Toryum (Th), atom numarası 90 ve atom ağırlığı yaklaşık 232 g/mol olan, 11,7 g/mL yoğunluğunda, 1700 °C'de eriyen, kurşun renginde, havada bozulmaz, atom enerjisi kaynağı olarak kullanılan radyoaktif bir elementtir.
Toryum kendiliğinden bölünebilme yeteneğine sahip değildir ve bu yüzden doğrudan nükleer yakıt olarak kullanılamaz. Doğrudan kullanılamamasının nedeni, 232Th (toryum-232) izotopunun bir nötron yutarak, fisyon yapabilen (fisil) bir izotop olan 233U'e dönüştürülmesinin gerekmesidir.
Nükleer yakıt döngüsündeki süreç şu şekildedir:
- 232Th'nin düşük enerjili nötronlarla reaksiyonu (nötron yutumu) sonucunda önce 233Th oluşur.
- Yarılanma süresi 23 dakika olan 233Th, bir beta parçacığı yayarak yarılanma süresi 27 gün olan 233Pa'a dönüşür.
- 233Pa, bir beta ve gama parçacığı yayarak bölünebilen 233U'a (yarılanma süresi 163 bin yıl) dönüşmektedir.
Bu dönüşüm sayesinde 232Th, 235U veya 239Pu (plütonyum-239) gibi bir fisil maddeyle birlikte kullanılmaktadır.
Toryum yakıt döngüsünde uranyumdan daha az plütonyum ve diğer trans-uranyum elementleri üretildiği için toryum, nükleer santrallerin en temiz yakıtı olarak kabul edilir ve çevreye daha az zarar vermesi açısından ileride nükleer reaktörlerde uranyum yerine kullanılması düşünülmektedir. Toryumun nükleer yakıt olarak kullanılmasıyla ilgili çalışmalar halen devam etmekle birlikte, günümüzde toryumla çalışan ticarî ölçekli bir nükleer reaktör bulunmamaktadır.