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Isotopes du zirconium

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Le zirconium ( Zr ) possede 33 isotopes connus, de nombre de masse variant de 78 a 110 et 5 isomeres nucleaires . Parmi ces isotopes, quatre sont stables , 90 Zr, 91 Zr, 92 Zr et 94 Zr, et sont presents dans la nature dans un ratio 51/11/17/17 avec un radioisotope naturel, nucleide primordial , 96 Zr qui se desintegre par double desintegration β avec une demi-vie observee de 2,0 ×?10 19  annees [ 1 ] . 94 Zr est aussi suspecte d'etre faiblement radioactif, se desintegrant possiblement par double desintegration β en molybdene 94 , avec une demi-vie superieure a 1,1 ×?10 17  annees, mais cette desintegration n'a pour l'instant jamais ete observee.

La masse atomique standard attribuee au zirconium est de 91,224 ± 0,002  u .

Parmi les 28 autres isotopes du zirconium, le plus stable est 93 Zr, avec une demi-vie de 1,53 million d'annees. Les suivants ont des demi-vies plus modestes, 95 Zr (64,02 jours), 88 Zr (63,4 jours) et 89 Zr (78,41 heures), tous les autres ayant des demi-vies inferieures a un jour.

Les isotopes les plus legers se desintegrent principalement par emission de positron (β + ), a l'exception de 88 Zr qui se desintegre principalement par capture electronique , tous en isotopes de l'yttrium . Les radioisotopes les plus lourds (a commencer par 93 Zr) se desintegrent eux principalement par desintegration β ? en isotopes du niobium , a l'exception de 96 Zr mentionne plus haut.

Le zirconium est l'element le plus lourd pouvant etre forme par fusion symetrique, a partir de 45 Sc ou de 46 Ca, produisant (via 90 Mo et deux desintegrations β) 90 Zr et 92 Zr, respectivement. Tous les elements plus lourds sont formes par fusion asymetrique ou durant l'effondrement de supernovas . Comme la plupart de ces processus sont consommateurs d'energie, la plupart des nucleides des elements plus lourds que le zirconium sont theoriquement instables, par fission spontanee , mais dans la plupart des cas la demi-vie est trop longue pour pouvoir etre observee.

Isotopes notables [ modifier | modifier le code ]

Zirconium naturel [ modifier | modifier le code ]

Le zirconium naturel est compose des quatre isotopes stables 90 Zr, 91 Zr, 92 Zr et 94 Zr (ce dernier etant toutefois soupconne d'etre tres legerement radioactif), et du radioisotope primordial 96 Zr. Celui-ci se desintegre par double desintegration β avec une demi-vie observee de 2,0 ×?10 19  annees [ 1 ]  ; il peut theoriquement subir une desintegration β simple qui n'a cependant jamais ete observee, avec une demi-vie predite de 2,4 ×?10 20  annees [ 2 ] .

Isotope Abondance

(pourcentage molaire)

Section efficace

d'absorption thermique (barn)

90 Zr 51,45 (40) % 0,1
91 Zr 11,22 (5) % 1,58
92 Zr 17,15 (8) % 0,25
94 Zr 17,38 (28) % 0,075
96 Zr 2,80 (9) % 0,05

Zirconium 89 [ modifier | modifier le code ]

Le zirconium 89 ( 89 Zr) est l'isotope du zirconium dont le noyau est constitue de 40 protons et de 49 neutrons . C'est un radioisotope se desintegrant par emission de positron (β + ) avec une demi-vie de 78,41 heures. Il est produit par irradiation protonique de l'yttrium 89 naturel. Son principal photon gamma a une energie de 909 keV et le plus energetique 2,834 MeV.

Il est employe dans des applications de diagnostic specialise utilisant la tomographie par emission de positron (PET), par exemple avec des anticorps marques au zirconium 89 (immuno-PET) [ 3 ] .

Zirconium 93 [ modifier | modifier le code ]

Rendement (%) par fission [ 4 ]
Thermique Rapide 14 MeV
232 Th non-fissile 6,70 ± 0,40 5,58 ± 0,16
233 U 6,979 ± 0,098 6,94 ± 0,07 5,38 ± 0,32
235 U 6,346 ± 0,044 6,25 ± 0,04 5,19 ± 0,31
238 U non-fissile 4,913 ± 0,098 4,53 ± 0,13
239 Pu 3,80 ± 0,03 3,82 ± 0,03 3,0 ± 0,3
241 Pu 2,98 ± 0,04 2,98 ± 0,33 ?

Le zirconium 93 ( 93 Zr) est l'isotope du zirconium dont le noyau est constitue de 40 protons et de 53 neutrons . C'est le radioisotope le plus stable apres 96 Zr, se desintegrant par emission β ? ( 60   keV ) avec une demi-vie de 1,53  Ma pour donner le 93m Nb qui se desintegre lui avec une demi-vie de 14 ans par emission gamma de faible energie en 93 Nb, stable. C'est une des radioactivites eteintes .

93 Zr est l'un des sept produits de fission a vie longue . Un gramme de 93 Zr pur presente une radioactivite de 93,06   MBq . Sa faible activite specifique et la faible energie de sa radiation limitent les risques que presente cet isotope.

Le zirconium 93 present dans le combustible usage a deux origines :

93 Zr a aussi une faible section efficace, 0,7 barn [ 5 ] , [ 6 ] . La plupart des fissions du zirconium concernent d'autres isotopes ; l'autre isotope avec une section efficace significative est 91 Zr (1,24 barn). 93 Zr est un candidat moins attractif pour l'elimination par transmutation que ne le sont le technetium 99 ou l' iode 129 par exemple. Sa mobilite dans le sol etant relativement faible, la solution retenue pour sa gestion est en general le stockage en couche geologique profonde .

Table des isotopes [ modifier | modifier le code ]

Symbole
de l'isotope 		Z ( p ) N ( n ) Masse isotopique (u) Demi-vie [ n 1 ] Mode(s) de
desintegration [ 7 ] , [ n 2 ] 		Isotope(s)

fils [ n 3 ]

Spin

nucleaire

Energie d'excitation
78 Zr 40 38 77,95523(54)# 50# ms
[>170 ns] 		0+
79 Zr 40 39 78,94916(43)# 56(30) ms β + , p 78 Sr 5/2+#
β + 79 Y
80 Zr 40 40 79,9404(16) 4,6(6) s β + 80 Y 0+
81 Zr 40 41 80,93721(18) 5,5(4) s β + (>99,9 %) 81 Y (3/2-)#
β + , p (<0,1 %) 80 Sr
82 Zr 40 42 81,93109(24)# 32(5) s β + 82 Y 0+
83 Zr 40 43 82,92865(10) 41,6(24) s β + (>99,9 %) 83 Y (1/2-)#
β + , p (<0,1 %) 82 Sr
84 Zr 40 44 83,92325(21)# 25,9(7) min β + 84 Y 0+
85 Zr 40 45 84,92147(11) 7,86(4) min β + 85 Y 7/2+
85m Zr 292,2(3) keV 10,9(3) s TI (92 %) 85 Zr (1/2-)
β + (8 %) 85 Y
86 Zr 40 46 85,91647(3) 16,5(1) h β + 86 Y 0+
87 Zr 40 47 86,914816(9) 1,68(1) h β + 87 Y (9/2)+
87m Zr 335,84(19) keV 14,0(2) s TI 87 Zr (1/2)-
88 Zr 40 48 87,910227(11) 83,4(3) j CE 88 Y 0+
89 Zr 40 49 88,908890(4) 78,41(12) h β + 89 Y 9/2+
89m Zr 587,82(10) keV 4,161(17) min TI (93,77 %) 89 Zr 1/2-
β + (6,23 %) 89 Y
90 Zr [ n 4 ] 40 50 89,9047044(25) Stable 0+
90m1 Zr 2319,000(10) keV 809,2(20) ms TI 90 Zr 5-
90m2 Zr 3589,419(16) keV 131(4) ns 8+
91 Zr [ n 4 ] 40 51 90,9056458(25) Stable 5/2+
91m Zr 3167,3(4) keV 4,35(14) μs (21/2+)
92 Zr [ n 4 ] 40 52 91,9050408(25) Stable [ n 5 ] 0+
93 Zr [ n 6 ] 40 53 92,9064760(25) 1,53(10)×10 6 a β ? 93 Nb 5/2+
94 Zr [ n 4 ] 40 54 93,9063152(26) Observe stable [ n 7 ] 0+
95 Zr [ n 4 ] 40 55 94,9080426(26) 64,032(6) j β ? 95 Nb 5/2+
96 Zr [ n 8 ] , [ n 4 ] 40 56 95,9082734(30) 20(4)×10 18 a β ? β ? [ n 9 ] 96 Mo 0+
97 Zr 40 57 96,9109531(30) 16,744(11) h β ? 97m Nb 1/2+
98 Zr 40 58 97,912735(21) 30,7(4) s β ? 98 Nb 0+
99 Zr 40 59 98,916512(22) 2,1(1) s β ? 99m Nb 1/2+
100 Zr 40 60 99,91776(4) 7,1(4) s β ? 100 Nb 0+
101 Zr 40 61 100,92114(3) 2,3(1) s β ? 101 Nb 3/2+
102 Zr 40 62 101,92298(5) 2,9(2) s β ? 102 Nb 0+
103 Zr 40 63 102,92660(12) 1,3(1) s β ? 103 Nb (5/2-)
104 Zr 40 64 103,92878(43)# 1,2(3) s β ? 104 Nb 0+
105 Zr 40 65 104,93305(43)# 0,6(1) s β ? (>99,9 %) 105 Nb
β ? , n (<0,1 %) 104 Nb
106 Zr 40 66 105,93591(54)# 200# ms
[>300 ns] 		β ? 106 Nb 0+
107 Zr 40 67 106,94075(32)# 150# ms
[>300 ns] 		β ? 107 Nb
108 Zr 40 68 107,94396(64)# 80# ms
[>300 ns] 		β ? 108 Nb 0+
109 Zr 40 69 108,94924(54)# 60# ms
[>300 ns]
110 Zr 40 70 109,95287(86)# 30# ms
[>300 ns] 		0+
  1. ↑ En gras pour les isotopes avec des demi-vies plus grandes que l' age de l'univers (presque stables).
  2. ↑ Abreviations :
    CE : capture electronique  ;
    TI : transition isomerique .
  3. ↑ Isotopes stables en gras.
  4. ↑ a b c d e et f Produit de fission .
  5. ↑ Theoriquement, le nucleide stable le plus lourd.
  6. ↑ Produit de fission a vie longue .
  7. ↑ Soupconne de se desintegrer par β ? β ? en 94 Mo avec une demi-vie superieure a 4 1,1×10 17 annees.
  8. ↑ radionucleide primordial .
  9. ↑ Theoriquement capable de subir une desintegration β ? en 96 Nb.

Remarques [ modifier | modifier le code ]

  • Il existe des echantillons geologiques exceptionnels dont la composition isotopique est en dehors de l'echelle donnee. L'incertitude sur la masse atomique de tels echantillons peut exceder les valeurs donnees.
  • Les valeurs marquees # ne sont pas purement derivees des donnees experimentales, mais aussi au moins en partie a partir des tendances systematiques. Les spins avec des arguments d'affectation faibles sont entre parentheses.
  • Les incertitudes sont donnees de facon concise entre parentheses apres la decimale correspondante. Les valeurs d'incertitude denotent un ecart-type, a l'exception de la composition isotopique et de la masse atomique standard de l' IUPAC qui utilisent des incertitudes elargies [ 8 ] .

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

  1. ↑ a et b (en) ≪  Adopted Double Beta Decay Data  ≫, sur nndc.bnl.gov (consulte le ) .
  2. ↑ http://www.iop.org/EJ/abstract/0954-3899/34/5/005/
  3. ↑ Van Dongen GA, Vosjan MJ. Immuno-positron emission tomography: shedding light on clinical antibody therapy. Cancer Biother Radiopharm. 2010 Aug;25(4):375-85.
  4. ↑ M.B. Chadwick et al, "ENDF/B-VII.1: Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields and Decay Data", Nucl. Data Sheets 112(2011)2887. (accessed at www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm)
  5. ↑ ≪  ENDF/B-VII.1 Zr-93(n,g)  ≫ (consulte le )
  6. ↑ S. Nakamura et al., ≪  Thermal neutron capture cross-sections of Zirconium-91 and Zirconium-93 by prompt gamma-ray spectroscopy  ≫, Journal of Nuclear Science and Technology , vol.  44:1,‎ , p.  21?28 ( DOI   10.1080/18811248.2007.9711252 )
  7. ↑ (en) Universal Nuclide Chart
  8. ↑ (en) ≪  2.5.7. Standard and expanded uncertainties  ≫, Engineering Statistics Handbook (consulte le )

Bibliographie [ modifier | modifier le code ]


1   H                                                             He
2   Li Be   B C N O F Ne
3   Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4   K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5   Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6   Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7   Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Tableau periodique des isotopes
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