Isótopos de tório - Isotopes of thorium

Isótopos principais de tório   ( 90 Th)
Isótopo Decair
abundância meia-vida ( t 1/2 ) modo produtos
227 th vestígio 18,68 d α 223 Ra
228 th vestígio 1,9116 a α 224 Ra
229 th vestígio 7917 anos α 225 Ra
230 th 0,02% 75400 y α 226 Ra
231 th vestígio 25,5 h β - 231 Pa
232 th 99,98% 1,405 × 10 10  y α 228 Ra
234 th vestígio 24,1 d β - 234 Pa
Peso atômico padrão A r, padrão (Th) 232,0377 (4)

Thorium ( 90 Th) tem sete isótopos de ocorrência natural, mas nenhum é estável. Um isótopo, 232 Th, é relativamente estável, com meia-vida de 1,405 × 10 10 anos, consideravelmente mais longa do que a idade da Terra e até um pouco mais longa do que a idade geralmente aceita do universo . Este isótopo constitui quase todo o tório natural, portanto, o tório foi considerado mononuclídico . No entanto, em 2013, a IUPAC reclassificou o tório como binuclídico, devido a grandes quantidades de 230 Th em águas profundas do mar. O tório tem uma composição isotópica terrestre característica e, portanto, um peso atômico padrão pode ser fornecido.

Trinta e um radioisótopos foram caracterizados, sendo os mais estáveis 232 Th, 230 Th com meia-vida de 75.380 anos, 229 Th com meia-vida de 7.917 anos e 228 Th com meia-vida de 1,92 anos. Todos os demais isótopos radioativos têm meias-vidas inferiores a trinta dias e a maioria destes com meias-vidas inferiores a dez minutos. Um isótopo, 229 Th, tem um isômero nuclear (ou estado metaestável) com uma energia de excitação notavelmente baixa, recentemente medida em 8,28 ± 0,17 eV. Foi proposto realizar espectroscopia a laser do núcleo 229 Th e usar a transição de baixa energia para o desenvolvimento de um relógio nuclear de altíssima precisão.

Os isótopos conhecidos de tório variam em número de massa de 208 a 238.

Lista de isótopos

Nuclídeo

Nome histórico
Z N Massa isotópica ( Da )
Meia-vida

Modo de decaimento


Isótopo filha

Giro e
paridade
Abundância natural (fração molar)
Energia de excitação Proporção normal Faixa de variação
208 th 90 118 208,01791 (4) 1,7 (+ 1,7-0,6) ms α 204 Ra 0+
209 th 90 119 209,01772 (11) 7 (5) ms
[3,8 (+ 69-15)]
α 205 Ra 5 / 2− #
210 th 90 120 210,015075 (27) 17 (11) ms
[9 (+ 17−4) ms]
α 206 Ra 0+
β + (raro) 210 Ac
211 th 90 121 211,01493 (8) 48 (20) ms
[0,04 (+ 3−1) s]
α 207 Ra 5 / 2− #
β + (raro) 211 Ac
212 th 90 122 212,01298 (2) 36 (15) ms
[30 (+ 20-10) ms]
α (99,7%) 208 Ra 0+
β + (0,3%) 212 Ac
213 th 90 123 213,01301 (8) 140 (25) ms α 209 Ra 5 / 2− #
β + (raro) 213 Ac
214 th 90 124 214,011500 (18) 100 (25) ms α 210 Ra 0+
215 mil 90 125 215,011730 (29) 1,2 (2) s α 211 Ra (1 / 2−)
216 th 90 126 216,011062 (14) 26,8 (3) ms α (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) ns (11−)
217 th 90 127 217,013114 (22) 240 (5) μs α 213 Ra (9/2 +)
218 th 90 128 218,013284 (14) 109 (13) ns α 214 Ra 0+
219 th 90 129 219,01554 (5) 1,05 (3) μs α 215 Ra 9/2 + #
β + (10 −7 %) 219 Ac
220 mil 90 130 220,015748 (24) 9,7 (6) μs α 216 Ra 0+
EC (2 × 10 -7 %) 220 Ac
221 th 90 131 221,018184 (10) 1,73 (3) ms α 217 Ra (7/2 +)
222 th 90 132 222,018468 (13) 2,237 (13) ms α 218 Ra 0+
EC (1,3 × 10 -8 %) 222 Ac
223 th 90 133 223.020811 (10) 0,60 (2) s α 219 Ra (5/2) +
224 th 90 134 224,021467 (12) 1,05 (2) s α 220 Ra 0+
β + β + (raro) 224 Ra
CD (raro) 208 Pb
16 O
225 th 90 135 225.023951 (5) 8,72 (4) min α (90%) 221 Ra (3/2) +
CE (10%) 225 Ac
226 th 90 136 226.024903 (5) 30,57 (10) min α 222 Ra 0+
227 th Radioactinium 90 137 227.0277041 (27) 18,68 (9) d α 223 Ra 1/2 + Vestígio
228 th Radiotório 90 138 228.0287411 (24) 1,9116 (16) y α 224 Ra 0+ Vestígio
CD (1,3 × 10 −11 %) 208 Pb
20 O
229 th 90 139 229,031762 (3) 7,34 (16) × 10 3  y α 225 Ra 5/2 + Vestígio
229m Th 8,3 (2) eV 7 (1) μs ISTO 229 th 3/2 +
230 th Ionium 90 140 230,0331338 (19) 7,538 (30) × 10 4  anos α 226 Ra 0+ 0,0002 (2)
CD (5,6 × 10 −11 %) 206 Hg
24 Ne
SF (5 × 10 −11 %) (Vários)
231 th Urânio Y 90 141 231,0363043 (19) 25,52 (1) h β - 231 Pa 5/2 + Vestígio
α (10 -8 %) 227 Ra
232 th Tório 90 142 232,0380553 (21) 1,405 (6) × 10 10  y α 228 Ra 0+ 0,9998 (2)
β - β - (raro) 232 U
SF (1,1 × 10 −9 %) (vários)
CD (2,78 × 10 −10 %) 182 Yb
26 Ne
24 Ne
233 th 90 143 233,0415818 (21) 21,83 (4) min β - 233 Pa 1/2 +
234 th Urânio X 1 90 144 234,043601 (4) 24,10 (3) d β - 234m Pa 0+ Vestígio
235 th 90 145 235,04751 (5) 7,2 (1) min β - 235 Pa (1/2 +) #
236 th 90 146 236,04987 (21) # 37,5 (2) min β - 236 Pa 0+
237 th 90 147 237,05389 (39) # 4,8 (5) min β - 237 Pa 5/2 + #
238 th 90 148 238,0565 (3) # 9,4 (20) min β - 238 Pa 0+
Este cabeçalho e rodapé da tabela:
  1. ^ m Th - isômero nuclear Excited.
  2. ^ () - A incerteza (1 σ ) é dada de forma concisa entre parênteses após os últimos dígitos correspondentes.
  3. ^ # - Massa atômica marcada com #: valor e incerteza derivados não de dados puramente experimentais, mas pelo menos parcialmente de tendências da Superfície de Massa (TMS).
  4. ^ Meia-vida em negrito  - quase estável, meia-vida mais longa do que a idade do universo .
  5. ^ Modos de decadência:
    CD: Deterioração do cluster
    CE: Captura de elétrons
    ISTO: Transição isomérica
  6. ^ Símbolo em negrito como filha - o produto filha é estável.
  7. ^ () valor de rotação - Indica rotação com argumentos de atribuição fracos.
  8. ^ # - Os valores marcados com # não são derivados puramente de dados experimentais, mas pelo menos parcialmente de tendências de nuclídeos vizinhos (TNN).
  9. ^ a b Produto de decaimento intermediário de 235 U
  10. ^ Produto de degradação intermediária de 232 Th
  11. ^ Produto de decaimento intermediário de 237 Np
  12. ^ Usado na datação de urânio-tório
  13. ^ a b Produto de decaimento intermediário de 238 U
  14. ^ Primordial radionuclídeo

Usos

O tório foi sugerido para uso em energia nuclear baseada no tório .

Em muitos países, o uso de tório em produtos de consumo é proibido ou desencorajado porque é radioativo.

Atualmente é usado em cátodos de tubos de vácuo, por uma combinação de estabilidade física em alta temperatura e baixa energia de trabalho necessária para remover um elétron de sua superfície.

Há cerca de um século, ela tem sido usada em mantos de lâmpadas a gás e vapor, como lâmpadas a gás e lanternas de acampamento.

Lentes de baixa dispersão

O tório também foi usado em certos elementos de vidro das lentes Aero-Ektar feitas pela Kodak durante a Segunda Guerra Mundial. Portanto, eles são moderadamente radioativos. Dois dos elementos de vidro nas lentes f / 2.5 Aero-Ektar têm 11% e 13% de tório por peso. Os vidros contendo tório foram usados ​​por possuírem alto índice de refração com baixa dispersão (variação do índice com o comprimento de onda), uma propriedade altamente desejável. Muitas lentes Aero-Ektar sobreviventes têm uma tonalidade da cor do chá, possivelmente devido a danos de radiação no vidro.

Essas lentes foram usadas para reconhecimento aéreo porque o nível de radiação não é alto o suficiente para embaçar o filme por um curto período. Isso indicaria que o nível de radiação é razoavelmente seguro. No entanto, quando não estiverem em uso, seria prudente armazenar essas lentes o mais longe possível de áreas normalmente habitadas; permitindo que a relação do inverso do quadrado atenua a radiação.

Actinídeos vs. produtos de fissão

Actinídeos e produtos de fissão pela meia-vida
Actinídeos por cadeia de decaimento
Faixa de meia-vida ( a )
Produtos de fissão de 235 U por rendimento
4 n 4 n +1 4 n +2 4 n +3
4,5-7% 0,04-1,25% <0,001%
228 Ra 4-6 a 155 Euþ
244 Cmƒ 241 Puƒ 250 Cf 227 Ac 10-29 a 90 Sr 85 Kr 113m Cdþ
232 Uƒ 238 Puƒ 243 Cmƒ 29-97 a 137 Cs 151 Smþ 121m Sn
248 Bk 249 Cfƒ 242m Amƒ 141-351 a

Nenhum produto de fissão
tem meia-vida
na faixa de
100-210 ka ...

241 Amƒ 251 Cfƒ 430-900 a
226 Ra 247 Bk 1,3-1,6 ka
240 Pu 229 th 246 Cmƒ 243 amƒ 4,7-7,4 ka
245 Cmƒ 250 cm 8,3-8,5 ka
239 Puƒ 24,1 ka
230 Th 231 Pa 32-76 ka
236 Npƒ 233 Uƒ 234 U 150–250 ka 99 Tc 126 Sn
248 cm 242 Pu 327-375 ka 79 Se
1,53 Ma 93 Zr
237 Npƒ 2,1-6,5 Ma 135 Cs 107 Pd
236 U 247 Cmƒ 15–24 Ma 129 I
244 Pu 80 ma

... nem além de 15,7 Ma

232 Th 238 U 235 Uƒ№ 0,7-14,1 Ga

Legenda para símbolos sobrescritos
₡ tem seção transversal de captura de nêutrons térmicos na faixa de 8–50 celeiros
ƒ  isômero metaestávelfissil № principalmente um material radioativo de ocorrência natural (NORM) þ  veneno de nêutron (seção transversal de captura de nêutrons térmicos maior que 3k celeiros) † faixa 4-97 a: Produto de fissão de vida média ‡ acima de 200 ka: Produto de fissão de vida longa




Isótopos notáveis

Thorium-228

228 Th é um isótopo de tório com 138 nêutrons . Já foi denominado Radiotório, devido à sua ocorrência na cadeia de desintegração do tório-232. Sua meia-vida é de 1,9116 anos. Ele sofre decadência alfa para 224 Ra . Ocasionalmente, ele decai pela rota incomum de decaimento do cluster , emitindo um núcleo de 20 O e produzindo 208 Pb estáveis. É um isótopo filha de 232 U .

228 Th tem um peso atômico de 228,0287411 gramas / mol.

Thorium-229

229 Th é um isótopo radioativo de tório que decai poremissão alfa com meia-vida de 7917 anos. 229 Th é produzido pela decomposição do urânio-233 , e seu uso principal é para a produção dos isótopos médicos actínio-225 e bismuto-213 .

Tório-229m

Em 1976, a espectroscopia de raios gama indicou pela primeira vez que 229 Th tem um isômero nuclear , 229m Th, com uma energia de excitação notavelmente baixa. Naquela época, a energia foi inferida como sendo abaixo de 100 eV, puramente com base na não observação do decaimento direto do isômero. Porém, em 1990, outras medições levaram à conclusão de que a energia está quase certamente abaixo de 10 eV, fazendo com que o isômero seja o de menor energia de excitação conhecida. Nos anos seguintes, a energia foi restringida ainda mais para 3,5 ± 1,0 eV, que foi por muito tempo o valor de energia aceito. Essa baixa energia logo despertou algum interesse, pois conceitualmente permite a excitação direta do laser do estado nuclear, o que leva a algumas aplicações potenciais interessantes, por exemplo, o desenvolvimento de um relógio nuclear de altíssima precisão ou como um qubit para computação quântica .

A excitação do laser nuclear de 229m Th e, portanto, também o desenvolvimento de um relógio nuclear tem sido impedido por um conhecimento insuficiente sobre as propriedades isoméricas. Um conhecimento preciso da energia isomérica é de particular importância neste contexto, pois determina a tecnologia de laser necessária e encurta os tempos de varredura na busca pela excitação direta. Isso desencadeou uma série de investigações, tanto teóricas quanto experimentais, tentando determinar a energia de transição com precisão e especificar outras propriedades do estado isomérico de 229 Th (como o tempo de vida e o momento magnético).

A observação direta dos fótons emitidos no decaimento isomérico ajudaria significativamente a definir o valor da energia isomérica. Infelizmente, até hoje, não houve nenhum relatório totalmente conclusivo sobre a detecção de fótons emitidos no decaimento de 229m Th. Em vez disso, medições aprimoradas de espectroscopia de raios gama usando um microcalorímetro de raios X de alta resolução avançado foram realizadas em 2007, produzindo um novo valor para a energia de transição de E = 7,6 ± 0,5 eV, corrigido para E = 7,8 ± 0,5 eV em 2009. Essa mudança na energia isomérica de 3,5 eV para 7,8 eV possivelmente explica por que várias tentativas iniciais de observar diretamente a transição não tiveram sucesso. Ainda assim, a maioria das pesquisas recentes por luz emitida no decaimento isomérico falharam em observar qualquer sinal, apontando para um canal de decaimento não radiativo potencialmente forte. Uma detecção direta de fótons emitidos no decaimento isomérico foi reivindicada em 2012 e novamente em 2018. No entanto, ambos os relatórios estão atualmente sujeitos a discussões controversas na comunidade.

Uma detecção direta de elétrons sendo emitidos no canal de decaimento de conversão interno de 229m Th foi alcançada em 2016. No entanto, no momento, a energia de transição do isômero só poderia ser fracamente restringida entre 6,3 e 18,3 eV. Finalmente, em 2019, a espectroscopia eletrônica não óptica dos elétrons de conversão internos emitidos no decaimento isomérico permitiu uma determinação da energia de excitação do isômero para8,28 ± 0,17 eV , que representa o valor de energia mais preciso da atualidade. No entanto, esse valor parece estar em desacordo com a pré-impressão de 2018, mostrando que um sinal semelhante a um fóton de xenônio VUV de 8,4 eV pode ser mostrado, mas com cerca de1,3+0,2
−0,1
 eV
menos energia e uma vida útil de 1880 s. Nesse artigo, 229 Th foi incorporado em SiO 2 , possivelmente resultando em uma mudança de energia e vida alterada, embora os estados envolvidos sejam principalmente nucleares, protegendo-os de interações eletrônicas.

Como uma peculiaridade da energia de excitação extremamente baixa, o tempo de vida do 229m Th depende muito do ambiente eletrônico do núcleo. Em 229 Th íons, o canal de decaimento de conversão interno é energeticamente proibido, pois a energia isomérica está abaixo da energia necessária para a ionização posterior de Th + . Isso leva a um tempo de vida que pode se aproximar do tempo de vida radiativo de 229m Th, para o qual não existe medição, mas que foi teoricamente previsto estar na faixa entre 10 3 a 10 4 segundos. Experimentalmente, para os íons 229m Th 2+ e 229m Th 3+ , foi encontrado um tempo de vida isomérico de mais de 1 minuto. Oposto a isso, em átomos 229 Th neutros, o canal de decaimento de conversão interno é permitido, levando a um tempo de vida isomérico que é reduzido em 9 ordens de magnitude para cerca de 10 microssegundos. Uma vida na faixa de alguns microssegundos foi de fato confirmada em 2017 para átomos de 229m Th neutros, ligados à superfície , com base na detecção do sinal de decaimento de conversão interno.

Em um experimento de 2018, foi possível realizar uma primeira caracterização espectroscópica a laser das propriedades nucleares do 229m Th. Neste experimento, a espectroscopia a laser da camada atômica 229 Th foi conduzida usando uma nuvem de íons 229 Th 2+ com 2% dos íons no estado excitado nuclear. Isso permitiu investigar o deslocamento hiperfino induzido pelos diferentes estados de spin nuclear do solo e o estado isomérico. Desta forma, um primeiro valor experimental para o dipolo magnético e o momento quadrupolo elétrico de 229m Th pode ser inferido.

Em 2019, a energia de excitação do isômero foi restrita a 8,28 ± 0,17 eV com base na detecção direta de elétrons de conversão interna e uma população segura de 229m Th do estado fundamental nuclear foi alcançada pela excitação do estado excitado nuclear de 29 keV via radiação síncrotron. Medições adicionais por um grupo diferente em 2020 produziram uma figura de8,10 ± 0,17 eV (Comprimento de onda de 153,1 ± 3,2 nm ). Combinando essas medições, temos uma energia de transição esperada de8,12 ± 0,11 eV .

O estado excitado de 29189,93 eV de 229 Th decai para o estado isomérico com uma probabilidade de 90%. Ambas as medições são mais passos importantes para o desenvolvimento de um relógio nuclear . Também experimentos de espectroscopia gama confirmaram a divisão de energia de 8,3 eV da distância até o nível de 29189,93 eV. 8,28 eV (150 nm) é alcançável como um 7º harmônico de um laser de fibra de itérbio pelo pente de frequência VUV. O casamento de fase de onda contínua para geração de harmônicos pode estar disponível.

Thorium-230

230 Th é um isótopo radioativo de tório que pode ser usado para datar corais e determinar o fluxo das correntes oceânicas . Iônio foi um nome dado no início do estudo de elementos radioativos aoisótopo 230 Th produzido na cadeia de decaimento de 238 U antes de se perceber que o iônio e o tório são quimicamente idênticos. O símbolo Io foi usado para este suposto elemento. (O nome ainda é usado na datação iônio-tório .)

Thorium-231

231 Th tem 141 nêutrons . É o produto da decomposição do urânio-235 . É encontrado em quantidades muito pequenas na terra e tem meia-vida de 25,5 horas. Quando ele decai, ele emite um raio beta e forma o protactínio-231 . Tem uma energia de decaimento de 0,39 MeV. Tem uma massa de 231,0363043 gramas / mol.

Thorium-232

232 Th é o único nuclídeo primordial de tório e constitui efetivamente todo o tório natural, com outros isótopos de tório aparecendo apenas em pequenas quantidades como produtos de decomposição de urânio e tório devida relativamente curta. O isótopo decai por decaimento alfa com meia-vida de 1,405 × 10 10 anos, mais de três vezes a idade da Terra e aproximadamente a idade do universo . Sua cadeia de decadência é a série de tório , eventualmente terminando em chumbo-208 . O restante da corrente é rápido; as meias-vidas mais longas nele são 5,75 anos para o rádio-228 e 1,91 anos para o tório-228 , com todas as outras meias-vidas totalizando menos de 15 dias.

232 Th é um material fértil capaz de absorver um nêutron e sofrer transmutação no nuclídeo físsil urânio-233 , que é a base do ciclo de combustível de tório . Na forma de Thorotrast , uma suspensão de dióxido de tório , foi usado como meio de contraste nos primeiros diagnósticos de raios-X . Thorium-232 agora é classificado como cancerígeno .

Thorium-233

233 Th é um isótopo de tório que decai em protactínio-233 por meio do decaimento beta. Tem meia-vida de 21,83 minutos.

Thorium-234

234 Th é um isótopo de tório cujos núcleos contêm 144 nêutrons . 234 Th tem meia-vida de 24,1 dias e, quando decai, emite uma partícula beta e, com isso, transmuta-se em protactínio -234. 234 Th tem uma massa de 234,0436 unidades de massa atômica (amu), e tem uma energia de decaimento de cerca de 270 keV ( quiloeletronvolts ). O urânio -238 geralmente decai neste isótopo de tório (embora, em casos raros, possa sofrer fissão espontânea ).

Referências