ในช่วงที่เกิดพายุฤดูร้อน ฝนฟ้าคะนอง หลายพื้นที่ เราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับธาตุทางเคมีผ่านสัญลักษณ์ธาตุที่เกี่ยวกับฟ้าผ่าได้ด้วย นั่นก็คือ ทอเรียม (Thorium) ที่มีสัญลักษณ์ของธาตุคือ Th มีเลขอะตอม 90 มาจากทอร์ (Thor) ซึ่งเป็นเทพสายฟ้าของชาวนอร์เวย์ ค้นพบและตั้งชื่อโดย Jons Jakob Berzelius นักเคมีชาวสวีเดน

   ทอเรียมเป็นธาตุโลหะกัมมันตภาพรังสีที่พบในธรรมชาติ เมื่อบริสุทธิ์มีลักษณะสีเงินวาวอ่อนนุ่ม เมื่อสัมผัสกับอากาศจะเป็นสีน้ำตาลหรือสีดำเพราะเกิดออกไซด์ คือ ทอเรียมออกไซด์ (ThO₂) หรือทอเรีย (Thoria) มีจุดเดือดสูงที่สุด (3300 °C) เมื่อถูกทำให้ร้อนในอากาศโลหะทอเรียมจะติดไฟได้เองเกิดเป็นแสงจ้าสีขาว มีอัตราการแผ่รังสีมากกว่ายูเรเนียม มักใช้ในการทำปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ภาพ 1 โมนาไซต์
ที่มา https://geology.com/minerals/monazite.shtml

ประโยชน์ของทอเรียม

• ใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ subcritical reactors

• ใช้เป็นวัสดุ fertile material ในการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

• ใช้ทำวัสดุป้องกันรังสีได้ดี

• ใช้หาอายุของฟอสซิล ด้วยยูเรเนียม-ทอเรียม

• ใช้เคลือบลวดทังสเตนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

• ใช้ทอเรียมในขั้วทังสเตนที่ใช้ในการเชื่อมด้วยไฟฟ้า

• ใช้ทำไส้ตะเกียงในตะเกียงที่ใช้น้ำมันหรือแก๊ส

การเกิดของทอเรียม

    พบทอเรียมได้ปริมาณเล็กน้อยในดินหินแร่ ดินทั่วไปมีทอเรียมโดยเฉลี่ยประมาณ 6 ส่วนในล้านส่วน (ppm) และพบมากในแร่ทอเรียมฟอสเฟตในกลุ่มธาตุหายาก หรือ โมนาไซต์ (Monazite) ซึ่งมีทอเรียมออกไซด์ประมาณ 12%

ทอเรียมกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

   ทอเรียมสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้เช่นเดียวกับยูเรเนียม (U) กับพลูโตเนียม (Pu) เมื่อทอเรียมดูดกลืนนิวตรอนแล้วจะกลายเป็น ²³³U ซึ่งเป็นวัสดุฟิสไซล์ คือ เป็นสารที่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่อเนื่องได้ แต่ใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้ดีกว่า ²³⁵U และ ²³⁹PU เนื่องจากเมื่อดูดกลืนนิวตรอนแล้วจะให้นิวตรอนออกมาจากฟิชชัน(Fission) ได้ ซึ่งฟิชชัน คือกระบวนการที่นิวเคลียสของไอโซโทปของธาตุหนักบางชนิดแตกออกเป็นไอโซโทปของธาตุที่เบากว่าไอโซโทปของธาตุอื่นที่สามารถเกิดฟิชชันได้ เช่น U-238 หรือ Pu-239 การเกิดฟิชชันแต่ละครั้งจะคายพลังงานออกมาจำนวนมากและได้ไอโซโทปกัมมันตรังสีหลายชนิด จึงถือได้ว่าฟิชชันเป็นวิธีผลิตไอโซโทปกัมมันตรังสีที่สำคัญ นอกจากนี้ ฟิชชันยังได้นิวตรอนเกิดขึ้นด้วย ถ้านิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่นี้ชนกับนิวเคลียสอื่น ๆ จะเกิดฟิชชันต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ เรียกปฏิกิริยานี้ว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่ (Chain Reaction)

ภาพ 2 ปฏิกิริยาลูกโซ่
ที่มา https://en.wikipedia.org/wiki/Thorium_fuel_cycle

วีดิทัศน์ เรื่อง ปฏิกิริยาฟิชชัน

ภาพ 3 ผงโลหะทอเรียม
ที่มา https:/fqechemicals.com/contaminants/pyrophoric-control/

ข้อควรระวัง

   ผงโลหะทอเรียมนั้นติดไฟได้เอง (Pyrophoric) ที่อุณหภูมิ 270°C และการสูดละอองทอเรียมเข้าไปอาจเป็นสาเหตุของมะเร็งปอด ตับและเม็ดโลหิต จึงควรใช้ด้วยความระมัดระวัง

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ปีที่ 49 ฉบับที่ 232 กันยายน - ตุลาคม 2564

ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://emagazine.ipst.ac.th/232/2/

บรรณานุกรม

Hobart M. King. Monazite. Retrieved June 20, 2021, from https://geology.com/minerals/monazite.shtml.

Thor Wallpapers. สืบค้นเมื่อ 20 มิถุนายน 2564, จาก https://wallpaperaccess.com/thor.

สมาคมนิวเคลียร์แห่งประเทศไทย. นิวเคลียร์. สืบค้นเมื่อ 20 มิถุนายน 2564, จาก http://www.nst.or.th/article/article494/article49409.htm.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. (2560), หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เคมี เล่ม 1 ชั้นมัธยมศึกษา ปีที่ 4 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ฉบับปรับปรุง พ.ศ.2560) ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551.กรุงเทพมหานคร: โรงพิมพ์ สกสค.