釷的同位素

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
主要的釷同位素
同位素 衰變
丰度 半衰期 (t1/2) 類型 產物
227Th 痕量 18.68  α 223Raenradium-223
228Th 痕量 1.9116  α 224Raenradium-224
229Th 痕量 7917  α 225Raenradium-225
230Th 0.02% 75400 α 226Raenradium-226
231Th 痕量 25.5 小時 β 231Paenprotactinium-231
232Th 99.98% 1.405×1010  α 228Raenradium-228
234Th 痕量 24.1  β 234Paenprotactinium-234
標準原子質量英语Standard atomic weight (Ar, 標準)
  • 232.0377(4)[1]
←Ac89 Pa91

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英语mononuclidic(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英语binuclidic。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语Standard atomic weight,約為232.0377[1]

目前已觀測到的釷同位素中,最輕的為釷-209[2]、最重的為釷-238。

錒系元素與裂變產物[编辑]

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:

锕系元素和裂变产物的半衰期
锕系 半衰期
范围()
裂变产物
244Cm 241Pu f 250Cf 243Cmf 10~30 y 137Cs 90Sr 85Kr
232 f 238Pu f代表
裂变
69~90 y 151Sm nc➔
4n 249Cf  f 242Amf 141~351 y 没有半衰期为
102年至2×105
的裂变产物
241Am 251Cf  f 431–898 y
240Pu 229Th 246Cm 243Am 5~7 Ky
4n 245Cmf 250Cm 239Pu f 8~24 Ky
233U    f 230Th 231Pa 32~160 Ky
4n+1 234U 4n+3 211~290 Ky 99Tc 126Sn 79Se
248Cm 242Pu 340~373 Ky 长寿命裂变产物
237Np 4n+2 1~2 My 93Zr 135Cs nc➔
236U 4n+1 247Cmf 6~23 My 107Pd 129I
244Pu 8 My >7% >5% >1% >.1%
232Th 238U 235U    f 0.7~12 By 裂变产物产额

值得注意的同位素[编辑]

釷-209[编辑]

釷-209是目前觀測到的釷同位素中,最輕的核素半衰期約3至7毫秒,並且觀測到其會透過α衰變,衰變成鐳-205[2]

釷-228[编辑]

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)[3],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會發生集团衰变英语Cluster decay,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[编辑]

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-207。釷-229是鈾-223的衰變產物,其主要用途是生產醫用同位素錒-225和鉍-213[4]

核異構體[编辑]

加瑪射線光譜顯示釷-229具有核異構體——釷-229m,激發能量非常低。

釷-229m[编辑]

釷-229m是釷-229的核異構體,為釷-229核的激發態,激發能量約為7.6電子伏特,半衰期約為70小時。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激發能量約為7.6電子伏特,這是目前已知最低能量的核異構體,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[5]、精確的時鐘[6][7]量子電腦量子位元或測試化學環境對核衰變率的影響[8]

釷-230[编辑]

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

釷-231[编辑]

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,是由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[编辑]

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[9] 。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的衰變方式共有四種,大部分會透過α衰變,衰變成鐳-228;少部分會透過雙β衰變,衰變成鈾-232;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會發生集团衰变英语Cluster decay,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。[10]

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[11]。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[12],現在釷-232被列為致癌物質[13]

釷-233[编辑]

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英语protactinium-233[14]

理論研究的釷同位素[编辑]

部分的釷同位素僅有理論研究,尚未被觀測到。

釷-203[编辑]

釷-203是目前有理論研究的釷同位素中,最輕的核素,由90個質子和113個中子構成,目前不清楚半衰期與衰變方式,或根本無法存在。目前僅有關於其核殼層能皆數據的理論研究[15]

釷-208[编辑]

釷-208是目前釷同位素中,衰變資訊有理論研究的最輕核素。根據理論計算,釷-208的半衰期約為1.7毫秒[16],會發生α衰變或質子發射[17],其中質子發射的衰變能量理論計算值為1.76×103 keV、α衰變的衰變能量理論計算值為8.20×103 keV[17]

釷-275[编辑]

釷-275 是目前有理論研究的釷同位素中,最重的核素,由90個質子和185個中子構成,目前不清楚半衰期與衰變方式,或根本無法存在。目前僅有關於其核殼層能皆數據的理論研究[18]

圖表[编辑]

符號 歷史
名稱
Z(p N(n 同位素質量(u 半衰期[n 1] 衰變
方式
[19][n 2]
衰變
產物
[n 3]
原子核
自旋
相對豐度
莫耳分率)
相對豐度
莫耳分率)
激發能量
209Th 90 119 209.01772(11) 7(5) ms
[3.8(+69−15)]
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+
β+β+ (不常見) 224Ra
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 4]
228Th Radiothorium 90 138 228.0287411(24) 1.9116(16) y α 224Ra 0+ Trace[n 5]
CD英语Cluster decay (1.3×10−11%) 208Pb
20O
229Th 90 139 229.031762(3) 7.34(16)×103 y α 225Ra 5/2+
229mTh 0.0076(5) keV 70(50) h IT 229Th 3/2+
230
Th
[n 6]
Ionium 90 140 230.0331338(19) 7.538(30)×104 y α 226Ra 0+ Trace [n 7]
CD英语Cluster decay (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 4]
α (10−8%) 227Ra
232Th[n 8] Thorium 90 142 232.0380553(21) 1.405(6)×1010 y α 228Ra 0+ 1.0000
ββ (不常見) 232U
SF (1.1×10−9%) (various)
CD英语Cluster decay (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 7]
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+

備註:畫上#號的數據代表沒有經過實驗的證明,只是理論推測而已,而用括號括起來的代表數據不確定性。

同位素列表
錒的同位素 釷的同位素 鏷的同位素

註釋[编辑]

  1. ^ 粗體表示其半衰期接近或超過宇宙年齡(可以視為穩定)
  2. ^ 各縮寫分別代表:
    CD英语Cluster decay集团衰变英语Cluster decay
    ε或EC:電子捕獲
    IT核異構轉變
    SF自發分裂
  3. ^ 穩定的衰變產物以粗體表示
  4. ^ 4.0 4.1 位於235U衰變鏈
  5. ^ 位於232Th衰變鏈
  6. ^ 用在鈾釷定年英语Uranium-thorium dating
  7. ^ 7.0 7.1 位於238U的衰變鏈
  8. ^ 原始英语Primordial nuclide放射性核素

参考文獻[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Meija, J.; 等. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). 纯粹与应用化学. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ 2.0 2.1 H. Ikezoe; 等. alpha decay of a new isotope of 209Th. Physical Review C. 1996, 54 (4): 2043. Bibcode:1996PhRvC..54.2043I. doi:10.1103/PhysRevC.54.2043 (英语). 
  3. ^ 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.
  4. ^ Report to Congress on the extraction of medical isotopes from U-233 (PDF). U.S. Department of Energy. March 2001. (原始内容 (PDF)存档于2011-09-27) (英语). 
  5. ^ 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). 
  6. ^ Peik, E.; Tamm, Chr. Nuclear laser spectroscopy of the 3.5 eV transition in 229Th (PDF). Europhysics Letters. 2003-01-15, 61 (2): 181–186 [2013-12-14]. Bibcode:2003EL.....61..181P. doi:10.1209/epl/i2003-00210-x. 
  7. ^ Schumm, Thorsten. Towards a Thorium "nuclear atomic clock"? (PDF). 4th ESA international Workshop on Optical Atomic Frequency Standards & Clocks. Trani, Italy. 24–27 October 2011. 
  8. ^ Tkalya, Eugene V.; Zherikhin, Alexander N.; Zhudov, Valerii I. Decay of the low-energy nuclear isomer 229Thm (3/2+, 3.5±1.0 eV) in solids (dielectrics and metals): A new scheme of experimental research. Physical Review C. 2000, 61 (6): 064308. Bibcode:2000PhRvC..61f4308T. doi:10.1103/PhysRevC.61.064308 (英语). 
  9. ^ Isotopes Project Home Page, Lawrence Berkeley National Laboratory. Isotopes of Thorium (Z=90). [2010-01-18]. (原始内容存档于2010-02-03). 
  10. ^ Rutherford Appleton Laboratory. Th-232 Decay Chain. [2010-01-25]. 
  11. ^ World Nuclear Association. Thorium. [2010-01-25]. 
  12. ^ 消化系惡性腫瘤-膽管癌. 馬偕紀念醫院. [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。 
  13. ^ 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. 
  14. ^ Georges, Audi. The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties. Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center). 2003, 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  15. ^ Single particle level schemes for Thorium 203 (Z=90, N=113). www-phynu.cea.fr. 
  16. ^ ADOPTED LEVELS for 208Th. nndc.bnl.gov. 
  17. ^ 17.0 17.1 M. Wang and G. Audi and A. H. Wapstra and F. G. Kondev and M. MacCormick and X. Xu and B. Pfeiffer. The AME2012 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references. Chin.Phys.C. 2012, 36: 1603. 
  18. ^ Single particle level schemes for Thorium 275 (Z=90, N=185). www-phynu.cea.fr. 
  19. ^ Universal Nuclide Chart. nucleonica. 需要免费注册. 
  1. Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
  2. Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005).
  3. 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, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
    • National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005).
    • 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.