钍的同位素

✍ dations ◷ 2025-04-04 11:34:54 #各元素同位素列表,钍,钍的同位素

钍(标准原子质量(英语:Standard atomic weight):232.0377)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(英语:mononuclidic)(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(英语:binuclidic)。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(英语:Standard atomic weight),约为7002232037700000000♠232.0377。

目前已观测到的钍同位素中,最轻的为209
Th、最重的为238
Th。

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:

钍-209是目前观测到的钍同位素中,最轻的核素。半衰期约3至7毫秒,并且观测到其会透过α衰变,衰变成镭-205。

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),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(英语:Cluster decay),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-207。钍-229是铀-223的衰变产物,其主要用途是生产医用同位素锕-225和铋-213。

加玛射线光谱显示钍-229具有核异构体——钍-229m,激发能量非常低。

钍-229m是钍-229的核异构体,为钍-229核的激发态,激发能量约为7.6电子伏特,半衰期约为70小时。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激发能量约为7.6电子伏特,这是目前已知最低能量的核异构体,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、精确的时钟、量子电脑的量子位元或测试化学环境对核衰变率的影响。

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是钍的同位素唯一一个原始核素(英语:Primordial nuclide),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 。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的衰变方式共有四种,大部分会透过α衰变,衰变成镭-228;少部分会透过双β衰变,衰变成铀-232;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(英语:Cluster decay),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。

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。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(英语:Thorotrast),但由于接受过钍造影剂(英语:Thorotrast)的患者有65%长了肝肿瘤,而导致钍造影剂(英语:Thorotrast)被弃用,现在钍-232被列为致癌物质。

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(英语:protactinium-233)。

部分的钍同位素仅有理论研究,尚未被观测到。

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。

钍-208是目前钍同位素中,衰变资讯有理论研究的最轻核素。根据理论计算,钍-208的半衰期约为1.7毫秒,会发生α衰变或质子发射,其中质子发射的衰变能量理论计算值为1.76×103 keV、α衰变的衰变能量理论计算值为8.20×103 keV。

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。

备注:画上#号的数据代表没有经过实验的证明,只是理论推测而已,而用括号括起来的代表数据不确定性。

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