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]。

主要的釷同位素
同位素 衰變
丰度 半衰期 (t1/2) 類型 產物
227Th 痕量 18.68 天 α 223Ra
228Th 痕量 1.9116 年 α 224Ra
229Th 痕量 7917 年 α 225Ra
230Th 0.02% 75400 年 α 226Ra
231Th 痕量 25.5 小時 β− 231Pa
232Th 99.98% 1.405×1010 年 α 228Ra
234Th 痕量 24.1 天 β− 234Pa
標準原子質量 (Ar, 標準)
  • 232.0377(4)[1]
←Ac（89） Pa（91）→

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：

锕系元素和裂变产物的半衰期
锕系半衰期
范围(年)		裂变产物
244Cm 241Pu f 250Cf 243Cmf10～30 y 137Cs90Sr85Kr
232U  f 238Puf代表
“裂变”		 69～90 y 151Sm nc➔
4n249Cf  f242Amf141～351 y 没有半衰期为
102年至2×105年
的裂变产物
241Am 251Cf  f431–898 y
240Pu229Th246Cm243Am 5～7 Ky
4n245Cmf 250Cm 239Pu f8～24 Ky
233U    f 230Th231Pa 32～160 Ky
4n+1 234U 4n+3211～290 Ky 99Tc126Sn79Se
248Cm242Pu 340～373 Ky 长寿命裂变产物
237Np 4n+21～2 My 93Zr135Cs nc➔
236U 4n+1 247Cmf 6～23 My 107Pd129I
244Pu 8 My >7%>5%>1%>.1%
232Th238U 235U    f0.7～12 By 裂变产物产额

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-223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
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，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。

← 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
  7. 位於238U的衰變鏈
  8. 原始放射性核素

参考文獻
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