Isotopes du palladium

Le palladium (Pd, numéro atomique 46) possède 38 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 91 et 128, et 16 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, six sont stables, 102Pd, 104Pd, 105Pd, 106Pd, 108Pd et 110Pd. Ils constituent l'ensemble du palladium naturel, dans des proportions variant de 1 à 27 %. On attribue au palladium une masse atomique standard de 106,42(1) u.

Parmi les 32 radioisotopes connus du palladium, les plus stables sont 107Pd, avec une demi-vie de 6,5 millions d'années, 103Pd (17 jours), et 100Pd (3,63 jours. Tous les autres radioisotopes caractérisés ont une demi-vie inférieure à une demi-heure, à l'exception de 101Pd (8,47 heures), 109Pd (13,7 heures), et 112Pd (21 heures).

Les radioisotopes plus légers que les isotopes stables (A < 102) se désintègrent principalement par émission de positron (β+) en isotopes du rhodium, à l'exception de 100Pd, qui, comme 103Pd, se désintègre par capture électronique, tous deux en isotopes du rhodium également. Les radioisotopes plus lourds (A ≥ 107) se désintègrent eux principalement par désintégration β− en isotopes de l'argent.

Isotopes notables

Palladium naturel

Six isotopes du palladium sont stables et constituent l'ensemble du palladium naturel, 102Pd, 104Pd, 105Pd, 106Pd, 108Pd et 110Pd. Parmi eux, 102Pd et 110Pd sont soupçonnés de se désintégrer très lentement par double radiation β, cependant ces désintégrations n'ont pour l'instant jamais été observées.

Isotope Abondance

(pourcentage molaire)

102Pd 1,02 (1) %
104Pd 11,14 (8) %
105Pd 22,33 (8) %
106Pd 27,33 (3) %
108Pd 26,46 (9) %
110Pd 11,72 (9) %

Palladium 103

Le palladium 103 (103Pd) est l'isotope du palladium dont le noyau est constitué de 46 protons et de 57 neutrons. C'est un radioisotope se désintégrant par capture électronique en rhodium 103, avec une demi-vie de 17 jours. Dans la réaction, il émet un rayon gamma de 21 keV. Le palladium 103 est notamment utilisé en radiothérapie dans les cas de cancer de la prostate ou de mélanome de la choroïde. Il peut être produit à partir du palladium 102 ou du rhodium 103 en utilisant un cyclotron.

Palladium 107
Produits de fission
à vie longue
Propriété :
Unité :		 t½
Ma		 Rendement
%		 Q *
keV		 βγ
*
99Tc0,2116,1385294β
126Sn0,2300,10844 050βγ
79Se0,3270,0447151β
93Zr1,535,457591βγ
135Cs2,3 6,9110269β
107Pd6,5 1,249933β
129I15,7 0,8410194βγ

Le palladium 107 (107Pd) est l'isotope du palladium dont le noyau est constitué de 46 protons et de 61 neutrons. C'est un radioisotope se désintégrant par désintégration β− pure (pas d'émission gamma) en argent 107. Le palladium 107 n'existe pas dans les échantillons naturels mais il était présent lors de la formation du Système solaire (radioactivité éteinte).

Le palladium 107 est produit en grande quantité dans les réacteurs nucléaires, comme produit des réactions de fission (avec un rendement de 0,14 %), ce qui en fait l'un des plus importants métaux de transition au sein des produits de fission trouvés dans les combustibles usagés et certains déchets radioactifs. Le taux de 107Pd d'un combustible irradié de référence[1] est de 200 g·t-1 [2], mais sa concentration dans l'environnement ne semble jamais avoir été mesurée (ou non publiée)[2].

Selon l'IRSN[2], « le palladium 107 n'a jamais pas étudié du point de vue de la radioécologie » (les données radioécologiques parfois citées pour le palladium 107 « ne proviennent pas d'expérimentations mais d'analogies avec d'autres radionucléides »). Il n'y a pas de données spécifiques sur le « comportement du palladium 107 dans les écosystèmes continentaux »[2], mais quelques indices toxicologiques peuvent être apportés par des travaux ayant porté sur le palladium stable des pots catalytiques automobiles qui montrent notamment que le palladium est le plus mobile parmi les platinoïdes[2].

Le palladium 107 est l'un des 7 produits de fission à vie longue, avec la seconde plus grande demi-vie (6,5 millions d'années[3]), mais est le moins radioactif (énergie de désintégration de 33 keV, activité spécifique de 5 × 10−4 Ci/g).

Son rendement par neutrons thermiques à partir de l'uranium 235 est de 0,1629 % par fission, soit un quart de celui de l'iode 129, ou un 1/40e de ceux du technétium 99, du zirconium 93, et de césium 135. Son rendement à partir de l'uranium 233 est significativement plus bas, en revanche il est largement plus grand (3,3 %) à partir du plutonium 239. Les rendements sont aussi plus importants dans les réacteurs à neutrons rapides, ou par fission d'éléments plus lourds.

Du fait de la dilution, et du fait que la section efficace du 105Pd est onze fois plus importante, le 107Pd ne peut pas être traité par transmutation nucléaire. Cependant, comme c'est un métal noble, le palladium est moins mobile dans l'environnement que l'iode ou le technétium.

L'isotope radiogénique 107Ag est le produit de désintégration de 107Pd. Il a été découvert pour la première fois dans la météorite de Santa Clara en 1978.

Cette découverte a permis de poser l'hypothèse que la coalescence et la différenciation des petites planètes à noyau de fer se sont déroulées 10 millions d'années après la période de nucléosynthèse.

Table des isotopes
Symbole
de l'isotope		 Z (p) N (n) Masse isotopique (u) Demi-vie[n 1] Mode(s) de
désintégration[4],[n 2]		 Isotope(s)-fils[n 3] Spin

nucléaire

Énergie d'excitation
91Pd 46 45 90,94911(61)# 10# ms [>1,5 µs] β+ 91Rh 7/2+#
92Pd 46 46 91,94042(54)# 1,1(3) s [0,7(+4-2) s] β+ 92Rh 0+
93Pd 46 47 92,93591(43)# 1,07(12) s β+ 93Rh (9/2+)
93mPd 0+X keV 9,3(+25-17) s
94Pd 46 48 93,92877(43)# 9,0(5) s β+ 94Rh 0+
94mPd 4884,4(5) keV 530(10) ns (14+)
95Pd 46 49 94,92469(43)# 10# s β+ 95Rh 9/2+#
95mPd 1860(500)# keV 13,3(3) s β+ (94,1 %) 95Rh (21/2+)
TI (5 %) 95Pd
β+, p (0,9 %) 94Ru
96Pd 46 50 95,91816(16) 122(2) s β+ 96Rh 0+
96mPd 2530,8(1) keV 1,81(1) µs 8+
97Pd 46 51 96,91648(32) 3,10(9) min β+ 97Rh 5/2+#
98Pd 46 52 97,912721(23) 17,7(3) min β+ 98Rh 0+
99Pd 46 53 98,911768(16) 21,4(2) min β+ 99Rh (5/2)+
100Pd 46 54 99,908506(12) 3,63(9) j CE 100Rh 0+
101Pd 46 55 100,908289(19) 8,47(6) h β+ 101Rh 5/2+
102Pd 46 56 101,905609(3) Observé stable[n 4] 0+
103Pd[n 5] 46 57 102,906087(3) 16,991(19) j CE 103Rh 5/2+
103mPd 784,79(10) keV 25(2) ns 11/2-
104Pd 46 58 103,904036(4) Stable[n 6] 0+
105Pd[n 7] 46 59 104,905085(4) Stable[n 6] 5/2+
106Pd[n 7] 46 60 105,903486(4) Stable[n 6] 0+
107Pd[n 8] 46 61 106,905133(4) 6,5(3)×106 a β− 107Ag 5/2+
107m1Pd 115,74(12) keV 0,85(10) µs 1/2+
107m2Pd 214,6(3) keV 21,3(5) s TI 107Pd 11/2-
108Pd[n 7] 46 62 107,903892(4) Stable[n 6] 0+
109Pd[n 7] 46 63 108,905950(4) 13,7012(24) h β− 109mAg 5/2+
109m1Pd 113,400(10) keV 380(50) ns 1/2+
109m2Pd 188,990(10) keV 4,696(3) min TI 109Pd 11/2-
110Pd[n 7] 46 64 109,905153(12) Observé stable[n 9] 0+
111Pd 46 65 110,907671(12) 23,4(2) min β− 111mAg 5/2+
111mPd 172,18(8) keV 5,5(1) h TI 111Pd 11/2-
β− 111mAg
112Pd 46 66 111,907314(19) 21,03(5) h β− 112Ag 0+
113Pd 46 67 112,91015(4) 93(5) s β− 113mAg (5/2+)
113mPd 81,1(3) keV 0,3(1) s TI 113Pd (9/2-)
114Pd 46 68 113,910363(25) 2,42(6) min β− 114Ag 0+
115Pd 46 69 114,91368(7) 25(2) s β− 115mAg (5/2+)#
115mPd 89,18(25) keV 50(3) s β− (92 %) 115Ag (11/2-)#
TI (8 %) 115Pd
116Pd 46 70 115,91416(6) 11,8(4) s β− 116Ag 0+
117Pd 46 71 116,91784(6) 4,3(3) s β− 117mAg (5/2+)
117mPd 203,2(3) keV 19,1(7) ms TI 117Pd (11/2-)#
118Pd 46 72 117,91898(23) 1,9(1) s β− 118Ag 0+
119Pd 46 73 118,92311(32)# 0,92(13) s β− 119Ag
120Pd 46 74 119,92469(13) 0,5(1) s β− 120Ag 0+
121Pd 46 75 120,92887(54)# 400# ms [>300 ns] β− 121Ag
122Pd 46 76 121,93055(43)# 300# ms [>300 ns] β− 122Ag 0+
123Pd 46 77 122,93493(64)# 200# ms [>300 ns] β− 123Ag
124Pd 46 78 123,93688(54)# 100# ms [>300 ns] 0+
125Pd[5] 46 79
126Pd[6],[7] 46 80 0+
126m1Pd 2023 keV 330 ns TI 126Pd 5-
126m2Pd 2110 keV 440 ns TI 126m1Pd 7-
128Pd[6],[7] 46 82 0+
128mPd 2151 keV 5,8 µs TI 128Pd 8+
  1. En gras pour les isotopes avec des demi-vies plus grandes que l'âge de l'univers (presque stables).
  2. Abréviations :
    CE : capture électronique ;
    TI : transition isomérique.
  3. Isotopes stables en gras.
  4. Soupçonné de se désintégrer par β+β+ en 102Ru.
  5. Utilisé en médecine.
  6. Théoriquement capable de fission spontanée.
  7. Produit de fission.
  8. Produit de fission à vie longue.
  9. Soupçonné de se désintégrer par β−β− en 110Cd avec une demi-vie supérieure à 6 × 1017 années.

Remarques
  • La précision de l'abondance isotopique et de la masse atomique est limitée par des variations. Les échelles de variations données devraient être valables pour tout matériau terrestre normal.
  • Il existe des échantillons géologiques exceptionnels dont la composition isotopique est en dehors de l'échelle donnée. L'incertitude sur la masse atomique de tels échantillons peut excéder les valeurs données.
  • 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[8].

Notes et références
  1. (UO2 enrichi à 3,5 % - 33 000 MWJ t−1 – gaine Zircaloy – 3 ans après déchargement).
  2. J.C. Gariel, « Fiche Radionucléide - Palladium 107 et environnement », IRSN, 2 décembre 2002, [PDF], 11 p.
  3. Mark Winter, « Isotopes of palladium », WebElements, The University of Sheffield and WebElements Ltd, UK (consulté le )
  4. (en) Universal Nuclide Chart
  5. Future Plan of the Experimental Program on Synthesizing the Heaviest Element at RIKEN, Kosuke Morita
  6. Isomers in 128Pd and 126Pd: Evidence for a Robust Shell Closure at the Neutron Magic Number 82 in Exotic Palladium Isotopes; Physical Review Letters, 11/29/2013
  7. Experiments on neutron-rich atomic nuclei could help scientists to understand nuclear reactions in exploding stars; physorg.com, 11/29/2013
  8. (en) « 2.5.7. Standard and expanded uncertainties », Engineering Statistics Handbook (consulté le )


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
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