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钍的同位素

（重定向自釷-234）

钍（标准原子质量（英语：Standard atomic weight）：232.0377 [1]）有6种天然存在的同位素，但没有任何一种是稳定的。其中，232
Th
最为稳定，半衰期长达140亿年（1.4×1010），比地球的年龄和普遍接受的宇宙年龄还要长。天然的钍元素样本几乎都是由这个同位素构成，因此，钍曾经被认为是单核素元素（仅有一种稳定同位素的元素）。然而，2013年，发现深海中230
Th
的含量较高，因此IUPAC将钍归类为双核素元素。由于天然钍元素样本中，232
Th
和230
Th
存在一定的比例，因此可以给出钍的标准原子质量（英语：Standard atomic weight），约为232.0377 [1]。

主要的钍同位素
同位素 衰变
丰度 半衰期 (t1/2) 方式 能量
（MeV） 		产物
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 小时 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
标准原子质量（英语：Standard atomic weight） (Ar, 标准)
  • 232.0377(4)[1]
←Ac（89） Pa（91）→

目前已观测到的钍同位素中，最轻的为207
Th
[2]、最重的为238
Th
。

锕系元素与裂变产物

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许多钍同位素是锕系元素的裂变产物之一，其余锕系元素的裂变产物列出如下表，其中钍-232为当中半衰期十分长的一个核素：

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 140～700万年 93Zr 107Pd
236U 247Cm ƒ 700～3000万年 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 1～150亿年

值得注意的同位素

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钍-228

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钍-228是带138个中子的钍同位素。由于其位于在钍-232的分裂链中，因此曾被认为是新元素，并命名为“镭钍元素”（Radiothorium, Rt）[8]，其半衰期约为一年又十一个月（1.9116年），会透过阿法衰变，衰变成镭-206。有少数的钍-228会发生集团衰变，并衰变为氧-20和铅-208。此外，钍-228是铀-232的子体同位素（daughter isotope）。

钍-229

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钍-229是钍的放射性同位素之一，由90个质子和139个中子构成，半衰期约为7,340年。会透过阿尔法衰变，衰变成镭-225。钍-229是铀-233的衰变产物，其主要用途是生产医用同位素锕-225和铋-213[9]。

钍-229m

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钍-229m是钍-229的核异构体，为钍-229核的激发态，激发能量约为8.28 ± 0.17 eV[10]，半衰期约为7微秒。钍-229m不会直接衰变成其他元素，而是会透过核异构转换衰变回基态的钍-229。

由于钍-229m激发能量极低，是目前已知核异构体中最低的，并且仅要波长在UV-C范围内的激光，就可以将钍-229激发为激发态——钍-229m。 此这种异构体可以用于高密度能量存储[11]、精确的时钟[12][13]、量子电脑的量子位元或测试化学环境对核衰变率的影响[14]。

钍-230

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主条目：Ionium

钍的同位素中，钍-230一度认为是另一个元素Ionium，元素名称是锿（Ionium），后来才发现也是钍的同位素，不过Ionium-thorium dating仍翻作锿钍定年法。现在“锿”为台湾对于第99号元素的中文翻译。

钍-231

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钍-231是钍的放射性同位素之一，由90个质子和141个中子构成，原子质量约为231.0363043 g/mol，半衰期约为25小时又三十分钟，是铀-235的衰变产物，且在地球上可以找到痕量的钍-231。

钍-231的衰变方式为贝他衰变，当它衰变时，它会发出β射线并衰变成镤-231，衰变能量约为0.39 MeV。而有一亿分之一的钍-231会发生阿尔法衰变，当它衰变时，它会射出α粒子（氦原子核）并衰变成镭-227。

钍-232

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钍-232是钍的同位素唯一一个原始核素（英语：Primordial nuclide），其占了天然钍元素的大部分，其余钍同位素仅以痕量存在铀和钍的短寿命衰变产物中[15] 。钍-232会发生阿尔法衰变，但其半衰期十分长，长达140亿年（1.4×1010），比地球的年龄还长，甚至长于普遍接受的宇宙年龄。

钍-232的衰变方式共有三种，大部分会透过α衰变，衰变成镭-228；有千亿分之一的钍-232会发生自发裂变；有三千六百亿分之一的钍-232会发生集团衰变，并分裂成镱-182、氖-26和氖-24。而其α衰变的衰变链终点为铅-208。这个衰变链除了钍-232之外，其余部分十分迅速：其中半衰期最长是镭-228，有5.75年、钍-228，1.91年、其余半衰期均不超过5天。[16]

钍-232容易吸收中子，并转变成铀-233。由于铀-233是一种容易发生裂变的核素，因此钍-232是基础的钍燃料循环的增殖性材料[17]。在含钍-232的二氧化钍悬浮液，曾做为X射线诊断中的造影剂，称为钍造影剂（英语：Thorotrast），但由于接受过钍造影剂（英语：Thorotrast）的患者有65%长了肝肿瘤，而导致钍造影剂（英语：Thorotrast）被弃用[18]，现在钍-232被列为致癌物质[19]。

钍-233

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钍-233（233Th）是钍的放射性同位素之一，由90个质子和143个中子构成，半衰期约为21.83分钟。会透过贝他衰变，衰变成镤-233[20]。

图表

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符号 历史
名称 		Z N 同位素质量（u）
[n 1][n 2] 		半衰期
[n 2][n 3] 		衰变
方式[21] 		衰变
产物
[n 4] 		原子核
自旋[n 1]
 相对丰度
（莫耳分率）[n 2]
 相对丰度
的变化量
（莫耳分率）
激发能量[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+ （不常见） 210Ac
211Th 90 121 211.01493(8) 48(20) ms
[0.04(+3−1) s] 		α 207Ra 5/2−#
β+ （不常见） 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+ （不常见） 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 画上#号的数据代表没有经过实验的证明，仅为理论推测。
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 用括号括起来的数据代表不确定性。
  3. ^ 半衰期超过5亿年的同位素以粗体表示。
  4. ^ 稳定的衰变产物以粗体表示。
  5. ^ 5.0 5.1 位于235U衰变链
  6. ^ 位于232Th衰变链
  7. ^ 用在铀钍定年（英语：Uranium-thorium dating）
  8. ^ 8.0 8.1 位于238U的衰变链
  9. ^ 原始（英语：Primordial nuclide）放射性核素
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锕的同位素 钍的同位素 镤的同位素

参考文献

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  . 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. 马偕纪念医院. [2018-01-30]. （原始内容存档于2018-01-30）. 来自日本1979年的报告，在144位接受过 thorotrast的病患，死后解剖中，竟然高达65%有肝肿瘤，绝多数都是胆管癌。 
  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 . 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  . 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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