標準原子質量英語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
230
Th
存在一定的比例,因此可以給出釷的標準原子質量英語Standard atomic weight,約為232.0377 [1]

Quick Facts 同位素, 衰變 ...
主要的釷同位素
同位素 衰變
豐度 半衰期 (t1/2) 方式 能量
MeV
產物
227Th 痕量 18.693  α 6.147 223Ra
228Th 痕量 1.9125  α 5.520 224Ra
CD 44.723 208Pb
229Th 痕量 7916  α 5.168 225Ra
229mTh 人造 微秒 IT 0.0000082 229Th
230Th 0.02% 7.54×104  α 4.770 226Ra
231Th 痕量 25.52 小時 β 0.391 231Pa
232Th 99.98% 1.40×1010  α 4.082 228Ra
SF
233Th 痕量 21.83 分鐘 β 1.242 233Pa
234Th 痕量 24.107  β 0.274 234Pa
標準原子質量英語Standard atomic weight (Ar, 標準)
  • 232.0377(4)[1]
←Ac89 Pa91
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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:

More information 半衰期範圍, 4n ...
衰變鏈分類的錒系元素[3] 半衰期範圍 裂變產額英語Fission product yield分類的裂變產物[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
232ƒ 238Pu 243Cm ƒ 29~100年 137Cs 151Sm þ 121mSn
248Bk[5] 249Cf ƒ 242mAm ƒ 100~400年 中等壽命裂變產物

沒有半衰期為
100年至21萬年
的裂變產物

長壽命裂變產物
241Am 251Cf ƒ[6] 400~1000年
226Ra 247Bk 1000~2000年
240Pu 229Th 246Cm 243Am 2000~8000年
245Cm ƒ 250Cm 239Pu ƒ 8000~3萬年
230Th 231Pa 3~10萬年
236Np ƒ 233ƒ 234U 10~30萬年 99Tc 126Sn
248Cm 242Pu 30~140萬年 135Cs 79Se
237Np 140~700萬年 93Zr 107Pd
236U 247Cm ƒ 700~3000萬年 129I
244Pu 3000萬~1億年 也沒有半衰期超過
2000萬年的裂變產物[7]
232Th 238U 235ƒ 1~150億年
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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會發生集團衰變,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激發能量極低,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英語Primordial nuclide,其佔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會發生集團衰變,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,稱為釷造影劑英語Thorotrast,但由於接受過釷造影劑英語Thorotrast的患者有65%長了肝腫瘤,而導致釷造影劑英語Thorotrast被棄用[18],現在釷-232被列為致癌物質[19]

釷-233

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

參考文獻

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