファ崩壊によりラジウム228に崩壊し、崩壊系列は安定な鉛208で終結します。

トリウム232は核分裂性核種であり、中性子を捕獲してトリウム233を形成し、その後2回のベータ崩壊を経てウラン233 （核分裂性核種）となる。そのため、トリウム232は原子炉のトリウム燃料サイクルで利用されており、様々なトリウム燃料原子炉のプロトタイプが設計されている。しかし、2024年現在、トリウム燃料は商業規模の原子力発電に広く採用されていない。

自然発生

トリウム232の半減期（140億年）は地球の年齢の3倍以上であるため、トリウム232は自然界では原始核種として存在します。他のトリウム同位体は、ウラン238、ウラン235、トリウム232の崩壊系列における中間生成物として、はるかに少量ながら自然界に存在します。

トリウムを含む鉱物には、アパタイト、スフェーン、ジルコン、アラナイト、モナザイト、パイロクロア、トーライト、ゼノタイムなどがあります。^[4]

減衰^[1]

トリウム232の半減期は140億年で、それ自体は本質的に純粋なアルファ線放出核種であり、最初の崩壊生成物はラジウム228である。ラジウム228自体は不安定であり、トリウム系列と呼ばれる崩壊系列へとつながり、安定した鉛208で終結する。トリウム232の崩壊系列における中間体はすべて比較的短寿命である。最も長寿命な中間崩壊生成物はラジウム228とトリウム228で、半減期はそれぞれ5.75年と1.91年である。その他の崩壊生成物の半減期はすべて4日未満である。この崩壊系列には小さな分岐はなく、以下のように進行する。

{\begin{array}{l}{}\\{\ce {^{232}_{90}Th->[\alpha ][1.40\times 10^{10}\ {\ce {y}}]{^{228}_{88}Ra}->[\beta ^{-}][5.75\ {\ce {y}}]{^{228}_{89}Ac}->[\beta ^{-}][6.15\ {\ce {h}}]{^{228}_{90}Th}->[\alpha ][1.9125\ {\ce {y}}]{^{224}_{88}Ra}->[\alpha ][3.632\ {\ce {d}}]{^{220}_{86}Rn}}}\\{\ce {^{220}_{86}Rn->[\alpha ][55.6\ {\ce {s}}]{^{216}_{84}Po}->[\alpha ][0.144\ {\ce {s}}]{^{212}_{82}Pb}->[\beta ^{-}][10.627\ {\ce {h}}]{^{212}_{83}Bi}}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[64.06\%\beta ^{-}][60.55\ {\ce {min}}]{^{212}_{84}Po}->[\alpha ][294.4\ {\ce {ns}}]}}\\{\ce {->[35.94\%\alpha ][60.55\ {\ce {min}}]{^{208}_{81}Tl}->[\beta ^{-}][3.053\ {\ce {min}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {^{208}_{82}Pb}}\end{array}}

または、表形式でも同様です。

核種	減衰モード	半減期（a = 年）	放出エネルギー MeV	崩壊生成物
232番目	α	1.40 × 10¹⁰時	4.082	²²⁸ラ
²²⁸ラ	β ⁻	5.75 a	0.046	²²⁸エーカー
²²⁸エーカー	β ⁻	6.15時間	2.123	²²⁸番目
²²⁸番目	α	1.9125 a	5.520	²²⁴ラ
²²⁴ラ	α	3.632日	5.789	²²⁰ルン
²²⁰ルン	α	55.6秒	6.405	²¹⁶ポ
²¹⁶ポ	α	0.144秒	6.906	²¹²鉛
²¹²鉛	β ⁻	10.627時間	0.569	²¹²ビ
²¹²ビ	β ⁻ 64.06% α 35.94%	60.55分	2.252 6.207	²¹² Po ²⁰⁸ Tl
²¹²ポ	α	294.4ナノ秒	8.954	²⁰⁸鉛
²⁰⁸トル	β ⁻	3.053分	4.999	²⁰⁸鉛
²⁰⁸鉛	安定した

まれな崩壊モード

トリウム232は主にアルファ崩壊するが、自発核分裂も起こす。1.1 × 10⁻⁹ %の時間、部分半減期は1.3 × 10²¹年は、このモードでは最長の崩壊時間です。ウラン232への二重ベータ崩壊も理論的には可能ですが、観測されていません。

原子力発電での使用

トリウム232は核分裂性ではないため、原子炉の燃料として直接使用することはできません。しかし、²³²
これは肥沃である：中性子を捕獲して形成できる²³³
Thは、半減期21.8分のベータ崩壊を起こし、²³³
Pa、そして半減期27日の核分裂性核種を形成する。 ²³³
U .^[5]

トリウムベースの核燃料サイクルの潜在的な利点の1つは、トリウムが現在の商業用原子炉の燃料であるウランの3倍豊富であることです。また、トリウム燃料サイクルから核兵器に適した物質を生産することは、ウラン燃料サイクルと比較して困難です。トリウム燃料原子炉の設計として提案されているものには、溶融塩炉や高速中性子炉などがあります。トリウムベースの原子炉は1960年代から提案されており、いくつかのプロトタイプ原子炉が建造されていますが、より確立されたウラン燃料サイクルと比較すると、トリウム燃料サイクルに関する研究は比較的少なく、トリウムベースの原子力発電は2024年時点で大規模な商業利用には至っていません。しかし、インドなど一部の国はトリウムベースの原子力発電を積極的に推進しています。^[5]

参考文献

^ abc Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」(PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
^ Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II). 表、グラフ、参考文献*」. Chinese Physics C. 45 ( 3) 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
^ 国立核データセンター. 「NuDat 3.0 データベース」.ブルックヘブン国立研究所. 2022年2月19日閲覧。
^ 「トリウム」. usgs.gov . 2022年2月19日閲覧。
^ ab 「トリウム - 世界原子力協会」世界原子力協会. 2022年2月19日閲覧。

ライター：トリウム231	トリウム232はトリウムの同位体である。	より重い：トリウム233
崩壊生成物: ウラン236 アクチニウム232	トリウム232の崩壊系列	崩壊後：ラジウム228

[Nubase2020-1] Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」(PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.

[AME2020-2] Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II). 表、グラフ、参考文献*」. Chinese Physics C. 45 ( 3) 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.

[NuDat3.0-3] 国立核データセンター. 「NuDat 3.0 データベース」.ブルックヘブン国立研究所. 2022年2月19日閲覧。

[USGS-4] 「トリウム」. usgs.gov . 2022年2月19日閲覧。

[WorldNuclearAssociation-5] 「トリウム - 世界原子力協会」世界原子力協会. 2022年2月19日閲覧。