Isotopes du tantale

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 180,947 88(2) u[1].

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 (β⁺) 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

Tantale naturel

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

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). Une désintégration gamma ou bêta requerrait donc beaucoup d'unité de moment angulaire pour être effectuée en une étape, rendant le processus extrêmement lent[2].

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

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 de 114,43 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[3].

Table des isotopes

Symbole de l'isotope	Z (p)	N (n)	Masse isotopique (u)	Demi-vie[n 1]	Mode(s) de désintégration[4] - [n 2]	Isotope(s)-fils[n 3]	Spin nucléaire
Symbole de l'isotope	Énergie d'excitation			Demi-vie[n 1]	Mode(s) de désintégration[4] - [n 2]	Isotope(s)-fils[n 3]	Spin nucléaire
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−)
¹⁵⁶Ta	73	83	155,97230(43)#	144(24) ms	p (4,2 %)	¹⁵⁵Hf	(2−)
^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+
¹⁵⁷Ta	73	84	156,96819(22)	10,1(4) ms	β⁺ (9 %)	¹⁵⁷Hf	1/2+
^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−)
¹⁵⁸Ta	73	85	157,96670(22)#	49(8) ms	β⁺ (4 %)	¹⁵⁸Hf	(2−)
^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+)
¹⁵⁹Ta	73	86	158,963018(22)	1,04(9) s	α (34 %)	¹⁵⁵Lu	(1/2+)
^159mTa	64(5) keV			514(9) ms	α (56 %)	¹⁵⁵Lu	(11/2−)
^159mTa	64(5) keV			514(9) ms	β⁺ (44 %)	¹⁵⁹Hf	(11/2−)
¹⁶⁰Ta	73	87	159,96149(10)	1,70(20) s	α	¹⁵⁶Lu	(2#)−
¹⁶⁰Ta	73	87	159,96149(10)	1,70(20) s	β⁺	¹⁶⁰Hf	(2#)−
^160mTa	310(90)# keV			1,55(4) s	β⁺ (66 %)	¹⁶⁰Hf	(9)+
^160mTa	310(90)# keV			1,55(4) s	α (34 %)	¹⁵⁶Lu	(9)+
¹⁶¹Ta	73	88	160,95842(6)#	3# s	β⁺ (95 %)	¹⁶¹Hf	1/2+#
¹⁶¹Ta	73	88	160,95842(6)#	3# s	α (5 %)	¹⁵⁷Lu	1/2+#
^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+#
¹⁶²Ta	73	89	161,95729(6)	3,57(12) s	α (0,073 %)	¹⁵⁸Lu	3+#
¹⁶³Ta	73	90	162,95433(4)	10,6(18) s	β⁺ (99,8 %)	¹⁶³Hf	1/2+#
¹⁶³Ta	73	90	162,95433(4)	10,6(18) s	α (0,2 %)	¹⁵⁹Lu	1/2+#
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+
¹⁸⁰Ta	73	107	179,9474648(24)	8,152(6) h	β⁻ (14 %)	¹⁸⁰W	1+
^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

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.
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.
Soupçonné de pouvoir se désintégrer par émission α en ¹⁷⁷Lu.

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.

Références

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Quantum mechanics for engineers Leon van Dommelen, Florida State University
D. T. Win, M. Al Masum, « Weapons of Mass Destruction », Assumption University Journal of Technology, vol. 6, n^o 4,‎ 2003, p. 199–219 (lire en ligne)
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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 :
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- (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-vie, spin 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

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

Tableau périodique des isotopes

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