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釷的同位素

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（重定向自釷-228）
主要的釷同位素
同位素 衰變
丰度 半衰期 (t1/2) 方式 能量
（MeV） 		產物
227Th 痕量 18.693 天 α 6.147 223Ra
228Th 痕量 1.9125 年 α 5.520 224Ra
CD 44.723 208Pb
229Th 痕量 7916 年 α 5.168 225Ra
229mTh 人造 7 微秒 IT 0.0000082 229Th
230Th 0.02% 7.54×104 年 α 4.770 226Ra
231Th 痕量 25.52 小時 β− 0.391 231Pa
232Th 99.98% 1.40×1010 年 α 4.082 228Ra
SF — —
233Th 痕量 21.83 分钟 β− 1.242 233Pa
234Th 痕量 24.107 天 β− 0.274 234Pa
標準原子質量（英语：Standard atomic weight） (Ar, 標準)
  • 232.0377(4)[1]
←Ac（89） Pa（91）→

釷（標準原子質量（英语：Standard atomic weight）：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（英语：Standard atomic weight），約為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

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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：

锕系元素和裂变产物的半衰期
依衰变链分类的锕系元素[3] 半衰期范围 依裂变产额（英语：Fission product yield）分类的裂变产物[4]
4n 4n + 1 4n + 2 4n + 3 4.5–7% 0.04–1.25% <0.001%
228Ra 4～10年 155Eu þ
244Cm 241Pu ƒ 250Cf 227Ac 10～29年 90Sr 85Kr 113mCd þ
232U ƒ 238Pu 243Cm ƒ 29～100年 137Cs 151Sm þ 121mSn
248Bk[5] 249Cf ƒ 242mAm ƒ 100～400年 ↑中等寿命裂变产物

没有半衰期为
100年至21万年
的裂变产物

↓长寿命裂变产物
241Am 251Cf ƒ[6] 400～1000年
226Ra 247Bk 1000～2000年
240Pu 229Th 246Cm 243Am 2000～8000年
245Cm ƒ 250Cm 239Pu ƒ 8000～3万年
230Th 231Pa 3～10万年
236Np ƒ 233U ƒ 234U 10～30万年 99Tc 126Sn
248Cm 242Pu 30～140万年 135Cs 79Se
237Np 140～700萬年 93Zr 107Pd
236U 247Cm ƒ 700～3000萬年 129I
244Pu 3000万～1亿年 也没有半衰期超过
2000万年的裂变产物[7]
232Th 238U 235U ƒ 1～150億年

值得注意的同位素

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釷-228

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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

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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

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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

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主条目：Ionium

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

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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

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釷-232是釷的同位素唯一一個原始核素（英语：Primordial nuclide），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（英语：Thorotrast），但由於接受過釷造影劑（英语：Thorotrast）的患者有65%長了肝腫瘤，而導致釷造影劑（英语：Thorotrast）被棄用[18]，現在釷-232被列為致癌物質[19]。

釷-233

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釷-233（233Th）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

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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]
207Th[2] 90 117 9.7(+46.6−4.4) ms α 203Ra
208Th[22] 90 118 208.01791(4) 1.7(+1.7-0.6) ms α 204Ra 0+
209Th[23] 90 119 209.01772(11) 7(5) ms
[3.8(+69−15)] 		α 205Ra 5/2−#
210Th 90 120 210.015075(27) 17(11) ms
[9(+17−4) ms] 		α 206Ra 0+
β+ （不常見） 210Ac
211Th 90 121 211.01493(8) 48(20) ms
[0.04(+3−1) s] 		α 207Ra 5/2−#
β+ （不常見） 211Ac
212Th 90 122 212.01298(2) 36(15) ms
[30(+20-10) ms] 		α (99.7%) 208Ra 0+
β+ (.3%) 212Ac
213Th 90 123 213.01301(8) 140(25) ms α 209Ra 5/2−#
β+ （不常見） 213Ac
214Th 90 124 214.011500(18) 100(25) ms α 210Ra 0+
215Th 90 125 215.011730(29) 1.2(2) s α 211Ra (1/2−)
216Th 90 126 216.011062(14) 26.8(3) ms α (99.99%) 212Ra 0+
β+ (.006%) 216Ac
216m1Th 2042(13) keV 137(4) µs (8+)
216m2Th 2637(20) keV 615(55) ns (11−)
217Th 90 127 217.013114(22) 240(5) µs α 213Ra (9/2+)
218Th 90 128 218.013284(14) 109(13) ns α 214Ra 0+
219Th 90 129 219.01554(5) 1.05(3) µs α 215Ra 9/2+#
β+ (10−7%) 219Ac
220Th 90 130 220.015748(24) 9.7(6) µs α 216Ra 0+
ε (2×10−7%) 220Ac
221Th 90 131 221.018184(10) 1.73(3) ms α 217Ra (7/2+)
222Th 90 132 222.018468(13) 2.237(13) ms α 218Ra 0+
ε (1.3×10−8%) 222Ac
223Th 90 133 223.020811(10) 0.60(2) s α 219Ra (5/2)+
224Th 90 134 224.021467(12) 1.05(2) s α 220Ra 0+
225Th 90 135 225.023951(5) 8.72(4) min α (90%) 221Ra (3/2)+
ε (10%) 225Ac
226Th 90 136 226.024903(5) 30.57(10) min α 222Ra 0+
227Th Radioactinium 90 137 227.0277041(27) 18.68(9) d α 223Ra 1/2+ Trace[n 5]
228Th Radiothorium 90 138 228.0287411(24) 1.9116(16) y α 224Ra 0+ Trace[n 6]
CD (1.3×10−11%) 208Pb
20O
229Th 90 139 229.031762(3) 7.34(16)×103 y α 225Ra 5/2+
229mTh 8.3(2) eV[10] 7(1) μs[24] IT 229Th 3/2+
230
Th
[n 7] 		Ionium 90 140 230.0331338(19) 7.538(30)×104 y α 226Ra 0+ Trace [n 8]
CD (5.6×10−11%) 206Hg
24Ne
SF (5×10−11%) (Various)
231Th Uranium Y 90 141 231.0363043(19) 25.52(1) h β− 231Pa 5/2+ Trace[n 5]
α (10−8%) 227Ra
232Th[n 9] Thorium 90 142 232.0380553(21) 1.405(6)×1010 y α 228Ra 0+ 1.0000
SF (1.1×10−9%) (various)
CD (2.78×10−10%) 182Yb
26Ne
24Ne
233Th 90 143 233.0415818(21) 21.83(4) min β− 233Pa 1/2+
234Th Uranium X1 90 144 234.043601(4) 24.10(3) d β− 234mPa 0+ Trace[n 8]
235Th 90 145 235.04751(5) 7.2(1) min β− 235Pa (1/2+)#
236Th 90 146 236.04987(21)# 37.5(2) min β− 236Pa 0+
237Th 90 147 237.05389(39)# 4.8(5) min β− 237Pa 5/2+#
238Th 90 148 238.0565(3)# 9.4(20) min β− 238Pa 0+
  1. ^ 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. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 用括號括起來的數據代表不確定性。
  3. ^ 半衰期超过5亿年的同位素以粗體表示。
  4. ^ 穩定的衰變產物以粗體表示。
  5. ^ 5.0 5.1 位於235U衰變鏈
  6. ^ 位於232Th衰變鏈
  7. ^ 用在鈾釷定年（英语：Uranium-thorium dating）
  8. ^ 8.0 8.1 位於238U的衰變鏈
  9. ^ 原始（英语：Primordial nuclide）放射性核素
← 同位素列表 →
錒的同位素 釷的同位素 鏷的同位素

参考文獻

[编辑]
  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Meija, Juris; et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ 2.0 2.1 Yang, H. B.; et al. New isotope 207Th and odd-even staggering in α-decay energies for nuclei with Z > 82 and N < 126. Physical Review C. 2022, 105 (L051302). Bibcode:2022PhRvC.105e1302Y. S2CID 248935764. doi:10.1103/PhysRevC.105.L051302. 
  3. ^ 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。
  4. ^ 此表列出的是热中子轰击235U的裂变产额。
  5. ^ Milsted, J.; Friedman, A. M.; Stevens, C. M. The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248. Nuclear Physics. 1965, 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4. 
  6. ^ 是所有半衰期超过四年的同位素中最重的
  7. ^ 半衰期远长于232Th，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113Cd。
  8. ^ Klaus Hoffmann: Otto Hahn - Achievement and Responsibility. Translated by J. Michael Cole (Leyburn, UK). Springer, Inc., New York-Berlin-Heidelberg-London-Paris-Singapore-Tokyo 2001. p. 207 f. ISBN 0-387-95057-5. See also Klaus Hoffmann: Schuld und Verantwortung : Otto Hahn, Konflikte eines Wissenschaftlers (Springer Verlag, Berlin). 1993. ISBN 9783540567660. OCLC 28944783.
  9. ^ Report to Congress on the extraction of medical isotopes from U-233 (PDF). U.S. Department of Energy. March 2001. （原始内容 (PDF)存档于2011-09-27） （英语）. 
  10. ^ 10.0 10.1 Seiferle, B.; von der Wense, L.; Bilous, P.V.; Amersdorffer, I.; Lemell, C.; Libisch, F.; Stellmer, S.; Schumm, T.; Düllmann, C.E.; Pálffy, A.; Thirolf, P.G. Energy of the 229Th nuclear clock transition. Nature. 12 September 2019, 573 (7773): 243–246. Bibcode:2019Natur.573..243S. PMID 31511684. S2CID 155090121. arXiv:1905.06308 可免费查阅. doi:10.1038/s41586-019-1533-4. 
  11. ^ Poppe, C. H.; Weiss, M. S.; Anderson, J. D. Nuclear isomers as ultra-high-energy-density materials. Air Force Meeting on High Energy Density Materials, Lancaster, CA. 1992. Bibcode:1992hedm.meet...23P （英语）. 
  12. ^ Peik, E.; Tamm, Chr. Nuclear laser spectroscopy of the 3.5 eV transition in 229Th (PDF). Europhysics Letters. 2003-01-15, 61 (2): 181–186 [2013-12-14]. Bibcode:2003EL.....61..181P. doi:10.1209/epl/i2003-00210-x. （原始内容 (PDF)存档于2013年12月16日）. 
  13. ^ Schumm, Thorsten. Towards a Thorium "nuclear atomic clock"? (PDF). 4th ESA international Workshop on Optical Atomic Frequency Standards & Clocks. Trani, Italy. 24–27 October 2011 [2018-01-30]. （原始内容 (PDF)存档于2016-08-10）. 
  14. ^ Tkalya, Eugene V.; Zherikhin, Alexander N.; Zhudov, Valerii I. Decay of the low-energy nuclear isomer 229Thm (3/2+, 3.5±1.0 eV) in solids (dielectrics and metals): A new scheme of experimental research. Physical Review C. 2000, 61 (6): 064308. Bibcode:2000PhRvC..61f4308T. doi:10.1103/PhysRevC.61.064308 （英语）. 
  15. ^ Isotopes Project Home Page, Lawrence Berkeley National Laboratory. Isotopes of Thorium (Z=90). [2010-01-18]. （原始内容存档于2010-02-03）. 
  16. ^ Rutherford Appleton Laboratory. Th-232 Decay Chain. [2010-01-25]. （原始内容存档于2012-04-19）. 
  17. ^ World Nuclear Association. Thorium. [2010-01-25]. （原始内容存档于2012-04-19）. 
  18. ^ 消化系惡性腫瘤-膽管癌. 馬偕紀念醫院. [2018-01-30]. （原始内容存档于2018-01-30）. 來自日本1979年的報告，在144位接受過 thorotrast的病患，死後解剖中，竟然高達65%有肝腫瘤，絕多數都是膽管癌。 
  19. ^ Krasinskas, Alyssa M; Minda, Justina; Saul, Scott H; Shaked, Abraham; Furth, Emma E. Redistribution of thorotrast into a liver allograft several years following transplantation: a case report. Mod Pathol. 2004, 17 (1): 117–120. PMID 14631374. doi:10.1038/modpathol.3800008. 
  20. ^ Georges, Audi. The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties. Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center). 2003, 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  21. ^ Universal Nuclide Chart需要免费注册. nucleonica. [2015-11-03]. （原始内容存档于2017-02-19）. 
  22. ^ Cardona, J.A.H. Production and decay properties of neutron deficient isotopes with N < 126 and 74 ≤ Z ≤ 92 at SHIP. Goethe Universität Frankfury Allemagne. 2012 [2023-05-19]. （原始内容存档于2022-02-03）. 
  23. ^ H. Ikezoe; et al. alpha decay of a new isotope of 209Th. Physical Review C. 1996, 54 (4): 2043–2046. Bibcode:1996PhRvC..54.2043I. PMID 9971554. doi:10.1103/PhysRevC.54.2043. 
  24. ^ Seiferle, B.; von der Wense, L.; Thirolf, P.G. Lifetime measurement of the 229Th nuclear isomer. Phys. Rev. Lett. 2017, 118 (4): 042501. Bibcode:2017PhRvL.118d2501S. PMID 28186791. S2CID 37518294. arXiv:1801.05205 可免费查阅. doi:10.1103/PhysRevLett.118.042501. 
  1. Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
  2. Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
  3. Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
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