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釷的同位素

（重定向自釷-231）

釷（標準原子質量（英语：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
和230
Th
存在一定的比例，因此可以給出釷的標準原子質量（英语：Standard atomic weight），約為232.0377 [1]。

主要的釷同位素
同位素 衰變
丰度 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 分钟 β− 1.242 233Pa
234Th 痕量 24.107 天 β− 0.274 234Pa
標準原子質量（英语：Standard atomic weight） (Ar, 標準)
  • 232.0377(4)[1]
←Ac（89） Pa（91）→

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

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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：

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 140～700萬年 93Zr 107Pd
236U 247Cm ƒ 700～3000萬年 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 1～150億年

值得注意的同位素

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釷-228

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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會發生集团衰变，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

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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

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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激發能量极低，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-230

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主条目：Ionium

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

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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

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釷-232是釷的同位素唯一一個原始核素（英语：Primordial nuclide），其占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會發生集团衰变，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（英语：Thorotrast），但由於接受過釷造影劑（英语：Thorotrast）的患者有65%長了肝腫瘤，而導致釷造影劑（英语：Thorotrast）被棄用[18]，現在釷-232被列為致癌物質[19]。

釷-233

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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

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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
  1. ^ 1.0 1.1 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明，僅為理論推測。
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 用括號括起來的數據代表不確定性。
  3. ^ 半衰期超过5亿年的同位素以粗體表示。
  4. ^ 穩定的衰變產物以粗體表示。
  5. ^ 5.0 5.1 位於235U衰變鏈
  6. ^ 位於232Th衰變鏈
  7. ^ 用在鈾釷定年（英语：Uranium-thorium dating）
  8. ^ 8.0 8.1 位於238U的衰變鏈
  9. ^ 原始（英语：Primordial nuclide）放射性核素
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錒的同位素 釷的同位素 鏷的同位素

参考文獻

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  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. 
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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。
  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.
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  3. Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
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