Oxygène 17

L'oxygène 17, noté 17O, est l'isotope de l'oxygène dont le nombre de masse est égal à 17 : son noyau atomique compte 8 protons et 9 neutrons avec un spin 5/2+ pour une masse atomique de 16,999 131 756 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de −808,764 keV et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de 7 751 keV[1]. Il est peu abondant (0,0373 % dans l'eau de mer, approximativement deux fois l'abondance du deutérium), et c'est l'un des trois isotopes stables de l'oxygène, le seul parmi ceux-ci sont le spin est non nul et dont la relaxation caractéristique est indépendante du champ dans l'eau liquide, ce qui permet de l'utiliser dans des études RMN de voies métaboliques oxydantes[4].

Oxygène 17

table

Général
Nom Oxygène 17
Symbole 17
8O
9
Neutrons 9
Protons 8
Données physiques
Présence naturelle 0,038(1) %[1]
0,0373 % SMOW[2]
0,0377421 % (atmosphere[3])
Demi-vie Stable
Masse atomique 16,9991317560(7) u
Spin 5/2+
Excès d'énergie −808,764 2 ± 0,000 6 keV[1]
Énergie de liaison par nucléon 7 751 ± 0 keV[1]
Production radiogénique
Isotope parent Désintégration Demi-vie
17
7N 		β− 4,173(4) s
18
7N 		β−, n 624(12) ms
17
9F 		β+ 109,77(5) min

Problématique dans les centrales nucléaires

L'eau utilisée dans les circuits de refroidissement des centrales nucléaires est soumise à un flux intense de neutrons lors de leur fonctionnement. L'eau naturelle a un titre initial en oxygène 17 de 373 ppm ; l'eau lourde a un titre initial d'environ 550 ppm d'oxygène 17, légèrement enrichie en cet isotope par le même processus d'enrichissement que le deutérium. Le flux de neutrons convertit lentement l'oxygène 16 de l'eau utilisée en oxygène 17 par capture neutronique, augmentant sa concentration. Simultanément, le flux de neutrons convertit aussi lentement l'oxygène 17 de l'eau en carbone 14, par la réaction 17
8O (n, α) 14
6C. Le carbone 14 étant un produit indésirable qui s'échappe dans l'environnement. Les procédés utilisés dans l'extraction du tritium sont aussi l'occasion de remplacer l'oxygène de l'eau utilisée par la fraction naturelle de l'oxygène de l'eau (essentiellement de l'oxygène 16) qui a le bénéfice supplémentaire de réduire la production du carbone 14[5],[6].

Histoire

Cet isotope a été imaginé pour la première fois par Patrick Blackett dans le laboratoire de Rutherford en 1924 [7]:

« Of the nature of the integrated nucleus little can be said without further data. It must however have a mass 17, and provided no other nuclear electrons are gained or lost in the process, an atomic number 8. It ought therefore to be an isotope of oxygen. If it is stable it should exist on the Earth.[7] »

C'était un produit de la première transmutation nucléaire artificielle, de l'action des rayons α (4
2He2+) sur l'azote 14, conduite par Frederick Soddy et Ernest Rutherford en 1917-1919 [8].

Équation de cette réaction : 14
7N (α, p) 17
8O.

Finalement son abondance naturelle dans l'atmosphère terrestre a été détectée en 1929 par Giauque et Johnson dans les spectres d'absorption[9].

Notes et références
  1. (en) « Live Chart of Nuclides: 17
    8    O
    9     »    , sur https://www-nds.iaea.org/, AIEA, (consulté le )    .
  2. (en) Jochen Hoefs, Stable Isotope Geochemistry : With 18 Tables, Springer Verlag, , 244 p. (ISBN 978-3-540-40227-5, lire en ligne)
  3. (en) Thomas Blunier, « Biological oxygen productivity during the last 60,000 years from triple oxygen isotope measurements », Global Biogeochemical Cycles, vol. 16, no 3,‎ , p. 1029 (DOI 10.1029/2001GB001460, Bibcode 2002GBioC..16c...3B)
  4. T. Arai, « CEREBRAL OXYGEN UTILIZATION ANALYZED BY THE USE OF OXYGEN-17 AND ITS NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE », Biochem. Biophys. Res. Comm., vol. 169, no 1,‎ , p. 153–158 (PMID 2350339, DOI 10.1016/0006-291X(90)91447-Z)
  5. [PDF]Estimation of Carbon-14 in Nuclear Power Plant Gaseous Effluents; EPRI; June 10, 2010.
  6. A Compact, Low Cost, Tritium Removal Plant for Candu-6 Reactors; S.K. Sood, C. Fong, and K.M. Kalyanam; Ontario Hydro.
  7. P. M. S. Blackett, « The Ejection of Protons from Nitrogen Nuclei, Photographed by the Wilson Method », Proceedings of the Royal Society of London, vol. 107, no 742,‎ , p. 349–360 (DOI 10.1098/rspa.1925.0029, Bibcode 1925RSPSA.107..349B)
  8. Ernest Rutherford, « Collision of alpha particles with light atoms IV. An anomalous effect in nitrogen. », Philosophical Magazine, vol. 37,‎ , p. 581–587 (DOI 10.1080/14786440608635919)
  9. W. F. Giauque et H. L. Johnston, « An Isotope of Oxygen, Mass 17, in the Earth's Atmosphere », J. Am. Chem. Soc., vol. 51, no 12,‎ , p. 3528–3534 (DOI 10.1021/ja01387a004)
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