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Thorium 229m

Le thorium 229m, noté 229mTh, est un isomère nucléaire de l'isotope du thorium dont le nombre de masse est égal à 229 : son noyau atomique compte 90 protons et 139 neutrons avec un spin 3/2+ pour une masse atomique de 229,031 76 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de 29 586,5 ± 2,8 keV et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de 7 634,65 ± 0,12 keV[3]. Il provient de la désintégration α de l'uranium 233.

Thorium 229m

table

Général
Nom Thorium 229m
Symbole 229m
90Th
139
Neutrons 139
Protons 90
Données physiques
Demi-vie Non mesurée[1], < 1 s[2]
Masse atomique 229,0317624(30) u
Spin 3/2+
Excès d'énergie 29 586,5 ± 2,8 keV[3]
Énergie de liaison par nucléon 7 634,65 ± 0,12 keV[3]
Production radiogénique
Isotope parent Désintégration Demi-vie
233
92U 		α 1,591 9 × 105 a

Le thorium 229m est peut-être l'isomère connu ayant la plus faible énergie d'excitation, à peine quelques électronvolts : cette énergie est si faible qu'elle est difficilement mesurable, l'estimation la plus récente la situant vers 8,12 ± 0,11 eV[4] à la suite d'une série de mesures publiées au tournant des années 2020[5] - [6] - [7]. Cette valeur était estimée de l'ordre de 7,6 ± 0,5 eV[8] dans les années 2000, tandis qu'un consensus plus ancien situait cette énergie autour de 3,5 ± 1,0 eV[9] dans les années 1990.

Ces niveaux d'énergie correspondent à des photons dans l'ultraviolet, et s'il était possible d'exciter l'isotope 229Th avec un laser ultraviolet de longueur d'onde adéquate, cela pourrait en faire des batteries à haute densité d'énergie[10], des horloges nucléaires de précision[11], voire des qubits pour calculateurs quantiques[12].

Le thorium 229 résultant de la transition isomérique du thorium 229m connaît une désintégration α en radium 225 en libérant une énergie de désintégration de 5,168 MeV avec une période de 7 880 ans.

Notes et références
  1. (en) Molly A. Wakeling, « Charge States of 229mTh: Path to Finding the Half-Life » [PDF], sur https://www.nuclock.eu/, Université d'État de Wayne, College of Arts and Sciences Department of Physics and Astronomy, (consulté le ).
  2. (en) G. Audi (欧乔治), F. G. Kondev, Meng Wang (王猛), W. J. Huang (黄文嘉) et S. Naimi, « The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties », Chinese Physics C: English Edition (中国物理C：英文版), vol. 41, no 3,‎ , article no 030001 (DOI 10.1088/1674-1137/41/3/030001, Bibcode 2017ChPhC..41c0001A, lire en ligne)
  3. (en) « Thorium Isotopic Data », sur https://www.radiochemistry.org/, (consulté le ).
  4. (en) Lars von der Wense, « Ticking Toward a Nuclear Clock », sur https://physics.aps.org/, Société américaine de physique, (consulté le ).
  5. (en) Benedict Seiferle, Lars von der Wense, Pavlo V. Bilous, Ines Amersdorffer, Christoph Lemell, Florian Libisch, Simon Stellmer, Thorsten Schumm, Christoph E. Düllmann, Adriana Pálffy et Peter G. Thirolf, « Energy of the 229Th nuclear clock transition », Nature, vol. 573, no 7773,‎ , p. 243-246 (PMID 31511684, DOI 10.1038/s41586-019-1533-4, Bibcode 2019Natur.573..243S, arXiv 1905.06308, S2CID 155090121, lire en ligne)
  6. (en) Takahiko Masuda, Akihiro Yoshimi (...) et Koji Yoshimura, « X-ray pumping of the 229Th nuclear clock isomer », Nature, vol. 573, no 7773,‎ , p. 238-242 (PMID 31511686, DOI 10.1038/s41586-019-1542-3, Bibcode 2019Natur.573..238M, arXiv 1902.04823, S2CID 119083861, lire en ligne)
  7. (en) Tomas Sikorsky, Jeschua Geist, Daniel Hengstler, Sebastian Kempf, Loredana Gastaldo, Christian Enss, Christoph Mokry, Jörg Runke, Christoph E. Düllmann, Peter Wobrauschek, Kjeld Beeks, Veronika Rosecker, Johannes H. Sterba, Georgy Kazakov, Thorsten Schumm et Andreas Fleischmann, « Measurement of the 229Th Isomer Energy with a Magnetic Microcalorimeter », Physical Review Letters, vol. 125, no 14,‎ , article no 142503 (PMID 33064540, DOI 10.1103/PhysRevLett.125.142503, Bibcode 2020PhRvL.125n2503S, arXiv 2005.13340, S2CID 218900580, lire en ligne)
  8. (en) B. R. Beck, J. A. Becker, P. Beiersdorfer, G. V. Brown, K. J. Moody, J. B. Wilhelmy, F. S. Porter, C. A. Kilbourne et R. L. Kelley, « Energy Splitting of the Ground-State Doublet in the Nucleus 229Th », Physical Review Letters, vol. 98, no 14,‎ , article no 142501 (PMID 17501268, DOI 10.1103/PhysRevLett.98.142501, Bibcode 2007PhRvL..98n2501B, lire en ligne)
  9. (en) R. G. Helmer et C. W. Reich, « An excited state of 229Th at 3.5 eV », Physical Review C, vol. 49, no 4,‎ , p. 1845-1858 (PMID 9969412, DOI 10.1103/PhysRevC.49.1845, Bibcode 1994PhRvC..49.1845H, lire en ligne)
  10. (en) C. H. Poppe, M. S. Weiss et J. D. Anderson « Nuclear isomers as ultra-high-energy-density materials » (Bibcode 1992hedm.conf...12P, consulté le )
    —Air Force Meeting on High Energy Density Materials (Lancaster, CA, )
  11. (en) E. Peik et Chr. Tamm, « Nuclear laser spectroscopy of the 3.5 eV transition in Th-229 », EPL (Europhysics Letters), vol. 61, no 2,‎ , p. 181-186 (DOI 10.1209/epl/i2003-00210-x, Bibcode 2003EL.....61..181P, lire en ligne)
  12. (en) S. Raeder, V. Sonnenschein, T. Gottwald, I. D. Moore, M. Reponen, S. Rothe, N. Trautmann et K. Wendt, « Resonance ionization spectroscopy of thorium isotopes–towards a laser spectroscopic identification of the low-lying 7.6 eV isomer of 229Th », Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, vol. 44, no 16,‎ , article no 165005 (DOI 10.1088/0953-4075/44/16/165005, Bibcode 2011JPhB...44p5005R, arXiv 1105.4646, S2CID 118379032, lire en ligne)

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Tableau périodique des isotopes


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