Isotopes du protactinium

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 demi-vie inférieure à 1,6 jour et la plupart d'entre eux inférieure à 1,8 seconde. Le protactinium possède également trois isomères nucléaires, ^217mPa (t_½ 1,15 milliseconde), ^229mPa (t_½ 420 nanosecondes) et ^234mPa (t_½ 1,17 minute).

Les trois isotopes présents dans la nature sont ²³¹Pa, produit de désintégration intermédiaire de l'uranium 235, ²³⁴Pa et^234mPa, 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.

Isotopes notables

Protactinium 230

Le protactinium 230 (²³⁰Pa) 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 demi-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 230,034 541 g·mol^-1.

Protactinium 231

Le protactinium 231 (²³¹Pa) 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 protons 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
possibles isotopes-parents : ²³¹Th par désintégration β, ²³¹U par capture électronique, ²³⁵Np par désintégration α.

Il était historiquement appelé proto-actinium.

Protactinium 233

Le protactinium 233 (²³³Pa) a un noyau constitué 91 protons et de 142 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 parent 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

Symbole de l'isotope	Z (p)	N (n)	masse isotopique	Demi-vie	mode(s) de désintégration[1] - [n 1]	Isotope(s)-fils[n 2]	Spin nucléaire
Symbole de l'isotope	Énergie d'excitation			Demi-vie	mode(s) de désintégration[1] - [n 1]	Isotope(s)-fils[n 2]	Spin nucléaire
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
²¹⁶Pa	91	125	216,01911(8)	105(12) ms	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+#
^217mPa	1860(7) keV			1,08(3) ms	TI (rare)	²¹⁷Pa	29/2+#
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-
²¹⁹Pa	91	128	219,01988(6)	53(10) ns	β⁺ (5×10⁻⁹ %)	²¹⁹Th	9/2-
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
²²³Pa	91	132	223,02396(8)	5,1(6) ms	β⁺ (0,001 %)	²²³Th
²²⁴Pa	91	133	224,025626(17)	844(19) ms	α (99,9 %)	²²⁰Ac	5-#
²²⁴Pa	91	133	224,025626(17)	844(19) ms	β⁺ (0,1 %)	²²⁴Th	5-#
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
²²⁶Pa	91	135	226,027948(12)	1,8(2) min	β⁺ (26 %)	²²⁶Th
²²⁷Pa	91	136	227,028805(8)	38,3(3) min	α (85 %)	²²³Ac	(5/2-)
²²⁷Pa	91	136	227,028805(8)	38,3(3) min	CE (15 %)	²²⁷Th	(5/2-)
²²⁸Pa	91	137	228,031051(5)	22(1) h	β⁺ (98,15 %)	²²⁸Th	3+
²²⁸Pa	91	137	228,031051(5)	22(1) h	α (1,85 %)	²²⁴Ac	3+
²²⁹Pa	91	138	229,0320968(30)	1,50(5) j	CE (99,52 %)	²²⁹Th	(5/2+)
²²⁹Pa	91	138	229,0320968(30)	1,50(5) j	α (0,48 %)	²²⁵Ac	(5/2+)
^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[n 3]	91	140	231,0358840(24)	3,276(11)×10⁴ a	α	²²⁷Ac	3/2-
					DC (1,34×10⁻⁹ %)	²⁰⁷Tl ²⁴Ne
					FS (3×10⁻¹⁰ %)	(divers)
					DC (10⁻¹² %)	²⁰⁸Pb ²³F
²³²Pa	91	141	232,038592(8)	1,31(2) j	β⁻	²³²U	(2-)
²³²Pa	91	141	232,038592(8)	1,31(2) j	CE(0,003 %)	²³²Th	(2-)
²³³Pa	91	142	233,0402473(23)	26,975(13) j	β⁻	²³³U	3/2-
²³⁴Pa[n 4]	91	143	234,043308(5)	6,70(5) h	β⁻	²³⁴U	4+
²³⁴Pa[n 4]	91	143	234,043308(5)	6,70(5) h	FS (3×10⁻¹⁰ %)	(divers)	4+
^234mPa[n 4]	78(3) keV			1,17(3) min	β⁻ (99,83 %)	²³⁴U	(0-)
					TI (0,16 %)	²³⁴Pa
					FS (10⁻¹⁰ %)	(divers)
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(-)
²³⁶Pa	91	145	236,04868(21)	9,1(1) min	β⁻, FS (6×10⁻⁸ %)	(divers)	1(-)
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-)#
²³⁸Pa	91	147	238,05450(6)	2,27(9) min	β⁻, FS (2,6×10⁻⁶ %)	(divers)	(3-)#
²³⁹Pa	91	148	239,05726(21)#	1,8(5) h	β⁻	²³⁹U	(3/2)(-#)
²⁴⁰Pa	91	149	240,06098(32)#	2# min	β⁻	²⁴⁰U

Abréviations :
DC : désintégration par émission de cluster ;
CE : capture électronique ;
TI : transition isomérique ;
FS : fission spontanée.
Isotopes stables en gras.
Produit de désintégration intermédiaire de l'uranium 235.
Produit de désintégration intermédiaire de l'uranium 238.

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.

Notes et références

(en)Universal Nuclide Chart

Masse des isotopes depuis :
- (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nuclear Physics 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 and P. D. P. Taylor, « Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) », Pure and Applied Chemistry, 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 and Applied Chemistry, vol. 78, n^o 11,‎ 2006, p. 2051–2066 (DOI 10.1351/pac200678112051, résumé, lire en ligne)
Demi-vies, spins et données sur les isomères sélectionnés depuis les sources suivantes :
- (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nuclear Physics 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 », Brookhaven National Laboratory (consulté en septembre 2005)
- (en) N. E. Holden et D. R. Lide (dir.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 2004, 85^e éd., 2712 p. (ISBN 978-0-8493-0485-9, lire en ligne), « Table of the Isotopes », Section 11

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Tableau périodique des isotopes

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