Periodensystem: Thorium

Thorium ist ein radioaktives, silbrig glänzendes und relativ weiches, dehnbares Schwermetall. Das zweite Element aus der Reihe der Actinide ist ein relativ unedles Metall, das an der Luft sofort anläuft und sich in fein verteiltem Zustand spontan entzündet. Mit Wasser und verdünnten Säuren reagiert es langsam, mit konzentrierter Salzsäure oder mit Königswasser entsteht eine heftige Wasserstoffentwicklung. In reinem Sauerstoff verbrennt zuvor erhitztes Thorium zu weißem Thoriumoxid:

Thorium wirkt auf den menschlichen Körper nicht so toxisch wie Uran oder andere radioaktive Elemente. Allerdings erhöht es als radioaktives Element die Wahrscheinlichkeit, an Lungenkrebs zu erkranken, wenn man Stäube einatmet. Thorium kommt stets als Wohngift zusammen mit Radon vor und ist auch im Tabakrauch enthalten. Das radioaktive Metall wird in der Milz, in den Knochen und in der Leber gespeichert. Dort kann sich daraus Krebs entwickeln.

Häufigkeit weniger häufig

Thorium kommt seltener als Blei und häufiger als Uran vor. Es tritt häufig in Blei- oder Uranmineralien auf, die wichtigsten Thoriumerze sind aber die Mineralien der Monazit-Gruppe, aus denen eine Reihe weiterer Metalle der Lanthanide gewonnen werden können. Das Mineral Thorit ist ein Thoriumsilicat, das zur Thoriumgewinnung jedoch keine Bedeutung hat. Ein thoriumhaltiges Mineral stellt auch der Euxenit-(Y) dar.

Das Element wurde bereits im Jahr 1828 von dem schwedischen Chemiker Jöns Jakob Berzelius (1779–1848) in Stockholm entdeckt. Er fand bei Untersuchungen des Minerals Thorit ein Oxid, aus dem er durch Reduktion des Fluorokomplexes mit Kalium das Element Thorium in unreiner Form herstellen konnte. Er benannte das neue Element nach dem germanischen Donnergott Thor und schlug auch das chemische Symbol Th vor. Die Radioaktivität des Thoriums wurde im Jahr 1898 durch Marie Curie (1867–1934) in Paris und durch Gerhard D. Schmidt in Erlangen entdeckt.

Der Monazit ist das wichtigste Erz zur Thorium-Gewinnung. Das Erz wird zunächst in konzentrierter Schwefelsäure aufgeschlossen. Nach einer Extraktion und Anreicherung des Aufschlusses mit organischen Lösungsmitteln werden die Thoriumverbindungen in konzentrierter Salpetersäure nach dem Thorex-Verfahren („Thorium recovery by extraction“) gelöst. Das erhaltene Thorium(IV)-nitrat wird durch eine Extraktion isoliert und in Thorium(IV)-oxid umgewandelt. Aus diesem kann durch eine Reduktion mit Calcium das Metall Thorium gewonnen werden. Bei einer Umwandlung des Thorium(IV)-oxids in Thoriumiodid und durch eine nachfolgende Schmelzflusselektrolyse in einer Schmelze aus Natrium- und Kaliumchlorid erhält man hochreines Thorium durch die thermische Zersetzung von Thoriumiodid an heißen Glühdrähten (Aufwachsverfahren). Auch thoriumhaltige Kernbrennstoffe können wiederaufbereitet werden, in dem man diese in Salpetersäure löst und wie oben beschrieben weiter verfährt.

Thorium als Legierungsbestandteil in anderen Metallen verbessert die Wärmebeständigkeit erheblich. Es dient daher zum Bau von Strahltriebwerken und Raketentriebwerken. Legierungen mit Kupfer und Wolfram eignen sich zur Herstellung von Schweißelektroden für das WIG-Schweißen, Legierungen mit Kupfer und Silber für elektrische Kontakte. Thoriumhaltige Schweißelektroden sind gelb (mit 1 % Thorium), rot (2 %), lila (3 %) oder orange (4 %) gekennzeichnet. In der Schweiz sind thoriumhaltige Elektroden nicht mehr erlaubt, da beim Abbrand eine radioaktive Belastung in der Luft auftritt. Reines Thorium bindet in Elektronenröhren die letzten vorhandenen Spuren unerwünschter Gase.

Aus Baumwolle hergestellte Glühstrümpfe werden zunächst in einer Lösung aus Thorium- und Cernitrat getränkt. Nach dem Glühen der Strümpfe erhält man die entsprechenden Oxide, die unter dem Einfluss einer Gasflamme sehr hell aufleuchten (Gasglühkörper). Heute findet sich das Metall aufgrund seiner Radioaktivität jedoch nur noch vereinzelt in Glühstrümpfen.

Thoriumoxid und Thoriumcarbid dienten in den 1980er-Jahren zusammen mit Uran in einem Thorium-Hochtemperatur-Versuchsreaktor (THTR) als Kernbrennstoff. Dieses Konzept erwies sich als extrem störanfällig und geriet zu einem „ökonomischen Desaster“, es wird in Deutschland nicht mehr weiter verfolgt. [Lit 101] Beim Thorium-Flüssigsalzreaktor (MSR, molten salt reactor) liegt der Kern-Brennstoff als geschmolzenes Thoriumfluorid vor. Das Risiko von Dampfexplosionen besteht bei diesem Reaktortyp nicht, außerdem kann das flüssige Salz jederzeit entnommen werden. Manche Physiker propagieren diese Technologie als die Lösung schlechthin für die Zukunft, vor allem auch weil Thorium relativ häufig vorkommt. [Lit 102] Japan, China und Indien setzen auf diese Technologie. Norwegen hat sie aufgegeben, da eine Studie diese Technologie als unsicher einstufte. Die Wahrscheinlichkeit einer Kernschmelze ist bei einem Unfall mit dem aggressiven Fluorid relativ hoch, und das Atommüll-Problem ist damit nicht behoben. [Lit 101] Außerdem zieht das Argument nicht, dass die Technologie das Treibhausgas-Problem lösen soll, denn bei der Herstellung und Aufbereitung von Thorium wird ebenfalls Kohlenstoffdioxid in erheblichem Umfang freigesetzt.

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J. J. Berzelius