釷的同位素
釷（標準原子質量：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，約為232.0377 [1]。
| 標準原子質量 (Ar, 標準) |
|
|---|---|
目前已觀測到的釷同位素中，最輕的為209
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：
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
值得注意的同位素
釷-209
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
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，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-207。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[4]。
核異構體
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
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]、量子電腦的量子位元或測試化學環境對核衰變率的影響[8]。
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，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，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，但由於接受過釷造影劑的患者有65%長了肝腫瘤，而導致釷造影劑被棄用[12]，現在釷-232被列為致癌物質[13]。
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[14]。
理論研究的釷同位素
部分的釷同位素僅有理論研究，尚未被觀測到。
釷-203
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
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
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階數據的理論研究[18]。
圖表
| 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 (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 (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 | |
| β−β− （不常見） | 232U | |||||||||
| 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 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。
註釋
参考文獻
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