Isotopes du niobium

Le niobium (Nb) possède 33 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 81 et 113, et 24 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, un seul est stable, 93Nb, et constitue l'intégralité du niobium naturellement présent, faisant du niobium un élément monoisotopique ainsi qu'un élément mononucléidique. Sa masse atomique standard est donc la masse isotopique de 93Nb, soit 92,906 38(2) u.

Parmi les 32 radioisotopes du niobium, le plus stable est 92Nb, un radionucléide non primordial avec une demi-vie de 34,7 millions d'années. Les suivants sont 94Nb (demi-vie de 20 300 années) et 91Nb (680 années). Un isomère nucléaire à 31 keV, 93mNb, possède une demi-vie de 16,13 années. La plupart des autres radioisotopes ont des demi-vies inférieures à deux heures, à l'exception de 95Nb (35 jours), 96Nb (23,4 heures) et 90Nb (14,6 heurs).

Les isotopes plus légers que 93Nb se désintègrent principalement par émission de positron (β+), à l'exception de 91Nb qui se désintègre principalement par capture électronique, tous en isotopes du zirconium. Les radioisotopes plus lourds se désintègrent eux principalement par désintégration β-, ou pour certains, de façon non négligeable, par désintégration β- et émission de neutron, tous en isotopes du molybdène.

Seuls 95Nb (35 jours) et 97Nb (72 minutes) et d'autres isotopes plus lourds (de demi-vies de l'ordre de a seconde) sont des produits de fission en quantité significative, les autres isotopes étant éclipsés par des isotopes stables ou à très longue durée de vie (93Zr) du zirconium, produits par désintégration β à partir de fragments de fission riches en neutrons. 95Nb est le produit de désintégration de 95Zr (64 jours), et il est donc présent dans le combustible nucléaire usagé plus longtemps que sa courte demi-vie ne pourrait le laisser présager. De très faibles quantités d'autres isotopes peuvent aussi être produites comme produits de fission directs.

Isotopes notables

Niobium 92

Le niobium 92 (92Nb) est l'isotope du niobium dont le noyau est constitué de 41 protons et de 51 neutrons. C'est le plus stable des 32 radioisotopes du niobium, qui se désintègre principalement par émission de positron en zirconium 92 avec une demi-vie de 34,7 Ma. La présence du niobium 92 pendant la formation du Système solaire est attestée par l'observation d'excès de zirconium 92 (radioactivité éteinte). Le niobium 92 est, avec le samarium 146, l'un des isotopes avec la plus longue durée de vie parmi les éléments à ne pas avoir été détecté dans la nature comme nucléide primordial[alpha 1] (le plutonium 244, avec une demi-vie de 80 millions d'années, intermédiaire entre celles de 92Nb et de 146Sm, aurait été détecté dans les années 1970 et serait donc primordial, mais sa détection dans le milieu naturel a été remise en question).

Niobium 93

Le niobium 93 (93Nb) est l'isotope du niobium dont le noyau est constitué de 41 protons et de 52 neutrons. C'est le seul isotope stable du niobium, mais il est aussi le nucléide le plus léger théoriquement capable de fission spontanée. Ce type d'évènement n'a pour l'instant jamais été observé sur cet isotope, mais cela ferait du niobium théoriquement l'élément le plus léger avec aucun isotope stable. Les 40 premiers éléments (jusqu'au zirconium) ont tous un isotope stable, mais qui, en théorie, pourrait subir une désintégration du proton.

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

fils[n 3]

 Spin

nucléaire

Énergie d'excitation
81Nb 41 40 80,94903(161)# <44 ns β+, p 80Y 3/2-#
p 80Zr
β+ 81Zr
82Nb 41 41 81,94313(32)# 51(5) ms β+ 82Zr 0+
83Nb 41 42 82,93671(34) 4,1(3) s β+ 83Zr (5/2+)
84Nb 41 43 83,93357(32)# 9,8(9) s β+ (>99,9%) 84Zr 3+
β+, p (<0,1%) 83Y
84mNb 338(10) keV 103(19) ns (5-)
85Nb 41 44 84,92791(24) 20,9(7) s β+ 85Zr (9/2+)
85mNb 759,0(10) keV 12(5) s (1/2-)
86Nb 41 45 85,92504(9) 88(1) s β+ 86Zr (6+)
86mNb 250(160)# keV 56(8) s β+ 86Zr high
87Nb 41 46 86,92036(7) 3,75(9) min β+ 87Zr (1/2-)
87mNb 3,84(14) keV 2,6(1) min β+ 87Zr (9/2+)#
88Nb 41 47 87,91833(11) 14,55(6) min β+ 88Zr (8+)
88mNb 40(140) keV 7,8(1) min β+ 88Zr (4-)
89Nb 41 48 88,913418(29) 2,03(7) h β+ 89Zr (9/2+)
89mNb 0(30)# keV 1,10(3) h β+ 89Zr (1/2)-
90Nb 41 49 89,911265(5) 14,60(5) h β+ 90Zr 8+
90m1Nb 122,370(22) keV 63(2) µs 6+
90m2Nb 124,67(25) keV 18,81(6) s TI 90Nb 4-
90m3Nb 171,10(10) keV <1 µs 7+
90m4Nb 382,01(25) keV 6,19(8) ms CC 1+
90m5Nb 1880,21(20) keV 472(13) ns (11-)
91Nb 41 50 90,906996(4) 680(130) a CE (99,98%) 91Zr 9/2+
β+ (0,013%) 91Zr
91m1Nb 104,60(5) keV 60,86(22) j TI (93%) 91Nb 1/2-
CE (7%) 91Zr
β+ (0,0028%) 91Zr
91m2Nb 2034,35(19) keV 3,76(12) µs (17/2-)
92Nb 41 51 91,907194(3) 3,47(24)×107 a[n 4] β+ (99,95%) 92Zr (7)+
β− (0,05%) 92Mo
92m1Nb 135,5(4) keV 10,15(2) j β+ 92Zr (2)+
92m2Nb 225,7(4) keV 5,9(2) µs (2)-
92m3Nb 2203,3(4) keV 167(4) ns (11-)
93Nb 41 52 92,9063781(26) Observé stable[n 5] 9/2+
93mNb 30,77(2) keV 16,13(14) a TI 93Nb 1/2-
94Nb 41 53 93,9072839(26) 2,03(16)×104 a β− 94Mo (6)+
94mNb 40,902(12) keV 6,263(4) min TI (99,5%) 94Nb 3+
β− (0,5%) 94Mo
95Nb 41 54 94,9068358(21) 34,991(6) j β− 95Mo 9/2+
95mNb 235,690(20) keV 3,61(3) j TI (94,4%) 95Nb 1/2-
β− (5,6%) 95Mo
96Nb 41 55 95,908101(4) 23,35(5) h β− 96Mo 6+
97Nb 41 56 96,9080986(27) 72,1(7) min β− 97Mo 9/2+
97mNb 743,35(3) keV 52,7(18) s TI 97Nb 1/2-
98Nb 41 57 97,910328(6) 2,86(6) s β− 98Mo 1+
98mNb 84(4) keV 51,3(4) min β− (99,9%) 98Mo (5+)
TI (0,1%) 98Nb
99Nb 41 58 98,911618(14) 15,0(2) s β− 99Mo 9/2+
99mNb 365,29(14) keV 2,6(2) min β− (96,2%) 99Mo 1/2-
TI (3,8%) 99Nb
100Nb 41 59 99,914182(28) 1,5(2) s β− 100Mo 1+
100mNb 470(40) keV 2,99(11) s β− 100Mo (4+,5+)
101Nb 41 60 100,915252(20) 7,1(3) s β− 101Mo (5/2#)+
102Nb 41 61 101,91804(4) 1,3(2) s β− 102Mo 1+
102mNb 130(50) keV 4,3(4) s β− 102Mo high
103Nb 41 62 102,91914(7) 1,5(2) s β− 103Mo (5/2+)
104Nb 41 63 103,92246(11) 4,9(3) s β− (99,94%) 104Mo (1+)
β−, n (0,06%) 103Mo
104mNb 220(120) keV 940(40) ms β− (99,95%) 104Mo high
β−, n (0,05%) 103Mo
105Nb 41 64 104,92394(11) 2,95(6) s β− (98,3%) 105Mo (5/2+)#
β−, n (1,7%) 104Mo
106Nb 41 65 105,92797(21)# 920(40) ms β− (95,5%) 106Mo 2+#
β−, n (4,5%) 105Mo
107Nb 41 66 106,93031(43)# 300(9) ms β− (94%) 107Mo 5/2+#
β−, n (6%) 106Mo
108Nb 41 67 107,93484(32)# 0,193(17) s β− (93,8%) 108Mo (2+)
β−, n (6,2%) 107Mo
109Nb 41 68 108,93763(54)# 190(30) ms β− (69%) 109Mo 5/2+#
β−, n (69%) 108Mo
110Nb 41 69 109,94244(54)# 170(20) ms β− (60%) 110Mo 2+#
β−, n (40%) 109Mo
111Nb 41 70 110,94565(54)# 80# ms [>300 ns] 5/2+#
112Nb 41 71 111,95083(75)# 60# ms [>300 ns] 2+#
113Nb 41 72 112,95470(86)# 30# ms [>300 ns] 5/2+#
  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. Radionucléide non-primordial à la plus longue durée de vie.
  5. Théoriquement capable de fission spontanée, nucléide le plus léger en étant capable.

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[2].

Notes et références

Notes
  1. Il existe de nombreux radioisotopes à courte durée de vie dans la nature, mais ils sont tous cosmogéniques ou radiogéniques.

Références
  1. (en)Universal Nuclide Chart.
  2. (en) « 2.5.7. Standard and expanded uncertainties », Engineering Statistics Handbook (consulté le )

Sources


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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