钍的同位素

**主要的钍同位素**
标准原子质量 (Ar, 标准)	232.0377(4);
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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，²³²Th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²³⁰Th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，²³²Th和²³⁰Th存在一定的比例，因此可以给出钍的标准原子质量，约为7002232037700000000♠232.0377 ^[1]。

目前已观测到的钍同位素中，最轻的为²⁰⁹Th^[2]、最重的为²³⁸Th。

锕系元素与裂变产物

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：

锕系元素和裂变产物的半衰期查论编
锕系				半衰期范围(年)	裂变产物
²⁴⁴Cm	²⁴¹Pu ^f	²⁵⁰Cf	²⁴³Cm^f	10～30 y	¹³⁷Cs	⁹⁰Sr	⁸⁵Kr
²³²U ^f		²³⁸Pu	f代表 “裂变”	69～90 y			¹⁵¹Sm nc➔
4n	²⁴⁹Cf ^f	²⁴²Am^f	f代表 “裂变”	141～351 y	没有半衰期为 10²年至2×10⁵年的裂变产物
4n	²⁴¹Am		²⁵¹Cf ^f	431–898 y
²⁴⁰Pu	²²⁹Th	²⁴⁶Cm	²⁴³Am	5～7 Ky
4n	²⁴⁵Cm^f	²⁵⁰Cm	²³⁹Pu ^f	8～24 Ky
	²³³U ^f	²³⁰Th	²³¹Pa	32～160 Ky
	4n+1	²³⁴U	4n+3	211～290 Ky	⁹⁹Tc		¹²⁶Sn	⁷⁹Se
²⁴⁸Cm	4n+1	²⁴²Pu		340～373 Ky	长寿命裂变产物
	²³⁷Np	4n+2		1～2 My	⁹³Zr	¹³⁵Cs nc➔
²³⁶U	4n+1		²⁴⁷Cm^f	6～23 My		¹⁰⁷Pd	¹²⁹I
²⁴⁴Pu				8 My	>7%	>5%	>1%	>.1%
²³²Th		²³⁸U	²³⁵U ^f	0.7～12 By	裂变产物产额

值得注意的同位素

钍-209

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^[2]。

钍-228

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）^[3]，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

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^[4]。

核异构体

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

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^[5]、精确的时钟^[6]^[7]、量子电脑的量子位元或测试化学环境对核衰变率的影响^[8]。

钍-230

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

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

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^[9]。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，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。^[10]

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^[11]。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^[12]，现在钍-232被列为致癌物质^[13]。

钍-233

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^[14]。

理论研究的钍同位素

部分的钍同位素仅有理论研究，尚未被观测到。

钍-203

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^[15]。

钍-208

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^[16]，会发生α衰变或质子发射^[17]，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^[17]。

钍-275

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^[18]。

图表

符号	历史名称	Z（p ）	N（n ）	同位素质量（u）	半衰期^{[n 1]}	衰变方式^[19]^{[n 2]}	衰变产物^{[n 3]}	原子核自旋	相对丰度（莫耳分率）	相对丰度（莫耳分率）
符号	历史名称	激发能量			半衰期^{[n 1]}	衰变方式^[19]^{[n 2]}	衰变产物^{[n 3]}	原子核自旋	相对丰度（莫耳分率）	相对丰度（莫耳分率）
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+
²¹⁰Th		90	120	210.015075(27)	17(11) ms [9(+17−4) ms]	β⁺ （不常见）	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⁺ （不常见）	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⁺ （不常见）	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+
²²⁴Th		90	134	224.021467(12)	1.05(2) s	β⁺β⁺ （不常见）	²²⁴Ra	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 4]}
²²⁸Th	Radiothorium	90	138	228.0287411(24)	1.9116(16) y	α	²²⁴Ra	0+	Trace^{[n 5]}
²²⁸Th	Radiothorium	90	138	228.0287411(24)	1.9116(16) y	CD (1.3×10⁻¹¹%)	²⁰⁸Pb ²⁰O	0+	Trace^{[n 5]}
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+
²³⁰Th^{[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]}
²³¹Th	Uranium Y	90	141	231.0363043(19)	25.52(1) h	α (10⁻⁸%)	²²⁷Ra	5/2+	Trace^{[n 4]}
²³²Th^{[n 8]}	Thorium	90	142	232.0380553(21)	1.405(6)×10¹⁰ y	α	²²⁸Ra	0+	1.0000
						β⁻β⁻ （不常见）	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+

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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注释

↑ 粗体表示其半衰期接近或超过宇宙年龄（可以视为稳定）
↑ 各缩写分别代表：
CD：集团衰变
 ε或EC：电子捕获
 IT：核异构转变
 SF：自发分裂
↑ 稳定的衰变产物以粗体表示
↑ ^4.0 ^4.1 位于²³⁵U衰变链
↑ 位于²³²Th衰变链
↑ 用在铀钍定年
↑ ^7.0 ^7.1 位于²³⁸U的衰变链
↑ 原始放射性核素

参考文献

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[19] 粗体表示其半衰期接近或超过宇宙年龄（可以视为稳定）

[21] 各缩写分别代表：
CD：集团衰变
ε或EC：电子捕获
IT：核异构转变
SF：自发分裂

[22] 稳定的衰变产物以粗体表示

[as-23] 4.0 ^4.1 位于²³⁵U衰变链

[24] 位于²³²Th衰变链

[25] 用在铀钍定年

[us-26] 7.0 ^7.1 位于²³⁸U的衰变链

[27] 原始放射性核素

[CIAAW2013-1] 1.0 ^1.1 ^1.2 Meija, Juris; et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[Ikezoe-2] 2.0 ^2.1 H. Ikezoe; et al. alpha decay of a new isotope of ²⁰⁹Th. Physical Review C. 1996, 54 (4): 2043. Bibcode:1996PhRvC..54.2043I. doi:10.1103/PhysRevC.54.2043 （英语）.

[Hoffmann-3] Klaus Hoffmann: Otto Hahn - Achievement and Responsibility. Translated by J. Michael Cole (Leyburn, UK). Springer, Inc., New York-Berlin-Heidelberg-London-Paris-Singapore-Tokyo 2001. p. 207 f. ISBN 0-387-95057-5. See also Klaus Hoffmann: Schuld und Verantwortung : Otto Hahn, Konflikte eines Wissenschaftlers (Springer Verlag, Berlin). 1993. ISBN 9783540567660. OCLC 28944783.

[4] Report to Congress on the extraction of medical isotopes from U-233 (PDF). U.S. Department of Energy. March 2001 （英语）.

[5] Poppe, C. H.; Weiss, M. S.; Anderson, J. D. Nuclear isomers as ultra-high-energy-density materials. Air Force Meeting on High Energy Density Materials, Lancaster, CA. 1992. Bibcode:1992hedm.meet...23P （英语）.

[6] Peik, E.; Tamm, Chr. Nuclear laser spectroscopy of the 3.5 eV transition in ²²⁹Th (PDF). Europhysics Letters. 2003-01-15, 61 (2): 181–186 [2013-12-14]. Bibcode:2003EL.....61..181P. doi:10.1209/epl/i2003-00210-x.

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[Tkalya-8] Tkalya, Eugene V.; Zherikhin, Alexander N.; Zhudov, Valerii I. Decay of the low-energy nuclear isomer ²²⁹Th^m (3/2⁺, 3.5±1.0 eV) in solids (dielectrics and metals): A new scheme of experimental research. Physical Review C. 2000, 61 (6): 064308. Bibcode:2000PhRvC..61f4308T. doi:10.1103/PhysRevC.61.064308 （英语）.

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