Isotopes du thorium

Le thorium naturel est composé presque uniquement du radioisotope primordial ²³²Th. Le ²²⁸Th est son descendant qui, en équilibre séculaire avec le ²³²Th, a une abondance relative d'environ 1,4 × 10⁻¹⁰.

Les isotopes ²³⁴Th et ²³⁰Th sont descendants de l'uranium 238, lui-même environ trois fois moins abondant sur Terre que le thorium 232. ²³⁴Th a une demi-vie trop courte pour être significativement quantifiable, ²³⁰Th a une abondance proche de 1,7 × 10⁻⁵ fois celle de l'uranium 238. C'est le deuxième isotope le plus abondant sur Terre.

Les isotopes ²²⁷Th et ²³¹Th sont descendants de l'uranium 235.

En raison de leur présence dans les chaînes de désintégration majeures, les isotopes naturels du thorium ont reçu des appellations historiques, aujourd'hui désuètes.

Le thorium 227 fait partie de la chaîne de désintégration de l'uranium 235. Il était historiquement nommé radio-actinium, d'après son isotope-père dans cette chaîne.

Le thorium 228 (²²⁸Th) est l'isotope du thorium dont le noyau est constitué de 90 protons et de 138 neutrons. Il fut nommé historiquement radio-thorium, du fait de sa présence dans la chaîne de désintégration du thorium 232 (c'est le plus radioactif des deux isotopes de cette chaîne). Il a une demi-vie de 1,911 6 ans. Il se désintègre principalement par émission α pour donner le radium 224. De façon très occasionnelle (10⁻¹³), il peut aussi se désintégrer par émission de cluster, en émettant un noyau d'²⁰O, produisant le plomb 208, isotope stable. C'est un isotope-fils de l'uranium 232 (²³²U), produit par émission α.

²²⁸Th a une masse atomique de 228,028 741 1 g mol⁻¹.

Le thorium 229 (²²⁹Th) est l'isotope du thorium dont le noyau est constitué de 90 protons et de 139 neutrons. Il se désintègre par émission α pour former le ²²⁵Ra avec une demi-vie de 7 340 ans. C'est l'un des isotopes à plus longue demi-vie (après les isotopes ²³²Th et ²³⁰Th), et le dernier dont la demi-vie dépasse le millénaire.

²²⁹Th est produit par désintégration α de l'uranium 233 et il est principalement utilisé pour former l'actinium 225 et le bismuth 213 utilisés en médecine nucléaire[5].

La spectrométrie gamma a indiqué que le thorium 229 avait un isomère nucléaire avec une énergie d'excitation remarquablement basse, faisant même de cet isomère nucléaire celui possédant l'énergie la plus basse connue. Depuis quelques années, l'énergie admise de cet état est de 3,5 eV, avec une incertitude de 1,0 eV[6].

Ceci rend sans doute possible son excitation en utilisant des lasers dans la gamme V-UV. Cet isomère pourrait avoir des applications, dans le stockage d'énergie haute densité[7], dans l'horlogerie de précision[8], comme qubit dans le cadre de l'informatique quantique, ou pour tester l'effet de l'environnement chimique sur le taux de désintégration nucléaire[9].

La demi-vie de cet état excité est inconnue, mais elle est estimée à 5 heures. Si cet isomère devait se désintégrer, il produirait un rayon gamma (défini par son origine et non par sa longueur d'onde) dans le domaine de l'ultraviolet. On a pensé un temps avoir détecté ces « rayons gamma ultraviolets », mais cette observation s'est révélée être en réalité être due à de l'azote gazeux excité par des émissions à haute énergie[10].

Des mesures récentes avec des rayons gamma à haute énergie donnent une énergie pour l'état 3/2+ de 7,6 eV, avec une incertitude de 0,5 eV[3].

Le thorium 230 (²³⁰Th) est l'isotope du thorium dont le noyau est constitué de 90 protons et de 140 neutrons. Il fut historiquement appelé « ionium » (avec pour symbole chimique Io) lors de sa découverte dans la chaîne de désintégration de l'uranium 238, avant qu'on découvre que l'ionium et le thorium étaient un seul et unique élément. Il se désintègre principalement par émission α en radium 226 avec une demi-vie de 75 380 ans.

²³⁰Th peut être utilisé pour dater les coraux et mesurer les courants marins.

Le thorium 231 (²³¹Th) est l'isotope du thorium dont le noyau est constitué de 90 protons et de 141 neutrons. C'est un produit de désintégration de l'uranium 235, et il était historiquement appelé Uranium Y en raison de sa présence dans cette chaîne de désintégration. Il se désintègre principalement par désintégration β⁻ pour former le protactinium 231 avec une énergie de 0,39 MeV. Du fait de sa courte demi-vie, 25,5 h, on ne le trouve qu'en très petite quantité sur Terre. Sa masse atomique est de 231,036 304 3 g mol⁻¹.

Le thorium 232 (²³²Th) est l'isotope du thorium dont le noyau est constitué de 90 protons et de 142 neutrons. Isotope le plus stable du thorium, il est considéré comme presque stable, sa demi-vie étant légèrement supérieure à l'âge de l'univers. Il est à l'origine de la chaîne de désintégration 4n + 0 qui débute par sa très lente désintégration α en radium 228 et se termine par la formation du plomb 208.

Le thorium 233 (²³³Th) est l'isotope du thorium dont le noyau est constitué de 90 protons et de 143 neutrons. ²³³Th se désintègre par désintégration β⁻ pour former le protactinium 233 avec une demi-vie de 21,83 minutes[11].

Le thorium 234 (²³⁴Th) est l'isotope du thorium dont le noyau est constitué de 90 protons et de 144 neutrons. Il est formé par désintégration alpha de l'uranium 238, et il était historiquement appelé Uranium X₁ en raison de sa présence dans cette chaîne de désintégration.

Il se désintègre par désintégration β⁻ pour former le protactinium 234m avec une demi-vie de 24,1 jours. ²³⁴Th a une masse atomique d'environ 234,043 6 uma, et une énergie de désintégration de 270 keV.

• Il existe des échantillons géologiques exceptionnels dont la composition isotopique est en dehors de l'échelle donnée. L'incertitude sur la masse atomique de tels spécimens peut excéder les valeurs données.
• Les valeurs marquées # ne sont pas purement dérivées des données expérimentales, mais aussi au moins en partie à partir des tendances systématiques. Les spins avec des arguments d'affectation faibles sont entre parenthèses.
• Les incertitudes sont données de façon concise entre parenthèses après la décimale correspondante. Les valeurs d'incertitude dénotent un écart-type, à l'exception de la composition isotopique et de la masse atomique standard de l'IUPAC qui utilisent des incertitudes élargies.