Thorium 229m

Thorium 229m

table

Général
Nom Thorium 229m
Symbole 229m
90Th
139
Neutrons 139
Protons 90
Données physiques
Demi-vie Non mesurée[1], < 1 s[2]
Masse atomique 229,0317624(30) u
Spin 3/2+
Excès d'énergie 29 586,5 ± 2,8 keV[3]
Énergie de liaison par nucléon 7 634,65 ± 0,12 keV[3]
Production radiogénique
Isotope parent Désintégration Demi-vie
233
92U		 α 1,591 9 × 105 a

Le thorium 229m, noté 229mTh, est un isomère nucléaire de l'isotope du thorium dont le nombre de masse est égal à 229 : son noyau atomique compte 90 protons et 139 neutrons avec un spin 3/2+ pour une masse atomique de 229,031 76 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de 29 586,5 ± 2,8 keV et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de 7 634,65 ± 0,12 keV[3]. Il provient de la désintégration α de l'uranium 233.

Le thorium 229m est peut-être l'isomère connu ayant la plus faible énergie d'excitation, à peine quelques électronvolts. Cette valeur est si faible qu'elle est longtemps restée incertaine. D'abord estimée à 3,5 ± 1,0 eV[4] dans les années 1990, d'autres mesures l'ont ensuite placée vers 7,6 ± 0,5 eV[5] dans les années 2000. En 2024, cette transition est précisément mesurée au NIST, et se produit à une fréquence de 2 020 407 384 335 ± 2 kHz, soit 148,382 182 9 nm ou 8,355 733 668 eV[6].

Cette énergie correspond à des photons dans l'ultraviolet, et s'il était possible d'exciter l'isotope 229Th avec un laser ultraviolet de longueur d'onde adéquate, cela pourrait en faire des batteries à haute densité d'énergie[7], des horloges nucléaires de très haute précision[8], voire des qubits pour calculateurs quantiques[9].

Le thorium 229 résultant de la transition isomérique du thorium 229m connaît une désintégration α en radium 225 en libérant une énergie de désintégration de 5,168 MeV avec une période de 7 880 ans.

Notes et références

  1. ↑ (en) Molly A. Wakeling, « Charge States of 229mTh: Path to Finding the Half-Life » [PDF], sur nuclock.eu, Université d'État de Wayne, College of Arts and Sciences Department of Physics and Astronomy, (consulté le ).
  2. ↑ (en) G. Audi (欧乔治), F. G. Kondev, Meng Wang (王猛), W. J. Huang (黄文嘉) et S. Naimi, « The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties », Chinese Physics C: English Edition (中国物理C：英文版), vol. 41, no 3,‎ , article no 030001 (DOI 10.1088/1674-1137/41/3/030001, Bibcode 2017ChPhC..41c0001A, lire en ligne)
  3. (en) « Thorium Isotopic Data », sur radiochemistry.org, (consulté le ).
  4. ↑ (en) R. G. Helmer et C. W. Reich, « An excited state of 229Th at 3.5 eV », Physical Review C, vol. 49, no 4,‎ , p. 1845-1858 (PMID 9969412, DOI 10.1103/PhysRevC.49.1845, Bibcode 1994PhRvC..49.1845H, lire en ligne)
  5. ↑ (en) B. R. Beck, J. A. Becker, P. Beiersdorfer, G. V. Brown, K. J. Moody, J. B. Wilhelmy, F. S. Porter, C. A. Kilbourne et R. L. Kelley, « Energy Splitting of the Ground-State Doublet in the Nucleus 229Th », Physical Review Letters, vol. 98, no 14,‎ , article no 142501 (PMID 17501268, DOI 10.1103/PhysRevLett.98.142501, Bibcode 2007PhRvL..98n2501B, lire en ligne)
  6. ↑ (en) Zhang, Chuankun and Ooi, Tian and Higgins, Jacob S. and Doyle, Jack F. and von der Wense, Lars and Beeks, Kjeld and Leitner, Adrian and Kazakov, Georgy A. and Li, Peng and Thirolf, Peter G. and Schumm, Thorsten and Ye, Jun, « Frequency ratio of the 229mTh nuclear isomeric transition and the 87Sr atomic clock », Nature, vol. 633, no 8028,‎ , p. 63-70 (DOI 10.1038/s41586-024-07839-6, lire en ligne)
  7. ↑ (en) C. H. Poppe, M. S. Weiss et J. D. Anderson « Nuclear isomers as ultra-high-energy-density materials » (Bibcode 1992hedm.conf...12P, consulté le )
    —Air Force Meeting on High Energy Density Materials (Lancaster, CA, )
  8. ↑ (en) E. Peik et Chr. Tamm, « Nuclear laser spectroscopy of the 3.5 eV transition in Th-229 », EPL (Europhysics Letters), vol. 61, no 2,‎ , p. 181-186 (DOI 10.1209/epl/i2003-00210-x, Bibcode 2003EL.....61..181P, lire en ligne)
  9. ↑ (en) S. Raeder, V. Sonnenschein, T. Gottwald, I. D. Moore, M. Reponen, S. Rothe, N. Trautmann et K. Wendt, « Resonance ionization spectroscopy of thorium isotopes–towards a laser spectroscopic identification of the low-lying 7.6 eV isomer of 229Th », Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, vol. 44, no 16,‎ , article no 165005 (DOI 10.1088/0953-4075/44/16/165005, Bibcode 2011JPhB...44p5005R, arXiv 1105.4646, S2CID 118379032, lire en ligne)

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