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Bismuth 209

Le bismuth 209, noté 209Bi, est l'isotope du bismuth dont le nombre de masse est égal à 209 : son noyau atomique compte 83 protons et 126 neutrons avec un spin 9/2− pour une masse atomique de 208,980 40 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de −18 258,6 ± 1,4 keV et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de 7 847,987 ± 0,007 keV[1]. C'est le seul isotope naturel du bismuth, ainsi que le produit de la désintégration β du plomb 209 :

209
82Pb ⟶ 209
83Bi + e− + νe.
Bismuth 209

table

Général
Nom Bismuth 209
Symbole 209
83Bi
126
Neutrons 126
Protons 83
Données physiques
Présence naturelle 100 %
Demi-vie (2,01 ± 0,08) × 1019 ans[1]
Produit de désintégration 205Tl
Masse atomique 208,9803986(15) u
Spin 9/2−[1]
Excès d'énergie −18 258,6 ± 1,4 keV[1]
Énergie de liaison par nucléon 7 847,987 ± 0,007 keV[1]
Production radiogénique
Isotope parent Désintégration Demi-vie
209
82Pb 		β− 3,234(7) heures
209
84Po 		β+ 124(3) ans
213
85At 		α 125(6) ns
Désintégration radioactive
Désintégration Produit Énergie (MeV)
α 205
81Tl 		3,137

Découverte de son caractère radioactif

Le bismuth 209 était encore considéré comme stable en 2003, jusqu'à la mise en évidence de sa radioactivité par une équipe de l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay (IAS-CNRS, Paris 11)[2] - [3] : il donne du thallium 205 par désintégration α avec une période radioactive de l'ordre de 2 × 1019 ans (proche de deux milliards de fois l'âge de l'Univers) et une énergie de désintégration de 3,137 MeV :

209
83Bi ⟶ 205
81Tl + 4
2He.

Il a longtemps été considéré comme le produit final de la chaîne de désintégration du neptunium 237 (série 4n+1) :

Chaine de désintégration du neptunium.

mais en toute rigueur, c'est le thallium 205 qui est le produit final de la série 4n+1. Cependant, sa très longue période radioactive fait du bismuth un élément à la radioactivité infime, demeurée inaperçue jusqu'au début du XXIe siècle ; il peut donc être considéré comme stable et être manipulé et stocké sans précaution particulière en rapport avec sa radioactivité.

Le bismuth 209 est l'isotope radioactif ayant la plus longue demi-vie par radioactivité α, mais il n'a pas la plus longue période radioactive (mesurée) : le record appartient au tellure 128, avec une période de double désintégration bêta estimée à 7,7 × 1024 ans[4].

La période radioactive du bismuth 209 a été confirmée en 2012 par une équipe italienne du Gran Sasso qui a reporté une valeur de (2,01 ± 0,08) × 1019 ans[5]. La même équipe reportait également la première observation de la désintégration du bismuth 209 par radioactivité alpha vers le 1er état excité du thallium 205, situé à 204 keV de l'état fondamental, avec une durée de vie encore plus longue estimée à 1,66 × 1021 ans. Même si cette valeur ne surpasse pas le record de durée de vie mesurée du tellure 128, ces deux désintégrations alpha du bismuth 209 détiennent le record de la plus grande finesse virtuelle d'une excitation physique mesurable, avec des largeurs de raie naturelles estimées respectivement à ΔΕ~5,5 × 10−43 eV et ΔΕ~1,26 × 10−44 eV en vertu du principe d'incertitude d'Heisenberg[6] (la double désintégration bêta ne donne une raie que dans la mesure où aucun neutrino n'est émis lors de la désintégration, ce qui n'a pas été observé jusqu'ici).

Notes et références
  1. (en) « Live Chart of Nuclides: 209
    83    Bi
    126     »    , sur https://www-nds.iaea.org/, AIEA, (consulté le )    .
  2. « Découverte de la radioactivité naturelle du bismuth : communiqué de presse », sur CNRS, (consulté le )
  3. (en) Pierre de Marcillac, Noël Coron, Gérard Dambier, Jacques Leblanc et Jean-Pierre Moalic, « Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of natural bismuth », Nature, vol. 422,‎ , p. 876–878 (ISSN 0028-0836, DOI 10.1038/nature01541).
  4. (en) Laboratory for Space Sciences, « Noble Gas Research : Tellurium 128 », sur Université Washington à Saint-Louis (consulté le )
  5. J.W. Beeman et al., « First Measurement of the Partial Widths of 209Bi Decay to the Ground and to the First Excited States », Phys. Rev. Letters 108(6) 062501.,‎
  6. (en) « Particle lifetimes from the uncertainty principle », sur hyperphysics.phy-astr.gsu.edu (consulté le )

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Tableau périodique des isotopes
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