Торијум (90Тh) има седам природних изотопа, али ниједан није стабила, 232Th, је релативно срабилан, са временом полураспада 1.405 × 1010 година, што је знатно дуже од старости Земље, па чак и мало дуже од опште прихваћене старости свемира. Овај изотоп чини скоро све природне Торијуме, тако да је Торијум препознат као мононуклеарни. Међутим, 2013, IUPAC je рекласификовао Торијум као бинуклеаран, због велике количине 230Th у дубокој морској води. Торијум има карактеристичан земалјски изотопски састав, на основу чега му се може дати стандардна атомска маса.
Окарактерисан је тридесет један радиоизотоп, а најстабилнији су 232Th, 230Th, са временом полураспада од 75.380 година, 229Th са временом полураспада 7.917 година, и 228Th, са временом полураспада 1,92 година. Сви остали радиоактивни изотопи имају време полураспада. Сви остали радиоактивни имају време полураспада које је манје од тридесет дана и већина нјих има време полураспада мање од десет минута. Један изотоп, 229Th, има нуклеарни изомер (или метастабилно стање) са изузетно ниском емисијом енергије, која је недавно измерена 8,28 ± 0,17 eV. Предложено је да се изврши ласерска спектроскопија језгра 229Th и да се његова ниско-енергетска транзиција користи за развој нуклеарног сата изузетно високе прецизности.
Изотопи Познати изотопи Торијума у масеном броју од 208 до 238. Главни изотопи Торијума (90 Th)ИзотопПропадањеИзобиљу полураспад (t1/2)РежимуПроизвода227ThТраг18,68 dα223Ra228ThТраг1,9116 yα224Ra229ThТраг7917 yα225Ra230Th0,02%75400 yα226Ra231ThТраг35,5 hβ−231Pa232Th99,98%1405-1010 yα228Ra234ThТраг24,1 dβ−234PaStandardna atomska masa Ar, standard(Th)232.0377 (4)prikaz-pričamo-uređivanje Списак изотопа НуклидеИсторијско имеZNМаса изотопаВреме полураспдаDecay modeĆerka terisotopOkretanje i
parnostPrirodna izobilje (krtice)Prekomerna energijaНормална пропорцијаОпсег варијација208Th90118208.01791 (4)1.7 (+ 1.7-0,6) MSA204Ra0 +209Th90119209.01772 (11)7 (5) MS [3,8 (+ 69 − 15)]A205Ra5/2 − #210Th90120210.015075 (27)17 (11) MS [9 (+ 17 − 4) MS]A206Ra0 +β + (redak)210AC211Th90121211.01493 (8)48 (20) MS [0.04 (+ 3 − 1) s]A207Ra5/2 − #β+ (redak)211AC212Th90122212.01298 (2)36 (15) MS [30 (+ 20-10) MS]a (99,7%)208Ra0 +β+ (. 3%)212AC213Th90123213.01301 (8)140 (25) MSA209Ra5/2 − #β+ (redak)213AC214Th90124214.011500 (18)100 (25) MSA210Ra0 +215Th90125215.011730 (29)1.2 (2) sA211Ra(1/2 −)216Th90126216.011062 (14)26.8 (3) MSa (99,99%)212Ra0 +β+ (. 006%)216AC216m1Th2042 (13) keV137 (4) μ(8 +)216m2Th2637 (20) keV615 (55) NS(11 −)217Th90127217.013114 (22)240 (5) μA213Ra(9/2 +)218Th90128218.013284 (14)109 (13) NSA214Ra0 +219Th90129219.01554 (5)1.05 (3) μA215Ra9/2 + #β+ (10− 7%)219AC220Th90130220.015748 (24)9.7 (6) μA216Ra0 +EC (2 × 10− 7%)220AC221Th90131221.018184 (10)1.73 (3) MSA217Ra(7/2 +)222Th90132222.018468 (13)2.237 (13) MSA218Ra0 +EC (1.3 × 10− 8%)222AC223Th90133223.020811 (10)0.60 (2) sA219Ra(5/2) +224Th90134224.021467 (12)1.05 (2) sA220Ra0 +β+β+ (redak)224Ra225Th90135225.023951 (5)8.72 (4) mina (90%)221Ra(3/2) +EC (10%)225AC226Th90136226.024903 (5)30.57 (10) minA222Ra0 +227ThRadioactinijum90137227.0277041 (27)18.68 (9) dA223Ra1/2 +Праћење228ThРадиоторијум90138228.0287411 (24)1.9116 (16) iA224Ra0 +CD (1.3 × 10− 11%)208PB229Th90139229.031762 (3)7.34 (16)-103 iA225Ra5/2 +Траг221Th8.3 (2) eV7 (1) μsTo229th3/2 +230ThIonijum90140230.0331338 (19)7538 (30)-104 iA226Ra0 +0.0002 (2)CD (5,6 × 10− 11%)206HG
24doSF (5 × 10− 11%)Razni231ThУранијум У90141231.0363043 (19)25,52 (1) hβ−231pa5/2 +Праћење(10− 8%)227Ra232ThTorijuma leži90142232.0380553 (21)1405 (6)-1010 iA228Ra0 +0.9998 (2)β−β− (redak)232USF (1.1 × 10− 9%)RazniCD (2.78 × 10− 10%)182Yb
26do
24 godineDo233Th90143233.0415818 (21)21.83 (4) minβ−233pa1/2 +234ThUranijum X190144234.043601 (4)24,10 (3) dβ−234pa0 +Траг235Th90145235.04751 (5)7.2 (1) minβ−235pa(1/2 +) #236Th90146236.04987 (21) #37.5 (2) minβ−236pa0 +237Th90147237.05389 (39) #4,8 (5) minβ−237pa5/2 + #238Th90148238.0565 (3) #9,4 (20) minβ−238pa0 +
Користи Торијум је предложен за употребу у производњи нуклеарне енергије на бази Торијума. У многим земљама коришћење Торијума у потрошачким производима је забрањено или обесхрабивано, због његове радиоактивности. Тренутно се користи као катода вакуумираних цеви, за комбинацију физичке стабилности на високој температури и ниском радном енергијом, потребном за уклањање електрона са његове површине. Коришћен је око један век у лампама на гас и парним лампама, као што су гасне светиљке и лампе за камповање.
Сочива ниске дисперзије Торијум се такође користио у појединим стакленим елементима Aero-Ektar сочива, које је направио KODAK за време Другог светског рата. Она су била средње радиоактивни. Два стаклена елемента у f/2,5 Aero-ektar сочива, Торијум чини 11% и 13% тежини. Наочаре које садрже Торијум су коришћене, јер имају висок рефрациони индекс, са ниском дисперзијом (варијација индекса са таласном дужином), а и данас су веома пожељне. Многа сачувана Aero-Ektar сочива имају нијансу обојене нијансе чаја, вероватно због оштећења стакла услед радијације.
Пошто су ова сочива коришћена за извиђање ваздуха, ниво радијације није довољно висок за кратак временски период, снимања. Због тога се сматрало да је ниво радијације разумно безбедан. Међутим, када се не користи, било би мудро ускладиштити та сочива што је могуће даље од несељених области; дозвољаваћи однос који је обрнуто пропорционалан квадрату растојања до извора радијације. Актиноиди и физија продуката полураспаду V*T*EАктиноиди по низу распада Рапон времена полураспада (y)Продукти физије 235U по приносу 4n 4n+1 4n+2 4n+3 4.5–7% 0.04–1.25% <0.001% 228Ra№ 4–6 † 155Euþ 244Cmƒ 241Puƒ 250Cf 227Ac№ 10–29 90Sr 85Kr 113mCdþ 232Uƒ 238Puƒ 243Cmƒ 29–97 137Cs 151Smþ 121mSn 248Bk 249Cfƒ 242mAmƒ 141–351 Без продуката физије са
временом полураспада
од 100.000 до 210.000 година ...241Amƒ 251Cfƒ 430–900 226Ra№ 247Bk 1.3 k – 1.6 k 240Pu 229Th 246Cmƒ 243Amƒ 4.7 k – 7.4 k 245Cmƒ 250Cm 8.3 k – 8.5 k 239Puƒ 24.1 k 230Th№ 231Pa№ 32 k – 76 k 236Npƒ 233Uƒ 234U№ 150 k – 250 k ‡ 99Tc₡ 126Sn 248Cm 242Pu 327 k – 375 k 79Se₡ 1.53 M 93Zr 237Npƒ 2.1 M – 6.5 M 135Cs₡ 107Pd 236U 247Cmƒ 15 M – 24 M 129I₡ 244Pu 80 M ... nor beyond 15.7 M years232Th№ 238U№ 235Uƒ№ 0.7 G – 14.1 G Легенда за симболе
₡ има попречни пресек топлотног неутрона у распону од 8–50 бар
ƒ физиони
m метастабилни изомер
№ првенствено радиоактивни материјал који се природно јавља (NORM)
þ отров неутрона (пресек хватања термичког неутрона већи од 3000 бар)
† распон 4–97 година: средње време полураспада продуката физије
‡ преко 200,000 година: дуго време полураспада продуката физије
Изотопи вредни помена
Tоријум-228 228Th је изотоп торијума са 138 неутрона. Једном се звао Радиоторијум због свог појављивања у ланцу дезијума -232. Има време полураспада од 1,9116 година. Он пролази кроз алфа распад до 224Ra. Понекад је у питању необична путања распада кластера, емитујући језгра од 20O и производи стабилан 208Pb. Tо је ћерка изотопа 232U.
228Th има атомску тежину од 228,0287411 gr/Mol.
Торијум-229 229Th је радиоактивни изотопи од торијума који пропада алфа емисијом са временом полураспада од 7917 година. 229Th се формира од распада Уранијум-233, а његова основна употреба је за производњу изотопа Актинијума-225 и Бизмут-213.
Tоријум-229m У 1976. спектроскопија Гама зрака је прво показала да 229Тh има комад језгра изомера у износу од 229mTh, са изузетно ниском побудном енергијом. У то време та енергија је била 10 еV, што је често засновано на непосматрању директног пропадања изомера. Међутим, 1990, додатне мере довеле су до закључка да је енергија скоро сигурно испод 10 еV, чинећи изомер једним од најнижих познатих енергија. Наредних година енергија је била додатно ограничена на 3,5 ± 1,0 eV, што је већ дуго времена прихваћена енергетска вредност. Таква ниска енергија је убрзо изазвала одређено интересовање, јер концептуално омогућава директно ласерско занимљиво нуклеарно стање, које води до неких занимљивих потенцијалних апликација, нпр. развој нуклеарног сата веома високе прецизности или као Q-битни за квантно рачунарсто.
Нуклеарно ласерска екселација од 229mTh, а самим тим и развој нуклеарног сата до сада је био у незнању са недовољним знањем о изомерским својствима. Прецизно познавање изомерске енергије од посебног је значаја у овом контексту, јер одређује потребну ласерску технологију и скраћује време скенирања приликом тражења директних извора. То је изазвало мноштво истрага, како теоријске тако и експерименталне, покушавајући да прецизно утврдити транзицију, покушавајући прецизно утврдити енергију прелаза и да прецизира друга својства изомерног стања 229Th (као што су животни век и магнетни моменат).
Директно посматрање фотона емитованих изомерним распадом значајно би помогло да се смањи изомерна енергетска вредност. На жалост, до данас, није постојао у потпуности коначан извештај о детекцији фотона емитованих у распаду од 229mTh. Уместо тога, побољшане мере грама рај спектроскопије коришћењем напредних X-Ray микрокалориметера спроведене су 2007, што је добило нову вредност за прелазну енергију E = 7,6 ± 0,5 eV, је исправљен на E = 7,8 ± 0,5 eV u 2009. Ова смена у изомеровој енергији од 3,5 еV до 7,8 еV вероватно објашњава зашто је неколико раних покушаја да се директно посматра транзиција била неуспешна. Ипак, већина недавних претрага светлости која се емитује у изомерном распаду није приметила ниједан сигнал, што упућује на потенцијално јак нерадијативни канал распадања. Директно откривање фотона емитованих изомерним распадом захтевано је 2012. и поново 2018. Међутим, оба извештаја тренутно су предмет контроверзних разговора унутар заједнице.
Директно откривање електрона се емитује у каналу за распад унутрашње конверзие 229mTh, постигнуто је 2016. године. Међутим у време када је изомерова транзиција могла да буде стабилно ограничена на између 6,3 i 18,3 eV. Коначно, 2019. године, неоптичка електронска спектроскопија интерне конверзије електрона, емитованих изомерним распадом омогућила је одређивање енергије побуде изомера на 8,28 ± 0,17 eV, што представља данашњу најпрецизнију енергетску вриедност. Међутим, ова вредност се појављује у супротности са претиском за 2018. годину, што показује да се може приказати сличан сигнал као и 8,4 eV Xenon Vuv foton, али са око1.3+0.2−0.1 eV без струје и животног века трајања. У том документу,229Th је усађен у SiO2, што је могуће резултирало енергетском препуном и измењеном животном средином, иако су земље умешане првенствено нуклеарне, штитиле их из електронских интеракција.
Као посебност изузетно ниске прекомерне енергије, животни век 229mTh умногоме зависи од електронског окружења језгра. У јонима 229Th, унутрашња конверзија распада је енергетски збрањена, јер је изомерска енергија испод енергије која је потребна за даљу јонизацију Th+. То води до животног века који може да приступи радиоактивном животу 229mTh, за коју не постоји мера, али је теоретски предвиђен у распону од 103 дo 104 секунде. Експериментално, за јоне 229mTh2+ и 229mTh3+ откривен је изомерни век дужи од 1 минута. Супротно томе, у неутралним 229Th атомима дозвољена је интерна конверзија распада, што доводи до изомерног века који се смањује за 9 реда величине, на око 10 микросекунди. У 2017. години заиста је потврђен животни век у распону од неколико микросекунди за неутралне, површински везане атоме 229mTh, на основу откривања сигнала унутрашњег конвертовања.