Isotopes du tantale

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Le tantale (Ta) possède 36 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 155 et 190, ainsi que 37 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, seul un est stable : 181Ta, ainsi que chose unique, un isomère nucléaire : 180mTa. Ce dernier est en principe un état métastable, mais aucune désintégration n'ayant jamais été observée, il est pour l'instant considéré comme stable. On lui attribue une masse atomique standard de 178,49(2) u.

Parmi les 35 radioisotopes artificiels connus, ceux à la plus longue demi-vie sont 179Ta (1,82 année), 182Ta (114,43 jours), 183Ta (5,1 jours) et 177Ta (56,56 heures). Tous les autres ont une demi-vie inférieure à jour, et la plupart inférieure à une heure.

Parmi les nombreux isomères nucléaires, le plus stable, en dehors de 180mTa, est 178m1Ta (demi-vie de 2,36 heures).

Les radioisotopes les plus légers (A ≤ 164) se désintègrent soit par émission de positron+) en isotopes de l'hafnium, soit par émission α en isotopes du lutécium, dans des proportions très variables selon les isotopes. Les radioisotopes plus lourds (165 ≤A ≤ 178) se désintègrent par émission de positron (β+) en isotopes de l'hafnium, et enfin 179mTa et 180Ta se désintègrent eux principalement par capture électronique (également en isotopes de l'hafnium). Les radioisotopes plus lourds que 181Ta se désintègrent tous par désintégration β- en isotopes du tungstène.

Isotopes notables[modifier | modifier le code]

Tantale naturel[modifier | modifier le code]

Le tantale est le seul élément pour lequel un isomère nucléaire se trouve à l'état naturel en tant que nucléide primordial ; 180m1Ta est cependant très minoritaire.

Isotope Abondance

(pourcentage molaire)

180m1Ta 0,012 (2) %
181Ta 99,988 (2) %

Tantale 180m[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Tantale 180m.

Le tantale 180m (180mTa) est un isomère nucléaire du tantale. C'est le seul exemple d'isomère nucléaire considéré comme stable, et qu'on trouve naturellement présent dans la nature (à l'exception de nucléides cosmogéniques et radiogéniques courte vie). C'est également le plus rare nucléide primordial de l'univers observé pour un élément ayant des isotopes stables. Il peut théoriquement se désintégrer de trois façons : transition isomérique vers son état fondamental 180Ta, désintégration β- en 180Ta ou capture électronique en 180Hf, mais aucune désintégration selon n'importe lequel de ces trois modes n'a jamais été observée. Il est donc pour l'instant considéré comme stable, seule une limite basse à sa demi-vie, 1 × 1015 années ayant été postulée. Sa désintégration extrêmement lente est attribuée à son très grand spin (-9) alors que celui de son état fondamental est faible (+1). Un désintégration gamme ou bêta requerrait donc beaucoup d'unité de moment angulaire pour être effectuée en une étape, rendant le processus extrêmement lent[1].

Ce phénomène d'un état métastable plus stable que son état fondamental est relativement rare, un autre exemple est le cas de l'américium 242m1 (242m1Am), avec une demi-vie de 141 ans, quand son état fondamental 242Am a une demi-vie de seulement 16 heures. Ici, l'état fondamental, 180Ta, a une demi-vie de 8 heures.

Tantale 181[modifier | modifier le code]

Le tantale 181 (181Ta) est l'isotope du tantale dont le noyau est constitué de 73 protons et de 108 neutrons. C'est le seul isotope stable du tantale, avec l'isomère nucléaire 180mTa observé stable. Comme tous les noyaux plus lourds que ceux du zirconium, il est cependant théoriquement instable, et est soupçonné de pouvoir se désintégrer par émission α en 177Lu.

Le tantale 181 a été proposé comme composé pour une bombe salée (engin nucléaire conçu pour maximiser les retombées radioactives). Il s'agit dans ce cas d'envelopper une bombe thermonucléaire avec du 181Ta ; ce dernier, irradié par le flux intense de neutrons à haute énergie issus de l'explosion thermonucléaire, se transmuterait en 182Ta, un radioisotope avec une demi-vie de114,43 jours, produisant une rayonnement gamma d'environ 1,12 MeV, accroissant ainsi significativement les retombées radioactives d'une telle arme. Aucune arme de cette nature n'a jamais été construite, testée ou utilisée[2].

Table des isotopes[modifier | modifier le code]

Symbole
de l'isotope
Z (p) N (n) Masse isotopique (u) Demi-vie[n 1] Mode(s) de
désintégration[3],[n 2]
Isotope(s)-fils[n 3] Spin

nucléaire

Énergie d'excitation
155Ta 73 82 154,97459(54)# 13(4) µs
[12(+4−3) µs]
(11/2−)
156Ta 73 83 155,97230(43)# 144(24) ms β+ (95,8 %) 156Hf (2−)
p (4,2 %) 155Hf
156mTa 102(7) keV 0,36(4) s p 155Hf 9+
157Ta 73 84 156,96819(22) 10,1(4) ms α (91 %) 153Lu 1/2+
β+ (9 %) 157Hf
157m1Ta 22(5) keV 4,3(1) ms 11/2−
157m2Ta 1593(9) keV 1,7(1) ms α 153Lu (25/2−)
158Ta 73 85 157,96670(22)# 49(8) ms α (96 %) 154Lu (2−)
β+ (4 %) 158Hf
158mTa 141(9) keV 36,0(8) ms α (93%) 154Lu (9+)
TI 158Ta
β+ 158Hf
159Ta 73 86 158,963018(22) 1,04(9) s β+ (66 %) 159Hf (1/2+)
α (34 %) 155Lu
159mTa 64(5) keV 514(9) ms α (56 %) 155Lu (11/2−)
β+ (44 %) 159Hf
160Ta 73 87 159,96149(10) 1,70(20) s α 156Lu (2#)−
β+ 160Hf
160mTa 310(90)# keV 1,55(4) s β+ (66 %) 160Hf (9)+
α (34 %) 156Lu
161Ta 73 88 160,95842(6)# 3# s β+ (95 %) 161Hf 1/2+#
α (5 %) 157Lu
161mTa 50(50)# keV 2,89(12) s 11/2−#
162Ta 73 89 161,95729(6) 3,57(12) s β+ (99,92 %) 162Hf 3+#
α (0,073 %) 158Lu
163Ta 73 90 162,95433(4) 10,6(18) s β+ (99,8 %) 163Hf 1/2+#
α (0,2 %) 159Lu
164Ta 73 91 163,95353(3) 14,2(3) s β+ 164Hf (3+)
165Ta 73 92 164,950773(19) 31,0(15) s β+ 165Hf 5/2−#
165mTa 60(30) keV 9/2−#
166Ta 73 93 165,95051(3) 34,4(5) s β+ 166Hf (2)+
167Ta 73 94 166,94809(3) 1,33(7) min β+ 167Hf (3/2+)
168Ta 73 95 167,94805(3) 2,0(1) min β+ 168Hf (2−, 3+)
169Ta 73 96 168,94601(3) 4,9(4) min β+ 169Hf (5/2+)
170Ta 73 97 169,94618(3) 6,76(6) min β+ 170Hf (3)(+#)
171Ta 73 98 170,94448(3) 23,3(3) min β+ 171Hf (5/2−)
172Ta 73 99 171,94490(3) 36,8(3) min β+ 172Hf (3+)
173Ta 73 100 172,94375(3) 3,14(13) h β+ 173Hf 5/2−
174Ta 73 101 173,94445(3) 1,14(8) h β+ 174Hf 3+
175Ta 73 102 174,94374(3) 10,5(2) h β+ 175Hf 7/2+
176Ta 73 103 175,94486(3) 8,09(5) h β+ 176Hf (1)−
176m1Ta 103,0(10) keV 1,1(1) ms TI 176Ta (+)
176m2Ta 1372,6(11)+X keV 3,8(4) µs (14−)
176m3Ta 2820(50) keV 0,97(7) ms (20−)
177Ta 73 104 176,944472(4) 56,56(6) h β+ 177Hf 7/2+
177m1Ta 73,36(15) keV 410(7) ns 9/2−
177m2Ta 186,15(6) keV 3,62(10) µs 5/2−
177m3Ta 1355,01(19) keV 5,31(25) µs 21/2−
177m4Ta 4656,3(5) keV 133(4) µs 49/2−
178Ta 73 105 177,945778(16) 9,31(3) min β+ 178Hf 1+
178m1Ta 100(50)# keV 2,36(8) h β+ 178Hf (7)−
178m2Ta 1570(50)# keV 59(3) ms (15−)
178m3Ta 3000(50)# keV 290(12) ms (21−)
179Ta 73 106 178,9459295(23) 1,82(3) a CE 179Hf 7/2+
179m1Ta 30,7(1) keV 1,42(8) µs (9/2)−
179m2Ta 520,23(18) keV 335(45) ns (1/2)+
179m3Ta 1252,61(23) keV 322(16) ns (21/2−)
179m4Ta 1317,3(4) keV 9,0(2) ms TI 179Ta (25/2+)
179m5Ta 1327,9(4) keV 1,6(4) µs (23/2−)
179m6Ta 2639,3(5) keV 54,1(17) ms (37/2+)
180Ta 73 107 179,9474648(24) 8,152(6) h CE (86 %) 180Hf 1+
β (14 %) 180W
180m1Ta 77,1(8) keV Observé stable[n 4] 9−
180m2Ta 1452,40(18) keV 31,2(14) µs 15−
180m3Ta 3679,0(11) keV 2,0(5) µs (22−)
180m4Ta 4171,0+X keV 17(5) µs (23,24,25)
181Ta 73 108 180,9479958(20) Observé stable[n 5] 7/2+
181m1Ta 6,238(20) keV 6,05(12) µs 9/2−
181m2Ta 615,21(3) keV 18(1) µs 1/2+
181m3Ta 1485(3) keV 25(2) µs 21/2−
181m4Ta 2230(3) keV 210(20) µs 29/2−
182Ta 73 109 181,9501518(19) 114,43(3) j β 182W 3−
182m1Ta 16,263(3) keV 283(3) ms TI 182Ta 5+
182m2Ta 519,572(18) keV 15,84(10) min 10−
183Ta 73 110 182,9513726(19) 5,1(1) j β 183W 7/2+
183mTa 73,174(12) keV 107(11) ns 9/2−
184Ta 73 111 183,954008(28) 8,7(1) h β 184W (5−)
185Ta 73 112 184,955559(15) 49,4(15) min β 185W (7/2+)#
185mTa 1308(29) keV >1 ms (21/2−)
186Ta 73 113 185,95855(6) 10.5(3) min β 186W (2−, 3−)
186mTa 1,54(5) min
187Ta 73 114 186,96053(21)# 2# min
[>300 ns]
β 187W 7/2+#
188Ta 73 115 187,96370(21)# 20# s
[>300 ns]
β 188W
189Ta 73 116 188,96583(32)# 3# s
[>300 ns]
7/2+#
190Ta 73 117 189,96923(43)# 0,3# s
  1. En gras pour les isotopes avec des demi-vies plus grandes que l'âge de l'univers (presque stables).
  2. Abréviations :
    CE : capture électronique ;
    TI : transition isomérique.
  3. Isotopes stables en gras.
  4. Seul isomère nucléaire observé stable, soupçonné de pouvoir se désintégrer par transition isomérique en 180Ta, émission β en 180W, ou capture électronique en 180Hf avec une demi-vie supérieure à 1,2 × 1015 années.
  5. Soupçonné de pouvoir se désintégrer par émission α en 177Lu.

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.

Références[modifier | modifier le code]

  1. Quantum mechanics for engineers Leon van Dommelen, Florida State University
  2. D. T. Win, M. Al Masum, « Weapons of Mass Destruction », Assumption University Journal of Technology, vol. 6, no 4,‎ , p. 199–219 (lire en ligne)
  3. (en) Universal Nuclide Chart



1  H                                                             He
2  Li Be   B C N O F Ne
3  Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4  K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5  Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6  Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7  Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Tableau périodique des isotopes