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钍的同位素

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，其馀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范围内的雷射，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，元素名称是鑀（Ionium），后来才发现也是钍的同位素，不过Ionium-thorium dating仍翻作鑀钍定年法。现在“鑀”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，其馀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，其馀部分十分迅速：其中半衰期最长是镭-228，有5.75年、钍-228，1.91年、其馀半衰期均不超过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

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  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。
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  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。
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