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[[파일:Thorium sample 0.1g.jpg|섬네일]]
'''토륨'''(←{{llang|en|Thorium|소리엄}}, {{문화어|토리움}}←{{llang|de|Thorium|토리움}})은 [[화학 원소]]로 기호는 '''Th'''(←{{llang|la|Thorium|토리움}}), [[원자 번호]]는 90이다. [[악티늄족]]이다. 토륨은 1828년 [[스웨덴]]의 [[화학자]] [[옌스 야코브 베르셀리우스]]에 의해 발견되었으며 전쟁의 신 [[토르]](Thor)의 이름에서 유래했다. 은백색 [[금속]]으로 공기와 접촉 시 [[이산화 토륨]]을 생성하면서 검은색으로 변색된다. 토륨은 비교적 높은 [[녹는점]]을 가진다. 토륨은 전기양성적인 금속으로 +4의 주요 [[산화수]]를 가진다. 꽤 반응성이 높으며 잘게 나눠진 조각 상태이면 공기 중에서 발화할 수도 있다.

지금까지 알려진 모든 [[토륨 동위 원소|토륨 동위원소]]는 방사성이다. 가장 안정한 [[동위 원소|동위원소]]는 토륨-232인데 [[알파 붕괴]]를 일으키고 [[반감기]]는 140억년 인데, 이는 [[우주의 나이]] 정도라고 할 수 있다. 이 동위원소는 붕괴하면서 [[토륨 계열]](Thorium series)이라고 불리는 [[붕괴 계열]]을 시작시키는데 이 계열은 안정한 [[동위 원소|동위원소]]인 <sup>208</sup>Pb에서 끝이 난다. 지구에서 토륨(Th), [[비스무트]](Bi), [[우라늄]](U) 이 세 [[방사성 원소]]만이 지구가 생성되기 전에 생겨난 방사성 원소 중에서 지금까지 많은 양이 남아있는 [[원소 (화학)|원소]]이다. 토륨은 [[지구의 지각|지각]]에서 [[우라늄]](U)보다 3배 이상 많으며 [[모나자이트]](monazite) 모래에서 [[희토류 금속]]을 분리하는 과정에서 분리되기도 한다. 그 외에 다른 동위원소들은 무거운 동위원소가 붕괴할 때 거치는 붕괴 계열의 중간 물질로 짧은 시간 존재하며 극소량이 존재한다.

토륨은 비소모성 [[가스 텅스텐 아크 용접]] 전극봉 [[합금]]의 원료로 사용되고 있는데, 차츰 다른 대체물질로 대체되고 있다. 또 토륨은 한때 가스맨틀(gas mantle)의 [[광원]]과 몇몇 [[진공관]], 고가의 광학/과학적인 계기 장비의 재료로 쓰였지만 이마저도 별로 쓰이지 않는다. 토륨은 [[방사능]]에 대한 위험 때문에 이용이 점점 줄고 있다.

[[캐나다]]와 [[독일]], [[인도]], [[네덜란드]], [[영국]], [[미국]]에서는 토륨을 [[우라늄]]의 대체제로 써서 [[원자로]]를 가동하는 실험을 하고 있다. 토륨은 우라늄에 비해 안전하고 [[핵연료]] 원료물질(non-fertile material)이 아닌 [[동위 원소|동위원소]]가 생성되지 않으며 존재 비율이 높고 유용하기 때문에 대체제로 촉망받는다. [[:en:India's three-stage nuclear power programme|인도의 3단계 원자력 프로그램]]이 토륨 원전 분야에서 제일 잘 알려져 있다.

== 성질 ==
토륨은 중간 정도 부드럽고, [[상자성]]을 가지는 밝은 은색의 [[악티늄족]] 금속이다. [[주기율표]]상으로 [[악티늄]](Ac)의 오른쪽, [[프로트악티늄]](Pa)의 왼쪽, [[세륨]](Ce)의 아래쪽에 배열된다. 순수한 토륨은 연성이 좋다. 토륨 금속은 실온에서 [[면심 입방 격자|면심입방격자]] 구조를 가진다. [[온도]]와 [[압력]]에 따라 다른 두 가지 [[결정 구조]]도 가질 수 있는데 1360 [[섭씨|°C]] 이상에서는 [[체심 입방 격자|체심입방격자]], 100 G[[파스칼 (단위)|Pa]] 정도의 압력에서는 [[정방정계]] 구조를 가진다. 토륨 [[금속]]은 54 GPa의 [[체적 탄성 계수]]를 가지는데, 이는 [[주석 (원소)|주석]](Sn)의 경우인 58.2 GPa와 비슷한 값이다. (비교를 위해, [[알루미늄]]은 75.2 GPa, [[구리]]는 137.8 GPa, 그리고 [[연철]](mild steel)의 경우는 160–169 GPa이다.) 토륨은 연철 정도의 단단함을 가지기 때문에 열을 가하면 시트, 판으로 만들거나 줄로 뽑아낼 수도 있다.

토륨은 [[우라늄]](U)과 [[플루토늄]](Pu)의 절반 정도의 [[밀도]]를 가지며 그 둘보다 단단하다. 1.4 K 이하의 온도에서는 [[초전도 현상|초전도체]]가 된다. 토륨의 [[녹는점]]은 1750&nbsp;°C로 [[악티늄]](1227&nbsp;°C)과 [[프로트악티늄]](1568&nbsp;°C)의 경우보다 높다. 7주기가 시작되는 부분, 즉 [[프랑슘]](Fr)에서 토륨으로 갈수록 [[원소 (화학)|원소]]들의 녹는점은 증가한다(다른 [[주기 (주기율표)|주기]]들에서도 이런 성질이 나타난다). 그 이유는 [[원자]]가 가진 비국소 [[전자]]의 개수가 많아지고(프랑슘은 1개, 토륨은 4개)금속에서 전자와 금속 이온 부분의 결합([[금속 결합]])이 더 강해진다는 것이다. 또 토륨에서 [[플루토늄]]까지 [[녹는점]]이 낮아지는 경향도 있는데, 이 두 원소 사이의 구간에서 5[[f 오비탈]]에 있는 전자 개수는 0.4에서 6으로 증가한다. 이 경향은 5f와 6d 오비탈의 혼성화가 증가하고 복잡한 [[결정 구조]] 안의 방향성 결합(directional bond) 형성으로 인한 [[금속 결합|금속결합]]의 약화가 원인이 된다. (토륨의 f 오비탈 전자의 개수는 [[정수]]가 아닌데 그 이유는 5f-6d 오비탈의 겹침 때문이다) 적어도 [[밀리그램]] 정도의 양이 연구될 수 있는(물리적 성질이 연구될 수 있는) [[캘리포늄]](Cf) 까지의 [[악티늄족]] 원소들 중에서, 토륨은 가장 높은 녹는점과 끓는점, 두번째로 낮은 밀도를 가진다. ([[악티늄]]이 이들 중 가장 밀도가 낮다.) 토륨의 끓는점은 4788&nbsp;°C로 현재 끓는점이 알려진 원소들 중에서 5번째로 높은 값이다.

토륨의 측정되는 성질에는 샘플에 포함된 불순물의 정도가 영향을 미친다. 포함되어 있는 대표적인 불순물에는 [[이산화 토륨|이산화토륨]]이 있다. (ThO<sub>2</sub>) 어느 정도냐면 가장 순수한 토륨 샘플도 대부분 토륨의 [[산화물]]을 10 % 정도 포함할 정도이다. 토륨의 실험적인 [[밀도]]는 11.5에서 11.66 g/cm<sup>3</sup> 사이의 값으로 측정되는데 이 값은 토륨의 격자 모수(lattice parameter)를 바탕으로 예측된 값인 11.7 g/cm<sup>3</sup> 보다 약간 작다. 아마도 이것은 토륨이 [[주조]]될 때 생성되는 미세한 빈 공간 때문일 것이다. 토륨의 밀도 값은 이웃한 원소인 [[악티늄]](10.1 g/cm<sup>3</sup>) 과 [[프로트악티늄]](15.4 g/cm<sup>3</sup>)의 밀도 값 사이에 위치하며, 초반 악티늄족 원소들의 주기적 성질을 나타낸다. 토륨은 많은 금속원소들과 [[합금]]을 형성할 수 있다. 적은 양의 토륨을 첨가하면 [[마그네슘]](Mg)의 역학적 강도를 향상시킬 수 있다. 그리고 토륨-마그네슘 합금은 미래에 토륨을 원료로 작동하는 원자로에서 토륨을 저장할 수 있는 방법 중 하나로 생각되고 있다. 토륨은 [[크로뮴]](Cr), [[우라늄]](U)과 함께 [[공융 혼합물]](eutectic mixture)을 생성할 수 있으며 또 바로 위에 위치한 [[세륨]](Ce)과 고체, 액체 상태일 때 잘 섞이는 성질이 있다.

== 동위원소 ==
원자번호 83번 [[비스무트]](Bi)보다 작은 [[원자 번호]]를 가진 원소들에게는 [[프로메튬]](Pm)과 [[테크네튬]](Tc)을 제외하고 한가지 이상의 안정한 [[동위 원소|동위원소]]가 존재한다. [[폴로늄]](Po, 원자번호 84번) 이상의 원자 번호를 지닌 원소들은 [[방사성 원소]]로 여겨진다. <sup>232</sup>Th은 비스무트 이후 등장하는 [[반감기]]가 몇십억 년인 세 동위원소 중 하나다. (나머지 둘은<sup>235</sup>U 와 <sup>238</sup>U) <sup>232</sup>Th의 반감기는 140.5억 년으로, [[지구의 나이]]보다 3배 정도 더 길며 [[우주의 나이]]보다 조금 더 길다. 그러므로 지구에는 지구가 형성될 때부터 있었던 토륨 중 4/5가 지금까지 남아있다. <sup>232</sup>Th는 자연적으로 존재하는 유일한 [[토륨 동위 원소|토륨 동위원소]]다. 이 동위원소의 안정성은 142개의 중성자를 가지는 닫힌(꽉 찬) [[원자핵]]의 부분 껍질(nuclear subshell)에 의해서 나타난다. 토륨은 지구에서 특유의 동위원소 조성을 가지고, [[표준 원자량]]은 232.0377(4)이다. 토륨은 표준 원자량이 계산된 세 방사성 원소 중 하나이다. (나머지 원소들은 [[비스무트]], [[프로트악티늄]], [[우라늄]]이다)

토륨 원자핵은 [[알파 붕괴|알파붕괴]]를 하는데 그 이유는 [[강한 핵력]]이 큰 [[원자핵]] 안에서는 [[양성자]]들 사이의 전자기적 반발력을 이겨낼 수 없기 때문이다. <sup>232</sup>Th의 알파 붕괴는 [[질량수]]가 4의 배수인 동위원소들을 포함하는, [[토륨 계열]]이라고도 불리는 4n [[붕괴 계열]]을 시작시킨다. 이 [[알파 붕괴|알파붕괴]]와 [[베타 붕괴|베타붕괴]]의 연속은 <sup>232</sup>Th부터 <sup>228</sup>Ra로, 최종적으로는 안정 동위원소 <sup>208</sup>Pb에서 끝난다. 토륨과 그 [[화합물]] 샘플은 붕괴 산물들을 포함하는데, 이들은 [[탈륨]](Tl), [[납]](Pb), [[비스무트]](Bi), [[폴로늄]](Po), [[라돈]](Rn), [[라듐]](Ra), 그리고 [[악티늄]](Ac)의 동위 원소들이다. 그래서 자연적인 토륨 샘플을 화학적으로 분리하여 유용한 붕괴 산물로써 나오는 [[동위 원소|동위원소]]를 얻기도 한다. 예를 들어 토륨 계열에서 등장하는 붕괴 산물 중 하나인 <sup>212</sup>Pb는 핵의학에서 암 치료에 사용된다. 토륨 동위원소 <sup>227</sup>Th는 (18.68 일의 반감기를 가지며, 알파입자를 방출한다)알파선원으로 암 치료에 사용될 수 있다. <sup>232</sup>Th는 [[알파 붕괴]]를 하지만 가끔 자발적으로 [[핵분열]]하며 [[광물]] 내부에 이 [[동위 원소|동위원소]]가 존재했다는 흔적을 남긴다.(핵분열 산물로 나오는 [[비활성 기체|비활성기체]] 원소인 [[제논]] 기체의 형태로, 광석 안에 갇혀 있다.) 하지만 이 과정의 [[반감기]]는 10<sup>21</sup> 년 이상이며 알파 붕괴하는 경우가 더 많다.

== 같이 보기 ==
* [[토륨 원전]]

== 외부 링크 ==
{{위키공용과 분류|Thorium}}
{{위키낱말사전|토륨}}
* {{언어링크|en}} [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Th/index.html 토륨 - WebElements.com]

{{원소 주기율표}}
{{핵 기술}}

{{전거 통제}}

[[분류:토륨| ]]
[[분류:악티늄족]]
[[분류:화학 원소]]
[[분류:핵물질]]
[[분류:핵연료]]
[[분류:IARC 1군 발암 물질]]
[[분류:가상 인물의 이름이 포함된 화학 원소]]