Toryum izotopları - Isotopes of thorium

Toryumun  ana izotopları ( 90 Th)
İzotop Çürümek
bolluk yarı ömür ( t 1/2 ) mod ürün
227 Bin iz 18.68 gün α 223 Ra
228 Bin iz 1.9116 yıl α 224 Ra
229 Bin iz 7917 yıl α 225 Ra
230 Bin %0.02 75400 yıl α 226 Ra
231 Bin iz 25,5 saat β - 231 Pa
232 Bin %99.98 1.405×10 10  yıl α 228 Ra
234 Bin iz 24.1 gün β - 234 Pa
Standart atom ağırlığı A r, standart (Th) 232.0377(4)

Toryum ( 90 Th) doğal olarak oluşan yedi izotopa sahiptir ancak hiçbiri stabil değildir. Bir izotop, 232 Th, 1.405 × 10 10 yıllık bir yarı ömre sahip, Dünya'nın yaşından oldukça uzun ve hatta evrenin genel olarak kabul edilen yaşından biraz daha uzun olan , nispeten kararlıdır . Bu izotop neredeyse tüm doğal toryumu oluşturur, bu nedenle toryum mononüklidik olarak kabul edildi . Bununla birlikte, 2013 yılında, IUPAC , derin deniz suyunda büyük miktarlarda 230 Th olması nedeniyle toryumu binüklidik olarak yeniden sınıflandırdı . Toryum karakteristik bir karasal izotopik bileşime sahiptir ve bu nedenle standart bir atom ağırlığı verilebilir.

31 radyoizotop karakterize edilmiştir, en kararlı olanı 232 Th, 230 Th yarı ömrü 75.380 yıl, 229 Th yarı ömrü 7.917 yıl ve 228 Th yarı ömrü 1.92 yıldır. Kalan tüm radyoaktif izotopların yarılanma ömrü otuz günden azdır ve bunların çoğunluğunun yarılanma ömrü on dakikadan azdır. Bir izotop, 229 Th, son zamanlarda 8.28 ± 0.17 eV olarak ölçülen, oldukça düşük bir uyarma enerjisine sahip bir nükleer izomere (veya yarı kararlı duruma) sahiptir. 229 Th çekirdeğinin lazer spektroskopisinin yapılması ve son derece yüksek doğrulukta bir nükleer saatin geliştirilmesi için düşük enerji geçişinin kullanılması önerilmiştir .

Toryumun bilinen izotoplarının kütle numarası 208 ile 238 arasındadır.

izotopların listesi

nüklid
Tarihi
isim
Z n İzotopik kütle ( Da )
Yarı ömür
çürüme
modu

kızı
izotop

Spin ve
parite
Doğal bolluk (mol kesri)
uyarılma enerjisi Normal oran Varyasyon aralığı
208 Bin 90 118 208.01791(4) 1,7(+1,7-0,6) ms α 204 Ra 0+
209 Bin 90 119 209.01772(11) 7(5) ms
[3.8(+69−15)]
α 205 Ra 5/2−#
210 Bin 90 120 210.015075(27) 17(11) msn
[9(+17−4) msn]
α 206 Ra 0+
β + (nadir) 210 Ac
211 Bin 90 121 211.01493(8) 48(20) ms
[0.04(+3−1) sn]
α 207 Ra 5/2−#
β + (nadir) 211 Ac
212 Bin 90 122 212.01298(2) 36(15) msn
[30(+20-10) msn]
a (%99,7) 208 Ra 0+
β + (0.3%) 212 Ac
213 Bin 90 123 213.01301(8) 140(25) ms α 209 Ra 5/2−#
β + (nadir) 213 Ac
214 Bin 90 124 214.011500(18) 100(25) ms α 210 Ra 0+
215 Bin 90 125 215.011730(29) 1.2(2) sn α 211 Ra (1/2−)
216 Bin 90 126 216.011062(14) 26.8(3) ms a (%99,99) 212 Ra 0+
β + (%0,006) 216 Ac
216m1 Th 2042(13) keV 137(4) μs (8+)
216m2 Th 2637(20) keV 615(55) sayı (11−)
217 Bin 90 127 217.013114(22) 240(5) μs α 213 Ra (9/2+)
218 Bin 90 128 218.013284(14) 109(13) sayı α 214 Ra 0+
219 Bin 90 129 219.01554(5) 1.05(3) μs α 215 Ra 9/2+#
β + ( % 10 -7 ) 219 Ac
220 Bin 90 130 220.015748(24) 9,7(6) μs α 216 Ra 0+
EC (2×10 -7 %) 220 Ac
221 Bin 90 131 221.018184(10) 1,73(3) ms α 217 Ra (7/2+)
222 Bin 90 132 222.018468(13) 2.237(13) ms α 218 Ra 0+
EC (1,3×10 -8 %) 222 Ac
223 Bin 90 133 223.020811(10) 0.60(2) sn α 219 Ra (5/2)+
224 Bin 90 134 224.021467(12) 1.05(2) sn α 220 Ra 0+
β + β + (nadir) 224 Ra
CD (nadir) 208 Pb
16 O
225 Bin 90 135 225.023951(5) 8.72(4) dk a (%90) 221 Ra (3/2)+
AT (%10) 225 Ac
226 Bin 90 136 226.024903(5) 30.57(10) dk α 222 Ra 0+
227 Bin radyoaktinyum 90 137 227.0277041(27) 18.68(9) gün α 223 Ra 1/2+ İz
228 Bin radyotoryum 90 138 228.0287411(24) 1.9116(16) yıl α 224 Ra 0+ İz
CD (1,3×10 −11 %) 208 Pb
20 O
229 Bin 90 139 229.031762(3) 7,34(16)×10 3  yıl α 225 Ra 5/2+ İz
toplam 229 Th 8.3(2) eV 7(1) μs O 229 Bin 3/2+
230 Bin iyonyum 90 140 230.0331338(19) 7.538(30)×10 4  yıl α 226 Ra 0+ 0,0002(2)
CD (5,6×10 −11 %) 206 Hg
24 Ne
SF (5×10 -11 %) (Çeşitli)
231 Bin uranyum Y 90 141 231.0363043(19) 25.52(1) saat β - 231 Pa 5/2+ İz
a ( % 10 -8 ) 227 Ra
232 Bin toryum 90 142 232.0380553(21) 1.405(6)×10 10  yıl α 228 Ra 0+ 0,9998(2)
β β (nadir) 232 U
SF (1,1×10 -9 %) (çeşitli)
CD (2.78×10 -10 %) 182 Yb
26 Ne
24 Ne
233 Bin 90 143 233.0415818(21) 21.83(4) dk β - 233 Pa 1/2+
234 Bin Uranyum X 1 90 144 234.043601(4) 24.10(3) gün β - 234m Pa 0+ İz
235 Bin 90 145 235.04751(5) 7,2(1) dk β - 235 Pa (1/2+)#
236 Bin 90 146 236.04987(21)# 37.5(2) dk β - 236 Pa 0+
237 Bin 90 147 237.05389(39)# 4,8(5) dk β - 237 Pa 5/2+#
238 Bin 90 148 238.0565(3)# 9,4(20) dk β - 238 Pa 0+
Bu tablo üstbilgisi ve altbilgisi:
  1. ^ m Th – Heyecanlı nükleer izomer .
  2. ^ ( ) – Belirsizlik (1 σ ), karşılık gelen son rakamlardan sonra parantez içinde kısa ve öz olarak verilmiştir.
  3. ^ # – # ile işaretlenmiş atomik kütle: değer ve belirsizlik tamamen deneysel verilerden değil, en azından kısmen Kütle Yüzeyinden (TMS) gelen eğilimlerden türetilmiştir.
  4. ^ Kalın yarı ömür  - neredeyse kararlı, yarı ömür evrenin yaşından daha uzun.
  5. ^ Bozunma modları:
    CD: küme bozulması
    AT: elektron yakalama
    O: izomerik geçiş
  6. ^ Kızı olarak kalın sembol – Ek ürün kararlıdır.
  7. ^ ( ) dönüş değeri – Zayıf atama bağımsız değişkenleriyle dönüşü gösterir.
  8. ^ # – # ile işaretlenen değerler tamamen deneysel verilerden değil, en azından kısmen komşu nüklidlerin (TNN) eğilimlerinden türetilmiştir.
  9. ^ Bir B Ara madde bozunma ürünü ve 235 U
  10. ^ 232 Thara bozunma ürünü
  11. ^ 237 Np'nin ara bozunma ürünü
  12. ^ Kullanılan Uranyum-toryum kalma
  13. ^ a b 238 U'nun ara bozunma ürünü
  14. ^ İlkel radyonüklid

kullanır

Toryumun toryum bazlı nükleer enerjide kullanılması önerilmiştir .

Birçok ülkede, radyoaktif olduğu için tüketici ürünlerinde toryum kullanımı yasaklanmıştır veya önerilmemektedir.

Şu anda vakum tüplerinin katotlarında, yüksek sıcaklıkta fiziksel stabilite ve yüzeyinden bir elektronu çıkarmak için gereken düşük iş enerjisi kombinasyonu için kullanılmaktadır.

Yaklaşık bir asırdır gaz lambaları ve kamp fenerleri gibi gaz ve buhar lambalarının mantolarında kullanılmaktadır .

Düşük dağılımlı lensler

Toryum, II. Dünya Savaşı sırasında Kodak tarafından yapılan Aero-Ektar lenslerin bazı cam elemanlarında da kullanılmıştır . Bu nedenle hafif radyoaktiftirler. f/2.5 Aero-Ektar lenslerdeki cam elementlerden ikisi ağırlıkça %11 ve %13 toryumdur. Toryum içeren camlar, düşük dispersiyon (dalga boyuna göre indeks değişimi) ile yüksek bir kırılma indeksine sahip oldukları için kullanılmıştır, bu oldukça arzu edilen bir özelliktir. Hayatta kalan birçok Aero-Ektar lensi, muhtemelen camdaki radyasyon hasarından dolayı çay renkli bir renk tonuna sahiptir.

Bu lensler, radyasyon seviyesi kısa bir süre boyunca filmi sislemek için yeterince yüksek olmadığı için havadan keşif için kullanıldı. Bu, radyasyon seviyesinin makul ölçüde güvenli olduğunu gösterir. Ancak, kullanılmadığı zaman, bu lensleri normal yerleşim alanlarından mümkün olduğunca uzakta saklamak ihtiyatlı olacaktır; radyasyonu azaltmak için ters kare ilişkisine izin verir.

Aktinitler ve fisyon ürünleri

Yarı ömre göre aktinitler ve fisyon ürünleri
Bozunma zincirine göre aktinitler Yarı ömür
aralığı ( a )
Bölünme ürünleri arasında 235 ile U verim
4 n 4 n +1 4 n +2 4 n +3
%4,5-7 %0,04–1,25 <0.001%
228 Ra 4-6 bir 155 ABş
244 Cmƒ 241 Puƒ 250 Cf 227 Ac 10-29 bir 90 Sr 85 Kr 113m Cdş
232 Uƒ 238 Puƒ 243 Cmƒ 29–97 bir 137 C 151 Smş 121m Sn
248 Milyar 249 Cfƒ 242m Amƒ 141–351 bir

Hiçbir fisyon ürünleri
bir yarı ömre sahip
aralığında
100-210 ka ...

241 Amƒ 251 Cfƒ 430–900 a
226 Ra 247 Milyar 1,3–1,6 bin
240 Pu 229 Bin 246 Cmƒ 243 Amƒ 4,7–7,4 bin
245 Cmƒ 250 cm 8,3–8,5 bin
239 Puƒ 24.1 bin
230 Bin 231 Pa 32–76 bin
236 Npƒ 233 Uƒ 234 U 150–250 bin 99 Tc 126 sn
248 cm 242 Pu 327–375 bin 79 Se
1.53 ay 93 Zr
237 Npƒ 2,1–6,5 Ay 135 Cs 107 Kişi
236 U 247 Cmƒ 15–24 Ay 129 ben
244 Pu 80 Ay

... ne de 15,7 Ma'nın ötesinde

232 Bin 238 U 235 Uƒ№ 0,7–14,1 Ga

Açıklama üst indis sembolleri için
₡ termal sahip nötron yakalama 8-50 barınak aralığında bir kesite
ƒ  bölünebilen
meta kararlı izomer
№ öncelikle doğal olarak oluşan radyoaktif malzeme (NORM)
×  nötron zehiri (3k ahır daha termal nötron yakalama kesiti daha büyük)
† aralığı 4–97 a: Orta ömürlü fisyon ürünü
‡ 200 ka'nın üzerinde: Uzun ömürlü fisyon ürünü

Önemli izotoplar

Toryum-228

228 Th bir bir izotop arasında toryum 138 nötron . Toryum-232'nin parçalanma zincirinde ortaya çıkması nedeniyle bir zamanlar Radiothorium olarak adlandırıldı. 1.9116 yıllıkbir yarı ömre sahiptir. 224 Ra'ya kadar alfa bozunumuna uğrar. Bazen olağandışı yolla bozunur küme çürüme bir çekirdek yayan, 20 O ve istikrarlı üreten 208 Pb . 232 U'nun bir kızı izotopudur.

228 Th, 228.0287411 gram/mol atom ağırlığına sahiptir.

Toryum-229

229 Th bir olan radyoaktif izotop ait toryum tarafından o bozunumlarındaki alfa bir ile emisyon yarılanma ömrü 7917 yıl. 229 Th, uranyum-233'ün bozunmasıyla üretilirve başlıca kullanımı, aktinyum-225 ve bizmut-213 tıbbi izotoplarının üretimi içindir.

Toryum-229m

1976 yılında, gama ışını spektroskopisi ilk belirtti 229 Th bir sahiptir nükleer izomeri , toplam 229 derece düşük uyarım enerjisi ile Th. O zaman, tamamen izomerin doğrudan bozunmasının gözlemlenmemesine dayanarak, enerjinin 100 eV'nin altında olduğu sonucuna varıldı. Bununla birlikte, 1990'da, daha ileri ölçümler, enerjinin neredeyse kesinlikle 10 eV'nin altında olduğu sonucuna yol açtı ve bu, izomeri bilinen en düşük uyarma enerjisinden biri haline getirdi. Sonraki yıllarda, enerji, uzun süre kabul edilen enerji değeri olan 3.5 ± 1.0 eV ile daha da sınırlandırıldı. Bu kadar düşük enerji, kavramsal olarak nükleer durumun doğrudan lazerle uyarılmasına izin verdiği için kısa sürede biraz ilgi uyandırdı, bu da bazı ilginç potansiyel uygulamalara yol açtı, örneğin çok yüksek doğrulukta bir nükleer saatin geliştirilmesi veya kuantum hesaplama için bir kübit olarak .

229m Th nükleer lazer uyarımı ve dolayısıyla bir nükleer saatin geliştirilmesi şimdiye kadar izomerik özellikler hakkında yetersiz bilgi nedeniyle engellenmiştir. Gerekli lazer teknolojisini belirlediğinden ve doğrudan uyarma ararken tarama sürelerini kısalttığından, izomerik enerjinin kesin bilgisi bu bağlamda özellikle önemlidir. Bu, geçiş enerjisini tam olarak belirlemeye ve 229 Th izomerik durumunun diğer özelliklerini ( ömür ve manyetik moment gibi) belirlemeye çalışan hem teorik hem de deneysel çok sayıda araştırmayı tetikledi .

İzomerik bozunmada yayılan fotonların doğrudan gözlemi, izomerik enerji değerini belirlemeye önemli ölçüde yardımcı olacaktır. Ne yazık ki, bugüne kadar 229m Th'nin bozunmasında yayılan fotonların tespiti hakkında tam olarak kesin bir rapor yoktu . Bunun yerine, 2007'de gelişmiş bir yüksek çözünürlüklü X-ışını mikrokalorimetresi kullanılarak geliştirilmiş gama ışını spektroskopisi ölçümleri yapıldı ve 2009'da E = 7,8 ± 0,5 eV olarak düzeltilen E = 7,6 ± 0,5 eV geçiş enerjisi için yeni bir değer verdi. İzomerik enerjideki 3.5 eV'den 7.8 eV'ye bu kayma, geçişi doğrudan gözlemlemek için yapılan birkaç erken girişimin neden başarısız olduğunu muhtemelen açıklıyor. Yine de, izomerik bozunmada yayılan ışık için yapılan son araştırmaların çoğu, potansiyel olarak güçlü bir ışınımsal olmayan bozunma kanalına işaret eden herhangi bir sinyali gözlemlemede başarısız oldu. İzomerik bozunmada yayılan fotonların doğrudan tespiti 2012'de ve yine 2018'de iddia edildi. Ancak, her iki rapor da şu anda topluluk içinde tartışmalı tartışmalara konu.

2016'da 229m Th'lik dahili dönüşüm bozunma kanalında yayılan elektronların doğrudan tespiti sağlandı. Bununla birlikte, o sırada izomerin geçiş enerjisi sadece zayıf bir şekilde 6,3 ile 18,3 eV arasında sınırlandırılabiliyordu. Son olarak, 2019'da, izomerik bozunmada yayılan dahili dönüşüm elektronlarının optik olmayan elektron spektroskopisi, izomerin uyarma enerjisinin belirlenmesine izin verdi.8.28 ± 0.17 eV , günümüzün en hassas enerji değerini ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, bu değer, 8,4 eV xenon VUV fotonu ile benzer bir sinyalin gösterilebileceğini gösteren 2018 ön baskısı ile çelişiyor, ancak yaklaşık olarak1.3+0,2
-0,1
 eV
daha az enerji ve 1880 s kullanım ömrü. Bu yazıda, 229 Th gömülmüş SiO 2 ilgili durumlar temel olarak nükleer olmasına rağmen, elektronik etkileşimler onları koruma, büyük olasılıkla bir enerji kayması ve değiştirilmiş ömrü ile sonuçlanan.

Son derece düşük uyarılma enerjisinin bir özelliği olarak, 229m Th'nin ömrü , çekirdeğin elektronik ortamına çok bağlıdır. Olarak 229 izomerik enerji Th daha iyonizasyon için gerekli olan enerji aşağıdaki gibi Th iyonları, iç dönüşüm bozunma kanalı enerjik yasaktır + . Bir radyatif kullanım yaklaşım olabilir ömrü Bu yol açar toplam 229 hiçbir ölçüm mevcut olduğu Th, fakat teorik olarak 10 aralığında olduğu tahmin edilmiştir 3 10 için 4 saniyelik. Deneysel olarak, 229m Th 2+ ve 229m Th 3+ iyonları için 1 dakikadan uzun bir izomerik ömür bulundu. Bunun aksine, nötr 229 Th atomlarında dahili dönüşüm bozunma kanalına izin verilir ve bu, 9 büyüklük mertebesi ile yaklaşık 10 mikrosaniyeye indirgenen izomerik bir yaşam süresine yol açar. Birkaç mikrosaniye aralığında bir ömür , dahili dönüşüm bozunma sinyalinin saptanmasına dayalı olarak, nötr, yüzeye bağlı 229m Th atomları için 2017'de gerçekten doğrulandı .

2018 deneyinde, 229m Th'nin nükleer özelliklerinin ilk lazer spektroskopik karakterizasyonunu gerçekleştirmek mümkün oldu . Bu deneyde, lazer spektroskopisi ve 229 inci atom kabuk bir kullanılarak gerçekleştirildi 229 Th 2 + nükleer uyarılmış halde iyonlarının% 2 ile iyon bulutu. Bu, zeminin farklı nükleer spin durumları ve izomerik durum tarafından indüklenen aşırı ince kaymanın araştırılmasına izin verdi. Bu şekilde, manyetik dipol ve 229m Th elektrik kuadrupol momenti için bir ilk deneysel değer çıkarılabilir.

2019'da izomerin uyarma enerjisi şu şekilde sınırlandırıldı: 8,28 ± 0,17 eV dahili dönüşüm elektronlarının doğrudan saptanmasına ve nükleer temel durumdan 229 m Th'lik güvenli bir popülasyona dayalı olarak, 29 keV nükleer uyarılmış durumun senkrotron radyasyonu yoluyla uyarılmasıyla elde edildi. 2020'de farklı bir grup tarafından yapılan ek ölçümler bir rakam üretti8,10 ± 0,17 eV (153.1 ± 3.2 nm dalga boyu). Bu ölçümleri birleştirerek, beklenen bir geçiş enerjisine sahibiz:8.12 ± 0.11 eV .

229 Th'nin 29189.93 eV uyarılmış hali, %90 olasılıkla izomerik duruma bozunur. Her iki ölçüm de bir nükleer saatin geliştirilmesine yönelik önemli adımlardır . Ayrıca gama spektroskopi deneyleri, mesafeden 29189.93 eV seviyesine kadar olan 8.3 eV enerji bölünmesini doğruladı. 8.28 eV'ye (150 nm), bir iterbiyum fiber lazerin 7. harmoniği olarak VUV frekans tarağı ile erişilebilir. Harmonik üretim için sürekli dalga faz eşleştirmesi mevcut olabilir.

Toryum-230

230 Th a, radyoaktif izotop ve toryum tarihi için kullanılabilir mercan belirlemek ve okyanus mevcut akı. İyonyum erken radyoaktif elementlerin çalışmada verilen bir isim olduğunu 230 üretilen Th izotopunun bozunma zincirinden ve 238 U bu iyonyum ve toryum kimyasal olarak aynı olduğunu fark edilmeden önce. Bu varsayılan öğe için Io sembolükullanıldı. ( İyonyum-toryum tarihlemesinde bu isim hala kullanılmaktadır.)

Toryum-231

231 Th 141 nötrona sahiptir . Uranyum-235'in bozunma ürünüdür. Yeryüzünde çok az miktarda bulunurve yarılanma ömrü 25.5 saattir. Bozulduğunda bir beta ışını yayarve protaktinyum-231 oluşturur . 0.39 MeV'lik bir bozunma enerjisine sahiptir. 231.0363043 gram/mol kütleye sahiptir.

Toryum-232

232 Th sadece ilkel element ve toryum ve sadece iz görünen toryum diğer izotopları gibi nispeten kısa ömürlü miktarlar ile etkili bir şekilde doğal toryum yapar bozunma ürünleri ve uranyum ve toryumun. İzotop, 1.405 × 10 10 yıllıkbir yarı ömre sahip, Dünya'nın yaşının üç katından fazlave yaklaşık olarak evrenin yaşı ile alfa bozunmasıyla bozunur. Onun bozunum zinciri olan toryum serisi sonunda biten, kurşun-208 . Zincirin geri kalanı hızlıdır; içindeki en uzun yarı ömürler radyum-228 için 5.75 yılve toryum-228 için 1.91 yıldır, diğer tüm yarı ömürler toplam 15 günden azdır.

232 Th a, verimli malzeme mümkün absorbe bir nötron ve maruz değiştirmesine içine bölünebilir nüklidin uranyum-233 temelidir, toryum yakıt döngüsü . Bir toryum dioksit süspansiyonu olan Thorotrast formunda, erken X-ışını teşhisinde bir kontrast maddesi olarak kullanıldı . Toryum-232 artık kanserojen olarak sınıflandırılmıştır .

Toryum-233

233 Th ,beta bozunması yoluyla protaktinyum-233'e bozunan bir toryum izotopudur. 21.83 dakikalık bir yarı ömre sahiptir.

Toryum-234

234 Th bir bir izotop arasında toryum olan çekirdekler 144 içeren nötron . 234 Th bir sahiptir yarı ömrü 24.1 gün ve çürükleri, bunun bir yayan beta parçacığı , ve bunu yaparken de, bu transmutes içine protaktinyum -234. 234 Th, 234.0436 atomik kütle birimi (amu) kütlesine sahiptir ve yaklaşık 270 keV ( kiloelektronvolt )bozunma enerjisine sahiptir. Uranyum -238 genellikle bu toryum izotopuna bozunur (ancak nadir durumlarda bununyerine kendiliğinden fisyona uğrayabilir).

Referanslar