Nucléide primordial

Nucléide primordial
Abondance relative des éléments chimiques dans l’écorce terrestre supérieure, selon une classification par atome.

En géochimie et en physique géonuclaire, un nucléide primordial, ou isotope primordial, est un nucléide trouvé sur Terre et qui existait sous sa forme actuelle avant que la Terre ait été formée, selon la théorie de l'évolution des étoiles. Seulement 288 de ces nucléides sont connus. Parmi eux, 255 sont des nucléides stables, les 33 autres ayant une demi-vie suffisamment longue avoir survécu à la formation de la Terre.

En raison de l'âge de la Terre, estimé à 4,58 milliards d'années, la demi-vie des nucléides radioactifs doit être supérieure à 50 millions d'années pour qu'ils soient encore disponibles en quantité observable. Par exemple, pour un nucléide de demi-vie de 60 millions d'années, 77 demi-vies se sont écoulées depuis la formation de la Terre, c'est-à-dire que pour chaque mole (environ 6,02×10²³ atomes) de ce nucléide présente à cette date, il ne reste que 6 atomes aujourd'hui.

Les isotopes aux périodes de demi-vies les plus courtes dans la liste des 33 Radionucléides primordiaux sont :

..., Thorium 232, Uranium 238, Potassium 40, Uranium 235, Samarium 146 et Plutonium 244.

Ce sont les 6 nucléides qui ont des demi-vies comparables à, ou inférieures à, l'age estimé de l'univers. Pour une liste complète des 33 radionucléides primordiaux, incluant les 27 suivants, qui ont une demi-vie, bien plus longue que l'âge de l'univers, consultez la liste dans la section ci-dessous. :

Le nucléide qui suit ceux qui ont une vie plus longue que celle de celui donné à la fin de la table[pas clair] est le niobium-92 avec une demi-vie de 3,47e7 année (Voir liste des nucléides pour la liste de tous les nucléides de demi-vie supérieure à 60 minutes). Pour être considéré comme primordial, le Niobium-92 devrait avoir survécu à au moins 132 demi-vies depuis la formation de la Terre, ce qui signifierait que sa concentration initiale aurait diminué d'un facteur d'au moins 1040. À ce jour, il n'a pas été détecté. Il a été montré que la demi-vie du nucléide suivant, le Plutonium-244, d'une demi-vie de 8,08e7 est primordial, bien que sa concentration dans un petit nombre de minerais soit d'à peine la 1018 ième partie de la masse totale du minerai[1],[2]. En prenant en compte le fait que tous ces nucléides doivent exister depuis au moins 4.6 milliards d'années, c'est-à-dire, avoir survécu à 57 demi-vies, leurs nombre initial est maintenant réduit par un facteur de 257, c'est-à-dire plus de 1017[3].

Bien qu'il soit estimé que 33 nucléides primordiaux soient radioactifs, il est devenu extrêmement difficile de déterminer leurs nombres exact, car le nombre total de nucléides stables est incertain. Il existe de nombreux isotopes à la période de demi-vie extrêmement longue que nous ne connaissons toujours pas. Par exemple, il est établi théoriquement que tous les isotopes du Tungstène, y compris ceux indiqué comme stable par les méthodes empiriques modernes, doivent être radioactifs et doivent se désintégrer en émettant un rayonnement α, mais, en 2009, cela n'a pu être mesuré expérimentalement que pour le Tungstène-180[4]. Néanmoins, les nucléides dont la durée de demi-vie est si longue qu'ils n'ont pas pu être mesurés avec les instruments actuels sont considérés de ce point de vue comme des nucléides stables. Cependant, même si ces nucléides « stables » étaient identifiés comme radioactifs, le fait qu'ils passent de la liste stables à la liste instables des nucléides primordiaux ne changerait pas le nombre total de nucléides primordiaux identifiés.

Sommaire

Occurrence naturelle de nucléides non-primordiaux

Quelques isotopes instables qui apparaissent naturellement (tels le Carbone 14, le Tritium et le Plutonium 239) ne sont pas primordiaux, puisqu'ils doivent être constamment régénérés. Cela se produit par rayonnement cosmique (dans le cas du Carbone 14 et du tritium par exemple), ou (rarement) par une processus de transmutation géonucléaire (capture de neutrons de l'uranium dans le cas du Plutonium 239). D'autres exemples communs de nucléides naturels mais non-primordiaux sont le radon, le polonium et le radium, qui sont tous des nucléides Radiogéniques, issus de la désintégration de l'uranium et que l'on trouve dans les minerais d'uranium. Une série Radiogénique similaire est dérivée du nucléide primordial de longue demi-vie thorium-232. Tous ces nucléides ont des demi-vies bien plus courtes que celles du nucléide radioactif primordial dont ils sont issus.

Il existe ainsi naturellement sur terre 51 nucléides radioactifs non-primordiaux (sur le total d'un peu moins de 340 nucléides que l'on trouve naturellement sur terre).

Occurrence naturelle des nucléides stables

Comme indiqué, ces nucléides sont au nombre de 255. Pour une liste, voir l'article Liste des isotopes stables. Pour une liste complète de ces nucléides notant[Quoi ?] "stable" les 255 nucléides qui pourraient être théoriquement instables, voir liste de nucléides. Ces questions n'ont pas d'impact sur le caractère primordial, ou pas, des nucléides, puisque tous les nucléides "quasi-stables", avec une demi-vie supérieure à l'âge de l'univers, sont aussi primordiaux.

Liste des 33 radionucléides primordiaux et leurs demi-vies mesurées

Les 33 radionucléides primordiaux sont listés par ordre de stabilité, du plus stable au moins stable. Les demi-vies sont indiquées en secondes, et doivent être divisées par 3.1556926 x 107 pour obtenir la demi-vie en année. La plus longue a une demi-vie de 2.2 × 1024 années (160 millions de millions de fois l'âge de l'univers, qui est d'environ 4.32 x 1017 secondes). Seuls six de ces 33 nucléides ont une demi-vie inférieure ou égale à l'âge de l'univers. Les 27 restant ont des demi-vies bien plus longues. La plus courte demi-vie d'un isotope primordial détecté à ce jour est de seulement 80 million d'années, moins de 2% de l'âge du système solaire et de la terre.

no nucléide énergie demi-vie (seconds) mode de désintégration énergie de désintégration (MeV) ratio de la demi-vie sur l'age de l'univers
256 128Te 8,743261 6,9×1031 2 2,530 160 million million
257 76Ge 9,034656 5,62×1028 2 2,039 130,000 million
258 82Se 9,017596 3,408×1027 2 2,995 8,000 million
259 116Cd 8,836146 9,783×1026 2 2,809 2,000 million
260 48Ca 8,992452 7,258×1026 2 β 4,274 ; 0,0058 2,000 million
261 96Zr 8,961359 6,3×1026 2 β 3,4 1,000 million
262 209Bi 8,158689 5,996×1026 α 3,137 1,000 million
263 130Te 8,766578 2,777×1026 2 0,868 600 million
264 150Nd 8,562594 2,493×1026 2 3,367 600 million
265 100Mo 8,933167 2,461×1026 2 3,035 600 million
266 151Eu 8,565759 1,578×1026 α 1,9644 300 million
267 180W 8,347127 5,680×1025 α 2,509 100 million
268 50V 9,055759 4,418×1024 β+ β 2,205 ; 1,038 10 million
269 113Cd 8,859372 2,430×1023 β 0,321 600,000
270 148Sm 8,607423 2,209×1023 α 1,986 500,000
271 144Nd 8,652947 7,227×1022 α 1.905 200,000
272 186Os 8.302508 6,312×1022 α 2,823 100,000
273 174Hf 8,392287 6,312×1022 α 2,497 100,000
274 115In 8,849910 1,392×1022 β 0,499 30,000
275 152Gd 8,562868 3,408×1021 α 2,203 8,000
276 130Ba 8,742574 2,2×1021 KK 2,620 5,000
277 190Pt 8,267764 2,051×1019 α 3,252 60
278 147Sm 8,610593 3,345×1018 α 2,310 8
279 138La 8,698320 3,219×1018 K β 1,737 ; 1.044 7
280 87Rb 9,043718 1,568×1018 β 0,283 4
281 187Re 8,291732 1,300×1018 β α 0,0026 ; 1,653 3
282 176Lu 8,374665 1,187×1018 β 1,193 3
283 232Th 7,918533 4,434×1017 α SF 4,083 1
284 238U 7,872551 1,410×1017 α SF 4,270 0.3
285 40K 8,909707 3,938×1016 β K β+ 1,311 ; 1,505 ; 1,505 0.09
286 235U 7,897198 2,222×1016 α SF 4,679 0.05
287 146Sm 8,626136 3,250×1015 α 2,529 0.008
288 244Pu 7,826221 2,525×1015 α SF 4,666 0.006

Légende :

no (nombre)

Un entier positif utilisé comme référence. Ces nombres pourraient changer dans le futur puisque plus de 165 nucléides théoriquement instable n'ont pas été établi comme tel expérimentalement. Le premier nombre commence à 256, pour faire suite aux 255 nucléides non encore établi radioactifs.

colonne du nucléide

Les identifiants du Nucléide sont donnés par leur nombre de masse A et le symbole de l'élément chimique correspondant (impliquant un unique nombre de protons). Dans les rares cas où ils ne sont pas à leur plus bas niveau d'énergie, un « m » pour métastable apparait à côté du nombre de masse.

colonne énergie

La colonne étiquetée "énergie" indique la masse du nucléon moyen de ce nucléide par rapport à la masse d'un neutron (donc tous les nucléides prennent une valeur positive) en MeV, formellement : mnmnuclide / A.

colonne demi-vie

Toutes les durées sont données en secondes (3,1556926e7 = 1 an).

colonne mode de désintégration
α rayonnement α
β rayonnement β
K Capture électronique
KK double Capture électronique
β+ rayonnement β+
SF fission spontanée
2 double rayonnement β
β+β+ double rayonnement β+
I Isomérie nucléaire
p émission d'un proton
n émission d'un neutron
colonne d'énergie de désintégration

Les multiples valeurs pour des énergies (maximales) de désintégration sont calquées sur l'ordre proposé pour le mode de désintégration.

Références

  1. D.C. Hoffman, F.O. Lawrence, J.L. Mewherter et F.M. Rourke, « Detection of Plutonium-244 in Nature », dans Nature, vol. 234, no 5325, 1971, p. 132–134 [lien DOI] 
  2. S. Maji, S. Lahiri, B. Wierczinski et G. Korschinek, « Separation of samarium and neodymium: a prerequisite for getting signals from nuclear synthesis », dans Analyst, vol. 131, no 12, 2006, p. 1332–1334 [lien PMID, lien DOI] 
  3. P.K. Kuroda, « Origin of the elements: pre-Fermi reactor and plutonium-244 in nature », dans Accounts of Chemical Research, vol. 12, no 2, 1979, p. 73–78 [lien DOI] 
  4. National Nuclear Data Center, « Interactive Chart of Nuclides (Nudat2.5) ». Consulté le 22-06-2009

Voir aussi


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Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Nucléide primordial de Wikipédia en français (auteurs)

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