El torio ( 90 Th) tiene siete isótopos naturales, pero ninguno es estable. Un isótopo, 232 Th, es relativamente estable, con una vida media de 1,405 × 10 10 años, considerablemente más larga que la edad de la Tierra , e incluso un poco más larga que la edad generalmente aceptada del universo . Este isótopo constituye casi todo el torio natural, por lo que se consideró que el torio era mononuclídico . Sin embargo, en 2013, la IUPAC reclasificó el torio como binuclídico, debido a grandes cantidades de 230Th en agua de mar profunda. El torio tiene una composición isotópica terrestre característica y, por lo tanto, se puede dar un peso atómico estándar.
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Peso atómico estándar A r, estándar (Th) | 232.0377 (4) [2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Se han caracterizado 31 radioisótopos , siendo los más estables 232 Th, 230 Th con una vida media de 75,380 años, 229 Th con una vida media de 7,917 años, [1] y 228 Th con una vida media de 1,92 años. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias inferiores a treinta días y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a diez minutos. Un isótopo, 229 Th, tiene un isómero nuclear (o estado metaestable) con una energía de excitación notablemente baja, [3] recientemente medida en 8,28 ± 0,17 eV. [4] Se ha propuesto realizar espectroscopía láser del núcleo 229 Th y utilizar la transición de baja energía para el desarrollo de un reloj nuclear de precisión extremadamente alta. [5] [6]
Los isótopos conocidos del torio varían en número de masa de 208 [7] a 238.
Lista de isótopos
Nuclido [n 1] | Nombre histórico | Z | norte | Masa isotópica( Da ) [n 2] [n 3] | Vida media [n 4] | Modo de caída [n 5] | Hija isótopo [n 6] | Spin y paridad [n 7] [n 8] | Abundancia natural (fracción molar) | ||||||||||
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Energía de excitación | Proporción normal | Rango de variación | |||||||||||||||||
208 mil [7] | 90 | 118 | 208.01791 (4) | 1,7 (+ 1,7-0,6) ms | α | 204 Ra | 0+ | ||||||||||||
209 Jue [8] | 90 | 119 | 209.01772 (11) | 7 (5) ms [3,8 (+ 69-15)] | α | 205 Ra | 5 / 2− # | ||||||||||||
210 mil | 90 | 120 | 210.015075 (27) | 17 (11) ms [9 (+ 17−4) ms] | α | 206 Ra | 0+ | ||||||||||||
β + (raro) | 210 Ac | ||||||||||||||||||
211 mil | 90 | 121 | 211.01493 (8) | 48 (20) ms [0,04 (+ 3−1) s] | α | 207 Ra | 5 / 2− # | ||||||||||||
β + (raro) | 211 Ac | ||||||||||||||||||
212 mil | 90 | 122 | 212.01298 (2) | 36 (15) ms [30 (+ 20-10) ms] | α (99,7%) | 208 Ra | 0+ | ||||||||||||
β + (0,3%) | 212 Ac | ||||||||||||||||||
213 mil | 90 | 123 | 213.01301 (8) | 140 (25) ms | α | 209 Ra | 5 / 2− # | ||||||||||||
β + (raro) | 213 Ac | ||||||||||||||||||
214 mil | 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 mil | 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 mil | 90 | 127 | 217.013114 (22) | 240 (5) μs | α | 213 Ra | (9/2 +) | ||||||||||||
218 mil | 90 | 128 | 218.013284 (14) | 109 (13) ns | α | 214 Ra | 0+ | ||||||||||||
219 mil | 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+ | ||||||||||||
CE (2 × 10 −7 %) | 220 Ac | ||||||||||||||||||
221 mil | 90 | 131 | 221.018184 (10) | 1,73 (3) ms | α | 217 Ra | (7/2 +) | ||||||||||||
222 mil | 90 | 132 | 222.018468 (13) | 2,237 (13) ms | α | 218 Ra | 0+ | ||||||||||||
CE (1,3 × 10 −8 %) | 222 Ac | ||||||||||||||||||
223 mil | 90 | 133 | 223.020811 (10) | 0,60 (2) s | α | 219 Ra | (5/2) + | ||||||||||||
224 mil | 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 mil | 90 | 135 | 225.023951 (5) | 8.72 (4) mínimo | α (90%) | 221 Ra | (3/2) + | ||||||||||||
CE (10%) | 225 Ac | ||||||||||||||||||
226 mil | 90 | 136 | 226.024903 (5) | 30,57 (10) min | α | 222 Ra | 0+ | ||||||||||||
227 mil | Radioactinio | 90 | 137 | 227.0277041 (27) | 18,68 (9) d | α | 223 Ra | 1/2 + | Traza [n 9] | ||||||||||
228 mil | Radiotorio | 90 | 138 | 228.0287411 (24) | 1.9116 (16) años | α | 224 Ra | 0+ | Seguimiento [n 10] | ||||||||||
CD (1,3 × 10 −11 %) | 208 Pb 20 O | ||||||||||||||||||
229 mil | 90 | 139 | 229.031762 (3) | 7,34 (16) × 10 3 y | α | 225 Ra | 5/2 + | Seguimiento [n 11] | |||||||||||
229m Th | 8,3 (2) eV [4] | 7 (1) μs [9] | ESO | 229 mil | 3/2 + | ||||||||||||||
230 mil [n 12] | Ionio | 90 | 140 | 230.0331338 (19) | 7.538 (30) × 10 4 y | α | 226 Ra | 0+ | 0,0002 (2) [n 13] | ||||||||||
CD (5,6 × 10 −11 %) | 206 Hg 24 Ne | ||||||||||||||||||
SF (5 × 10 −11 %) | (Varios) | ||||||||||||||||||
231 mil | Uranio Y | 90 | 141 | 231.0363043 (19) | 25,52 (1) horas | β - | 231 Pa | 5/2 + | Traza [n 9] | ||||||||||
α (10 −8 %) | 227 Ra | ||||||||||||||||||
232 Th [n 14] | Torio | 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 %) | (varios) | ||||||||||||||||||
CD (2,78 × 10 −10 %) | 182 Yb 26 Ne 24 Ne | ||||||||||||||||||
233 mil | 90 | 143 | 233.0415818 (21) | 21,83 (4) min | β - | 233 Pa | 1/2 + | ||||||||||||
234 mil | Uranio X 1 | 90 | 144 | 234.043601 (4) | 24,10 (3) d | β - | 234m Pa | 0+ | Seguimiento [n 13] | ||||||||||
235 mil | 90 | 145 | 235.04751 (5) | 7,2 (1) min | β - | 235 Pa | (1/2 +) # | ||||||||||||
236 mil | 90 | 146 | 236.04987 (21) # | 37,5 (2) min | β - | 236 Pa | 0+ | ||||||||||||
237 mil | 90 | 147 | 237.05389 (39) # | 4.8 (5) min | β - | 237 Pa | 5/2 + # | ||||||||||||
238 mil | 90 | 148 | 238.0565 (3) # | 9.4 (20) min | β - | 238 Pa | 0+ | ||||||||||||
Este encabezado y pie de página de la tabla: |
- ^ m Th: isómero nuclear excitado.
- ^ () - La incertidumbre (1 σ ) se da de forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
- ^ # - Masa atómica marcada con #: valor e incertidumbre derivados no de datos puramente experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de la masa de superficie (TMS).
- ^ Vida media en negrita : casi estable, vida media más larga que la edad del universo .
- ^ Modos de descomposición:
CD: Decaimiento del racimo CE: Captura de electrones ESO: Transición isomérica - ^ Símbolo en negrita como hija: el producto secundario es estable.
- ^ () valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.
- ^ # - Los valores marcados con # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
- ^ a b Producto de desintegración intermedio de 235 U
- ^ Producto de desintegración intermedio de 232 Th
- ^ Producto de desintegración intermedio de 237 Np
- ^ Utilizado en la datación de uranio-torio
- ^ a b Producto de desintegración intermedio de 238 U
- ^ Primordial radionucleido
Usos
Se ha sugerido el uso del torio en la energía nuclear basada en torio .
Es radiactivo, en muchos países el uso de torio en productos de consumo está prohibido o desaconsejado.
Actualmente se utiliza en cátodos de tubos de vacío, por una combinación de estabilidad física a alta temperatura y una baja energía de trabajo requerida para eliminar un electrón de su superficie.
Se ha utilizado, durante aproximadamente un siglo, en mantos de lámparas de gas y vapor, como luces de gas y linternas para acampar.
Lentes de baja dispersión
El torio también se usó en ciertos elementos de vidrio de las lentes Aero-Ektar fabricadas por Kodak durante la Segunda Guerra Mundial. Por tanto, son levemente radiactivos. [10] Dos de los elementos de vidrio en las lentes f / 2.5 Aero-Ektar son 11% y 13% de torio en peso. Los vidrios que contienen torio se utilizaron porque tienen un índice de refracción alto con una dispersión baja (variación del índice con la longitud de onda), una propiedad muy deseable. Muchos lentes Aero-Ektar sobrevivientes tienen un tinte de color té, posiblemente debido al daño de la radiación al vidrio.
Como estas lentes se usaron para reconocimiento aéreo, el nivel de radiación no es lo suficientemente alto como para empañar la película durante un período corto. Esto indicaría que el nivel de radiación es razonablemente seguro. Sin embargo, cuando no estén en uso, sería prudente almacenar estas lentes lo más lejos posible de las áreas habitualmente habitadas; permitiendo que la relación del cuadrado inverso atenúe la radiación. [11]
Actínidos frente a productos de fisión
Actínidos y productos de fisión por vida media | ||||||||
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Actínidos [12] por cadena de desintegración | Rango de vida media ( a ) | Productos de fisión de 235 U por rendimiento [13] | ||||||
4 n | 4 n +1 | 4 n +2 | 4 n +3 | |||||
4,5–7% | 0,04-1,25% | <0,001% | ||||||
228 Ra№ | 4 a 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 [14] | 249 Cfƒ | 242 m amƒ | 141–351 a | Ningún producto de fisión | ||||
241 amƒ | 251 Cfƒ [15] | 430–900 a | ||||||
226 Ra№ | 247 Bk | 1,3–1,6 ka | ||||||
240 Pu | 229 mil | 246 cmƒ | 243 amƒ | 4,7 a 7,4 ka | ||||
245 cmƒ | 250 cm | 8,3–8,5 ka | ||||||
239 Puƒ | 24,1 ka | |||||||
230 mil№ | 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 | ... ni más allá de 15,7 Ma [16] | ||||||
232 mil№ | 238 U№ | 235 Uƒ№ | 0,7-14,1 Ga | |||||
Leyenda de los símbolos en superíndice |
Isótopos notables
Torio-228
228 Th es un isótopo de torio con 138 neutrones . Una vez se llamó Radiothorium, debido a su aparición en la cadena de desintegración del torio-232. Tiene una vida media de 1.9116 años. Sufre desintegración alfa a 224 Ra . Ocasionalmente se desintegra por la ruta inusual de desintegración del racimo , emitiendo un núcleo de 20 O y produciendo 208 Pb estables. Es un isótopo hijo de 232 U .
228 Th tiene un peso atómico de 228.0287411 gramos / mol.
Torio-229
229 Th es un isótopo radiactivo de torio que se desintegra poremisión alfa con una vida media de 7917 años. [1] 229 Th se produce por la desintegración del uranio-233 y su uso principal es para la producción de los isótopos médicos actinio-225 y bismuto-213 . [17]
Torio-229m
En 1976, la espectroscopia de rayos gamma indicó por primera vez que 229 Th tiene un isómero nuclear , 229m Th, con una energía de excitación notablemente baja. [18] En ese momento se infirió que la energía estaba por debajo de 100 eV, basándose puramente en la no observación de la desintegración directa del isómero. Sin embargo, en 1990, nuevas mediciones llevaron a la conclusión de que la energía está casi con certeza por debajo de 10 eV, [19] haciendo que el isómero sea el de menor energía de excitación conocida. En los años siguientes, la energía se limitó aún más a 3,5 ± 1,0 eV, que fue durante mucho tiempo el valor energético aceptado. [20] Esta baja energía pronto despertó cierto interés, ya que conceptualmente permite la excitación láser directa del estado nuclear, [21] lo que conduce a algunas aplicaciones potenciales interesantes, por ejemplo, el desarrollo de un reloj nuclear de muy alta precisión [5] [6 ] o como un qubit para computación cuántica . [22]
La excitación del láser nuclear de 229 m Th y, por lo tanto, también el desarrollo de un reloj nuclear se ha visto impedido hasta ahora por un conocimiento insuficiente sobre las propiedades isoméricas. Un conocimiento preciso de la energía isomérica es de particular importancia en este contexto, ya que determina la tecnología láser requerida y acorta los tiempos de exploración en la búsqueda de la excitación directa. Esto desencadenó una multitud de investigaciones, tanto teóricas como experimentales, tratando de determinar con precisión la energía de transición y especificar otras propiedades del estado isomérico de 229 Th (como la vida útil y el momento magnético). [23]
La observación directa de los fotones emitidos en la desintegración isomérica ayudaría significativamente a precisar el valor de la energía isomérica. Desafortunadamente, hasta hoy, no ha habido un informe completamente concluyente sobre la detección de fotones emitidos en la desintegración de 229m Th. En cambio, en 2007 se llevaron a cabo mediciones mejoradas de espectroscopia de rayos gamma utilizando un microcalorímetro de rayos X de alta resolución avanzado, que arrojó un nuevo valor para la energía de transición de E = 7,6 ± 0,5 eV, [24] corregido a E = 7,8 ± 0,5 eV en 2009. [25] Este cambio en la energía isomérica de 3,5 eV a 7,8 eV posiblemente explica por qué varios intentos iniciales de observar directamente la transición no tuvieron éxito. Aún así, la mayoría de las búsquedas recientes de luz emitida en la desintegración isomérica no lograron observar ninguna señal, [26] [27] [28] [29] apuntando hacia un canal de desintegración no radiativo potencialmente fuerte. Una detección directa de fotones emitidos en la desintegración isomérica se reclamó en 2012 [30] y nuevamente en 2018. [31] Sin embargo, ambos informes están actualmente sujetos a discusiones controvertidas dentro de la comunidad. [32] [33]
En 2016 se logró una detección directa de los electrones emitidos en el canal de desintegración de conversión interno de 229 m Th. [34] Sin embargo, en ese momento, la energía de transición del isómero solo podía limitarse débilmente a entre 6,3 y 18,3 eV. Finalmente, en 2019, la espectroscopia electrónica no óptica de los electrones de conversión interna emitidos en la desintegración isomérica permitió una determinación de la energía de excitación del isómero para8,28 ± 0,17 eV , que representa el valor energético más preciso de la actualidad. [4] Sin embargo, este valor parece estar en desacuerdo con la preimpresión de 2018 que muestra que se puede mostrar una señal similar a la de un fotón VUV de xenón de 8.4 eV, pero con aproximadamente1.3+0,2
−0,1 eV menos energía y una vida útil de 1880 s. [31] En ese documento, 229 Th estaba incrustado en SiO 2 , posiblemente dando como resultado un cambio de energía y una vida útil alterada, aunque los estados involucrados son principalmente nucleares, protegiéndolos de las interacciones electrónicas.
Como peculiaridad de la energía de excitación extremadamente baja, la vida útil de 229 m Th depende en gran medida del entorno electrónico del núcleo. En 229 Th iones, el canal de desintegración de conversión interna está prohibido energéticamente, ya que la energía isomérica está por debajo de la energía que se requiere para una mayor ionización de Th + . Esto conduce a una vida útil que puede acercarse a la vida útil radiativa de 229 m Th, para la que no existe ninguna medición, pero que teóricamente se ha predicho que está en el rango de 10 3 a 10 4 segundos. [35] [36] Experimentalmente, para iones de 229 m Th 2+ y 229 m Th 3+ , se encontró una vida útil isomérica de más de 1 minuto. [34] Contrario a eso, en átomos neutros de 229 Th se permite el canal de desintegración de conversión interna, lo que lleva a una vida útil isomérica que se reduce en 9 órdenes de magnitud a aproximadamente 10 microsegundos. [37] [35] De hecho, en 2017 se confirmó una vida útil en el rango de unos pocos microsegundos para átomos neutros de 229m Th unidos a la superficie , según la detección de la señal de desintegración de conversión interna. [9]
En un experimento de 2018, fue posible realizar una primera caracterización espectroscópica láser de las propiedades nucleares de 229 m Th. [38] En este experimento, la espectroscopia láser de la capa atómica 229 Th se llevó a cabo utilizando una nube de iones 229 Th 2+ con un 2% de los iones en estado de excitación nuclear. Esto permitió sondear el cambio hiperfino inducido por los diferentes estados de espín nuclear del suelo y el estado isomérico. De esta forma, se pudo inferir un primer valor experimental para el dipolo magnético y el momento cuadrupolo eléctrico de 229m Th.
En 2019, la energía de excitación del isómero se limitó a 8,28 ± 0,17 eV basado en la detección directa de electrones de conversión interna [4] y una población segura de 229 m Th del estado fundamental nuclear se logró mediante la excitación del estado excitado nuclear de 29 keV mediante radiación de sincrotrón. [39] Las mediciones adicionales realizadas por un grupo diferente en 2020 arrojaron una cifra de8,10 ± 0,17 eV (153,1 ± 3,2 nm de longitud de onda). [40] Combinando estas medidas, tenemos una energía de transición esperada de8,12 ± 0,11 eV . [41]
El estado excitado de 29189.93 eV de 229 Th decae al estado isomérico con una probabilidad del 90%. Ambas medidas son otros pasos importantes hacia el desarrollo de un reloj nuclear . Además, los experimentos de espectroscopía gamma confirmaron la división de energía de 8,3 eV desde la distancia al nivel de 29189,93 eV. [42] 8.28 eV (150 nm) es alcanzable como un séptimo armónico de un láser de fibra de iterbio mediante un peine de frecuencia VUV. [43] [44] [45] Puede estar disponible la adaptación de fase de onda continua para la generación de armónicos. [46]
Torio-230
230 Th es un isótopo radiactivo de torio que se puede usar para fechar corales y determinar elflujo de la corriente oceánica . Ionio fue un nombre dado al principio del estudio de elementos radiactivos alisótopo 230 Th producido en la cadena de desintegración de 238 U antes de que se diera cuenta de que el ionio y el torio son químicamente idénticos. El símbolo Io se utilizó para este supuesto elemento. (El nombre todavía se usa en la datación por ionio-torio ).
Torio-231
231 Th tiene 141 neutrones . Es el producto de la desintegración del uranio-235 . Se encuentra en cantidades muy pequeñas en la tierra y tiene una vida media de 25,5 horas. [47] Cuando se descompone, emite un rayo beta y forma protactinio-231 . Tiene una energía de desintegración de 0,39 MeV. Tiene una masa de 231.0363043 gramos / mol.
Torio-232
232 Este es el único nucleido primordial de torio y constituye efectivamente todo el torio natural, con otros isótopos de torio que aparecen solo en cantidades traza como productos de desintegración de vida relativamente cortadel uranio y el torio. [48] El isótopo se desintegra por desintegración alfa con una vida media de 1,405 × 10 10 años, más de tres veces la edad de la Tierra y aproximadamente la edad del universo . Su cadena de desintegración es la serie del torio , que finalmente termina en plomo-208 . El resto de la cadena es rápido; las vidas medias más largas en él son 5,75 años para el radio-228 y 1,91 años para el torio-228 , con todas las demás vidas medias por un total de menos de 15 días. [49]
232 Th es un material fértil capaz de absorber un neutrón y someterse a transmutación en el nucleido fisionable uranio-233 , que es la base del ciclo del combustible del torio . [50] En forma de Thorotrast , una suspensión de dióxido de torio , se utilizó como medio de contraste en los primeros diagnósticos de rayos X. El torio-232 ahora está clasificado como cancerígeno . [51]
Torio-233
233 Th es un isótopo de torio que se desintegra en protactinio-233 a través de la desintegración beta. Tiene una vida media de 21,83 minutos. [52]
Torio-234
234 Th es un isótopo de torio cuyos núcleos contienen 144 neutrones . 234 Th tiene una vida media de 24,1 días, y cuando se desintegra, emite una partícula beta y, al hacerlo, se transmuta en protactinio -234. 234 Th tiene una masa de 234.0436 unidades de masa atómica (uma) y una energía de desintegración de aproximadamente 270 keV ( kiloelectronvoltios ). El uranio -238 generalmente se descompone en este isótopo de torio (aunque en casos raros puede sufrir una fisión espontánea ).
Referencias
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"Los análisis isotópicos revelaron una especie de masa 248 en abundancia constante en tres muestras analizadas durante un período de aproximadamente 10 meses. Esto se atribuyó a un isómero de Bk 248 con una vida media superior a 9 [años]. Sin crecimiento de Cf 248 fue detectado, y un límite inferior para la β - vida media se puede ajustar en alrededor de 10 4 [años] No alfa atribuible actividad para el nuevo isómero se ha detectado; la alfa vida media es probablemente mayor que 300 [año. ]. " - ^ Este es el nucleido más pesado con una vida media de al menos cuatro años antes del " Mar de la inestabilidad ".
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