Thori đioxit

Cấu trúc và phản ứng

Thoria tồn tại như hai đa hình. Một có cấu trúc tinh thể fluorite. Điều này là không phổ biến trong số các dioxit nhị phân (những loại khác có cấu trúc fluorite bao gồm cerium dioxide, uranium dioxide và plutonium dioxide).  Các vùng cấm của thoria là khoảng 6  eV. Một dạng tứ giác của thoria cũng được biết đến.
Thorium dioxide ổn định hơn thorium monoxide (ThO).  Chỉ khi kiểm soát cẩn thận các điều kiện phản ứng, quá trình oxy hóa kim loại thorium mới có thể tạo ra monoxide chứ không phải là điôxít. Ở nhiệt độ cực cao, điôxít có thể chuyển thành monoxide bằng phản ứng không cân xứng (cân bằng với kim loại thorium lỏng) trên 1.850 K (1.580 °C; 2.870 °F) hoặc bằng cách phân ly đơn giản (tiến hóa oxy) trên 2.500 K (2.230 °C; 4.040 °F).

Nhiên liệu hạt nhân

Thorium dioxide (thoria) có thể được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân dưới dạng viên nhiên liệu gốm, thường chứa trong các thanh nhiên liệu hạt nhân được bọc bằng hợp kim zirconium. Thorium không phải là phân hạch (nhưng là "màu mỡ", sinh sản uranium fissile -233dưới sự bắn phá neutron); do đó, nó phải được sử dụng làm nhiên liệu lò phản ứng hạt nhân kết hợp với các đồng vị phân hạch của urani hoặc plutonium. Điều này có thể đạt được bằng cách trộn thorium với uranium hoặc plutonium, hoặc sử dụng nó ở dạng nguyên chất kết hợp với các thanh nhiên liệu riêng biệt có chứa uranium hoặc plutonium. Thorium dioxide mang lại lợi thế hơn so với các viên nhiên liệu uranium dioxide thông thường, vì độ dẫn nhiệt cao hơn (nhiệt độ hoạt động thấp hơn), nhiệt độ nóng chảy cao hơn đáng kể và ổn định hóa học (không bị oxy hóa khi có nước / oxy, không giống như uranium dioxide).
Thorium dioxide có thể được biến thành nhiên liệu hạt nhân bằng cách nhân giống nó thành uranium-233 (xem bên dưới và tham khảo bài viết về thorium để biết thêm thông tin về điều này). Độ ổn định nhiệt cao của thorium dioxide cho phép các ứng dụng trong phun lửa và gốm chịu nhiệt độ cao.

Hợp kim

Thorium dioxide được sử dụng làm chất ổn định trong các điện cực vonfram trong hàn TIG, ống điện tử và động cơ máy bay. Là một hợp kim, kim loại vonfram thori hóa không dễ bị biến dạng vì vật liệu nhiệt hạch cao làm tăng tính chất cơ học ở nhiệt độ cao và thorium giúp kích thích sự phát xạ của các điện tử (nhiệt). Nó là phụ gia oxit phổ biến nhất vì chi phí thấp, nhưng đang được loại bỏ theo hướng có lợi cho các nguyên tố không phóng xạ như cerium, lanthanum và zirconium.
Niken phân tán Thoria tìm thấy các ứng dụng của nó trong các hoạt động nhiệt độ cao khác nhau như động cơ đốt vì đây là vật liệu chống rão tốt. Nó cũng có thể được sử dụng cho bẫy hydro.

Xúc tác

Thorium dioxide gần như không có giá trị như một chất xúc tác thương mại, nhưng các ứng dụng như vậy đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Nó là một chất xúc tác trong tổng hợp vòng lớn Ruzicka. Các ứng dụng khác đã được khám phá bao gồm nứt dầu, chuyển đổi amoniac thành axit nitric và điều chế axit sunfuric.

Tác nhân phóng xạ

Thorium dioxide là thành phần chính trong Thorotrast, một chất phóng xạ thường dùng một lần được sử dụng cho chụp động mạch não, tuy nhiên, nó gây ra một dạng ung thư hiếm gặp (angiosarcoma gan) nhiều năm sau khi dùng.  Việc sử dụng này đã được thay thế bằng huyền phù iốt tiêm hoặc barium sulfate ăn được như các chất tương phản tia X tiêu chuẩn.

Đèn chiếu sáng

Bài chi tiết: Gas mantle
Một ứng dụng chính khác trong quá khứ là trong khí đốt của đèn lồng được phát triển bởi Carl Auer von Welsbach vào năm 1890, bao gồm 99% oxit ThO ₂ và 1% xeri (IV). Ngay cả vào cuối những năm 1980, người ta ước tính rằng khoảng một nửa số ThO ₂ được sản xuất (vài trăm tấn mỗi năm) đã được sử dụng cho mục đích này.  Một số lớp phủ vẫn sử dụng thorium, nhưng oxit yttri (hoặc đôi khi là zirconium oxide) được sử dụng ngày càng thay thế.

Sản xuất thủy tinh

Thấu kính thorium dioxide màu vàng (trái), một thấu kính tương tự bị khử màu một phần với bức xạ cực tím (ở giữa) và ống kính không bị ố vàng (phải)
Khi được thêm vào thủy tinh, thori dioxide giúp tăng chỉ số khúc xạ và giảm độ phân tán. Kính như vậy tìm thấy ứng dụng trong ống kính chất lượng cao cho máy ảnh và dụng cụ khoa học.  Bức xạ từ các ống kính này có thể làm tối chúng và biến chúng thành màu vàng trong một khoảng thời gian nhiều năm và phim xuống cấp, nhưng rủi ro về sức khỏe là rất nhỏ.  Thấu kính màu vàng có thể được khôi phục về trạng thái không màu ban đầu bằng cách tiếp xúc lâu với bức xạ cực tím mạnh. Thorium dioxide đã được thay thế bằng các oxit đất hiếm như oxit lanthanum trong hầu hết các loại kính có chỉ số cao hiện đại, vì chúng cung cấp các hiệu ứng tương tự và không phải là chất phóng xạ.