釷的同位素

主要的釷同位素
標準原子質量（英语：Standard atomic weight） (Ar, 標準)	232.0377(4);
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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7002232037700000000♠232.0377 ^[1]。

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

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查论编
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	半衰期范围	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	也没有半衰期超过 2000万年的裂变产物^[7]
ƒ 易裂变材料 þ 中子毒物（热中子截面超过3000靶恩）

值得注意的同位素

釷-228

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

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

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

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

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

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

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

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）
符號	歷史名稱	激發能量^{[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）
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+
²¹⁰Th		90	120	210.015075(27)	17(11) ms [9(+17−4) ms]	β⁺ （不常見）	²¹⁰Ac	0+
²¹¹Th		90	121	211.01493(8)	48(20) ms [0.04(+3−1) s]	α	²⁰⁷Ra	5/2−#
²¹¹Th		90	121	211.01493(8)	48(20) ms [0.04(+3−1) s]	β⁺ （不常見）	²¹¹Ac	5/2−#
²¹²Th		90	122	212.01298(2)	36(15) ms [30(+20-10) ms]	α (99.7%)	²⁰⁸Ra	0+
²¹²Th		90	122	212.01298(2)	36(15) ms [30(+20-10) ms]	β⁺ (.3%)	²¹²Ac	0+
²¹³Th		90	123	213.01301(8)	140(25) ms	α	²⁰⁹Ra	5/2−#
²¹³Th		90	123	213.01301(8)	140(25) ms	β⁺ （不常見）	²¹³Ac	5/2−#
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+
²¹⁶Th		90	126	216.011062(14)	26.8(3) ms	β⁺ (.006%)	²¹⁶Ac	0+
^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+#
²¹⁹Th		90	129	219.01554(5)	1.05(3) µs	β⁺ (10⁻⁷%)	²¹⁹Ac	9/2+#
²²⁰Th		90	130	220.015748(24)	9.7(6) µs	α	²¹⁶Ra	0+
²²⁰Th		90	130	220.015748(24)	9.7(6) µs	ε (2×10⁻⁷%)	²²⁰Ac	0+
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+
²²²Th		90	132	222.018468(13)	2.237(13) ms	ε (1.3×10⁻⁸%)	²²²Ac	0+
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)+
²²⁵Th		90	135	225.023951(5)	8.72(4) min	ε (10%)	²²⁵Ac	(3/2)+
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]}
²²⁸Th	Radiothorium	90	138	228.0287411(24)	1.9116(16) y	CD (1.3×10⁻¹¹%)	²⁰⁸Pb ²⁰O	0+	Trace^{[n 6]}
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]}
²³¹Th	Uranium Y	90	141	231.0363043(19)	25.52(1) h	α (10⁻⁸%)	²²⁷Ra	5/2+	Trace^{[n 5]}
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 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明，僅為理論推測。
^ ^2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 用括號括起來的數據代表不確定性。
^ 半衰期超过5亿年的同位素以粗體表示。
^ 穩定的衰變產物以粗體表示。
^ ^5.0 ^5.1 位於²³⁵U衰變鏈
^ 位於²³²Th衰變鏈
^ 用在鈾釷定年（英语：Uranium-thorium dating）
^ ^8.0 ^8.1 位於²³⁸U的衰變鏈
^ 原始（英语：Primordial nuclide）放射性核素

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参考文獻

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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。
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[hash-21] 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。

[brackets-22] 2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 用括號括起來的數據代表不確定性。

[23] 半衰期超过5亿年的同位素以粗體表示。

[25] 穩定的衰變產物以粗體表示。

[as-28] 5.0 ^5.1 位於²³⁵U衰變鏈

[29] 位於²³²Th衰變鏈

[31] 用在鈾釷定年（英语：Uranium-thorium dating）

[us-32] 8.0 ^8.1 位於²³⁸U的衰變鏈

[33] 原始（英语：Primordial nuclide）放射性核素

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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。

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