Isotopes du niobium

Le niobium (Nb) possède 33 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 81 et 113, et 24 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, un seul est stable, ⁹³Nb, et constitue l'intégralité du niobium naturellement présent, faisant du niobium un élément monoisotopique ainsi qu'un élément mononucléidique. Sa masse atomique standard est donc la masse isotopique de ⁹³Nb, soit 92,906 38(2) u.

Parmi les 32 radioisotopes du niobium, le plus stable est ⁹²Nb, un radionucléide non primordial avec une demi-vie de 34,7 millions d'années. Les suivants sont ⁹⁴Nb (demi-vie de 20 300 années) et ⁹¹Nb (680 années). Un isomère nucléaire à 31 keV, ^93mNb, possède une demi-vie de 16,13 années. La plupart des autres radioisotopes ont des demi-vies inférieures à deux heures, à l'exception de ⁹⁵Nb (35 jours), ⁹⁶Nb (23,4 heures) et ⁹⁰Nb (14,6 heures).

Les isotopes plus légers que ⁹³Nb se désintègrent principalement par émission de positron (β⁺), à l'exception de ⁹¹Nb qui se désintègre principalement par capture électronique, tous en isotopes du zirconium. Les radioisotopes plus lourds se désintègrent eux principalement par désintégration β⁻, ou pour certains, de façon non négligeable, par désintégration β⁻ et émission de neutron, tous en isotopes du molybdène.

Seuls ⁹⁵Nb (35 jours) et ⁹⁷Nb (72 minutes) et d'autres isotopes plus lourds (de demi-vies de l'ordre de a seconde) sont des produits de fission en quantité significative, les autres isotopes étant éclipsés par des isotopes stables ou à très longue durée de vie (⁹³Zr) du zirconium, produits par désintégration β à partir de fragments de fission riches en neutrons. ⁹⁵Nb est le produit de désintégration de ⁹⁵Zr (64 jours), et il est donc présent dans le combustible nucléaire usagé plus longtemps que sa courte demi-vie ne pourrait le laisser présager. De très faibles quantités d'autres isotopes peuvent aussi être produites comme produits de fission directs.

Isotopes notables

Niobium 92

Le niobium 92 (⁹²Nb) est l'isotope du niobium dont le noyau est constitué de 41 protons et de 51 neutrons. C'est le plus stable des 32 radioisotopes du niobium, qui se désintègre principalement par émission de positron en zirconium 92 avec une demi-vie de 34,7 Ma. La présence du niobium 92 pendant la formation du Système solaire est attestée par l'observation d'excès de zirconium 92 (radioactivité éteinte). Le niobium 92 est, avec le samarium 146, l'un des isotopes avec la plus longue durée de vie parmi les éléments à ne pas avoir été détecté dans la nature comme nucléide primordial[alpha 1] (le plutonium 244, avec une demi-vie de 80 millions d'années, intermédiaire entre celles de ⁹²Nb et de ¹⁴⁶Sm, aurait été détecté dans les années 1970 et serait donc primordial, mais sa détection dans le milieu naturel a été remise en question).

Niobium 93

Le niobium 93 (⁹³Nb) est l'isotope du niobium dont le noyau est constitué de 41 protons et de 52 neutrons. C'est le seul isotope stable du niobium, mais il est aussi le nucléide le plus léger théoriquement capable de fission spontanée. Ce type d'événement n'a pour l'instant jamais été observé sur cet isotope, mais cela ferait du niobium théoriquement l'élément le plus léger dépourvu d'isotope stable. Les 40 premiers éléments (jusqu'au zirconium) ont tous un isotope stable, mais qui, en théorie, pourrait subir une désintégration du proton.

Table des isotopes

Symbole de l'isotope	Z (p)	N (n)	Masse isotopique (u)	Demi-vie[n 1]	Mode(s) de désintégration[1] - [n 2]	Isotope(s) fils[n 3]	Spin nucléaire
Symbole de l'isotope	Énergie d'excitation			Demi-vie[n 1]	Mode(s) de désintégration[1] - [n 2]	Isotope(s) fils[n 3]	Spin nucléaire
⁸¹Nb	41	40	80,94903(161)#	<44 ns	β⁺, p	⁸⁰Y	3/2-#
					p	⁸⁰Zr
					β⁺	⁸¹Zr
⁸²Nb	41	41	81,94313(32)#	51(5) ms	β⁺	⁸²Zr	0+
⁸³Nb	41	42	82,93671(34)	4,1(3) s	β⁺	⁸³Zr	(5/2+)
⁸⁴Nb	41	43	83,93357(32)#	9,8(9) s	β⁺ (>99,9%)	⁸⁴Zr	3+
⁸⁴Nb	41	43	83,93357(32)#	9,8(9) s	β⁺, p (<0,1%)	⁸³Y	3+
^84mNb	338(10) keV			103(19) ns			(5-)
⁸⁵Nb	41	44	84,92791(24)	20,9(7) s	β⁺	⁸⁵Zr	(9/2+)
^85mNb	759,0(10) keV			12(5) s			(1/2-)
⁸⁶Nb	41	45	85,92504(9)	88(1) s	β⁺	⁸⁶Zr	(6+)
^86mNb	250(160)# keV			56(8) s	β⁺	⁸⁶Zr	high
⁸⁷Nb	41	46	86,92036(7)	3,75(9) min	β⁺	⁸⁷Zr	(1/2-)
^87mNb	3,84(14) keV			2,6(1) min	β⁺	⁸⁷Zr	(9/2+)#
⁸⁸Nb	41	47	87,91833(11)	14,55(6) min	β⁺	⁸⁸Zr	(8+)
^88mNb	40(140) keV			7,8(1) min	β⁺	⁸⁸Zr	(4-)
⁸⁹Nb	41	48	88,913418(29)	2,03(7) h	β⁺	⁸⁹Zr	(9/2+)
^89mNb	0(30)# keV			1,10(3) h	β⁺	⁸⁹Zr	(1/2)-
⁹⁰Nb	41	49	89,911265(5)	14,60(5) h	β⁺	⁹⁰Zr	8+
^90m1Nb	122,370(22) keV			63(2) µs			6+
^90m2Nb	124,67(25) keV			18,81(6) s	TI	⁹⁰Nb	4-
^90m3Nb	171,10(10) keV			<1 µs			7+
^90m4Nb	382,01(25) keV			6,19(8) ms	CC		1+
^90m5Nb	1880,21(20) keV			472(13) ns			(11-)
⁹¹Nb	41	50	90,906996(4)	680(130) a	CE (99,98%)	⁹¹Zr	9/2+
⁹¹Nb	41	50	90,906996(4)	680(130) a	β⁺ (0,013%)	⁹¹Zr	9/2+
^91m1Nb	104,60(5) keV			60,86(22) j	TI (93%)	⁹¹Nb	1/2-
					CE (7%)	⁹¹Zr
					β⁺ (0,0028%)	⁹¹Zr
^91m2Nb	2034,35(19) keV			3,76(12) µs			(17/2-)
⁹²Nb	41	51	91,907194(3)	3,47(24)×10⁷ a[n 4]	β⁺ (99,95%)	⁹²Zr	(7)+
⁹²Nb	41	51	91,907194(3)	3,47(24)×10⁷ a[n 4]	β⁻ (0,05%)	⁹²Mo	(7)+
^92m1Nb	135,5(4) keV			10,15(2) j	β⁺	⁹²Zr	(2)+
^92m2Nb	225,7(4) keV			5,9(2) µs			(2)-
^92m3Nb	2203,3(4) keV			167(4) ns			(11-)
⁹³Nb	41	52	92,9063781(26)	Observé stable[n 5]			9/2+
^93mNb	30,77(2) keV			16,13(14) a	TI	⁹³Nb	1/2-
⁹⁴Nb	41	53	93,9072839(26)	2,03(16)×10⁴ a	β⁻	⁹⁴Mo	(6)+
^94mNb	40,902(12) keV			6,263(4) min	TI (99,5%)	⁹⁴Nb	3+
^94mNb	40,902(12) keV			6,263(4) min	β⁻ (0,5%)	⁹⁴Mo	3+
⁹⁵Nb	41	54	94,9068358(21)	34,991(6) j	β⁻	⁹⁵Mo	9/2+
^95mNb	235,690(20) keV			3,61(3) j	TI (94,4%)	⁹⁵Nb	1/2-
^95mNb	235,690(20) keV			3,61(3) j	β⁻ (5,6%)	⁹⁵Mo	1/2-
⁹⁶Nb	41	55	95,908101(4)	23,35(5) h	β⁻	⁹⁶Mo	6+
⁹⁷Nb	41	56	96,9080986(27)	72,1(7) min	β⁻	⁹⁷Mo	9/2+
^97mNb	743,35(3) keV			52,7(18) s	TI	⁹⁷Nb	1/2-
⁹⁸Nb	41	57	97,910328(6)	2,86(6) s	β⁻	⁹⁸Mo	1+
^98mNb	84(4) keV			51,3(4) min	β⁻ (99,9%)	⁹⁸Mo	(5+)
^98mNb	84(4) keV			51,3(4) min	TI (0,1%)	⁹⁸Nb	(5+)
⁹⁹Nb	41	58	98,911618(14)	15,0(2) s	β⁻	⁹⁹Mo	9/2+
^99mNb	365,29(14) keV			2,6(2) min	β⁻ (96,2%)	⁹⁹Mo	1/2-
^99mNb	365,29(14) keV			2,6(2) min	TI (3,8%)	⁹⁹Nb	1/2-
¹⁰⁰Nb	41	59	99,914182(28)	1,5(2) s	β⁻	¹⁰⁰Mo	1+
^100mNb	470(40) keV			2,99(11) s	β⁻	¹⁰⁰Mo	(4+,5+)
¹⁰¹Nb	41	60	100,915252(20)	7,1(3) s	β⁻	¹⁰¹Mo	(5/2#)+
¹⁰²Nb	41	61	101,91804(4)	1,3(2) s	β⁻	¹⁰²Mo	1+
^102mNb	130(50) keV			4,3(4) s	β⁻	¹⁰²Mo	high
¹⁰³Nb	41	62	102,91914(7)	1,5(2) s	β⁻	¹⁰³Mo	(5/2+)
¹⁰⁴Nb	41	63	103,92246(11)	4,9(3) s	β⁻ (99,94%)	¹⁰⁴Mo	(1+)
¹⁰⁴Nb	41	63	103,92246(11)	4,9(3) s	β⁻, n (0,06%)	¹⁰³Mo	(1+)
^104mNb	220(120) keV			940(40) ms	β⁻ (99,95%)	¹⁰⁴Mo	high
^104mNb	220(120) keV			940(40) ms	β⁻, n (0,05%)	¹⁰³Mo	high
¹⁰⁵Nb	41	64	104,92394(11)	2,95(6) s	β⁻ (98,3%)	¹⁰⁵Mo	(5/2+)#
¹⁰⁵Nb	41	64	104,92394(11)	2,95(6) s	β⁻, n (1,7%)	¹⁰⁴Mo	(5/2+)#
¹⁰⁶Nb	41	65	105,92797(21)#	920(40) ms	β⁻ (95,5%)	¹⁰⁶Mo	2+#
¹⁰⁶Nb	41	65	105,92797(21)#	920(40) ms	β⁻, n (4,5%)	¹⁰⁵Mo	2+#
¹⁰⁷Nb	41	66	106,93031(43)#	300(9) ms	β⁻ (94%)	¹⁰⁷Mo	5/2+#
¹⁰⁷Nb	41	66	106,93031(43)#	300(9) ms	β⁻, n (6%)	¹⁰⁶Mo	5/2+#
¹⁰⁸Nb	41	67	107,93484(32)#	0,193(17) s	β⁻ (93,8%)	¹⁰⁸Mo	(2+)
¹⁰⁸Nb	41	67	107,93484(32)#	0,193(17) s	β⁻, n (6,2%)	¹⁰⁷Mo	(2+)
¹⁰⁹Nb	41	68	108,93763(54)#	190(30) ms	β⁻ (69%)	¹⁰⁹Mo	5/2+#
¹⁰⁹Nb	41	68	108,93763(54)#	190(30) ms	β⁻, n (69%)	¹⁰⁸Mo	5/2+#
¹¹⁰Nb	41	69	109,94244(54)#	170(20) ms	β⁻ (60%)	¹¹⁰Mo	2+#
¹¹⁰Nb	41	69	109,94244(54)#	170(20) ms	β⁻, n (40%)	¹⁰⁹Mo	2+#
¹¹¹Nb	41	70	110,94565(54)#	80# ms [>300 ns]			5/2+#
¹¹²Nb	41	71	111,95083(75)#	60# ms [>300 ns]			2+#
¹¹³Nb	41	72	112,95470(86)#	30# ms [>300 ns]			5/2+#

En gras pour les isotopes avec des demi-vies plus grandes que l'âge de l'univers (presque stables).
Abréviations :
CE : capture électronique ;
TI : transition isomérique.
Isotopes stables en gras.
Radionucléide non-primordial à la plus longue durée de vie.
Théoriquement capable de fission spontanée, nucléide le plus léger en étant capable.

Remarques

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[2].

Notes et références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Isotopes of niobium » (voir la liste des auteurs).

Notes

Il existe de nombreux radioisotopes à courte durée de vie dans la nature, mais ils sont tous cosmogéniques ou radiogéniques.

Références

(en)Universal Nuclide Chart.
(en) « 2.5.7. Standard and expanded uncertainties », Engineering Statistics Handbook (consulté le 16 septembre 2010)

Sources

Masse des isotopes depuis :
- (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot et O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nucl. Phys. A, vol. 729,‎ 2003, p. 3–128 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001, Bibcode 2003NuPhA.729....3A, lire en ligne [archive du 23 septembre 2008])
Compositions isotopiques et masses atomiques standards :
- (en) J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman et P. D. P. Taylor, « Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) », Pure Appl. Chem., vol. 75, n^o 6,‎ 2003, p. 683–800 (DOI 10.1351/pac200375060683, lire en ligne)
- (en) M. E. Wieser, « Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report) », Pure Appl. Chem., vol. 78, n^o 11,‎ 2006, p. 2051–2066 (DOI 10.1351/pac200678112051, lire en ligne), résumé
Demi-vies, spins et données sur les isomères sélectionnés depuis les sources suivantes :
- (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot et O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nucl. Phys. A, vol. 729,‎ 2003, p. 3–128 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001, Bibcode 2003NuPhA.729....3A, lire en ligne [archive du 23 septembre 2008])
- (en) National Nuclear Data Center, « NuDat 2.1 database », Laboratoire national de Brookhaven (consulté en septembre 2005)
- (en) N. E. Holden, CRC Handbook of Chemistry and Physics, D. R. Lide, CRC Press, 2004, 85^e éd., 2712 p. (ISBN 978-0-8493-0485-9, lire en ligne), « Table of the Isotopes », Section 11

Tableau périodique des isotopes

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