釷的同位素

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（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
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]。

主要的釷同位素

同位素 衰變 丰度 半衰期 (t1/2) 方式 能量 （MeV） 產物 ^227Th 痕量 18.68 天 α 6.038 5.978 ^223Ra（英语：radium-223） ^228Th 痕量 1.9116 年 α 5.520 ^224Ra（英语：radium-224） ^229Th 痕量 7917 年 α 5.168 ^225Ra（英语：radium-225） ^230Th 0.02% 75400 年 α 4.770 ^226Ra（英语：radium-226） ^231Th 痕量 25.5 小時 β^− 0.39 ^231Pa ^232Th 99.98% 1.405×10^10 年 α 4.083 ^228Ra（英语：radium-228） ^234Th 痕量 24.1 天 β^− 0.27 ^234Pa
標準原子質量（英语：Standard atomic weight） (Ar, 標準)	7002232037700000000♠232.0377(4)^[1]
←Ac（89） Pa（91）→
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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 锕系元素 半衰期范围 裂变产物 ^244Cm ^241Pu ^f ^250Cf ^243Cm^f 10～30年 ^137Cs ^90Sr ^85Kr ^232U ^f ^238Pu f代表 “裂变” 69～90年 ^151Sm nc➔ 4n ^249Cf  ^f ^242Am^f 141～351年 没有半衰期为 10^2年至2×10^5年 的裂变产物 ^241Am ^251Cf  ^f 431–898年 ^240Pu ^229Th ^246Cm ^243Am 5～7千年 4n ^245Cm^f ^250Cm ^239Pu ^f 8～24千年 ^233U  ^f ^230Th ^231Pa 32～160千年 4n+1 ^234U 4n+3 211～290千年 ^99Tc ^126Sn ^79Se ^248Cm ^242Pu 340～373千年 长寿命裂变产物 ^237Np 4n+2 1～2百萬年 ^93Zr ^135Cs nc➔ ^236U 4n+1 ^247Cm^f 6～23百萬年 ^107Pd ^129I ^244Pu 8百萬年 >7% >5% >1% >.1% ^232Th ^238U ^235U  ^f 0.7～12十億年 裂变产物产额

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）^[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

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^[4]。

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^[5]，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^[6]、精確的時鐘^[7][8]、量子電腦的量子位元或測試化學環境對核衰變率的影響^[9]。

釷-230

主条目：Ionium

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^[10] 。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。^[11]

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^[12]。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^[13]，現在釷-232被列為致癌物質^[14]。

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^[15]。

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^[16]。

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^[17]。

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^[18]^[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
^207Th^[2]		90	117		9.7(+46.6−4.4) ms	α	^203Ra
^208Th^[19]		90	118	208.01791(4)	1.7(+1.7-0.6) ms	α	^204Ra	0+
^209Th^[20]		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+
^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)×10^3 y	α	^225Ra	5/2+
^229mTh		8.3(2) eV^[5]			7(1) μs^[21]	IT	^229Th	3/2+
230 Th ^[n 6]	Ionium	90	140	230.0331338(19)	7.538(30)×10^4 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)×10^10 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 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

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：集团衰变
   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. 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. 位於²³⁸U的衰變鏈
8. 原始（英语：Primordial nuclide）放射性核素

参考文獻

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