Thorium im Weltraum

Die „sehr hohe“ Thoriumkonzentration von SaU 169 liegt bei etwa 30 Teilen pro Million für die höchsten Messungen ( siehe Tabelle auf Seite 6 ). Das ist nur hoch im Vergleich zum Massenvorkommen von Thorium in der Erdkruste: Thorium wird typischerweise aus Monazitsanden gewonnen, die ein paar Prozent bis ein paar zehn Prozent Thoriumoxid enthalten.

Monazitsande selbst wurden aus anderen Gesteinen verwittert und durch die Wirkung von fließendem Wasser konzentriert, das Körner nach Dichte sortiert und Seifenablagerungen erzeugt. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie ähnlich konzentrierte Erze auf dem Mond oder Asteroiden finden, obwohl Sie sie möglicherweise auf dem Mars finden. Ohne sie wird die Gewinnung des Thoriums ein sehr komplexer und energieintensiver Prozess sein, wahrscheinlich als Nebenprodukt der Gewinnung anderer Materialien.

Teilantwort von einem Laien.

Das Thorium als ²³² Th selbst wird ein sehr, sehr kleiner Teil der Masse eines sicheren, zuverlässigen Thoriumreaktors sein. Ich gehe davon aus, dass es pelletisiert und ziemlich sicher ist, wenn Sie es nicht einnehmen / einatmen. Es ist nicht wirklich radioaktiv und wurde den Menschen früher als Kontrastmittel für Röntgenstrahlen zum Essen gegeben , so dass es wirklich als ein paar Kilo schweres Handgepäck zusammen mit einem der Passagiere von der Erde geschickt werden könnte (wieder solange sie essen es nicht).

Thorium 232 ist fruchtbar, was bedeutet, dass Sie es im Reaktor mit einer thermischen Neutronenquelle in Uranium 233 umwandeln , und was auch immer das ist, ist eine andere Herausforderung, und Sie möchten das vielleicht nicht in einem Handgepäckstück haben.

Laut Thorium von World-nuclear.org (aktualisiert November 2020) diese

spaltbare Treiberoptionen sind U-233, U-235 oder Pu-239

also zurück zum Anfang mit der Gefahr des Abschusses. Bergbau im Weltraum ist eine Möglichkeit, dies zu umgehen. Sie könnten alles andere als nicht radioaktive Nutzlast starten, aber Ihre spaltbare Neutronenquelle (erforderlich für die Verwendung von Thorium) irgendwo im Weltraum finden.

Quelle

Jetzt müssen Sie noch einen großen Kernreaktor bauen, und er wird viele exotische Hochtemperaturmaterialien enthalten, die schwierig als Rohmaterialien zu verarbeiten und dann zu Komponenten zu verarbeiten sind.

Endeffekt

Mach dir keine Sorgen um das Thorium! Das ist deine geringste Sorge. Sorgen Sie sich um die Neutronenquellen U-233, U-235 oder Pu-239.

"Aber ich habe gefragt wo!"

Thorium 232 ist stabil und ursprünglich, und Sie werden es wahrscheinlich mit Uran vermischt finden.

Der 2010 Geophysical Research Letter Uranium on the Moon: Globale Verteilung und U/Th-Verhältnis präsentiert eine Analyse von Gammastrahlenkarten des Mondes vom Kaguya-Gammastrahlenspektrometer von JAXA. Sie messen Thorium nicht direkt, sondern nehmen stattdessen eine 2614,5-keV-Linie aus dem Beta-Zerfall von Thalium 208 in der Zerfallskette von Thorium 232 auf.

Ja, ich sagte, dass es stabil ist, aber es zerfällt mit einer Halbwertszeit, die länger ist als das Alter des Universums.

Sie entdeckten Uran 238 aus einer 1764,5 keV-Gammastrahlenlinie, die als Ergebnis des β-Zerfalls von Wismut 214 emittiert wurde, das sich in seiner Zerfallskette befindet.

Abbildung 3. Verteilungskarte von U auf der Mondoberfläche, gemessen von Kaguya GRS. Die Häufigkeiten wurden durch Peak-Fitting-Analyse von 238U 1764,5 keV-Peaks bestimmt. Beschriftungen auf der Karte weisen auf die folgenden Mondtopographien hin: A, die Apenninbank; C, Kopernikus; Ich, Stute Imbrium; J, Montes Jura; S, Südpol-Aitken Terrane; und T, Stute Tranquillitatis. Gepunktete Quadrate, die mit E und W gekennzeichnet sind, zeigen spezifische Hochlandregionen an, die als Ost- bzw. Westhochland definiert sind (siehe Text). Das schattierte Relief in den Abbildungen 3 und 4 wurde unter Verwendung topografischer Daten von Kaguya Laser Altimeter (Araki et al., 2009) gezeichnet.

Abbildung 4. Verteilungskarte von Th auf der Mondoberfläche, gemessen von Kaguya GRS. Die Häufigkeiten wurden durch Peak-Fitting-Analyse von 232Th 2614,5 keV-Peaks bestimmt. Die Beschriftungen auf der Karte sind die gleichen wie in Abbildung 3 (siehe auch Text).

Wie Ihr Reaktor aussehen könnte, aus Verwendung von Thorium in Schmelzsalzreaktoren der Generation IV und Perspektiven für Brasilien

Abbildung 1. Schema des Schmelzsalzreaktors (MSR) (US DOE, 2002).

Aber Sie könnten stattdessen sehen, ob eine für Weltraumanwendungen gebaute Variante des Kilopower-Reaktors irgendwie für die Arbeit mit Thorium 232 aufgerüstet werden kann.

In Ihrem Reaktor wandelt Ihre Neutronenquelle zuerst Thorium 232 in Uran 233 um, dann hilft Ihre Neutronenquelle, die Spaltung in Ihrem echten Brennstoff Uran 233 zu induzieren.

Abbildung 3. Kernreaktionen, die an der Transmutation von ²³² Th zu ²³³ U beteiligt sind

Update: Hier ist eine Karte von Thorium in höherer Auflösung von der Raumsonde Lunar Prospector, die einige Jahre später umkreiste. Sieht köstlich aus!

Quelle

Karte des Mondes (links: Vorderseite; rechts: Rückseite), erstellt aus Gammaspektrometriedaten, die vom Schiff Lunar Prospector gesammelt wurden. Die Karte zeigt die globale Verteilung des Elements Thorium in Oberflächengesteinen, wobei hohe Thoriumkonzentrationen auf das Vorkommen der sogenannten KREEP-Gesteine ​​hinweisen, die hohe Gehalte an Kalium, Seltenerdelementen und Phosphor aufweisen. Die heterogene Verteilung von KREEP-Gesteinen an der Mondoberfläche impliziert grundlegend unterschiedliche geologische Vorgeschichten der einzelnen Mondregionen (Terranen). Für weitere Informationen siehe Jolliff et al. (2000) ¹

¹ Bradley Jolliff, Jeffrey Gillis, Larry Haskin, Randy Korotev und Mark Wieczorek (2000): Major lunar crustal terranes: surface expressions and crust-mantle origins. Zeitschrift für geophysikalische Forschung. 105(E2): 4197–4216, doi:10.1029/1999JE001103.

Das Papier ist lang und exzellent und geht sehr ins Detail. Es kann besonders hilfreich sein für jemanden, der herausfinden möchte, wo er zuerst suchen soll, um Thorium und Uran zu finden, die nach einer Menge Verfeinerung notwendig sind, um ihren Reaktor anzutreiben.

Angesichts der Daten in den anderen Antworten wäre es einfacher, Thorium von der Erde zu beziehen und in den Weltraum zu schicken.

Die aktuellen Ressourcen von Thorium auf der Erde sind groß,

Country           Tonnes
India             846,000
Brazil            632,000
Australia         595,000
USA               595,000
Egypt             380,000
Turkey            374,000
Venezuela         300,000
Canada            172,000
Russia            155,000
South Africa      148,000
China             100,000
Norway             87,000
Greenland          86,000
Finland            60,000
Sweden             50,000
Kazakhstan         50,000
Other countries 1,725,000
World total     6,355,000

Der geschätzte Gehalt an Thoriumressourcen in Australien beträgt 7 Prozent.

Die Gehalte für Mondablagerungen werden gemäß der Antwort von @uhoh in Teilen pro Million angegeben , ebenso wie der Gehalt des Meteoriten SAU 169. Dies ist 10.000-mal verdünnter als das, was von der Erde erhalten werden kann.

Die Gewinnung von Thorium aus solchen Lagerstätten wäre möglich, aber sehr teuer. Es wäre viel einfacher und billiger, es von der Erde zu bekommen.

Sowohl Uran- als auch Thoriumvorkommen auf der Erde werden NACH dem Aufkommen der sauerstoffproduzierenden Photosynthese konzentriert. Im Allgemeinen ist es der freie Sauerstoff im Wasser, der diese Elemente löslich, zB selektiv transportierbar macht.

Auf einem Himmelskörper ohne flüssiges Wasser, Wasserkreislauf und freie Sauerstoffquelle kann man nicht erwarten, dass diese Elemente auf abbaubare Mengen konzentriert werden. Nun, das gilt mehr oder weniger für fast jedes chemische Element, mit Ausnahme der am häufigsten vorkommenden.

Darüber hinaus sind die meisten schweren Elemente (und U und Th gehören zu den schwersten) im Kern jedes Körpers konzentriert, der groß genug ist, um irgendwann in der Vergangenheit geschmolzen zu sein (unser Mond ist ziemlich geeignet). Du wirst viel graben müssen.

Die einzige halbwegs praktische Quelle für schwere Elemente sind "Eisen"-Asteroiden. Sieht so aus, als ob es sich um die oben erwähnten Kerne handelt, die in der Vergangenheit durch Kollisionen freigelegt wurden. Dort erhalten Sie leicht zugängliche Metalle und (wahrscheinlich) Thorium als Nebenprodukt der Metallreinigung.

Während ich die vorherigen Antworten in Bezug auf die Fülle an Thorium nicht verbessern kann. Ich möchte hinzufügen, dass ich es zweifelhaft finde, dass irgendein Lebensraum im Inneren des Sonnensystems (vielleicht mit Ausnahme des Mondes oder der L2-LaGrange-Punkte) irgendeine Art von Kernreaktor verwenden würde. Das liegt daran, dass Sonnenkollektoren einfach eine weitaus bessere Energiequelle für diese Anwendungen sind; Sie sind viel wartungsärmer, haben weniger Probleme mit der Hitze und müssen sich nicht um den Transport von Kraftstoff oder die Entsorgung von Abfällen kümmern.

Während die Raumfahrt langfristig die Einführung irgendeiner Form von Nuklearantrieb erfordern wird, vermute ich außerdem, dass eine nuklearbetriebene Raumstation im Erdorbit (insbesondere LEO) politisch schwer zu verkaufen wäre.