थोरियम डाइऑक्साइड

थोरियम डाइऑक्साइड (ThO2), जिसे थोरियम (IV) ऑक्साइड भी कहा जाता है, क्रिस्टलीय ठोस, प्रायः सफेद या पीले रंग का होता है। थोरिया के रूप में भी जाना जाता है, यह मुख्य रूप से लैंथेनाइड और यूरेनियम उत्पादन के उप-उत्पाद के रूप में उत्पादित होता है। थोरियानाइट थोरियम डाइऑक्साइड के खनिज स्वरूप का नाम है। यह मामूली दुर्लभ है और आइसोमेट्रिक सिस्टम में क्रिस्टलीकृत होता है। थोरियम ऑक्साइड का गलनांक 3300 डिग्री सेल्सियस है - सभी ज्ञात आक्साइडों में सबसे अधिक। केवल कुछ तत्व (टंगस्टन और कार्बन सहित) और कुछ यौगिकों (टैंटलम कार्बाइड सहित) में उच्च गलनांक होते हैं। डाइऑक्साइड सहित सभी थोरियम यौगिक रेडियोधर्मी हैं क्योंकि थोरियम का कोई स्थिर समस्थानिक नहीं है।

संरचना और प्रतिक्रियाएं
थोरिया दो बहुरूपों के रूप में मौजूद है। एक में फ्लोराइट क्रिस्टल संरचना है। यह द्विआधारी डाइऑक्साइड के बीच असामान्य है। (फ्लोराइट संरचना वाले अन्य द्विआधारी आक्साइड में सेरियम डाइऑक्साइड, यूरेनियम डाइऑक्साइड और प्लूटोनियम डाइऑक्साइड सम्मिलित हैं।) थोरिया का बैंड अंतराल लगभग 6 eV है। थोरिया का चतुष्कोणीय रूप भी जाना जाता है।

थोरियम डाइऑक्साइड, थोरियम मोनोऑक्साइड (ThO) की तुलना में अधिक स्थायी है। प्रतिक्रिया स्थितियों के सावधानीपूर्वक नियंत्रण से ही थोरियम धातु का ऑक्सीकरण डाइऑक्साइड के बजाय मोनोऑक्साइड दे सकता है। अत्यधिक उच्च तापमान पर, डाइऑक्साइड या तो 1850 K से ऊपर अनुपातहीनता प्रतिक्रिया (तरल थोरियम धातु के साथ संतुलन) से मोनोऑक्साइड में परिवर्तित हो सकता है या 2500 K से ऊपर साधारण वियोजन (ऑक्सीजन का विकास) द्वारा।

परमाणु ईंधन
थोरियम डाइऑक्साइड (थोरिया) का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में सिरेमिक ईंधन छर्रों के रूप में किया जा सकता है, जो सामान्यतः ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं के साथ परमाणु ईंधन की छड़ में निहित होता है। थोरियम विखंडनीय नहीं है (लेकिन "उपजाऊ" है, न्यूट्रॉन बमबारी के तहत विखंडनीय यूरेनियम-233 पुनरुत्पादन करता है); इसलिए, इसे यूरेनियम या प्लूटोनियम के विखंडनीय समस्थानिकों के संयोजन में परमाणु रिएक्टर ईंधन के रूप में उपयोग किया जाना चाहिए। यह यूरेनियम या प्लूटोनियम के साथ थोरियम को मिलाकर या इसके शुद्ध रूप में यूरेनियम या प्लूटोनियम युक्त अलग-अलग ईंधन छड़ों के संयोजन से प्राप्त किया जा सकता है।थोरियम डाइऑक्साइड पारंपरिक यूरेनियम डाइऑक्साइड ईंधन छर्रों पर लाभ प्रदान करता है, क्योंकि इसकी उच्च तापीय चालकता (कम परिचालन तापमान), काफी उच्च गलनांक और रासायनिक स्थिरता (यूरेनियम डाइऑक्साइड के विपरीत पानी/ऑक्सीजन की उपस्थिति में ऑक्सीकरण नहीं करता है)।

थोरियम डाइऑक्साइड को यूरेनियम-233 में प्रजनन करके इसे परमाणु ईंधन में बदला जा सकता है (नीचे देखें और इस पर अधिक जानकारी के लिए थोरियम पर लेख देखें)। थोरियम डाइऑक्साइड की उच्च तापीय स्थिरता लौ स्प्रेइंग और उच्च तापमान वाले सिरेमिक में अनुप्रयोगों की अनुमति देती है।

मिश्र
थोरियम डाइऑक्साइड का उपयोग टीआईजी वेल्डिंग, इलेक्ट्रॉन ट्यूब और विमान गैस टरबाइन इंजन में टंगस्टन इलेक्ट्रोड में स्टेबलाइजर के रूप में किया जाता है। मिश्र धातु के रूप में, थोरिअटेड टंगस्टन धातु आसानी से विकृत नहीं होती है क्योंकि उच्च-संलयन सामग्री थोरिया उच्च तापमान यांत्रिक गुणों को बढ़ाती है, और थोरियम इलेक्ट्रॉनों (थर्मियन) के उत्सर्जन को उत्तेजित करने में मदद करता है। इसकी कम लागत के कारण यह सबसे लोकप्रिय ऑक्साइड योज्य है, लेकिन गैर-रेडियोधर्मी तत्वों जैसे कि सेरियम, लैंथेनम और ज़िरकोनियम के पक्ष में चरणबद्ध रूप से समाप्त हो रहा है।

थोरिया बिखरा हुआ निकेल दहन इंजन जैसे विभिन्न उच्च-तापमान संचालन में अपने अनुप्रयोगों को पाता है क्योंकि यह एक अच्छा रेंगना-प्रतिरोधी सामग्री है। यह हाइड्रोजन फंसाने के लिए भी उपयोग किया जा सकता है।

कटैलिसीस
थोरियम डाइऑक्साइड का व्यावसायिक उत्प्रेरक के रूप में लगभग कोई मूल्य नहीं है, लेकिन ऐसे अनुप्रयोगों की अच्छी तरह से जांच की गई है। यह रूज़िका लार्ज रिंग सिंथेसिस में उत्प्रेरक है। खोजे गए अन्य अनुप्रयोगों में पेट्रोलियम क्रैकिंग, अमोनिया का नाइट्रिक एसिड में रूपांतरण और सल्फ्यूरिक एसिड तैयार करना सम्मिलित है।

रेडियोकंट्रास्ट एजेंट
थोरोट्रास्ट में थोरियम डाइऑक्साइड प्राथमिक घटक था, एक बार सामान्य रेडियोकॉन्ट्रास्ट एजेंट जो सेरेब्रल एंजियोग्राफी के लिए उपयोग किया जाता था, हालांकि, प्रशासन के कई वर्षों बाद यह दुर्लभ प्रकार के कैंसर (यकृत एंजियोसार्कोमा) का कारण बनता है। इस प्रयोग को मानक एक्स-रे कंट्रास्ट एजेंटों के रूप में इंजेक्टेबल आयोडीन या इंजेस्टेबल बेरियम सल्फेट स्थगन से बदल दिया गया था।

लैंप मेंटल
अतीत में एक अन्य प्रमुख उपयोग 1890 में कार्ल एउर वॉन वेल्सबैक द्वारा विकसित लालटेन के गैस आवरण में था, जो 99 प्रतिशत ThO2 और 1% सेरियम (IV) ऑक्साइड से बना है। यहां तक कि 1980 के दशक तक यह अनुमान लगाया गया था कि सभी उत्पादित ThO2 का लगभग आधा (प्रति वर्ष कई सौ टन) इस उद्देश्य के लिए उपयोग किया जाता था। कुछ मेंटल अभी भी थोरियम का उपयोग करते हैं, लेकिन यट्रियम ऑक्साइड (या कभी-कभी जिरकोनियम ऑक्साइड) को प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग किया जाता है।

ग्लास निर्माण
जब कांच में जोड़ा जाता है, तो थोरियम डाइऑक्साइड अपने अपवर्तक सूचकांक को बढ़ाने और फैलाव को कम करने में मदद करता है। इस तरह के कांच का उपयोग कैमरों और वैज्ञानिक उपकरणों के लिए उच्च गुणवत्ता वाले लेंस में होता है। इन लेंसों से निकलने वाला विकिरण कुछ वर्षों में उन्हें काला और पीला कर सकता है और फिल्म को ख़राब कर सकता है, लेकिन स्वास्थ्य जोखिम न्यूनतम हैं। तीव्र पराबैंगनी विकिरण के लम्बे समय तक संपर्क में रहने से पीले रंग के लेंसों को उनकी मूल रंगहीन अवस्था में बहाल किया जा सकता है। तब से लगभग सभी आधुनिक हाई-इंडेक्स ग्लासों में थोरियम डाइऑक्साइड को रेयर-अर्थ ऑक्साइड जैसे लैंथेनम ऑक्साइड से बदल दिया गया है, क्योंकि वे समान प्रभाव प्रदान करते हैं और रेडियोधर्मी नहीं हैं।

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