Isotopes du protactinium

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Le protactinium (Pa), comme tous les éléments de numéro atomique supérieur à celui du plomb, ne possède aucun isotope stable. Cependant, il possède trois isotopes présents dans la nature, ce qui permet de lui attribuer une masse atomique standard, 231,03588(2) u.

Le protactinium possède 29 radioisotopes caractérisés, le plus stable étant 231Pa avec une demi-vie de 32 760 ans, suivi de 233Pa (26,967 jours) et de 230Pa (17,4 jours). Tous les autres isotopes ont une demie-vie inférieure à 1,6 jours et la plupart d'entre eux inférieure à 1,8 secondes. Le protactinium possède également trois isomères nucléaires, 217mPa (t½ 1,15 millisecondes), 229mPa (t½ 420 nanosecondes) et 234mPa (t½ 1,17 minutes).

Les trois isotopes présents dans la nature sont 231Pa, produit de désintégration intermédiaire de l'uranium 235, 234Pa et234mPa, tous deux produits de désintégration intermédiaires de l'uranium 238. 231Pa constitue la quasi-totalité du protactinium présent dans la nature, ce qui en fait un élément mononucléidique.

Le principal mode de désintégration des isotopes plus légers que l'isotope le plus stable, 231Pa (lui-même inclus dans le lot), est la désintégration α en isotopes de l'actinium, à l'exception des isotopes allant de 228Pa à 230Pa, qui subissent eux principalement une désintégration β+ ou une capture électronique (229Pa) pour donner des isotopes du thorium. Les isotopes les plus lourds se désintègrent eux par désintégration β- en isotopes de l'uranium.

Protactinium 230[modifier | modifier le code]

Le protactinium 230 a un noyau constitué 91 protons et de 139 neutrons et a une demi-vie de 17,4 jours. Outre une désintégration β+ en thorium 230, il peut subir une désintégration β- en uranium 230. On ne le rencontre pas dans la nature à cause de sa demie-vie trop courte et parce qu'il ne fait pas partie des principales chaînes de désintégration, celles de 235U, 238U, ou 232Th. Sa masse molaire est de 230,034541 g·mol-1.

Protactinium 231[modifier | modifier le code]

Le protactinium 231 est l'isotope du protactinium avec la durée de vie la plus longue, avec une demi-vie de 32 760 ans. Son noyau est constitué de 91 portons et de 140 neutrons. Il est présent dans la nature sous forme de traces, appartenant à la famille 4n + 3 de l'uranium 235. La concentration à l'équilibre dans le minerai d'uranium est de 46,55 231Pa par million d'235U.

Dans les réacteurs nucléaires, c'est l'un des actinides radioactifs à longue vie produits lors du cycle du thorium, résultant des réactions (n,2n) où un neutron rapide retire un neutron au 232Th ou à l'232U ou peut aussi être détruit par capture neutronique, bien que la section efficace pour cette réaction soit faible.

  • énergie de liaison : 1759860 keV
  • énergie de désintégration β: -382 keV
  • spin: 3/2-
  • mode de désintégration: α en 227Ac, principalement

Protactinium 233[modifier | modifier le code]

Le protactinium 233 a un noyau constitué 91 protons et de 141 neutrons et a une demi-vie de 27 jours. Il fait aussi partie du cycle du thorium. C'est un produit de désintégration du thorium 233 (produit naturellement par capture neutronique à partir du thorium 232) et de l'uranium 233 (le combustible fissile du cycle du thorium). Certains réacteurs pour cycle du thorium sont étudiés pour essayer de protéger le 233Pa en l'empêchant de subir une autre capture neutronique qui le transformerait en 234Pa et en 234U qui n'ont aucun intérêt en tant que combustible.

Table des isotopes[modifier | modifier le code]

Symbole
de l'isotope
Nom
historique
Z (p) N (n) masse isotopique demi-vie mode(s) de
désintégration[1],[n 1]
isotope(s)-fils[n 2] spin nucléaire composition isotopique
représentative
(fraction molaire)
gamme de
variations naturelles
(fraction molaire)
énergie d'excitation
212Pa 91 121 212,02320(8) 8(5) ms
[5,1(+61-19) ms]
7+#
213Pa 91 122 213,02111(8) 7(3) ms
[5,3(+40-16) ms]
α 209Ac 9/2-#
214Pa 91 123 214,02092(8) 17(3) ms α 210Ac
215Pa 91 124 215,01919(9) 14(2) ms α 211Ac 9/2-#
216Pa 91 125 216,01911(8) 105(12) ms α (80 %) 212Ac
β+ (20 %) 216Th
217Pa 91 126 217,01832(6) 3,48(9) ms α 213Ac 9/2-#
217mPa 1860(7) keV 1,08(3) ms α 213Ac 29/2+#
TI (rare) 217Pa
218Pa 91 127 218,020042(26) 0,113(1) ms α 214Ac
219Pa 91 128 219,01988(6) 53(10) ns α 215Ac 9/2-
β+ (5×10−9 %) 219Th
220Pa 91 129 220,02188(6) 780(160) ns α 216Ac 1-#
221Pa 91 130 221,02188(6) 4,9(8) µs α 217Ac 9/2-
222Pa 91 131 222,02374(8)# 3,2(3) ms α 218Ac
223Pa 91 132 223,02396(8) 5,1(6) ms α 219Ac
β+ (0,001 %) 223Th
224Pa 91 133 224,025626(17) 844(19) ms α (99,9 %) 220Ac 5-#
β+ (0,1 %) 224Th
225Pa 91 134 225,02613(8) 1,7(2) s α 221Ac 5/2-#
226Pa 91 135 226,027948(12) 1,8(2) min α (74 %) 222Ac
β+ (26 %) 226Th
227Pa 91 136 227,028805(8) 38,3(3) min α (85 %) 223Ac (5/2-)
CE (15 %) 227Th
228Pa 91 137 228,031051(5) 22(1) h β+ (98,15 %) 228Th 3+
α (1,85 %) 224Ac
229Pa 91 138 229,0320968(30) 1,50(5) j CE (99,52 %) 229Th (5/2+)
α (0,48 %) 225Ac
229mPa 11,6(3) keV 420(30) ns 3/2-
230Pa 91 139 230,034541(4) 17,4(5) j β+ (91,6 %) 230Th (2-)
β- (8,4 %) 230U
α (0,00319 %) 226Ac
231Pa Protoactinium 91 140 231,0358840(24) 3,276(11)×104 a α 227Ac 3/2- 1,0000[n 3]
DC (1,34×10−9 %) 207Tl
24Ne
FS (3×10−10 %) (various)
DC (10−12 %) 208Pb
23F
232Pa 91 141 232,038592(8) 1,31(2) j β- 232U (2-)
CE(0,003 %) 232Th
233Pa 91 142 233,0402473(23) 26,975(13) j β- 233U 3/2-
234Pa Uranium Z 91 143 234,043308(5) 6,70(5) h β- 234U 4+ Trace[n 4]
FS (3×10−10 %) (various)
234mPa Uranium X2
Brevium
78(3) keV 1,17(3) min β- (99,83 %) 234U (0-) Trace[n 4]
IT(0,16 %) 234Pa
FS (10−10 %) (various)
235Pa 91 144 235,04544(5) 24,44(11) min β- 235mU (3/2-)
236Pa 91 145 236,04868(21) 9,1(1) min β- 236U 1(-)
β-, FS (6×10−8 %) (various)
237Pa 91 146 237,05115(11) 8,7(2) min β- 237U (1/2+)
238Pa 91 147 238,05450(6) 2,27(9) min β- 238U (3-)#
β-, FS (2,6×10−6 %) (various)
239Pa 91 148 239,05726(21)# 1,8(5) h β- 239U (3/2)(-#)
240Pa 91 149 240,06098(32)# 2# min β- 240U
  1. Abréviations :
    DC : Désintégration par émission de cluster
    CE : capture électronique
    TI : transition isomérique
    FS : Fission spontanée
  2. Isotopes stables en gras
  3. Produit de désintégration intermédiaire de l'uranium 235
  4. a et b Produit de désintégration intermédiaire de l'uranium 238

Remarques[modifier | modifier le code]

  • 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.

Notes et références[modifier | modifier le code]