Le protactinium (Pa, numéro atomique 91), comme tous les éléments de numéro atomique supérieur à celui du plomb, ne possède aucun isotope stable. Cependant, il possède trois isotopes présents 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 demi-vie inférieure à 1,6 jour et la plupart d'entre eux inférieure à 1,8 seconde. Le protactinium possède également trois isomères nucléaires, 217mPa (t½ 1,15 milliseconde), 229mPa (t½ 420 nanosecondes) et 234mPa (t½ 1,17 minute).

Les trois isotopes présents dans la nature sont 231Pa, produit de désintégration intermédiaire de l'uranium 235, 234Pa et234mPa, 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.

Isotopes notables Protactinium 230

Le protactinium 230 (230Pa) 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 demi-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 .

Protactinium 231

Le protactinium 231 (231Pa) 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 protons et de 140 neutrons. Il est présent dans la nature sous forme de traces, 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 produits lors du cycle du thorium, résultant des réactions (n,2n) où un neutron rapide retire un neutron au 232Th ou à l'232U ou peut aussi être détruit par 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, 231U par capture électronique, 235Np par désintégration α. Il était historiquement appelé proto-actinium.

Protactinium 233

Le protactinium 233 (233Pa) a un noyau constitué 91 protons et de 142 neutrons et a une demi-vie de 27 jours. Il fait aussi partie du cycle du thorium. C'est un produit de désintégration du (produit naturellement par capture neutronique à partir du thorium 232) et parent 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

Symbolede l'isotope Z (p) N (n) masse isotopique Demi-vie mode(s) dedésintégration Universal Nuclide ChartAbréviations :DC : désintégration par émission de cluster ;CE : capture électronique ;TI : transition isomérique ;FS : fission spontanée. Isotope(s)-filsIsotopes stables en gras. Spin nucléaire 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 125216,01911(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) keV1,08(3) ms α 213Ac29/2+# TI (rare) 217Pa 218Pa 91 127 218,020042(26) 0,113(1) ms α 214Ac219Pa 91 128219,01988(6)53(10) ns α 215Ac9/2- 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 218Ac223Pa 91 132223,02396(8)5,1(6) ms α 219Ac β+ (0,001 %) 223Th224Pa 91 133224,025626(17)844(19) ms α (99,9 %) 220Ac5-# β+ (0,1 %) 224Th 225Pa 91 134 225,02613(8) 1,7(2) s α 221Ac 5/2-#226Pa 91 135226,027948(12)1,8(2) min α (74 %) 222Ac β+ (26 %) 226Th227Pa 91 136227,028805(8)38,3(3) min α (85 %) 223Ac(5/2-) CE (15 %) 227Th228Pa 91 137228,031051(5)22(1) h β+ (98,15 %) 228Th3+ α (1,85 %) 224Ac229Pa 91 138229,0320968(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 139230,034541(4)17,4(5) j β+ (91,6 %) 230Th(2-) β− (8,4 %) 230U α (0,00319 %) 226Ac231PaProduit de désintégration intermédiaire de l'uranium 235. 91 140231,0358840(24)3,276(11)×104 a α 227Ac3/2- DC (1,34×10−9 %) 207Tl24Ne FS (3×10−10 %) (divers) DC (10−12 %) 208Pb23F232Pa 91 141232,038592(8)1,31(2) j β− 232U(2-) CE(0,003 %) 232Th 233Pa 91 142 233,0402473(23) 26,975(13) j β− 233U 3/2-234PaProduit de désintégration intermédiaire de l'uranium 238. 91 143234,043308(5)6,70(5) h β− 234U4+ FS (3×10−10 %) (divers) 234mPa 78(3) keV1,17(3) min β− (99,83 %) 234U(0-) TI (0,16 %) 234Pa FS (10−10 %) (divers) 235Pa 91 144 235,04544(5) 24,44(11) min β− 235mU (3/2-)236Pa 91 145236,04868(21)9,1(1) min β− 236U1(-) β−, FS (6×10−8 %) (divers) 237Pa 91 146 237,05115(11) 8,7(2) min β− 237U (1/2+)238Pa 91 147238,05450(6)2,27(9) min β− 238U(3-)# β−, FS (2,6×10−6 %) (divers) 239Pa 91 148 239,05726(21)# 1,8(5) h β− 239U (3/2)(-#) 240Pa 91 149 240,06098(32)# 2# min β− 240U

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 données de façon concise entre parenthèses 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 des incertitudes élargies.

Notes et références

Masse des isotopes depuis :

Compositions isotopiques et masses atomiques standards :

Demi-vies, spins et données sur les isomères sélectionnés depuis les sources suivantes :

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