Le potassium 40, noté K, est l'isotope du potassium dont le nombre de masse est égal à 40 : son noyau atomique compte et avec un spin 4 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 radioisotope du milieu naturel. Radioactivité Le potassium 40 a une période radioactive de d'années. Ainsi, un gramme de K présente une activité de .

Le potassium subit concurremment trois modes de désintégration : une désintégration β dans 89,28 % des cas pour donner du , avec une énergie de désintégration de : ⟶ + e + ; une capture électronique dans 10,72 % des cas pour donner de l', avec une énergie de désintégration de : + e ⟶ + + ; une désintégration β, en proportion négligeable en comparaison des deux réactions précédentes (de l'ordre de 0,001 %) : ⟶ + e + .

La seconde réaction (capture électronique) est utilisée pour dater la formation de certaines roches contenant du potassium (méthode de « datation par le potassium-argon »), en supposant nulle la quantité initiale d' dans ces roches et que l' y reste piégé une fois formé. On notera que le noyau de , nouvellement formé après la capture, se trouve dans un état excité (la capture vers le niveau fondamental est possible, mais rarissime). Il émet un photon lors de la désexcitation.

Il est remarquable que le potassium 40 puisse se désintégrer aussi bien en qu'en , car cela souligne à quel point les noyaux atomiques sont plus stables avec des nombres pairs de protons et de neutrons qu'avec des nombres impairs. De surcroît, la prépondérance de la désintégration en souligne l'effet stabilisateur des nombres magiques, car, avec pour , le est légèrement déficitaire en neutrons (par rapport aux noyaux stables voisins), mais est stabilisé par le fait qu'il est doublement magique.

Dans la mesure où le potassium est un élément indispensable à la vie, K constitue la principale source de radioactivité des organismes sains, supérieure à celle constituée par le : un homme de subirait chaque seconde la désintégration de de KRadioactive Human Body : background radiation - - γ radiation, soit environ par K contre imputable à C.

Contribution à la radioactivité naturelle

Dans le corps humain Connaissant (a) la quantité totale de potassium dans un corps humain, (b) l'abondance naturelle de présent dans la biosphère et (c) la période radioactive de celui-ci, il est facile de calculer le nombre de désintégrations par seconde (becquerels) qui y ont lieu : la quantité totale de potassium dans un corps humain est en moyenne de () pour un homme et de () pour une femme, mais vu que d'autres paramètres tels que l'âge ou l'IMC peuvent affecter ces valeurs, une formule qui tient compte de ces facteurs a été développéePotassium per kilogram fat-free mass and total body potassium: predictions from sex, age, and anthropometry -- Larsson et al. 284 (2): E416 -- AJP - Endocrinology and Metabolism comme suit :pour un homme : = (98,3 – 0,1594 × âge + 0,1431 × poids – 0,1848 × taille) × ;pour une femme : = (94,39 – 0,1735 × âge + 0,1169 × poids – 0,1567 × taille) × .où est le potassium corporel total (en mmol), l'âge est en années, le poids en kg, la taille en cm et est la masse non-grasse (par exemple, pour un corps de constitué à 20 % de graisse, la vaut ) ; l'abondance naturelle du est de 0,01167 % (cf. table des isotopes du potassium) ; la période radioactive de () permet de calculer pour une quantité donnée de l'isotope (une mmol, soit ), le nombre de désintégrations par unité de temps (en Bq). En l'occurrence, une mmol de produira : / × ln 2 / ( × 365,25 × 24 × 60 × 60 ) = ; finalement, il suffit de calculer pour obtenir le nombre de Bq produits par dans un corps humain, ce qui en moyenne (valeurs minimales et maximales des indiqués plus haut) donne donc entre et désintégrations par seconde (Bq). Ces valeurs sont à comparer à celles données en exemple dans la page Becquerel, où les valeurs indiquées pour l'être humain tiennent compte de façon similaire des autres isotopes naturellement présents dans le corps.

Cette radioactivité ne peut pas être mesurée à l'aide d'un compteur Geiger (le rayonnement β de 40K est absorbé par les tissus et les liquides corporels, et les rayons γ ne sont pas assez énergétiques), mais elle peut l'être par des détecteurs de rayons γ « mous » (anthropogammamétrie⁣). On peut aussi extraire un échantillon biologique pour en détecter l'activité bêta β par comptage de scintillation. Dans les cellules, l'ionisation de certains atomes due à la radioactivité de 40K peut provoquer la rupture de liaisons chimiques et aboutir à la formation de radicaux, qui sont généralement détoxifiés par une variété d'enzymes spécialisées. Si l'ionisation intervient sur des atomes qui constituent l'ADN des chromosomes, ceci peut parfois provoquer des mutations aux conséquences plus ou moins graves pour la cellule ou pour l'individu.

Dans l'eau de mer

La quantité de potassium dans l'eau de mer est de l'ordre de , soit de . Le calcul réalisé au paragraphe précédent donne donc pour l'eau de mer environ dus à cet isotope.

Références

Annexes Articles connexes Potassium Table des isotopes Chaîne de désintégration Datation par le potassium-argon Calcium 40 Argon Radioactivité Dose équivalente en banane

Liens externes Potassium-40, sur le site de l'Argonne National Laboratory

Catégorie:Potassium Catégorie:Radioisotope