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Radioisotope primordial

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Parmi les 288 nucléides primordiaux, 36 sont connus comme radioactifs.

Seuls 11 ont une demi-vie inférieure à 10 fois l'âge de l'univers. Parmi ceux-ci :

  • Deux n'ont pas encore été détectés avec certitude dans le milieu naturel : le plutonium 244 et le samarium 146.
  • Trois ont une chaîne de désintégration : il s'agit des radioisotopes lourds 232Th (demi-vie de 14 milliards d'années), 238U (demi-vie de 4,5 milliards d'années, environ trois fois moins abondant que le thorium), et 235U (demi-vie de 700 millions d'années, abondance de l'ordre de 0,7 % de l'uranium).
  • Plusieurs sont utilisés dans des méthodes de datation : le 40K est par exemple utilisé dans le cadre de la datation par le potassium-argon.

Les 36 radionucléides primordiaux sont listés par ordre de stabilité, du plus stable au moins stable. L'isotope instable avec la plus longue demi-vie connue (2,4×1024 années) est le tellure 128. Seuls six de ces 36 nucléides ont une demi-vie inférieure ou égale à l'âge de l'univers. Les 30 restant ont des demi-vies bien plus longues. La plupart des radioisotopes primordiaux à très longue demi-vie (notamment ceux de période radioactive supérieure à celle du bismuth 209, 1,9×1019 ans) se désintègrent suivant le mode 2νββ, et sont découverts radioactifs par des méthodes géochimiques, en analysant les compositions isotopiques des roches et leurs anomalies. On peut de la même manière étudier des radioactivités éteintes, et la précision des données expérimentales (telle que la détermination de la demi-vie) dépend partiellement de la précision des mesures des rapports isotopiques.

Liste des radioisotopes primordiaux

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nucléide demi-vie ratio de la demi-vie sur l'âge de l'univers Activité massique Commentaires
en s en années
128Te 7,6×1031 2,4×1024 1,7×1014 1 désintégration par 674 ans par g de 128Te[1] Découvert radioactif en 1991 c'est le moins radioactif des radioisotopes primordiaux. Sa demi-vie a été réévaluée en 2008[2].
124Xe 5,7×1029 1,8×1022 1,3×1012 Découvert radioactif en 2019, par double capture électronique[3].
78Kr 2,9×1029 9,2×1021 6,8×1011 Radioactivité décrite en 2013[4]
136Xe 6,82×1028 2,16×1021 1,6×1011 Découvert radioactif en 2011[5], sa demi-vie a été réévaluée en 2014[6]
76Ge 4,7×1028 1,5×1021 1,1×1011 Découvert radioactif en 1990.
130Te 2,2×1028 7,0×1020 5,1×1010 Découvert radioactif en 1991, sa demi-vie[7] est encore discutée (entre 6,8[8] et 9[2] ×1020 années)
130Ba 1,9×1028 6,0×1020 4,3×1010 Découvert radioactif en 2001[9], sa demi-vie a été réévaluée en 2009[10].
82Se 2,9×1027 9,2×1019 6,7×109 Découvert radioactif en 1986.
48Ca 1,4×1027 4,4×1019 3,2×109 Découvert radioactif en 1996.
116Cd 8,8×1026 2,8×1019 2,0×109 Découvert radioactif en 1995.
96Zr 7,3×1026 2,3×1019 1,7×109 Découvert radioactif en 1993.
209Bi 6,0×1026 1,9×1019 1,4×109 ~3 mBq/kg Découvert radioactif en 2003[11], c'est l'isotope le moins radioactif connu par désintégration α.
150Nd 2,6×1026 8,2×1018 5,9×108 Découvert radioactif en 1995.
100Mo 2,4×1026 7,6×1018 5,5×108 Découvert radioactif en 1991.
151Eu 1,5×1026 4,6×1018 3,3×108 Découvert radioactif (par désintégration α) en 2007[12], sa demi-vie a été révisée en 2014[13].
180W 3,5×1025 1,1×1018 8,0×107 Découvert radioactif (α) en 2002[14]. L'isotope induit une radioactivité de l'ordre de 2 désintégrations par an dans 1 g de tungstène naturel[15].
50V 4,4×1024 1,4×1017 1,0×107 1,9 Bq/kg L'eau de mer est en moyenne plus radioactive : 12 Bq/kg (en 40K)
113Cd 2,5×1023 8,0×1015 5,8×105 Demi-vie mesurée en 2009[16].
148Sm 2,0×1023 6,4×1015 4,6×105 La demi-vie (par désintégration α) a été évaluée dès 1967[17], mais revue à la hausse depuis[18].
144Nd 7,2×1022 2,3×1015 1,7×105 40 Bq/kg
186Os 6,3×1022 2×1015 1,4×105 La demi-vie (par désintégration α) a été déterminée en 1975[19].
174Hf 6,3×1022 2×1015 1,4×105 Même demi-vie[20] que l'osmium 186, aux incertitudes près.
115In 1,4×1022 4,4×1014 3,2×104 Il se désintègre par voie β−[21].
152Gd 3,5×1021 1,1×1014 8,0×103 Se désintègre par voie α[21].
190Pt 1,2×1019 3,9×1011 28 La valeur de la demi-vie est encore discutée (entre 320 et 650 milliards d'années suivant les sources)[22].
147Sm 3,41×1018 1,08×1011 7,8 834 Bq/g C'est le principal responsable de la radioactivité du samarium naturel, de 128 Bq/g
138La 3,27×1018 1,04×1011 7,5 925 Bq/g
87Rb 1,56×1018 4,93×1010 3,6 3082 Bq/g Utilisé dans la datation par le rubidium-strontium
187Re 1,36×1018 4,30×1010 3,1 1645 Bq/g Utilisé dans la datation par le rhénium-osmium
176Lu 1,20×1018 3,79×1010 2,7 1983 Bq/g
232Th 4,42×1017 1,40×1010 1,0 4067 Bq/g Utilisé dans la datation par l'uranium-thorium
238U 1,41×1017 4,47×109 0,32 12,44 kBq/g Utilisé dans la datation par l'uranium-plomb.
40K 3,95×1016 1,25×109 9,1×10-2 264,5 kBq/g Utilisé dans la datation par le potassium-argon
235U 2,22×1016 7,04×108 5,1×10-2 79,95 kBq/g Utilisé dans la datation par l'uranium-plomb
146Sm (?) 3,3×1015 1,03×108 7,5×10-3 La demi-vie est discutée[23], la valeur couramment admise[24] étant possiblement surévaluée.
244Pu (?) 2,56×1015 8,11×107 5,9×10-3 668 kBq/g C'est aussi l'ancêtre radioactif du 232Th, qui est donc isotope à la fois primordial et radiogénique

Notes :

  • Les conversions s ↔ années (lorsque non présentes dans les sources) se font sur la base de 1 an = 31556926 secondes, l'âge de l'univers est pris égal à 13,8×109 ans.
  • Source pour les valeurs de demi-vie (en années) et date de découverte du caractère radioactif de 48Ca, 76Ge, 82Se, 96Zr, 100Mo, 116Cd, et 150Nd : A. S. Barabash, « Precise half-life values for two-neutrino double- β decay », Physical Review C, vol. 81, no 3,‎ (DOI 10.1103/physrevc.81.035501, lire en ligne)
  • Source pour les valeurs de demi-vie et l'activité massique de 40K, 50V, 87Rb, 138La, 144Nd, 147Sm, 176Lu, 187Re, 232Th, 235U, 238U et 244Pu : « NUCLÉIDE-LARA on the web (2016) », sur www.nucleide.org (consulté le )

Notes et références

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  1. ↑ John Walker, « Barely Radioactive Elements », sur www.fourmilab.ch (consulté le )
  2. ↑ a et b A. P. Meshik, C. M. Hohenberg, O. V. Pravdivtseva et T. J. Bernatowicz, « 130Te and 128Te double beta decay half-lives », Nuclear Physics A, vol. 809, no 3,‎ , p. 275–289 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2008.06.010, lire en ligne, consulté le )
  3. ↑ (en) E. Aprile, J. Aalbers, F. Agostini et M. Alfonsi, « Observation of two-neutrino double electron capture in 124 Xe with XENON1T », Nature, vol. 568, no 7753,‎ , p. 532–535 (ISSN 1476-4687, DOI 10.1038/s41586-019-1124-4, lire en ligne, consulté le )
  4. ↑ Yu. M. Gavrilyuk, A. M. Gangapshev, V. V. Kazalov et V. V. Kuzminov, « Indications of 2ν2K capture in 78Kr », Physical Review C, vol. 87, no 3,‎ , p. 035501 (DOI 10.1103/PhysRevC.87.035501, lire en ligne, consulté le )
  5. ↑ EXO Collaboration, N. Ackerman, B. Aharmim et M. Auger, « Observation of Two-Neutrino Double-Beta Decay in 136Xe with the EXO-200 Detector », Physical Review Letters, vol. 107, no 21,‎ , p. 212501 (DOI 10.1103/PhysRevLett.107.212501, lire en ligne, consulté le )
  6. ↑ J. B. Albert, M. Auger, D. J. Auty et P. S. Barbeau, « An improved measurement of the 2νββ half-life of Xe-136 with EXO-200 », Physical Review C, vol. 89, no 1,‎ (ISSN 0556-2813 et 1089-490X, DOI 10.1103/PhysRevC.89.015502, lire en ligne, consulté le )
  7. ↑ R. Arnold, C. Augier, J. Baker et A. S. Barabash, « Measurement of the Double Beta Decay Half-life of 130Te with the NEMO-3 Detector », Physical Review Letters, vol. 107, no 6,‎ (ISSN 0031-9007 et 1079-7114, DOI 10.1103/PhysRevLett.107.062504, lire en ligne, consulté le )
  8. ↑ A. S. Barabash, « Precise half-life values for two-neutrino double-β decay », Physical Review C, vol. 81, no 3,‎ , p. 035501 (DOI 10.1103/PhysRevC.81.035501, lire en ligne, consulté le )
  9. ↑ A. P. Meshik, C. M. Hohenberg, O. V. Pravdivtseva et Ya. S. Kapusta, « Weak decay of 130Ba and 132Ba: Geochemical measurements », Physical Review C, vol. 64, no 3,‎ , p. 035205 (DOI 10.1103/PhysRevC.64.035205, lire en ligne, consulté le )
  10. ↑ « Xenon in Archean barite: Weak decay of Ba-130, mass-dependent isotopic fractionation and implication for barite formation | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS », sur www.ipgp.fr (consulté le )
  11. ↑ « Découverte de la radioactivité naturelle du bismuth », sur INSU (consulté le )
  12. ↑ P. Belli, R. Bernabei, F. Cappella et R. Cerulli, « Search for α decay of natural Europium », Nuclear Physics A, vol. 789, no 1,‎ , p. 15–29 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2007.03.001, lire en ligne, consulté le )
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  16. ↑ J. V. Dawson, C. Reeve, J. R. Wilson et K. Zuber, « An Investigation into the 113-Cd Beta Decay Spectrum using a CdZnTe Array », Nuclear Physics A, vol. 818, nos 3-4,‎ , p. 264–278 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2008.12.010, lire en ligne, consulté le )
  17. ↑ (en-US) Gupta, Moolchand, « A: Alpha-Activity of Natural Samarium B: A Search for Neutronic Nuclei », (thèse),‎ (lire en ligne, consulté le )
  18. ↑ (en) N. Casali, A. Dubovik, S. Nagorny et S. Nisi, « Cryogenic Detectors for Rare Alpha Decay Search: A New Approach », Journal of Low Temperature Physics, vol. 184, nos 3-4,‎ , p. 952–957 (ISSN 0022-2291 et 1573-7357, DOI 10.1007/s10909-016-1507-y, lire en ligne, consulté le )
  19. ↑ V. E. Viola, C. T. Roche et M. M. Minor, « Alpha decay of natural 186Os », Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, vol. 37, no 1,‎ , p. 11–13 (DOI 10.1016/0022-1902(75)80115-1, lire en ligne, consulté le )
  20. ↑ (en) Michael F. L'Annunziata, Handbook of Radioactivity Analysis, Amsterdam, Academic Press, (ISBN 978-0-12-384873-4, lire en ligne)
  21. ↑ a et b (en) Kenton J. Moody, Patrick M. Grant et Ian D. Hutcheon, Nuclear Forensic Analysis, Second Edition, CRC Press, , 524 p. (ISBN 978-1-4398-8061-6, lire en ligne)
  22. ↑ O. A. P. Tavares, M. L. Terranova et E. L. Medeiros, « New evaluation of alpha decay half-life of 190Pt isotope for the Pt–Os dating system », Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, vol. 243, no 1,‎ , p. 256–260 (DOI 10.1016/j.nimb.2005.08.122, lire en ligne, consulté le )
  23. ↑ (en) N. Kinoshita, M. Paul, Y. Kashiv et P. Collon, « A Shorter 146Sm Half-Life Measured and Implications for 146Sm-142Nd Chronology in the Solar System », Science, vol. 335, no 6076,‎ , p. 1614–1617 (ISSN 0036-8075 et 1095-9203, PMID 22461609, DOI 10.1126/science.1215510, lire en ligne, consulté le )
  24. ↑ E. May et M. Thoennessen, « Discovery of Samarium, Europium, Gadolinium, and Terbium Isotopes », Atomic Data and Nuclear Data Tables, vol. 99, no 1,‎ , p. 1–21 (DOI 10.1016/j.adt.2012.01.007, lire en ligne, consulté le )
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