토륨 동위 원소
1. 개요
토륨 동위 원소는 토륨의 서로 다른 핵종을 의미하며, 질량수가 207에서 238까지 32가지가 알려져 있다. 이 중 가장 안정적인 것은 232Th로, 반감기는 140억 5천만 년이며, 자연에 존재하는 토륨의 거의 전부를 구성한다. 토륨 동위 원소는 핵연료, 합금, 촉매, 렌즈 제작 등에 사용되며, 토륨 기반 핵발전에 대한 연구도 진행 중이다.
| 원소 기호 | Th |
|---|
| Th-227 | na: 미량 hl: 18.68일 dm1: α link1: Ra-223 |
|---|---|
| Th-228 | na: 미량 hl: 1.9116년 dm1: α link1: Ra-224 |
| Th-229 | na: 미량 hl: 7917년 ref: "[https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.89.064310 Varga, Z.; Nicholl, A.; Mayer, K. Determination of the 229Th half-life. Physical Review C. 89 (6): 064310. 2014]" dm1: α link1: Ra-225 |
| Th-230 | na: 0.02% hl: 75400년 dm1: α link1: Ra-226 |
| Th-231 | na: 미량 hl: 25.5시간 dm1: β- link1: Pa-231 |
| Th-232 | na: 99.98% hl: 1.405×10^10년 dm1: α link1: Ra-228 |
| Th-233 | na: 미량 hl: 21.83분 dm1: β− link1: Pa-233 |
| Th-234 | na: 미량 hl: 24.1일 dm1: β− link1: Pa-234 |
| footnote: "" | |
| child: "no" |
| ref1: "[https://cds.cern.ch/record/974608/files/PhysRevC.73.044326.pdf Ruchowska, E. Nuclear structure of 229Th. Physical Review C. 73 (4): 044326. 2006. doi:10.1103/PhysRevC.73.044326]" | |
| ref2: "[https://www.few.vu.nl/~wimu/Varying-Constants-Papers/Th-229-Peik-Tamm-EuLett-2003.pdf Peik, E.; Tamm, Chr. Nuclear laser spectroscopy of the 3.5 eV transition in 229Th. Europhysics Letters. 61 (2): 181–186. 2003-01-15. doi:10.1209/epl/i2003-00210-x]" | |
| ref3: "[https://sites.lsa.umich.edu/kuzmich-lab/wp-content/uploads/sites/90/2014/05/229ThClock.pdf Campbell, C.J.; Radnaev, A.G.; Kuzmich, A.; Dzuba, V.A.; Flambaum, V.V.; Derevianko, A. A single ion nuclear clock for metrology at the 19th decimal place. Physical Review Letters. 108 (12): 120802. 2012. doi:10.1103/PhysRevLett.108.120802]" | |
| ref4: "[http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PRLTAO000098000014142501000001 Beck, B. R. et al. Energy splitting in the ground state doublet in the nucleus 229Th. Physical Review Letters. 98: 142501. 2007-04-06. doi:10.1103/PhysRevLett.98.142501]" | |
| ref5: "[http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PRVCAN000073000004044326000001 Ruchowska, E. et al. Nuclear structure of 229Th. Phys. Rev. C. 73: 044326. 2006. doi:10.1103/PhysRevC.73.044326]" | |
| ref6: "[http://prola.aps.org/pdf/PRC/v54/i4/p2043_1 Ikezoe, H. et al. alpha decay of a new isotope of 209Th. Phys. Rev. C. 54: 2043. 1996. doi:10.1103/PhysRevC.54.2043]" |
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토륨 -
토륨 연료 사이클
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토륨 -
컴튼-벨코비치 토륨 이상
컴튼-벨코비치 토륨 이상은 달 뒷면의 컴튼 충돌구와 벨코비치 충돌구 사이에 위치한 토륨 농도가 비정상적으로 높은 지역으로, 돔 형태 지형, 화산쇄설류 추정 지역 등 다양한 지형적 특징을 보이며 화산 활동과 관련하여 생성된 것으로 추정된다. -
원소별 동위 원소 목록 -
탄소 동위 원소
탄소 동위원소는 양성자 수는 6개로 같지만 중성자 수가 다른 탄소의 여러 형태로, 자연계에는 안정 동위원소인 탄소-12, 탄소-13과 방사성 동위원소인 탄소-14가 존재하며, 각각 원자 질량 단위 기준, 핵자기 공명 분광법, 방사성탄소연대측정법 등에 활용되고 비율 분석은 다양한 학문 분야에서 과거 환경 연구에 사용된다. -
원소별 동위 원소 목록 -
베릴륨 동위 원소
베릴륨 동위 원소는 자연계에 주로 존재하는 안정 동위원소 베릴륨-9와 방사성 동위원소로 구성되며, 베릴륨-7과 베릴륨-10은 우주선에 의해 생성되어 연구에 활용되고, 베릴륨은 안정 동위원소가 하나뿐인 특이한 원소이다.
2. 동위 원소
| 핵종 | 과거 명칭 | Z(p) | N(n) | 동위 원소 질량 (u) | 반감기 | 붕괴 방식 | 붕괴 생성물 | 핵 스핀 | 대표적 동위 원소 조성비 (몰 분율) | 자연적 조성비 변동 범위 (몰 분율) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 207Th | 90 | 117 | 9.7(46.6)(4.4) ms | α | 203Ra | |||||
| 208Th | 90 | 118 | 208.017915(34) | 2.4(12) ms | α | 204Ra | 0+ | |||
| 209Th | 90 | 119 | 209.01772(11) | 7(5) ms | α | 205Ra | 5/2-# | |||
| 210Th | 90 | 120 | 210.015075(27) | 17(11) ms | α | 206Ra | 0+ | |||
| 211Th | 90 | 121 | 211.01493(8) | 48(20) ms | α | 207Ra | 5/2-# | |||
| β+ (드묾) | 211Ac | |||||||||
| 212Th | 90 | 122 | 212.01298(2) | 36(15) ms | α (99.7%) | 208Ra | 0+ | |||
| β+ (0.3%) | 212Ac | |||||||||
| 213Th | 90 | 123 | 213.01301(8) | 140(25) ms | α | 209Ra | 5/2-# | |||
| β+ (드묾) | 213Ac | |||||||||
| 214Th | 90 | 124 | 214.011500(18) | 100(25) ms | α | 210Ra | 0+ | |||
| 215Th | 90 | 125 | 215.011730(29) | 1.2(2) s | α | 211Ra | (1/2-) | |||
| 216Th | 90 | 126 | 216.011062(14) | 26.8(3) ms | α (99.99%) | 212Ra | 0+ | |||
| β+ (0.006%) | 216Ac | |||||||||
| 216m1Th | 2042(13) keV | 137(4) µs | (8+) | |||||||
| 216m2Th | 2637(20) keV | 615(55) ns | (11-) | |||||||
| 217Th | 90 | 127 | 217.013114(22) | 240(5) µs | α | 213Ra | (9/2+) | |||
| 218Th | 90 | 128 | 218.013284(14) | 109(13) ns | α | 214Ra | 0+ | |||
| 219Th | 90 | 129 | 219.01554(5) | 1.05(3) µs | α | 215Ra | 9/2+# | |||
| β+ (10−7%) | 219Ac | |||||||||
| 220Th | 90 | 130 | 220.015748(24) | 9.7(6) µs | α | 216Ra | 0+ | |||
| ε (2×10−7%) | 220Ac | |||||||||
| 221Th | 90 | 131 | 221.018184(10) | 1.73(3) ms | α | 217Ra | (7/2+) | |||
| 222Th | 90 | 132 | 222.018468(13) | 2.237(13) ms | α | 218Ra | 0+ | |||
| ε (1.3×10−8%) | 222Ac | |||||||||
| 223Th | 90 | 133 | 223.020811(10) | 0.60(2) s | α | 219Ra | (5/2)+ | |||
| 224Th | 90 | 134 | 224.021467(12) | 1.05(2) s | α | 220Ra | 0+ | |||
| β+β+ (드묾) | 224Ra | |||||||||
| 225Th | 90 | 135 | 225.023951(5) | 8.72(4) min | α (90%) | 221Ra | (3/2)+ | |||
| ε (10%) | 225Ac | |||||||||
| 226Th | 90 | 136 | 226.024903(5) | 30.57(10) min | α | 222Ra | 0+ | |||
| 227Th | 방사성 악티늄 | 90 | 137 | 227.0277041(27) | 18.68(9) d | α | 223Ra | 1/2+ | 미량 | |
| 228Th | 방사성 토륨 | 90 | 138 | 228.0287411(24) | 1.9116(16) a | α | 224Ra | 0+ | 미량 | |
| CD (1.3×10−11%) | 208Pb 20O | |||||||||
| 229Th | 90 | 139 | 229.031762(3) | 7.34(16)×103 a | α | 225Ra | 5/2+ | |||
| 229mTh | 0.0076(5) keV | 70(50) h | IT | 229Th | 3/2+ | |||||
| 230Th | 이오늄 | 90 | 140 | 230.0331338(19) | 7.538(30)×104 a | α | 226Ra | 0+ | 미량 | |
| CD (5.6×10−11%) | 206Hg 24Ne | |||||||||
| SF (5×10−11%) | 다양함 | |||||||||
| 231Th | 우라늄 Y | 90 | 141 | 231.0363043(19) | 25.52(1) h | β- | 231Pa | 5/2+ | 미량 | |
| α (10−8%) | 227Ra | |||||||||
| 232Th | 토륨 | 90 | 142 | 232.0380553(21) | 1.405(6)×1010 a | α | 228Ra | 0+ | 1.0000 | |
| β-β- (드묾) | 232U | |||||||||
| SF (1.1×10−9%) | 다양 | |||||||||
| CD (2.78×10−10%) | 182Yb 26Ne 24Ne | |||||||||
| 233Th | 90 | 143 | 233.0415818(21) | 21.83(4) min | β- | 233Pa | 1/2+ | |||
| 234Th | 우라늄 X1 | 90 | 144 | 234.043601(4) | 24.10(3) d | β- | 234mPa | 0+ | 미량 | |
| 235Th | 90 | 145 | 235.04751(5) | 7.2(1) min | β- | 235Pa | (1/2+)# | |||
| 236Th | 90 | 146 | 236.04987(21)# | 37.5(2) min | β- | 236Pa | 0+ | |||
| 237Th | 90 | 147 | 237.05389(39)# | 4.8(5) min | β- | 237Pa | 5/2+# | |||
| 238Th | 90 | 148 | 238.0565(3)# | 9.4(20) min | β- | 238Pa | 0+ | |||
토륨은 자발 핵분열을 하는 가장 가벼운 원소이다. 토륨의 동위 원소는 32가지가 알려져 있으며, 질량수는 207~238이다. 이들 중 가장 안정한 것은 232Th로, 반감기가 140억 5천만 년이며, 이는 우주의 나이와 거의 맞먹는다. 232Th는 자연에 존재하는 토륨의 거의 전부를 구성하며, 다른 토륨 동위 원소들은 대부분 반감기가 짧다.
* 토륨-227 (방사성 악티늄)
토륨-227/Thorium-227영어은 90개의 양성자와 137개의 중성자를 가지는 토륨의 동위 원소이다. 과거에는 방사성 악티늄(radio-actinium)으로도 불렸다. 반감기는 18.68일이며, 알파 붕괴를 통해 라듐-223(223Ra)으로 붕괴한다. 핵 스핀은 1/2+이다. 토륨-227은 미량 존재한다.
* 토륨-228 (방사성 토륨)
228Th은 138개의 중성자를 가진 토륨의 동위 원소이다. 232Th의 붕괴 연쇄에서 발생하여 한때 방사성 토륨으로 명명되었다. 228Th의 반감기는 1.9116년이며, 알파 붕괴를 거쳐 224Ra로 붕괴한다. 드물게 클러스터 붕괴를 통해 20O 핵을 방출하고 안정적인 208Pb을 생성한다. 토륨 붕괴 계열에서 232U의 딸 동위 원소이다.
228Th의 원자량은 228.0287411 g/mol이다.
붕괴 생성물인 224Ra과 함께 알파 입자 방사선 치료에 사용된다.
* 토륨-229
229Th는 방사성 동위 원소로, 토륨의 동위 원소이며, 알파 입자 방출을 통해 7917년의 반감기로 붕괴된다.
229Th는 우라늄-233의 붕괴로 생성되며, 주요 용도는 핵의학 의학 동위 원소인 악티늄-225와 비스무트-213의 생산이다.
229Th는 핵 이성질체인 229mTh영어를 가지며, 이 이성질체는 매우 낮은 여기 에너지를 갖는다.
* 토륨-229m
229Th은 핵 이성질체인 를 가지며, 이 이성질체는 매우 낮은 여기 에너지를 갖는다.
이 낮은 에너지로 인해 229mTh영어의 수명은 핵의 전자 환경에 크게 의존한다. 중성 229Th영어에서 이성질체는 수 마이크로초 이내에 내부 변환으로 붕괴한다. 그러나, 이성질체 에너지는 두 번째 전자를 제거하기에 충분하지 않으며(토륨의 두 번째 이온화 에너지는 11.5 eV이다), 따라서 Th+ 이온에서는 내부 변환이 불가능하다. 방사성 붕괴는 반감기가 1000초 이상으로 더 길게 발생한다. 이온 결정에 내장된 경우, 이온화가 100%가 아니므로 소량의 내부 변환이 발생하며, 이는 최근 측정된 수명 ≈600초로 이어지며, 이는 고립된 이온의 수명 1740초로 외삽할 수 있다.
이 여기 에너지는 2020407384335 kHz의 광자 주파수(파장 15 nm)에 해당한다. 매우 높은 주파수 진공 자외선 주파수 범위에 있지만, 이 주파수에서 작동하는 레이저를 구축할 수 있으며, 이는 핵 상태를 직접 레이저 여기할 수 있는 유일한 기회를 제공하며, 이는 매우 높은 정확도의 원자시계나 양자 컴퓨팅을 위한 큐비트와 같은 응용 분야에 사용될 수 있다.
이러한 응용 분야는 오랫동안 이성질체 에너지의 부정확한 측정으로 인해 방해를 받았으며, 레이저 여기의 정밀함 때문에 넓은 주파수 범위를 검색하는 데 사용하기 어렵다. 2024년에 주파수가 정확하게 측정되기 전에, 전이 에너지를 정확하게 결정하고 229Th영어의 이성질체 상태의 다른 속성(예: 수명 및 자기 모멘트)을 지정하기 위해 이론적 및 실험적 조사가 많이 이루어졌다.
* 토륨-230 (이오늄)
토륨-230(230Th)은 토륨의 방사성 동위 원소이다. 과거에는 이오늄(Ionium, 기호 Io)으로 불렸는데, 이는 우라늄-238 (238U)의 방사성 붕괴 사슬에서 생성되는 230Th 동위 원소에 대한 초기 연구에서 붙여진 이름이다. 이후 이오늄과 토륨이 화학적으로 동일하다는 것이 밝혀졌다. 230Th는 7.538(30)×104 년의 반감기를 가지며, 알파 붕괴를 통해 라듐-226(226Ra)으로 붕괴한다. 또한, 매우 드물게 뭉치 붕괴(CD)를 통해 206Hg와 24Ne을 생성하거나, 자발 핵분열(SF)을 일으키기도 한다.
230Th는 산호의 연대 측정 및 해류의 유량을 결정하는 데 사용될 수 있다.
* 토륨-231 (우라늄 Y)
토륨-231(231Th)은 90개의 양성자와 141개의 중성자를 가진 토륨의 동위 원소로, 우라늄 Y라고도 불린다. 우라늄-235의 붕괴 생성물이며, 지구상에 극미량 존재한다. 반감기는 25.52시간이며, β- 붕괴를 통해 프로트악티늄-231(프로트악티늄-231/Protactinium-231영어)이 된다. 붕괴 에너지는 0.39 MeV이고, 질량은 231.0363043 u이다.
* 토륨-232
232Th는 토륨의 유일한 원시 핵종이며, 자연 토륨의 거의 전부를 차지한다. 다른 토륨 동위 원소는 우라늄과 토륨의 비교적 단명하는 붕괴 생성물로 미량만 존재한다. 알파 붕괴를 통해 1.405×1010년의 반감기를 가지며, 이는 지구의 나이보다 3배 이상 길고, 대략 우주의 나이와 같다.
붕괴 연쇄는 토륨 계열이며, 최종적으로 납-208로 끝난다. 붕괴 연쇄의 나머지 부분은 빠르게 진행되며, 가장 긴 반감기는 라듐-228의 5.75년과 토륨-228의 1.91년이며, 다른 모든 반감기를 합해도 15일 미만이다.
232Th는 중성자 포획으로 핵변환을 일으켜 핵분열성 핵종인 우라늄-233으로 변환될 수 있는 번식 물질이며, 이는 토륨 연료 주기의 기초가 된다. 과거 이산화 토륨 현탁액 (토로트라스트) 형태로, 초창기 X선 진단에서 조영제로 사용되었으나, 현재는 발암 물질로 분류된다.
* 토륨-233
233Th는 토륨의 동위 원소 중 하나로, 양성자 90개와 중성자 143개로 구성된다. β- 붕괴를 통해 프로트악티늄-233(Protactinium-233영어)으로 붕괴하며, 반감기는 21.83분이다.232Th의 자연적인 중성자 활성화의 결과로 자연에서 미량 발생한다.
* 토륨-234 (우라늄 X1)
토륨-234(234Th)는 90개의 양성자와 144개의 중성자를 가진 토륨의 동위 원소이다. 우라늄 X1(Uranium X1)이라고도 불린다. 234.0436 u의 질량을 가지며, 24.1일의 반감기를 가지고 β- 붕괴하여 [[프로트악티늄]-234m] (234mPa)로 붕괴한다. 붕괴 에너지는 약 270 keV이다. 우라늄-238(238U)은 주로 토륨-234(234Th)로 붕괴하며, 드물게 자발 핵분열을 일으키기도 한다.
2.1. 토륨-227 (방사성 악티늄)
토륨-227은 90개의 양성자와 137개의 중성자를 가지는 토륨의 동위 원소이다. 과거에는 방사성 악티늄(radio-actinium)으로도 불렸다. 반감기는 18.68일이며, 알파 붕괴를 통해 라듐-223(223Ra)으로 붕괴한다. 핵 스핀은 1/2+이다. 토륨-227은 미량 존재한다.
2.2. 토륨-228 (방사성 토륨)
228Th은 138개의 중성자를 가진 토륨의 동위 원소이다. 232Th의 붕괴 연쇄에서 발생하여 한때 방사성 토륨으로 명명되었다. 228Th의 반감기는 1.9116년이며, 알파 붕괴를 거쳐 224Ra로 붕괴한다. 드물게 클러스터 붕괴를 통해 20O 핵을 방출하고 안정적인 208Pb을 생성한다. 토륨 붕괴 계열에서 232U의 딸 동위 원소이다.
228Th의 원자량은 228.0287411 g/mol이다.
붕괴 생성물인 224Ra과 함께 알파 입자 방사선 치료에 사용된다.
2.3. 토륨-229
229Th는 방사성 동위 원소로, 토륨의 동위 원소이며, 알파 입자 방출을 통해 7917년의 반감기로 붕괴된다.
229Th는 우라늄-233의 붕괴로 생성되며, 주요 용도는 핵의학 의학 동위 원소인 악티늄-225와 비스무트-213의 생산이다.
229Th는 핵 이성질체인 229mTh영어를 가지며, 이 이성질체는 매우 낮은 여기 에너지를 갖는다.
이 낮은 에너지로 인해 229mTh영어의 수명은 핵의 전자 환경에 크게 의존한다. 중성 229Th영어에서 이성질체는 수 마이크로초 이내에 내부 변환으로 붕괴한다. 그러나, 이성질체 에너지는 두 번째 전자를 제거하기에 충분하지 않으며(토륨의 두 번째 이온화 에너지는 11.5 eV이다), 따라서 Th+ 이온에서는 내부 변환이 불가능하다. 방사성 붕괴는 반감기가 1000초 이상으로 더 길게 발생한다. 이온 결정에 내장된 경우, 이온화가 100%가 아니므로 소량의 내부 변환이 발생하며, 이는 최근 측정된 수명 ≈600초로 이어지며, 이는 고립된 이온의 수명 1740초로 외삽할 수 있다.
이 여기 에너지는 2020407384335 kHz의 광자 주파수(파장 15 nm)에 해당한다. 매우 높은 주파수 진공 자외선 주파수 범위에 있지만, 이 주파수에서 작동하는 레이저를 구축할 수 있으며, 이는 핵 상태를 직접 레이저 여기할 수 있는 유일한 기회를 제공하며, 이는 매우 높은 정확도의 원자시계나 양자 컴퓨팅을 위한 큐비트와 같은 응용 분야에 사용될 수 있다.
이러한 응용 분야는 오랫동안 이성질체 에너지의 부정확한 측정으로 인해 방해를 받았으며, 레이저 여기의 정밀함 때문에 넓은 주파수 범위를 검색하는 데 사용하기 어렵다. 2024년에 주파수가 정확하게 측정되기 전에, 전이 에너지를 정확하게 결정하고 229Th영어의 이성질체 상태의 다른 속성(예: 수명 및 자기 모멘트)을 지정하기 위해 이론적 및 실험적 조사가 많이 이루어졌다.
2.3.1. 토륨-229m
229Th은 핵 이성질체인 를 가지며, 이 이성질체는 매우 낮은 여기 에너지를 갖는다.
이 낮은 에너지로 인해 229mTh의 수명은 핵의 전자 환경에 크게 의존한다. 중성 229Th에서 이성질체는 수 마이크로초 이내에 내부 변환으로 붕괴한다. 그러나, 이성질체 에너지는 두 번째 전자를 제거하기에 충분하지 않으며(토륨의 두 번째 이온화 에너지는 11.5 eV이다), 따라서 Th+ 이온에서는 내부 변환이 불가능하다. 방사성 붕괴는 반감기가 1000초 이상으로 더 길게 발생한다. 이온 결정에 내장된 경우, 이온화가 100%가 아니므로 소량의 내부 변환이 발생하며, 이는 최근 측정된 수명 ≈600초로 이어지며, 이는 고립된 이온의 수명 1740초로 외삽할 수 있다.
이 여기 에너지는 2020407384335 kHz의 광자 주파수(파장 15 nm)에 해당한다. 매우 높은 주파수 진공 자외선 주파수 범위에 있지만, 이 주파수에서 작동하는 레이저를 구축할 수 있으며, 이는 핵 상태를 직접 레이저 여기할 수 있는 유일한 기회를 제공하며, 이는 매우 높은 정확도의 원자시계나 양자 컴퓨팅을 위한 큐비트와 같은 응용 분야에 사용될 수 있다.
이러한 응용 분야는 오랫동안 이성질체 에너지의 부정확한 측정으로 인해 방해를 받았으며, 레이저 여기의 정밀함 때문에 넓은 주파수 범위를 검색하는 데 사용하기 어렵다. 2024년에 주파수가 정확하게 측정되기 전에, 전이 에너지를 정확하게 결정하고 229Th의 이성질체 상태의 다른 속성(예: 수명 및 자기 모멘트)을 지정하기 위해 이론적 및 실험적 조사가 많이 이루어졌다.
2.4. 토륨-230 (이오늄)
토륨-230(230Th)은 토륨의 방사성 동위 원소이다. 과거에는 이오늄(Ionium, 기호 Io)으로 불렸는데, 이는 우라늄-238 (238U)의 방사성 붕괴 사슬에서 생성되는 230Th 동위 원소에 대한 초기 연구에서 붙여진 이름이다. 이후 이오늄과 토륨이 화학적으로 동일하다는 것이 밝혀졌다. 230Th는 7.538(30)×104 년의 반감기를 가지며, 알파 붕괴를 통해 라듐-226(226Ra)으로 붕괴한다. 또한, 매우 드물게 뭉치 붕괴(CD)를 통해 206Hg와 24Ne을 생성하거나, 자발 핵분열(SF)을 일으키기도 한다.
230Th는 산호의 연대 측정 및 해류의 유량을 결정하는 데 사용될 수 있다.
2.5. 토륨-231 (우라늄 Y)
토륨-231(231Th)은 90개의 양성자와 141개의 중성자를 가진 토륨의 동위 원소로, 우라늄 Y라고도 불린다. 우라늄-235의 붕괴 생성물이며, 지구상에 극미량 존재한다. 반감기는 25.52시간이며, β- 붕괴를 통해 프로트악티늄-231(프로트악티늄-231/Protactinium-231영어)이 된다. 붕괴 에너지는 0.39 MeV이고, 질량은 231.0363043 u이다.
2.6. 토륨-232
232Th는 토륨의 유일한 원시 핵종이며, 자연 토륨의 거의 전부를 차지한다. 다른 토륨 동위 원소는 우라늄과 토륨의 비교적 단명하는 붕괴 생성물로 미량만 존재한다. 알파 붕괴를 통해 1.405×1010년의 반감기를 가지며, 이는 지구의 나이보다 3배 이상 길고, 대략 우주의 나이와 같다.
붕괴 연쇄는 토륨 계열이며, 최종적으로 납-208로 끝난다. 붕괴 연쇄의 나머지 부분은 빠르게 진행되며, 가장 긴 반감기는 라듐-228의 5.75년과 토륨-228의 1.91년이며, 다른 모든 반감기를 합해도 15일 미만이다.
232Th는 중성자 포획으로 핵변환을 일으켜 핵분열성 핵종인 우라늄-233으로 변환될 수 있는 번식 물질이며, 이는 토륨 연료 주기의 기초가 된다. 과거 이산화 토륨 현탁액 (토로트라스트) 형태로, 초창기 X선 진단에서 조영제로 사용되었으나, 현재는 발암 물질로 분류된다.
2.7. 토륨-233
233Th는 토륨의 동위 원소 중 하나로, 양성자 90개와 중성자 143개로 구성된다. β- 붕괴를 통해 프로트악티늄-233(Protactinium-233영어)으로 붕괴하며, 반감기는 21.83분이다.232Th의 자연적인 중성자 활성화의 결과로 자연에서 미량 발생한다.
2.8. 토륨-234 (우라늄 X1)
토륨-234(234Th)는 90개의 양성자와 144개의 중성자를 가진 토륨의 동위 원소이다. 우라늄 X1(Uranium X1)이라고도 불린다. 234.0436 u의 질량을 가지며, 24.1일의 반감기를 가지고 β- 붕괴하여 [[프로트악티늄]-234m] (234mPa)로 붕괴한다. 붕괴 에너지는 약 270 keV이다. 우라늄-238(238U)은 주로 토륨-234(234Th)로 붕괴하며, 드물게 자발 핵분열을 일으키기도 한다.
3. 이용
토륨은 토륨 기반 핵발전에 사용될 수 있다고 제안되었다. 많은 국가에서 토륨의 소비자 제품 사용은 방사성 물질이기 때문에 금지되거나 권장되지 않는다.
현재는 진공관의 음극에 사용되는데, 이는 고온에서의 물리적 안정성과 표면에서 전자를 제거하는 데 필요한 낮은 일함수를 결합한 특성 때문이다.
약 1세기 동안 가스등 및 캠핑 랜턴과 같은 가스 및 증기 램프의 심지에 사용되어 왔다.
3.1. 핵연료
3.2. 합금
3.3. 촉매
3.4. 기타 용도
토륨은 제2차 세계 대전 중 코닥에서 제작한 Aero-Ektar 렌즈의 특정 유리 부품에도 사용되었다. 이 렌즈들은 약한 방사능을 띈다. f/2.5 Aero-Ektar 렌즈의 유리 부품 중 두 개는 무게 기준으로 11%와 13%의 토륨을 함유하고 있다. 토륨 함유 유리는 굴절률이 높고 분산(파장에 따른 굴절률 변화)이 낮다는, 매우 바람직한 특성을 가지고 있기 때문에 사용되었다. 남아있는 많은 Aero-Ektar 렌즈는 유리에 대한 방사선 손상으로 인해 차색을 띤다.
이 렌즈는 단기간에 필름을 흐리게 할 만큼 방사선 수준이 높지 않기 때문에 항공 정찰에 사용되었다. 이는 방사선 수준이 비교적 안전하다는 것을 의미한다. 그러나 사용하지 않을 때는, 반비례 제곱 관계가 방사선을 약화시키도록 하여, 일반적으로 사람이 거주하는 지역에서 최대한 멀리 이 렌즈를 보관하는 것이 신중하다.