Torio en el espacio

La concentración de torio "muy alta" de SaU 169 es de alrededor de 30 partes por millón para las mediciones más altas ( consulte la tabla en la página 6 ). Eso es solo alto en comparación con la gran abundancia de torio en la corteza terrestre: el torio generalmente se extrae de arenas de monacita que contienen un par por ciento a un par de decenas de por ciento de óxido de torio.

Las arenas de monacita en sí mismas fueron erosionadas de otras rocas y concentradas por la acción del agua que fluye clasificando los granos por densidad y produciendo depósitos de placer. No es probable que encuentre minerales concentrados similares en la luna o los asteroides, aunque puede encontrarlos en Marte. Sin ellos, la extracción del torio será un proceso muy complejo y de alto consumo energético, probablemente como un subproducto de la extracción de otros materiales.

Respuesta parcial de un no experto.

El torio como ²³² Th en sí mismo será una parte muy, muy pequeña de la masa de un reactor de torio seguro y confiable. Supongo que se granulará y será bastante seguro si no lo ingiere/inhala. En realidad, no es radiactivo, y solía dársele a la gente para que comiera como agente de contraste para los rayos X , por lo que realmente podría enviarse desde la Tierra como un equipaje de mano de unos pocos kg junto con uno de los pasajeros (nuevamente, siempre que no lo comen).

El torio 232 es fértil, lo que significa que en el reactor lo convertirá en uranio 233 con una fuente de neutrones térmicos , y sea lo que sea, es un desafío diferente y es posible que no lo desee en un equipaje de mano.

Según el torio de World-nuclear.org (actualizado en noviembre de 2020), esos

Las opciones de controladores fisibles son U-233, U-235 o Pu-239

así que de vuelta al punto de partida con el peligro de lanzamiento. La minería en el espacio es una forma de evitar eso. Podría lanzar todo lo demás como carga útil no radiactiva, pero encontrar su fuente de neutrones fisionables (requerida para usar torio) en algún lugar del espacio.

fuente

Ahora todavía tienes que construir un gran reactor nuclear, y va a tener una gran cantidad de materiales exóticos de alta temperatura que son difíciles de procesar como materias primas y luego fabricar en componentes.

Línea de fondo

¡No te preocupes por el torio! Es la menor de tus preocupaciones. Preocúpese por las fuentes de neutrones U-233, U-235 o Pu-239.

"¡Pero yo pregunté dónde!"

El torio 232 es estable y primordial, y probablemente lo encontrará mezclado con uranio.

La carta de investigación geofísica Uranio en la Luna: distribución global y relación U/Th de 2010 presenta un análisis de los mapas de rayos gamma de la Luna del espectrómetro de rayos gamma Kaguya de JAXA. No miden el torio directamente, sino que captan una línea de 2614,5 keV de la desintegración beta del talio 208 en la cadena de desintegración del torio 232.

Sí, dije que es estable, pero se desintegra alfa con una vida media más larga que la edad del universo.

Detectaron uranio 238 a partir de una línea de rayos gamma de 1764,5 keV emitida como resultado de la desintegración β del bismuto 214, que se encuentra en su cadena de desintegración.

Figura 3. Mapa de distribución de U en la superficie lunar medido por Kaguya GRS. Las abundancias se determinaron mediante análisis de ajuste de picos de picos de 238U de 1764,5 keV. Las etiquetas en el mapa indican las siguientes topografías lunares: A, el Banco de los Apeninos; C, Copérnico; yo, Mare Imbrium; J, Montes Jura; S, Polo Sur-Aitken Terrane; y T, Mare Tranquillitatis. Los cuadrados punteados etiquetados como E y W indican regiones montañosas específicas definidas como East Highlands y West Highlands, respectivamente (ver texto). El relieve sombreado de las Figuras 3 y 4 se dibujó utilizando datos topográficos del altímetro láser Kaguya (Araki et al., 2009)

Figura 4. Mapa de distribución de Th en la superficie lunar medido por Kaguya GRS. Las abundancias se determinaron mediante análisis de ajuste de picos de picos de 232Th 2614,5 keV. Las etiquetas en el mapa son las mismas que las de la Figura 3 (ver también el texto).

Cómo podría verse su reactor, de Uso de torio en los reactores de sal fundida de cuarta generación y perspectivas para Brasil

Figura 1. Esquema del reactor de sales fundidas (MSR) (US DOE, 2002).

Pero, en cambio, podría ver si una variante del reactor Kilopower construido para aplicaciones espaciales se puede manipular para que funcione con torio 232 de alguna manera.

En su reactor, su fuente de neutrones primero convierte el torio 232 en uranio 233, luego su fuente de neutrones ayuda a inducir la fisión en su combustible real, el uranio 233.

Figura 3. Reacciones nucleares involucradas en la transmutación de ²³² Th a ²³³ U

actualización: aquí hay un mapa de torio en mayor resolución de la nave espacial Lunar Prospector que orbitó unos años después. ¡Se ve delicioso!

fuente

Mapa de la Luna (izquierda: lado cercano; derecha: lado lejano), generado a partir de datos gamma-espectrométricos recopilados por la nave Lunar Prospector. El mapa muestra la distribución global del elemento torio en las rocas superficiales, con altas concentraciones de torio que indican la presencia de las llamadas rocas KREEP, que tienen un alto contenido en potasio, elementos de tierras raras y fósforo. La distribución heterogénea de rocas KREEP en la superficie de la luna implica historias geológicas fundamentalmente diferentes de las regiones lunares individuales (terrenos). Para más información ver Jolliff et al. (2000) ¹

¹ Bradley Jolliff, Jeffrey Gillis, Larry Haskin, Randy Korotev y Mark Wieczorek (2000): Principales terrenos de la corteza lunar: expresiones superficiales y orígenes del manto de la corteza. Revista de Investigación Geofísica. 105(E2): 4197–4216, doi:10.1029/1999JE001103.

El documento es largo y excelente y entra en gran detalle, puede ser particularmente útil para alguien que quiera averiguar dónde comenzar a buscar primero para encontrar el torio y el uranio necesarios para alimentar su reactor después de mucho refinamiento.

Dados los datos en las otras respuestas, sería más fácil obtener torio de la Tierra y enviarlo al espacio.

Los recursos actuales de torio en la Tierra son grandes,

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

El grado estimado de los recursos de torio en Australia es del 7 por ciento.

Los grados de los depósitos lunares, según la respuesta de @uhoh, se dan en partes por millón , al igual que el grado del meteorito SAU 169. Esto es 10.000 veces más diluido que lo que se puede obtener de la Tierra.

Sería posible extraer torio de tales depósitos, pero sería muy costoso. Conseguirlo desde la Tierra sería mucho más fácil y económico.

Tanto los depósitos de uranio como los de torio en la Tierra se concentran DESPUÉS de la aparición de la fotosíntesis productora de oxígeno. En general, es el oxígeno libre en el agua lo que hace que estos elementos sean solubles, por ejemplo, transportables selectivamente.

En un cuerpo celeste sin agua líquida, ciclo del agua y una fuente de oxígeno libre, no se puede esperar que estos elementos se concentren en cantidades explotables. Bueno, esto es más o menos cierto para casi cualquier elemento químico, excepto los más abundantes.

Además, la mayoría de los elementos pesados ​​(y U y Th se encuentran entre los más pesados) se concentran en el núcleo de cualquier cuerpo lo suficientemente grande como para fundirse en algún momento del pasado (nuestra Luna califica bastante). Tendrás que cavar mucho.

La única fuente algo práctica de elementos pesados ​​son los asteroides de "hierro". Parece que son los núcleos mencionados anteriormente, expuestos por colisiones en el pasado. Allí obtendrá metales fácilmente accesibles y (probablemente) torio como subproducto de la purificación de metales.

Si bien no puedo mejorar las respuestas anteriores con respecto a la abundancia de torio. Me gustaría agregar que me parece dudoso que cualquier hábitat espacial del sistema solar interno (quizás dejando al descubierto la luna o los puntos L2 de LaGrange) use algún tipo de reactor nuclear. Esto se debe a que los paneles solares son simplemente una fuente de energía mucho mejor para estas aplicaciones; requieren mucho menos mantenimiento, tienen menos problemas con el calor y no tienen que lidiar con el transporte de combustible o la eliminación de desechos.

Además, si bien los viajes espaciales requerirán la adopción de alguna forma de propulsión nuclear a largo plazo, sospecho que una estación espacial de energía nuclear en órbita terrestre (especialmente LEO) sería políticamente difícil de vender.