L’aluminium 26, noté Al, est l'isotope de l'aluminium dont le nombre de masse est égal à 26 : son noyau atomique compte et avec un spin pour une masse atomique de . Il est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de . C'est un isotope radioactif de demi-vie ().
L'aluminium 26 est présent dans l'Univers car il est produit par des supernovae. Dans le Système solaire, l' primordial a disparu, mais sur Terre il s'en forme en permanence de petites quantités sous l'action des rayons cosmiques.
De l'aluminium 26 était présent lors de la formation du Système solaire, et sa désintégration a fourni aux premiers corps planétaires une chaleur suffisante pour les faire fondre, partiellement ou en totalité, et donc se différencier. Cet primordial a laissé des traces sous la forme d'anomalies de la composition isotopique du magnésium, qui sont mises à profit pour dater certains événements précoces de l'histoire du Système solaire.
Histoire
En 1953 on connaissait six isotopes de l'aluminium, de nombres de masse 24 à 29, dont seul Al est stable (l'aluminium naturel est monoisotopique). Les cinq autres, produits au laboratoire par des réactions nucléaires, avaient tous une demi-vie de l'ordre de la minute ou de la seconde, trop petite pour fournir aux biologistes et aux médecins un traceur de l'aluminium. Parmi eux, il y avait bien un isotope de nombre de masse 26, mais avec une demi-vie de .. Diverses considérations expérimentales et théoriques indiquaient cependant qu'avec un spin de 0+ il devait s'agir d'un isomère, noté Al, et que l'état fondamental Al, de spin 5+, devait être moins instable, avec une demi-vie entre . Al est de fait produit en 1954 en bombardant du et du avec des deutons , et sa demi-vie déterminée comme étant de l'ordre de .. Cette demi-vie sera mesurée plus précisément en 1958 ()..
Le rayonnement cosmique réalisant le même genre de bombardement par des particules chargées que les expériences ayant permis de découvrir Al en 1954, on recherche dès l'année suivante la présence d' (et d'autres isotopes cosmogéniques) sur et sous les surfaces exposées naturellement aux rayons cosmiques, notamment celles d'affleurements terrestres, de tectites et de météorites., avec succès pour plusieurs tectites et météorites.. La méthode sera développée par la suite, et la concentration en Al des surfaces permettra de mesurer la durée de leur exposition. En 1967, de l' est détecté dans de la glace au Groenland ; il provient de l'action du rayonnement cosmique sur l'argon atmosphérique..
Harold Urey montre en 1955 que les noyaux radioactifs naturels à vie longue (K, U, U et Th) sont des sources de chaleur insuffisantes pour expliquer la fusion de petits corps planétaires aux débuts du Système solaire ; il propose alors que les sources de chaleur nécessaires sont des noyaux à vie courte synthétisés dans d'autres étoiles que le Soleil, et identifie Al comme le candidat le plus probable...
Découverte de sa présence au début du Système solaire
La première preuve de la présence d'aluminium 26 lors de la formation du Système solaire est apportée par la météorite d'Allende, tombée en 1969 au Mexique. Cette météorite contient des enclaves réfractaires riches en aluminium et relativement pauvres en magnésium, considérées comme les premiers condensats résultant du refroidissement de la nébuleuse solaire. Dans ces enclaves, le rapport Mg / Mg varie beaucoup, et linéairement en fonction du rapport chimique Al / Ca. La seule explication tenable est que l'aluminium de la nébuleuse comportait encore de l' lors de la formation des enclaves, et que cet s'est depuis désintégré en . La pente de la droite Mg / Mg vs Al / Mg donne la fraction molaire de Al dans cet aluminium initial : ... Des variations similaires du rapport Mg / Mg seront ensuite mesurées dans d'autres objets , mais avec des fractions de Al généralement plus faibles, signe que leur formation a été plus tardive, par exemple de quelques millions d'années : l' permet une datation fine de la formation des premiers objets du Système solaire.
Détection dans le milieu interstellaire
vignette|gauche|redresse=1|Détection d'aluminium 26 dans la Voie lactée.
La présence actuelle d'aluminium 26 dans le milieu interstellaire est démontrée en 1984 par l'observation, par le télescope spatial HEAO-3, de rayons γ d'énergie , caractéristiques de la désintégration radioactive de Al... Dix ans plus tard un autre télescope spatial, le CGRO, permet de localiser un grand nombre de sources d'aluminium 26 dans la Galaxie, identifiées comme des supernovas ou des étoiles Wolf-Rayet..
Découverte de sa présence avant le Système solaire
En 1993, des grains de taille nanométrique à micrométrique, constitués principalement de diamant, de graphite et de carbure de silicium, sont découverts dans certaines météorites primitives et interprétés comme des grains du milieu interstellaire antérieurs à la formation du Système solaire (parfois de plus d'un milliard d'années). Les sphérules de graphite contiennent du magnésium 26 provenant de la désintégration de l'aluminium 26, avec un rapport Al / Al initial élevé, jusque presque 0,2. Ils semblent provenir d'au moins trois types de sources, probablement des géantes de la branche asymptotique, des novas et des étoiles Wolf-Rayet...
Propriétés
redresse=1.5|vignette|Schéma de désintégration de l'aluminium 26.
État fondamental
Sans autre précision Al désigne l'état fondamental de spin 5+, noté plus précisément Al. Il se désintègre en Mg avec une demi-vie de selon deux mécanismes, principalement (85 %) l'émission d'un positon (radioactivité β) mais aussi (15 %) la capture d'un électron du cortège électronique (radioactivité ε).
La désintégration en magnésium 26 n'est pas directe, elle passe par l'un ou l'autre de deux isomères de spin 2+ de Mg, tous deux très instables et conduisant à l'état fondamental de spin 0+ par , le premier (97,3 %, via β ou ε) avec une demi-vie de , l'autre (2,7 %, β) avec .
Isomère
L'aluminium 26 possède aussi un isomère de spin 0+, noté Al. Il est beaucoup plus instable que l'état fondamental et se désintègre par radioactivité β en Mg (dans son état fondamental, directement), avec une demi-vie d'environ . La désintégration de Al est une , dans laquelle les spins de l'électron et du neutrino émis sont antiparallèles. Sa demi-vie a une certaine importance pour tester expérimentalement deux composantes du modèle standard, la conservation du et l'unitarité de la matrice CKM.. En 2011, cette demi-vie est mesurée à (incertitude totale) ou (incertitude interne)..
Présence actuelle
L'aluminium 26 peut être détecté, et sa quantité mesurée, via les positons et surtout les rayons (particulièrement ceux d'énergie ) résultant de sa désintégration radioactive. Au laboratoire la concentration en Al d'un échantillon peut être mesurée, avec une bonne précision et une grande sensibilité (en pratique, pour des rapports Al / Al aussi faibles que 10 voire 10), par .
Étoiles
Milieu interstellaire
L'aluminium 26 est présent dans le milieu interstellaire, et en équilibre séculaire entre injection (surtout par les supernovae) et désintégration. On estime à trois masses solaires la quantité d' renouvelée chaque année.
Surface des corps planétaires
Les mêmes réactions nucléaires qui permettent de produire de l' au laboratoire se produisent à la surface des corps planétaires, sous l'action des rayons cosmiques. En général ces surfaces ne sont pas exposées suffisamment longtemps pour atteindre un équilibre séculaire (entre production et désintégration) : plus la surface est exposée depuis longtemps, plus elle est riche en Al.
Atmosphère et cryosphère terrestres
Le rayonnement cosmique réagit avec différents composants de l'air et produit différents isotopes dits cosmogéniques, notamment C, H, Be et Al. La concentration de ces isotopes dans l'air est à peu près constante, par équilibre séculaire entre production et disparition (par désintégration radioactive et perte dans les précipitations). La concentration de la troposphère en est ainsi de l'ordre de ..
La glace des glaciers et des inlandsis emprisonne de minuscules bulles d'air dont la composition en isotopes cosmogéniques est initialement celle de l'air. Par la suite la concentration en chacun de ces isotopes diminue par désintégration radioactive, plus ou moins vite en fonction de leur demi-vie. Le rapport Al / Be, notamment, a une valeur initiale de et diminue au cours du temps (parce que la demi-vie de l'aluminium 26, , est inférieure à celle du béryllium 10, ) : sa mesure permet de dater la glace. Par exemple un échantillon de glace extrait au Groenland à une profondeur de a donné un âge d'enfouissement de .
Au laboratoire
L'aluminium 26 est produit par les réactionsOn représente généralement les réactions nucléaires selon une notation très concise. , par exemple, s'interprète comme suit : un noyau de Mg (), percuté par un deuton (d), éjecte un neutron (n) et se transmute en un noyau de Al (). signifie de même : un noyau de Al (), percuté par un proton, éjecte deux neutrons et se transmute en Si () qui se désintègre ensuite, par radioactivité β (émission d'un positon), en Al. : ; ; ; ; ; et , ainsi que par la spallation d'éléments plus lourds par des protons de haute énergie.
Présence passée
Notes et références
Notes
Références
Voir aussi Liens externes
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