釷(標準原子質量: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,約為7002232037700000000♠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 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 分鐘
|
β−
|
1.242
|
233Pa
|
234Th
|
痕量
|
24.107 天
|
β−
|
0.274
|
234Pa
| |
標準原子質量 (Ar, 標準) | - 7002232037700000000♠232.0377(4)[1]
|
---|
|
|
Close
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
。
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:
More information 半衰期範圍, 4n ...
Close
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]、量子電腦的量子位元或測試化學環境對核衰變率的影響[14]。
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是釷的同位素唯一一個原始核素,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,但由於接受過釷造影劑的患者有65%長了肝腫瘤,而導致釷造影劑被棄用[18],現在釷-232被列為致癌物質[19]。
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]。
More information 符號, 歷史 名稱 ...
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+
|
|
|
Close
畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明,僅為理論推測。
雖然鐳不是錒系元素,但它緊接在錒系元素錒之前,且有半衰期超過4年,可被列入此表中的同位素,因此鐳也被列入其中。
半衰期遠長於232Th,基本可視為穩定的衰變產物被排除在外,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 . doi:10.1038/s41586-019-1533-4.
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 (英語).
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消化系惡性腫瘤-膽管癌. 馬偕紀念醫院. [2018-01-30]. (原始內容存檔於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。
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- Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館).
- 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 (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) (retrieved Sept. 2005).
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