钍的同位素
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标准原子质量 (Ar, 标准) |
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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
232.0377[1]。
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
。
锕系元素与裂变产物[编辑]
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:
|
值得注意的同位素[编辑]
钍-228[编辑]
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[编辑]
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[编辑]
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-230[编辑]
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[编辑]
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[编辑]
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[编辑]
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]。
理论研究的钍同位素[编辑]
部分的钍同位素仅有理论研究,尚未被观测到。
钍-203[编辑]
钍-203是目前有理论研究的钍同位素中,最轻的核素,由90个质子和113个中子构成,目前不清楚半衰期与衰变方式,或根本无法存在。目前仅有关于其核壳层能皆数据的理论研究[21]。
钍-275[编辑]
钍-275 是目前有理论研究的钍同位素中,最重的核素,由90个质子和185个中子构成,目前不清楚半衰期与衰变方式,或根本无法存在。目前仅有关于其核壳层能阶数据的理论研究[22]。
图表[编辑]
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[23] |
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[24] | 90 | 118 | 208.01791(4) | 1.7(+1.7-0.6) ms | α | 204Ra | 0+ | |||
209Th[25] | 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[26] | 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+ |
- ^ 1.0 1.1 画上#号的数据代表没有经过实验的证明,仅为理论推测。
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 用括号括起来的数据代表不确定性。
- ^ 半衰期超过5亿年的同位素以粗体表示。
- ^ 稳定的衰变产物以粗体表示。
- ^ 5.0 5.1 位于235U衰变链
- ^ 位于232Th衰变链
- ^ 用在铀钍定年
- ^ 8.0 8.1 位于238U的衰变链
- ^ 原始放射性核素
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参考文献[编辑]
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- ^ 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。
- ^ 此表列出的是热中子轰击235U的裂变产额。
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- ^ 是所有半衰期超过四年的同位素中最重的
- ^ 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。
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元素与同位素的稳定度 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
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