主要的釷同位素
同位素
衰變
丰度
半衰期 (t 1/2 )
方式
能量 (MeV )
產物
227 Th
痕量
18.693 天
α
6.147
223 Ra
228 Th
痕量
1.9125 年
α
5.520
224 Ra
CD
44.723
208 Pb
229 Th
痕量
7916 年
α
5.168
225 Ra
229m Th
人造
7 微秒
IT
0.0000082
229 Th
230 Th
0.02%
7.54×104 年
α
4.770
226 Ra
231 Th
痕量
25.52 小時
β−
0.391
231 Pa
232 Th
99.98%
1.40×1010 年
α
4.082
228 Ra
SF
—
—
233 Th
痕量
21.83 分钟
β−
1.242
233 Pa
234 Th
痕量
24.107 天
β−
0.274
234 Pa
標準原子質量 (A r, 標準 ) 7002232037700000000♠ 232.0377(4)[ 1]
釷 (標準原子質量 :232.0377
[ 1] )有6種天然存在的同位素 ,但沒有任何一種是穩定 的。其中,232 Th 最為穩定,半衰期 長達140億年(1.4×1010 ),比地球的年齡 和普遍接受的宇宙年齡 還要長。天然的釷元素樣本幾乎都是由這個同位素構成,因此,釷曾經被認為是單核素元素 (僅有一種穩定同位素的元素)。然而,2013年,發現深海中230 Th 的含量較高,因此IUPAC 將釷歸類為雙核素元素。由於天然釷元素樣本中,232 Th 和230 Th 存在一定的比例,因此可以給出釷的標準原子質量 ,約為7002232037700000000♠ 232.0377
[ 1] 。
目前已觀測到的釷同位素中,最輕的為207 Th[ 2] 、最重的為238 Th 。
錒系元素與裂變產物
許多釷同位素是錒系元素 的裂變產物 之一,其餘錒系元素的裂變產物 列出如下表,其中釷-232為當中半衰期十分長的一個核素:
值得注意的同位素
釷-228
釷-228是帶138個中子的釷同位素。由於其位於在釷-232的分裂鏈中,因此曾被認為是新元素,並命名為「鐳釷元素」(Radiothorium, Rt)[ 8] ,其半衰期約為一年又十一個月(1.9116年),會透過阿法衰變 ,衰變成鐳-206。有少數的釷-228會發生集团衰变 ,並衰變為氧-20和鉛-208。此外,釷-228是鈾-232的子體同位素(daughter isotope)。
釷-229
釷-229是釷的放射性同位素之一,由90個質子和139個中子構成,半衰期約為7,340年。會透過阿爾法衰變 ,衰變成鐳-225。釷-229是鈾-233的衰變產物,其主要用途是生產醫用同位素錒-225和鉍-213[ 9] 。
釷-229m
釷-229m是釷-229的核異構體,為釷-229核的激發態 ,激發能量約為8.28 ± 0.17 eV[ 10] ,半衰期約為7微秒。釷-229m不會直接衰變成其他元素,而是會透過核異構轉換衰變回基態的釷-229。
由於釷-229m激發能量极低,是目前已知核異構體中最低的,並且僅要波長在UV-C範圍內的雷射,就可以將釷-229激發為激發態——釷-229m。 此這種異構體可以用於高密度能量存儲[ 11] 、精確的時鐘[ 12] [ 13] 、量子電腦 的量子位元 或測試化學環境對核衰變率的影響[ 14] 。
釷-230
釷的同位素中,釷-230一度認為是另一個元素Ionium,元素名稱是鑀(Ionium),後來才發現也是釷的同位素,不過Ionium-thorium dating仍翻作鑀釷定年法 。現在「鑀」為台灣對於第99號元素 的中文翻譯。
釷-231
釷-231是釷的放射性同位素之一,由90個質子和141個中子構成,原子質量約為231.0363043 g/mol,半衰期約為25小時又三十分鐘,是鈾-235的衰變產物,且在地球上可以找到痕量的釷-231。
釷-231的衰變方式為貝他衰變,當它衰變時,它會發出β射線並衰變成鏷-231,衰變能量約為0.39 MeV。而有一億分之一的釷-231會發生阿爾法衰變 ,當它衰變時,它會射出α粒子 (氦 原子核)並衰變成鐳-227。
釷-232
釷-232是釷的同位素唯一一個原始核素 ,其占了天然釷元素的大部分,其餘釷同位素僅以痕量 存在鈾和釷的短壽命衰變產物中[ 15] 。釷-232會發生阿爾法衰變,但其半衰期十分長,長達140億年(1.4×1010 ),比地球的年齡 還長,甚至長於普遍接受的宇宙年齡 。
釷-232的衰變方式共有三種,大部分會透過α衰變,衰變成鐳-228;有千億分之一的釷-232會發生自發裂變 ;有三千六百億分之一的釷-232會發生集团衰变 ,並分裂成鐿-182、氖-26和氖-24。而其α衰變的衰變鏈終點為鉛-208。這個衰變鏈除了釷-232之外,其餘部分十分迅速:其中半衰期最長是鐳-228,有5.75年、釷-228,1.91年、其餘半衰期均不超過5天。[ 16]
釷-232容易吸收中子 ,並轉變成鈾-233。由於鈾-233是一種容易發生裂變的核素,因此釷-232是基礎的釷燃料循環的增殖性材料[ 17] 。在含釷-232的二氧化釷懸浮液,曾做為X射線診斷中的造影劑,稱為釷造影劑 ,但由於接受過釷造影劑 的患者有65%長了肝腫瘤,而導致釷造影劑 被棄用[ 18] ,現在釷-232被列為致癌物質 [ 19] 。
釷-233
釷-233(233 Th )是釷的放射性同位素之一,由90個質子和143個中子構成,半衰期約為21.83分鐘。會透過貝他衰變 ,衰變成鏷-233 [ 20] 。
圖表
符號
歷史 名稱
Z
N
同位素質量(u )[ n 1] [ n 2]
半衰期 [ n 2] [ n 3]
衰變 方式 [ 21]
衰變 產物 [ n 4]
原子核 自旋 [ n 1]
相對豐度 (莫耳 分率)[ n 2]
相對豐度 的變化量 (莫耳 分率)
激發能量[ n 2]
207 Th[ 2]
90
117
9.7(+46.6−4.4) ms
α
203 Ra
208 Th[ 22]
90
118
208.01791(4)
1.7(+1.7-0.6) ms
α
204 Ra
0+
209 Th[ 23]
90
119
209.01772(11)
7(5) ms [3.8(+69−15)]
α
205 Ra
5/2−#
210 Th
90
120
210.015075(27)
17(11) ms [9(+17−4) ms]
α
206 Ra
0+
β+ (不常見)
210 Ac
211 Th
90
121
211.01493(8)
48(20) ms [0.04(+3−1) s]
α
207 Ra
5/2−#
β+ (不常見)
211 Ac
212 Th
90
122
212.01298(2)
36(15) ms [30(+20-10) ms]
α (99.7%)
208 Ra
0+
β+ (.3%)
212 Ac
213 Th
90
123
213.01301(8)
140(25) ms
α
209 Ra
5/2−#
β+ (不常見)
213 Ac
214 Th
90
124
214.011500(18)
100(25) ms
α
210 Ra
0+
215 Th
90
125
215.011730(29)
1.2(2) s
α
211 Ra
(1/2−)
216 Th
90
126
216.011062(14)
26.8(3) ms
α (99.99%)
212 Ra
0+
β+ (.006%)
216 Ac
216m1 Th
2042(13) keV
137(4) µs
(8+)
216m2 Th
2637(20) keV
615(55) ns
(11−)
217 Th
90
127
217.013114(22)
240(5) µs
α
213 Ra
(9/2+)
218 Th
90
128
218.013284(14)
109(13) ns
α
214 Ra
0+
219 Th
90
129
219.01554(5)
1.05(3) µs
α
215 Ra
9/2+#
β+ (10−7 %)
219 Ac
220 Th
90
130
220.015748(24)
9.7(6) µs
α
216 Ra
0+
ε (2×10−7 %)
220 Ac
221 Th
90
131
221.018184(10)
1.73(3) ms
α
217 Ra
(7/2+)
222 Th
90
132
222.018468(13)
2.237(13) ms
α
218 Ra
0+
ε (1.3×10−8 %)
222 Ac
223 Th
90
133
223.020811(10)
0.60(2) s
α
219 Ra
(5/2)+
224 Th
90
134
224.021467(12)
1.05(2) s
α
220 Ra
0+
225 Th
90
135
225.023951(5)
8.72(4) min
α (90%)
221 Ra
(3/2)+
ε (10%)
225 Ac
226 Th
90
136
226.024903(5)
30.57(10) min
α
222 Ra
0+
227 Th
Radioactinium
90
137
227.0277041(27)
18.68(9) d
α
223 Ra
1/2+
Trace[ n 5]
228 Th
Radiothorium
90
138
228.0287411(24)
1.9116(16) y
α
224 Ra
0+
Trace[ n 6]
CD (1.3×10−11 %)
208 Pb20 O
229 Th
90
139
229.031762(3)
7.34(16)×103 y
α
225 Ra
5/2+
229m Th
8.3(2) eV[ 10]
7(1) μs[ 24]
IT
229 Th
3/2+
230 Th[ n 7]
Ionium
90
140
230.0331338(19)
7.538(30)×104 y
α
226 Ra
0+
Trace [ n 8]
CD (5.6×10−11 %)
206 Hg24 Ne
SF (5×10−11 %)
(Various)
231 Th
Uranium Y
90
141
231.0363043(19)
25.52(1) h
β−
231 Pa
5/2+
Trace[ n 5]
α (10−8 %)
227 Ra
232 Th[ n 9]
Thorium
90
142
232.0380553(21)
1.405(6)×1010 y
α
228 Ra
0+
1.0000
SF (1.1×10−9 %)
(various)
CD (2.78×10−10 %)
182 Yb26 Ne24 Ne
233 Th
90
143
233.0415818(21)
21.83(4) min
β−
233 Pa
1/2+
234 Th
Uranium X1
90
144
234.043601(4)
24.10(3) d
β−
234m Pa
0+
Trace[ n 8]
235 Th
90
145
235.04751(5)
7.2(1) min
β−
235 Pa
(1/2+)#
236 Th
90
146
236.04987(21)#
37.5(2) min
β−
236 Pa
0+
237 Th
90
147
237.05389(39)#
4.8(5) min
β−
237 Pa
5/2+#
238 Th
90
148
238.0565(3)#
9.4(20) min
β−
238 Pa
0+
^ 1.0 1.1 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明,僅為理論推測。
^ 2.0 2.1 2.2 2.3 用括號括起來的數據代表不確定性。
^ 半衰期超过5亿年的同位素以粗體 表示。
^ 穩定 的衰變產物以粗體 表示。
^ 5.0 5.1 位於235 U 衰變鏈
^ 位於232 Th衰變鏈
^ 用在鈾釷定年
^ 8.0 8.1 位於238 U 的衰變鏈
^ 原始 放射性核素
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^ 虽然镭 不是锕系元素,但它紧接在锕系元素锕之前,且有半衰期超过4年,可被列入此表中的同位素,因此镭也被列入其中。
^ 此表列出的是热中子 轰击235 U 的裂变产额。
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^ 是所有半衰期超过四年的同位素中最重的
^ 半衰期远长于232 Th,基本可视为稳定的衰变产物被排除在外,如半衰期8×1015 年的113 Cd。
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穩定9個
穩定6個
穩定5個
穩定4個
穩定3個
穩定2個
穩定1個
1億年〜
1万年〜
10年〜
100日〜
1日〜
1時〜
10分〜
1分〜
10秒〜
1秒〜
不到1秒
幻數
穩定9個
穩定6個
穩定5個
穩定4個
穩定3個
穩定2個
穩定1個
1億年〜
1万年〜
10年〜
100日〜
1日〜
1時〜
10分〜
1分〜
10秒〜
1秒〜
不到1秒
幻數