thorium

Thorium tilhører de primordiale radioaktive grunnstoffene. Det er anslått at det midlere innholdet av thorium i jordskorpen er omkring 9,7 ppm som utgjør omkring 1·10^-3 vektprosent, mens tilsvarende innhold av uran er omkring 2,7 ppm.

Thorium finnes sammen med lanthanider (lanthanoider) og uran i en rekke mineraler. Mineraler med større innhold av thorium er relativt sjeldne. Bare få steder forekommer thorium i større utnyttbare mengder. Hovedråstoffet er monazittsand som inneholder 3–12 vektprosent thorium, og hovedprodusenter av dette er Australia, India, Malaysia, Brasil og USA. Av egentlige thoriummineraler kan nevnes thoritt, ThSiO₄ og thorianitt (Th,U)O₂.

Størrelsen på forekomstene synes noe usikker for mange land. I de seneste årene er der stor sprik i rapporterte forekomster fra ulike interesseorganisasjoner.

Det er ikke foretatt spesielle geologiske undersøkelser for å finne thorium i Norge bortsett fra måling av gammastråling fra helikopter over Fensfeltet. Dette er et geologisk felt rikt på mange mineraler. Kunnskap om thoriumforekomster i Norge er i hovedsak basert på kartlegging av uranforekomster på 1960-tallet og i perioden 1975–1985 (NGU) fordi der er en viss korrelasjon mellom disse grunnstoffene. Ytterligere informasjon om thorium i norske bergarter er basert på undersøkelser av sjeldne jordartsmetaller (REE) som også ofte er delvis korrelert med thoriumforekomster.

Thorium forekommer i omtrent alle mulige bergarter, men i svært variable mengder. I Oslofjordregionen finner vi thoriumanrikede granitter og granittpegmatitter i Østfold, områdene omkring Kragerø og Bamble, Nissedal og Fyresdal og Sigdal og Krødsherad. I Krekling-Hokksund-Modumområdet forekommer det relativt høye konsentrasjoner av thorium i alunskifer, men disse skiferne er mer kjent for sitt høye uraninnhold. Vest for Oslofjorden finnes thorium i syenitter og granitter av ulike typer. Lenger nord i landet er forekomster av thorium registrert i Høgtuva i Nordland og på Ytterøya i Nord-Trøndelag. Alle disse forekomstene, muligens med unntak av Seteråsen i Larvik, er trolig langt under grensene for drivverdighet.

Landets klart største thoriumforekomst finnes i Fensfeltet.

Der er målt thoriumkonsentrasjoner på opptil 4000 gram per tonn rødberg, men gjennomsnittskonsentrasjonen varierer mellom 872 g/tonn og 361 g/tonn i ulike områder. I ankerittkarbonatittene sentralt i området er gjennomsnittskonsentrasjonen 485 g/tonn. Det er stor usikkerhet i anslagene av hvor store thoriumressurser som finnes på Fensfeltet. Nye anslag tyder på at det er minst 56 500 tonn, men muligens finnes det 670 000 tonn eller enda mer. Forekomstene er hovedsakelig i form av små opphopninger som gjør det utfordrende, og for tiden økonomisk uinteressant, med gruvedrift, oppredning og framstilling.

USGS og IAEA har tidligere listet opp Norge (Fensfeltet) som en av verdens største thoriumreserver. USGS har operert med 170 000 til 180 000 tonn, mens IAEA har operert med 132 000 tonn. Ingen har imidlertid kunnet gi noe svar på hva disse tallene er basert på. Regiongeologen har foretatt nye ressursanslag for thorium i Fensfeltet. De totale thoriumressursene er betydelige. Anslag over ressurser bare til 100 meters dybde utgjør mellom 56 500 og 133 000 tonn. Det er sannsynlig at de thoriumførende bergartene fortsetter mye lenger ned mot dypet, trolig ned til 500 meter eller enda mer. De totale thoriumressursene kan være, eller til og med overstige 670 000 tonn (se Figur 10).

Nærings- og fiskeridepartementet bevilget i 2017 midler til prøveboring på Fensfeltet. Målet var å se om de sjeldne jordartsmetallene fortsetter hele tusen meter ned i bakken. Arbeidet ble startet opp i november 2017, og ble utført av Norges Geologiske undersøkelse (NGU) i samarbeid med regiongeologen for Buskerud, Telemark og Vestfold. De nye borehullene var imidlertid ikke posisjonert innenfor det området der thoriumkonsentrasjonen er forventet å være høyest (Gruveåsen). Derfor er det ennå ingen endelig konklusjon på thoriumressursene i Fensfeltet.

Konklusjon: Energiinnholdet i thoriumressursene på Fensfeltet er trolig minst 10, muligens over 100 ganger energiinnholdet i all olje og gass på norsk sokkel, inkludert alt som er utvunnet, kjente reserver og alle antatte uoppdagete ressurser av hydrokarboner.

Alle thoriumisotoper er radioaktive. Naturlig forekommende thorium består nesten utelukkende av ²³²Th med halveringstid 1,405·10¹⁰ år. Dessuten finnes spormengder (1,34·10^-8 prosent) av ²²⁸Th, som har halveringstid 1,9116 år og er i radiokjemisk likevekt med ²³²Th. Ellers er det kjente isotoper med massetall fra 208 til 239. Lengst levetid av disse utenom ²³²Th har ²³⁰Th med halveringstid 7,538·10⁴ år.

²³²Th desintegrerer med alfastråling til ²²⁸Ra. Den radioaktive transformasjonen fortsetter gjennom ni ledd med i alt seks alfa- og fire betadesintegrasjoner og ender i den stabile ²⁰⁸Pb. Kjeden av nuklider fra ²³²Th til ²⁰⁸Pb kalles thoriumserien eller 4n-serien, siden alle nuklidene har nukleontall (massetall) delelige med 4.

Ved normalt trykk og temperatur er thorium fast og metallisk. Det tilhører aktinoidene. Krystallstrukturen er kubisk, flatesentrert.

• Varmekapasitet: 120 J/(kg·K)
• Fordampningsvarme: 514 kJ/mol
• Ionisasjonsenergi: 6,308 ± 0,003 eV
• Atomær radius: 179,8 pm
• Kovalent radius: 206,6 ± 6 pm
• Ioneradius (+4): 94 pm
• Molart volum: 19,8 cm³/mol

• Massetall for mest stabil isotop: A = 232 (≈100%)
• Halveringstid (A=232): 1,40·10¹⁰ år
• Datternuklide: ²²⁸Ra (T_1/2 = 5,75 år)
• Desintegrasjonsmåte: α (alfa-utsendelse, ≈ 100 %), spontan fisjon (≈ 1,1·10^-9 %)
• Reaksjonstverrsnitt for termiske nøytroner: σ_nth = 7,37 b (barn)
• Fisjonstverrsnitt for termiske nøytroner: σ_f,nth = 3·10^-6 b
• Auger elektroner: 44,573 keV (15,8%, sterkeste linje)

Ved innfangning av et nøytron omdannes ²³²Th til ²³³Th. Denne desintegrerer med betastråling til ²³³Pa, som desintegrerer videre til ²³³U. Denne prosessen kan foregå i en kjernereaktor med nøytroner fra ²³⁵U og ²³⁹Pu, og blir brukt til å lage ²³³U som er fissilt materiale.

Kjernereaksjon med påfølgende utsendelse av to β^--partikler er:

²³²Th + n_th → ²³³Th + γ →(β^--desintegrasjon) ²³³Pa →(β^--desintegrasjon) ²³³U

Slike reaktorer kalles breeder- eller formeringsreaktorer. I tilfelle med reaksjonen ovenfor kalles denne prosessen termisk breeding. Fordi thoriummengden i jordskorpen er tre til fire ganger større enn uranmengden, er thoriumforekomster en viktig potensiell kilde for kjerneenergi.

I tillegg til bruk av thorium i fremstilling av fissilt uran ²³³U, har thorium mindre anvendelser, blant annet som getter i høyvakuumteknikk, elektrodemateriale i kvikksølvdamplamper, i fotoelektriske celler, røntgenrør, sveiseelektroder, katalysator og annet.

Magnesium tilsatt cirka 3 prosent thorium blir brukt i fly og romfartsteknikk og i kjernereaktorer. En viktig anvendelse av thorium(IV)oksid er i auerbrennere. Oksidet brukes dessuten i form av små dispergerte partikler i nikkel og høytemperaturlegeringer, for eksempel såkalt thoria-dispergert nikkel.

Thorium ble tidligere brukt som kontrastmiddel ved røntgenundersøkelser av blodårer.