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 présent 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 demie-vie inférieure à 1,6 jours et la plupart d'entre eux inférieure à 1,8 secondes. Le protactinium possède également trois isomères nucléaires, ^217mPa (t_½ 1,15 millisecondes), ^229mPa (t_½ 420 nanosecondes) et ^234mPa (t_½ 1,17 minutes).

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.

Protactinium 230

Le protactinium 230 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 demie-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 230,034541 g·mol^-1.

Protactinium 231

Le protactinium 231 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 portons et de 140 neutrons. Il est présent dans la nature sous forme de trace, 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 produit lors du cycle du thorium, résultant des réactions (n,2n) où un neutron rapide retire un neutron au ²³²Th ou à l'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, capture électronique, ²³⁵Np par désintégration α.

Protactinium 233

Le protactinium 233 a un noyau constitué 91 protons et de 141 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 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	Nom historique	Z (p)	N (n)	masse isotopique	demi-vie	mode(s) de désintégration[1],[n 1]	isotope(s)-fils[n 2]	spin nucléaire	composition isotopique représentative (fraction molaire)	gamme de variations naturelles (fraction molaire)
		énergie d'excitation
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
						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+#
						TI (rare)	217Pa
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-
						β+ (5×10−9%)	219Th
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
						β+ (0,001%)	223Th
224Pa		91	133	224,025626(17)	844(19) ms	α (99,9%)	220Ac	5-#
						β+ (0,1%)	224Th
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
						β+ (26%)	226Th
227Pa		91	136	227,028805(8)	38,3(3) min	α (85%)	223Ac	(5/2-)
						CE (15%)	227Th
228Pa		91	137	228,031051(5)	22(1) h	β+ (98,15%)	228Th	3+
						α (1,85%)	224Ac
229Pa		91	138	229,0320968(30)	1,50(5) j	CE (99,52%)	229Th	(5/2+)
						α (0,48%)	225Ac
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	Protoactinium	91	140	231,0358840(24)	3,276(11)×104 a	α	227Ac	3/2-	1,0000[n 3]
						DC (1,34×10−9%)	207Tl 24Ne
						FS (3×10−10%)	(various)
						DC (10−12%)	208Pb 23F
232Pa		91	141	232,038592(8)	1,31(2) j	β-	232U	(2-)
						CE(0,003%)	232Th
233Pa		91	142	233,0402473(23)	26,975(13) j	β-	233U	3/2-
234Pa	Uranium Z	91	143	234,043308(5)	6,70(5) h	β-	234U	4+	Trace[n 4]
						FS (3×10−10%)	(various)
234mPa	Uranium X2 Brevium	78(3) keV			1,17(3) min	β- (99,83%)	234U	(0-)	Trace[n 4]
						IT(0,16%)	234Pa
						FS (10−10%)	(various)
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(-)
						β-, FS (6×10−8%)	(various)
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-)#
						β-, FS (2,6×10−6%)	(various)
239Pa		91	148	239,05726(21)#	1,8(5) h	β-	239U	(3/2)(-#)
240Pa		91	149	240,06098(32)#	2# min	β-	240U

1. ↑ Abréviations :
   DC : Désintégration par émission de cluster
   CE : capture électronique
   TI : transition isomérique
   FS : Fission spontanée
2. ↑ Isotopes stables en gras
3. ↑ Produit de désintégration intermédiaire de l'uranium 235
4. ↑ ^{a et b} 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 donnée de façon concise entre parenthèse 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 incertitudes élargies.

Notes et références

1. ↑ http://www.nucleonica.net/unc.aspx

• Masse des isotopes depuis :
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », dans Nuclear Physics A, vol. 729, 2003, p. 3–128 [texte intégral, lien DOI] 
• Compositions isotopiques et masses atomiques standards :
  • 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) », dans Pure and Applied Chemistry, vol. 75, n^o 6, 2003, p. 683–800 [texte intégral, lien DOI] 
  • M. E. Wieser, « Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report) », dans Pure and Applied Chemistry, vol. 78, n^o 11, 2006, p. 2051–2066 [texte intégral, lien DOI] 
• Demi-vies, spins et données sur les isomères sélectionnés depuis les source suivantes :
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », dans Nuclear Physics A, vol. 729, 2003, p. 3–128 [texte intégral, lien DOI] 
  • National Nuclear Data Center, « NuDat 2.1 database », Brookhaven National Laboratory. Consulté le September 2005
  • (en) N. E. Holden, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 2004 (ISBN 978-0849304859), « Table of the Isotopes », p. Section 11 

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

Voir aussi

• Index des pages d'isotopes