钍(标准原子质量: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,约为7002232037700000000♠232.0377
[1]。
Quick Facts 同位素, 衰变 ...
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 (Ar, 标准) | - 7002232037700000000♠232.0377(4)[1]
|
---|
|
|
Close
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
。
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:
More information 半衰期范围, 4n ...
Close
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是钍的同位素唯一一个原始核素,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,但由于接受过钍造影剂的患者有65%长了肝肿瘤,而导致钍造影剂被弃用[18],现在钍-232被列为致癌物质[19]。
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]。
More information 符号, 历史 名称 ...
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+
|
|
|
Close
画上#号的数据代表没有经过实验的证明,仅为理论推测。
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。
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。
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.
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
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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).
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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。
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.
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- Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties (页面存档备份,存于互联网档案馆), Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
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- David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.