Actinide -Actinide

Actinides dans le tableau périodique
Hydrogène Hélium
Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon
Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon
Potassium Calcium Scandium Titane Vanadium Chrome Manganèse Fer Cobalt Nickel Cuivre Zinc Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdène Technétium Ruthénium Rhodié Palladium Argent Cadmium Indium Étain Antimoine Tellure Iode Xénon
Césium Baryum Lanthane Cérium Praséodyme Néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutétium Hafnium Tantale Tungstène Rhénium Osmium Iridium Platine Or Mercure (élément) Thallium Mener Bismuth Polonium astate Radon
francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Américium Curium Berkélium Californie Einsteinium fermium Mendélévium nobélium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium copernic nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessee Oganesson

La série des actinides ( / ˈ æ k t ɪ n d / ) ou actinoïde ( / ˈ æ k t ɪ n ɔɪ d / ) englobe les 15 éléments chimiques métalliques de numéros atomiques de 89 à 103, de l'actinium au lawrencium . La série des actinides tire son nom du premier élément de la série, l'actinium. Le symbole chimique informel An est utilisé dans les discussions générales sur la chimie des actinides pour désigner tout actinide.

Le "Livre rouge" de l' IUPAC de 1985 (p. 45) recommande d' utiliser "actinoïde" plutôt que "actinide" . La terminaison "-ide" indique normalement un ion négatif . Cependant, en raison de la large utilisation actuelle, "l'actinide" est toujours autorisé.

Étant donné que "actinoïde" signifie "semblable à l'actinium" (cf. humanoïde ou androïde), il a été avancé pour des raisons sémantiques que l'actinium ne peut logiquement pas être un actinoïde, mais l' IUPAC reconnaît son inclusion sur la base de l'usage courant.

Tous les actinides sont des éléments du bloc f , sauf le dernier (lawrencium) qui est un élément du bloc d . L'actinium a parfois été considéré comme un bloc d au lieu de lawrencium, mais la classification avec lawrencium dans le bloc d est plus souvent adoptée par ceux qui étudient la question. La série correspond principalement au remplissage de la couche d'électrons 5f , bien que dans l'état fondamental, beaucoup aient des configurations anormales impliquant le remplissage de la couche 6d en raison de la répulsion interélectronique. En comparaison avec les lanthanides , également pour la plupart des éléments du bloc f , les actinides présentent une valence beaucoup plus variable . Ils ont tous de très grands rayons atomiques et ioniques et présentent une gamme inhabituellement large de propriétés physiques. Alors que l'actinium et les actinides tardifs (à partir de l'américium) se comportent de la même manière que les lanthanides, les éléments thorium, protactinium et uranium ressemblent beaucoup plus aux métaux de transition dans leur chimie, le neptunium et le plutonium occupant une position intermédiaire.

Tous les actinides sont radioactifs et libèrent de l'énergie lors de la désintégration radioactive; L' uranium et le thorium naturels et le plutonium produit par synthèse sont les actinides les plus abondants sur Terre. Ceux-ci sont utilisés dans les réacteurs nucléaires et les armes nucléaires . L'uranium et le thorium ont également diverses utilisations actuelles ou historiques, et l'américium est utilisé dans les chambres d'ionisation de la plupart des détecteurs de fumée modernes .

Parmi les actinides, le thorium et l'uranium primordiaux sont naturellement présents en quantités substantielles. La désintégration radioactive de l'uranium produit des quantités transitoires d' actinium et de protactinium , et des atomes de neptunium et de plutonium sont parfois produits à partir de réactions de transmutation dans les minerais d'uranium . Les autres actinides sont des éléments purement synthétiques . Les essais d'armes nucléaires ont rejeté dans l' environnement au moins six actinides plus lourds que le plutonium ; l'analyse des débris d'une explosion de bombe à hydrogène en 1952 a montré la présence d' américium , de curium , de berkélium , de californium , d' einsteinium et de fermium .

Dans les présentations du tableau périodique , les éléments du bloc f sont habituellement représentés sous la forme de deux rangées supplémentaires sous le corps principal du tableau. Cette convention est entièrement une question d' esthétique et de praticité de formatage; un tableau périodique au format large rarement utilisé insère les séries 4f et 5f à leur place, en tant que parties des sixième et septième lignes (périodes) du tableau.

Actinium89CA​[227] Thorium90E232.04 Protactinium91Pennsylvanie231.04 Uranium92tu238.03 Neptunium93Np​[237] Plutonium94Pu​[244] Américium95Un m​[243] Curium96Cm​[247] Berkélium97BK​[247] Californie98Cf​[251] Einsteinium99Es​[252] fermium100FM​[257] Mendélévium101Maryland​[258] nobélium102Non​[259] Lawrencium103G / D​[266]

Découverte, isolation et synthèse

Synthèse des éléments transuraniens
Élément An Méthode
Neptunium 1940 Bombardement de 238 U par des neutrons
Plutonium 1941 Bombardement de 238 U par des deutérons
Américium 1944 Bombardement du 239 Pu par des neutrons
Curium 1944 Bombardement de 239 Pu par des particules α
Berkélium 1949 Bombardement de 241 Am par des particules α
Californie 1950 Bombardement de 242 cm par des particules α
Einsteinium 1952 En tant que produit d' une explosion nucléaire
fermium 1952 En tant que produit d'une explosion nucléaire
Mendélévium 1955 Bombardement de 253 Es par des particules α
nobélium 1965 Bombardement de 243 Am par 15 N
ou 238 U avec 22 Ne
Lawrencium 1961
–1971
Bombardement de 252 Cf par 10 B ou 11 B
et de 243 Am avec 18 O

Comme les lanthanides , les actinides forment une famille d'éléments aux propriétés similaires. Au sein des actinides, il existe deux groupes qui se chevauchent : les éléments transuraniens , qui suivent l'uranium dans le tableau périodique ; et les éléments transplutonium , qui suivent le plutonium. Par rapport aux lanthanides, qui (à l'exception du prométhium ) se trouvent dans la nature en quantités appréciables, la plupart des actinides sont rares. La plupart ne se produisent pas dans la nature, et parmi ceux qui le font, seuls le thorium et l'uranium le font en plus de quantités infimes. Les actinides les plus abondants ou les plus faciles à synthétiser sont l'uranium et le thorium, suivis du plutonium, de l'américium, de l'actinium, du protactinium, du neptunium et du curium.

L'existence d'éléments transuraniens a été suggérée en 1934 par Enrico Fermi , sur la base de ses expériences. Cependant, même si quatre actinides étaient connus à cette époque, on ne comprenait pas encore qu'ils formaient une famille similaire aux lanthanides. L'opinion dominante qui dominait les premières recherches sur les transuraniens était qu'il s'agissait d'éléments réguliers de la 7e période, le thorium, le protactinium et l'uranium correspondant respectivement au hafnium , au tantale et au tungstène de la 6e période . La synthèse des transuraniens a peu à peu ébranlé ce point de vue. En 1944, une observation selon laquelle le curium ne présentait pas d'états d'oxydation supérieurs à 4 (alors que son homologue supposé de la 6e période, le platine , peut atteindre l'état d'oxydation de 6) a incité Glenn Seaborg à formuler une « hypothèse d'actinide ». Des études d'actinides connus et des découvertes d'autres éléments transuraniens ont fourni plus de données à l'appui de cette position, mais l'expression « hypothèse des actinides » (l'implication étant qu'une « hypothèse » est quelque chose qui n'a pas été prouvé de manière décisive) est restée activement utilisée par les scientifiques. jusqu'à la fin des années 1950.

Actuellement, il existe deux grandes méthodes de production d' isotopes d'éléments transplutonium : (1) irradiation des éléments plus légers avec des neutrons ; (2) irradiation avec des particules chargées accélérées. La première méthode est plus importante pour les applications, car seule l'irradiation neutronique à l'aide de réacteurs nucléaires permet la production de quantités importantes d'actinides de synthèse ; cependant, il est limité à des éléments relativement légers. L'avantage de la deuxième méthode est que des éléments plus lourds que le plutonium, ainsi que des isotopes déficients en neutrons, peuvent être obtenus, qui ne se forment pas lors de l'irradiation neutronique.

En 1962-1966, il y a eu des tentatives aux États-Unis pour produire des isotopes de transplutonium en utilisant une série de six explosions nucléaires souterraines . De petits échantillons de roche ont été extraits de la zone de dynamitage immédiatement après le test pour étudier les produits de l'explosion, mais aucun isotope avec un nombre de masse supérieur à 257 n'a pu être détecté, malgré les prédictions selon lesquelles ces isotopes auraient des demi-vies de désintégration α relativement longues . Cette non-observation a été attribuée à la fission spontanée en raison de la grande vitesse des produits et à d'autres canaux de désintégration, tels que l'émission de neutrons et la fission nucléaire .

De l'actinium à l'uranium

Enrico Fermi a suggéré l'existence d'éléments transuraniens en 1934.

L'uranium et le thorium ont été les premiers actinides découverts . L'uranium a été identifié en 1789 par le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth dans le minerai de pechblende . Il lui donna le nom de la planète Uranus , découverte huit ans plus tôt. Klaproth a pu précipiter un composé jaune (probablement du diuranate de sodium ) en dissolvant de la pechblende dans de l'acide nitrique et en neutralisant la solution avec de l'hydroxyde de sodium . Il réduisit alors la poudre jaune obtenue avec du charbon de bois, et en extrait une substance noire qu'il prit pour du métal. Soixante ans plus tard, le scientifique français Eugène-Melchior Péligot l'a identifié comme étant de l'oxyde d'uranium. Il a également isolé le premier échantillon d'uranium métal en chauffant du tétrachlorure d'uranium avec du potassium métallique . La masse atomique de l'uranium était alors calculée à 120, mais Dmitri Mendeleev en 1872 l'a corrigée à 240 en utilisant ses lois de périodicité. Cette valeur a été confirmée expérimentalement en 1882 par K. Zimmerman.

L'oxyde de thorium a été découvert par Friedrich Wöhler dans le minéral Thorianite , trouvé en Norvège (1827). Jöns Jacob Berzelius a caractérisé ce matériau plus en détail en 1828. Par réduction du tétrachlorure de thorium avec du potassium, il a isolé le métal et l'a nommé thorium d'après le dieu nordique du tonnerre et de la foudre Thor . La même méthode d'isolement a ensuite été utilisée par Péligot pour l'uranium.

L'actinium a été découvert en 1899 par André-Louis Debierne , assistant de Marie Curie , dans les déchets de pechblende laissés après élimination du radium et du polonium. Il a décrit la substance (en 1899) comme similaire au titane et (en 1900) comme similaire au thorium. La découverte de l'actinium par Debierne a cependant été remise en question en 1971 et 2000, arguant que les publications de Debierne en 1904 contredisaient ses travaux antérieurs de 1899-1900. Ce point de vue attribue plutôt le travail de 1902 de Friedrich Oskar Giesel , qui a découvert un élément radioactif nommé émanium qui se comportait de la même manière que le lanthane. Le nom actinium vient du grec aktis, aktinos (ακτίς, ακτίνος), signifiant faisceau ou rayon. Ce métal a été découvert non pas par son propre rayonnement mais par le rayonnement des produits de filiation. En raison de l'étroite similitude de l'actinium et du lanthane et de leur faible abondance, l'actinium pur n'a pu être produit qu'en 1950. Le terme actinide a probablement été introduit par Victor Goldschmidt en 1937.

Le protactinium a peut-être été isolé en 1900 par William Crookes . Il a été identifié pour la première fois en 1913, lorsque Kasimir Fajans et Oswald Helmuth Göhring ont rencontré l'isotope à courte durée de vie 234m Pa (demi-vie 1,17 minutes) au cours de leurs études sur la désintégration de 238 U. Ils nommèrent le nouvel élément brevium (du latin brevis signifiant bref) ; le nom a été changé en protoactinium (du grec πρῶτος + ἀκτίς signifiant "premier élément de faisceau") en 1918 lorsque deux groupes de scientifiques, dirigés par l'Autrichienne Lise Meitner et Otto Hahn d'Allemagne et Frederick Soddy et John Cranston de Grande-Bretagne, ont découvert indépendamment le 231 Pa à durée de vie beaucoup plus longue . Le nom a été raccourci en protactinium en 1949. Cet élément a été peu caractérisé jusqu'en 1960, lorsque AG Maddock et ses collègues au Royaume-Uni ont isolé 130 grammes de protactinium à partir de 60 tonnes de déchets laissés après extraction de l'uranium de son minerai.

Neptunium et plus

Neptunium (du nom de la planète Neptune , la prochaine planète à partir d'Uranus, d'après laquelle l'uranium a été nommé) a été découvert par Edwin McMillan et Philip H. Abelson en 1940 à Berkeley, en Californie . Ils ont produit l' isotope 239 Np (demi-vie = 2,4 jours) en bombardant l'uranium avec des neutrons lents . C'était le premier élément transuranien produit synthétiquement.

Glenn T. Seaborg et son groupe de l' Université de Californie à Berkeley ont synthétisé Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No et l'élément 106, qui a ensuite été nommé seaborgium en son honneur alors qu'il vivait encore. Ils ont également synthétisé plus d'une centaine d'isotopes d'actinides.

Les éléments transuraniens ne sont pas présents en quantités importantes dans la nature et sont généralement synthétisés via des réactions nucléaires menées avec des réacteurs nucléaires. Par exemple, sous irradiation avec des neutrons de réacteur, l'uranium-238 se convertit partiellement en plutonium-239 :

Cette réaction de synthèse a été utilisée par Fermi et ses collaborateurs dans leur conception des réacteurs situés sur le site de Hanford , qui ont produit des quantités importantes de plutonium-239 pour les armes nucléaires du projet Manhattan et l'arsenal nucléaire d'après-guerre des États-Unis.

Les actinides avec les nombres de masse les plus élevés sont synthétisés en bombardant l'uranium, le plutonium, le curium et le californium avec des ions d'azote, d'oxygène, de carbone, de néon ou de bore dans un accélérateur de particules . Ainsi, le nobélium a été produit en bombardant de l'uranium-238 avec du néon-22 comme

.

Les premiers isotopes des éléments transplutonium, l'américium-241 et le curium-242 , ont été synthétisés en 1944 par Glenn T. Seaborg, Ralph A. James et Albert Ghiorso . Le curium-242 a été obtenu en bombardant du plutonium-239 avec des particules α de 32 MeV

.

Les isotopes américium-241 et curium-242 ont également été produits en irradiant du plutonium dans un réacteur nucléaire. Ce dernier élément porte le nom de Marie Curie et de son mari Pierre , connus pour avoir découvert le radium et pour leurs travaux sur la radioactivité .

Le bombardement du curium-242 avec des particules α a donné un isotope du californium 245 Cf (1950), et une procédure similaire a donné en 1949 du berkelium-243 à partir de l'américium-241. Les nouveaux éléments ont été nommés d'après Berkeley, en Californie , par analogie avec son homologue des lanthanides , le terbium , qui a été nommé d'après le village d' Ytterby en Suède.

En 1945, BB Cunningham a obtenu le premier composé chimique en masse d'un élément transplutonium, à savoir l'hydroxyde d'américium . Au cours des quelques années, des milligrammes d'américium et des microgrammes de curium se sont accumulés, ce qui a permis la production d'isotopes de berkélium (Thomson, 1949) et de californium (Thomson, 1950). Des quantités importantes de ces éléments ont été produites en 1958 (Burris B. Cunningham et Stanley G. Thomson), et le premier composé de californium (0,3 µg de CfOCl) a été obtenu en 1960 par BB Cunningham et JC Wallmann.

L'einsteinium et le fermium ont été identifiés en 1952-1953 dans les retombées de l'essai nucléaire " Ivy Mike " (1er novembre 1952), le premier essai réussi d'une bombe à hydrogène. L'exposition instantanée de l'uranium-238 à un important flux de neutrons résultant de l'explosion a produit des isotopes lourds de l'uranium, dont l'uranium-253 et l'uranium-255, et leur désintégration β a produit de l'einsteinium-253 et du fermium-255 . La découverte des nouveaux éléments et les nouvelles données sur la capture des neutrons ont d'abord été tenues secrètes sur ordre de l'armée américaine jusqu'en 1955 en raison des tensions de la guerre froide . Néanmoins, l'équipe de Berkeley a pu préparer l'einsteinium et le fermium par des moyens civils, grâce au bombardement neutronique de plutonium-239, et a publié ce travail en 1954 avec l'avertissement que ce n'étaient pas les premières études qui avaient été menées sur ces éléments. Les études "Ivy Mike" ont été déclassifiées et publiées en 1955. Les premières quantités significatives (sous-microgrammes) d'einsteinium ont été produites en 1961 par Cunningham et ses collègues, mais cela n'a pas encore été fait pour le fermium.

Le premier isotope du mendélévium, 256 Md (demi-vie 87 min), a été synthétisé par Albert Ghiorso, Glenn T. Seaborg, Gregory R. Choppin, Bernard G. Harvey et Stanley G. Thompson lorsqu'ils ont bombardé une cible 253 Es avec alpha particules dans le cyclotron de 60 pouces du Berkeley Radiation Laboratory ; c'était le premier isotope de n'importe quel élément à être synthétisé un atome à la fois.

Il y a eu plusieurs tentatives d'obtention d'isotopes du nobélium par des groupes suédois (1957) et américains (1958), mais le premier résultat fiable a été la synthèse de 256 No par le groupe russe ( Georgy Flyorov et al. ) en 1965, comme le reconnaît le IUPAC en 1992. Dans leurs expériences, Flyorov et al. bombardé d'uranium-238 avec du néon-22.

En 1961, Ghiorso et al. a obtenu le premier isotope du lawrencium en irradiant du californium (principalement du californium-252 ) avec des ions bore-10 et bore-11 . Le nombre de masse de cet isotope n'était pas clairement établi (peut-être 258 ou 259) à l'époque. En 1965, 256 Lr a été synthétisé par Flyorov et al. à partir de 243 h et 18 h . Ainsi, l'IUPAC a reconnu les équipes de physique nucléaire de Dubna et Berkeley comme co-découvreurs du lawrencium.

Isotopes

Les actinides ont 89−103 protons et généralement 117−159 neutrons.

32 isotopes d'actinium et huit états isomères excités de certains de ses nucléides ont été identifiés en 2016. Trois isotopes, 225 Ac , 227 Ac et 228 Ac , ont été trouvés dans la nature et les autres ont été produits en laboratoire; seuls les trois isotopes naturels sont utilisés dans les applications. L'actinium-225 fait partie de la série radioactive du neptunium ; il a été découvert pour la première fois en 1947 en tant que produit de désintégration de l'uranium-233 , c'est un émetteur α avec une demi-vie de 10 jours. L'actinium-225 est moins disponible que l'actinium-228, mais est plus prometteur dans les applications de radiotraceurs. L'actinium-227 (demi-vie 21,77 ans) est présent dans tous les minerais d'uranium, mais en petites quantités. Un gramme d'uranium (en équilibre radioactif) ne contient que 2 × 10−10 gramme de 227 Ac. L'actinium-228 fait partie de la série radioactive du thorium formée par la désintégration du 228 Ra ; c'est un émetteur β - avec une demi-vie de 6,15 heures. Dans une tonne de thorium il y a 5 × 10−8 grammes de 228 Ac. Il a été découvert par Otto Hahn en 1906.

Il existe 31 isotopes connus du thorium dont le nombre de masse varie de 208 à 238. Parmi ceux-ci, le plus long est le 232 Th, dont la demi-vie de1,4 × 10 10  ans signifie qu'il existe toujours dans la nature en tant que nucléide primordial . Le deuxième à durée de vie la plus longue est le 230 Th , un produit de désintégration intermédiaire de 238 U avec une demi-vie de 75 400 ans. Plusieurs autres isotopes du thorium ont des demi-vies supérieures à une journée; tous ces éléments sont également transitoires dans les chaînes de désintégration de 232 Th, 235 U et 238 U.

28 isotopes de protactinium sont connus avec des nombres de masse de 212 à 239 ainsi que trois états isomères excités . Seuls 231 Pa et 234 Pa ont été trouvés dans la nature. Tous les isotopes ont des durées de vie courtes, à l'exception du protactinium-231 (demi-vie 32 760 ans). Les isotopes les plus importants sont le 231 Pa et le 233 Pa , qui est un produit intermédiaire dans l'obtention de l'uranium 233 et qui est le plus abordable parmi les isotopes artificiels du protactinium. Le 233 Pa a une demi-vie et une énergie de rayonnement γ pratiques et a donc été utilisé dans la plupart des études sur la chimie du protactinium. Le protactinium-233 est un émetteur β avec une demi-vie de 26,97 jours.

Il existe 26 isotopes connus de l'uranium , ayant des nombres de masse de 215 à 242 (sauf 220 et 241). Trois d'entre eux, 234 U , 235 U et 238 U, sont présents en quantités appréciables dans la nature. Entre autres, le plus important est l' 233 U, qui est un produit final de transformation du 232 Th irradié par des neutrons lents. 233 U a une efficacité de fission beaucoup plus élevée par des neutrons de basse énergie (thermiques), par rapport par exemple à 235 U. La plupart des études de chimie de l'uranium ont été réalisées sur l'uranium 238 en raison de sa longue demi-vie de 4,4 × 109 ans.

Il existe 24 isotopes de neptunium avec des nombres de masse de 219, 220 et 223–244; ils sont tous hautement radioactifs. Les plus populaires parmi les scientifiques sont le 237 Np à longue durée de vie (t 1/2 = 2,20 × 106 ans) et de courte durée 239 Np, 238 Np (t 1/2 ~ 2 jours).

Dix-huit isotopes de l'américium sont connus avec des nombres de masse de 229 à 247 (à l'exception de 231). Les plus importants sont 241 Am et 243 Am, qui sont des émetteurs alpha et émettent également des rayons γ doux mais intenses ; les deux peuvent être obtenus sous une forme isotopiquement pure. Les propriétés chimiques de l'américium ont d'abord été étudiées avec 241 Am, mais ont ensuite été déplacées vers 243 Am, qui est presque 20 fois moins radioactif. L'inconvénient de 243 Am est la production de l'isotope de filiation à courte durée de vie 239 Np, qui doit être pris en compte dans l'analyse des données.

Parmi les 19 isotopes du curium , dont le nombre de masse varie de 233 à 251, les plus accessibles sont 242 Cm et 244 Cm ; ce sont des émetteurs α, mais avec une durée de vie beaucoup plus courte que les isotopes de l'américium. Ces isotopes n'émettent presque pas de rayonnement γ, mais subissent une fission spontanée avec l'émission associée de neutrons. Des isotopes à vie plus longue du curium ( 245–248 Cm , tous des émetteurs α) se forment sous forme de mélange lors de l'irradiation neutronique du plutonium ou de l'américium. Lors d'une courte irradiation, ce mélange est dominé par 246 Cm, puis 248 Cm commence à s'accumuler. Ces deux isotopes, en particulier 248 Cm, ont une demi-vie plus longue (3,48 × 105 ans) et sont beaucoup plus pratiques pour effectuer des recherches chimiques que 242 Cm et 244 Cm, mais ils ont aussi un taux de fission spontanée assez élevé. 247 Cm a la durée de vie la plus longue parmi les isotopes du curium (1,56 × 107 ans), mais ne se forme pas en grande quantité en raison de la forte fission induite par les neutrons thermiques.

Dix-sept isotopes de berkelium ont été identifiés avec des nombres de masse 233–234, 236, 238 et 240–252. Seul 249 Bk est disponible en grande quantité; il a une demi-vie relativement courte de 330 jours et émet principalement des particules β molles , qui sont gênantes pour la détection. Son rayonnement alpha est plutôt faible (1,45 × 10−3 % par rapport au rayonnement β), mais est parfois utilisé pour détecter cet isotope. Le 247 Bk est un émetteur alpha avec une longue demi-vie de 1 380 ans, mais il est difficile à obtenir en quantité appréciable ; il ne se forme pas lors de l'irradiation neutronique du plutonium en raison de la stabilité β des isotopes des isotopes du curium avec un nombre de masse inférieur à 248.

Les 20 isotopes du californium avec des nombres de masse 237–256 sont formés dans les réacteurs nucléaires ; le californium-253 est un émetteur β et les autres sont des émetteurs α. Les isotopes de masse paire ( 250 Cf, 252 Cf et 254 Cf) ont un taux élevé de fission spontanée, en particulier 254 Cf dont 99,7% se désintègre par fission spontanée. Le californium-249 a une demi-vie relativement longue (352 ans), une faible fission spontanée et une forte émission γ qui facilite son identification. Le 249 Cf ne se forme pas en grandes quantités dans un réacteur nucléaire en raison de la lente désintégration β de l'isotope parent 249 Bk et d'une grande section efficace d'interaction avec les neutrons, mais il peut s'accumuler sous forme isotopiquement pure comme la désintégration β produit de (présélectionné) 249 Bk. Le californium produit par irradiation en réacteur du plutonium est principalement constitué de 250 Cf et de 252 Cf, ce dernier étant prédominant pour les grandes fluences neutroniques, et son étude est entravée par le fort rayonnement neutronique.

Propriétés de certaines paires d'isotopes du transplutonium

Isotope parent
t 1/2
Isotope fille
t 1/2 Temps nécessaire pour établir
l'équilibre radioactif
243 h 7370 ans 239 Np 2,35 jours 47,3 jours
245 cm 8265 ans 241 Pu 14 ans 129 ans
247 cm 1,64 × 107 ans 243 Pu 4,95 heures 7,2 jours
254 Es 270 jours 250 livres 3,2 heures 35,2 heures
255 Es 39,8 jours 255 FM 22 heures 5 jours
257 FM 79 jours 253 CF 17,6 jours 49 jours

Parmi les 18 isotopes connus d'einsteinium avec des nombres de masse de 240 à 257, le plus abordable est 253 Es. C'est un émetteur α avec une demi-vie de 20,47 jours, une émission γ relativement faible et un faible taux de fission spontanée par rapport aux isotopes du californium. Une irradiation neutronique prolongée produit également un isotope à longue durée de vie 254 Es (t 1/2 = 275,5 jours).

Vingt isotopes du fermium sont connus avec des nombres de masse de 241 à 260. Le 254 Fm, le 255 Fm et le 256 Fm sont des émetteurs α à courte demi-vie (heures), qui peuvent être isolés en quantités importantes. Le 257 Fm (t 1/2 = 100 jours) peut s'accumuler lors d'une irradiation prolongée et forte. Tous ces isotopes sont caractérisés par des taux élevés de fission spontanée.

Parmi les 17 isotopes connus du mendélévium (nombres de masse de 244 à 260), le plus étudié est le 256 Md, qui se désintègre principalement par capture d'électrons (le rayonnement α est ≈10%) avec une demi-vie de 77 minutes. Un autre émetteur alpha, le 258 Md, a une demi-vie de 53 jours. Ces deux isotopes sont produits à partir d'einsteinium rare ( respectivement 253 Es et 255 Es), ce qui limite donc leur disponibilité.

Les isotopes à longue durée de vie du nobélium et les isotopes du lawrencium (et des éléments plus lourds) ont des demi-vies relativement courtes. Pour le nobélium, 11 isotopes sont connus avec des nombres de masse 250–260 et 262. Les propriétés chimiques du nobélium et du lawrencium ont été étudiées avec 255 No (t 1/2 = 3 min) et 256 Lr (t 1/2 = 35 s). L'isotope du nobélium ayant la plus longue durée de vie, le 259 No, a une demi-vie d'environ 1 heure. Lawrencium a 13 isotopes connus avec des nombres de masse 251–262 et 266. Le plus stable de tous est 266 Lr avec une demi-vie de 11 heures.

Parmi tous ceux-ci, les seuls isotopes présents en quantités suffisantes dans la nature pour être détectés autrement que sous forme de traces et avoir une contribution mesurable aux poids atomiques des actinides sont les 232 Th, 235 U et 238 U primordiaux, et trois produits de désintégration à vie longue de l'uranium naturel, 230 Th, 231 Pa et 234 U. Le thorium naturel est composé de 0,02(2) % de 230 Th et de 99,98(2) % de 232 Th ; le protactinium naturel est composé à 100 % de 231 Pa ; et l'uranium naturel est composé de 0,0054(5) % 234 U, 0,7204(6) % 235 U et 99,2742(10) % 238 U.

Formation dans les réacteurs nucléaires

Tableau des nucléides : accumulation d'actinides dans un réacteur nucléaire, y compris la désintégration radioactive

L'accumulation de chiffres des actinides est un tableau de nucléides avec le nombre de neutrons sur l'axe horizontal (isotopes) et le nombre de protons sur l'axe vertical (éléments). Le point rouge divise les nucléides en deux groupes, de sorte que la figure est plus compacte. Chaque nucléide est représenté par un carré avec le nombre de masse de l'élément et sa demi-vie. Les isotopes des actinides existant naturellement (Th, U) sont marqués d'une bordure en gras, les émetteurs alpha ont une couleur jaune et les émetteurs bêta ont une couleur bleue. Le rose indique la capture d'électrons ( 236 Np), tandis que le blanc représente un état métastable de longue durée ( 242 Am).

La formation des nucléides actinides est principalement caractérisée par :

  • Réactions de capture de neutrons (n,γ), qui sont représentées sur la figure par une courte flèche vers la droite.
  • Les réactions (n,2n) et les réactions (γ,n) moins fréquentes sont également prises en compte, toutes deux marquées par une courte flèche vers la gauche.
  • Encore plus rarement et uniquement déclenchée par des neutrons rapides, la réaction (n,3n) se produit, qui est représentée sur la figure par un exemple, marqué par une longue flèche vers la gauche.

Outre ces réactions nucléaires induites par les neutrons ou les rayons gamma, la conversion radioactive des nucléides actinides affecte également l'inventaire des nucléides dans un réacteur. Ces types de désintégration sont indiqués sur la figure par des flèches diagonales. La désintégration bêta-moins , marquée d'une flèche pointant vers le haut à gauche, joue un rôle majeur pour l'équilibre des densités de particules des nucléides. Les nucléides se désintégrant par émission de positrons ( désintégration bêta-plus ) ou par capture d'électrons (ϵ) ne se produisent pas dans un réacteur nucléaire, sauf en tant que produits de réactions de désactivation ; leurs désintégrations sont marquées par des flèches pointant vers le bas à droite. En raison des longues demi-vies des nucléides donnés, la désintégration alpha ne joue pratiquement aucun rôle dans la formation et la désintégration des actinides dans un réacteur de puissance, car le temps de séjour du combustible nucléaire dans le cœur du réacteur est plutôt court (quelques années ). Les exceptions sont les deux nucléides à durée de vie relativement courte 242 Cm (T 1/2  = 163 j) et 236 Pu (T 1/2  = 2,9 y). Uniquement pour ces deux cas, la désintégration α est marquée sur la carte des nucléides par une longue flèche pointant vers le bas à gauche.

Répartition dans la nature

Le thorium et l'uranium sont les actinides les plus abondants dans la nature avec des concentrations massiques respectives de 16 ppm et 4 ppm. L'uranium se trouve principalement dans la croûte terrestre sous la forme d'un mélange de ses oxydes dans l' uraninite minérale , également appelée pechblende en raison de sa couleur noire. Il existe plusieurs dizaines d'autres minéraux uranifères comme la carnotite (KUO 2 VO 4 ·3H 2 O) et l'autunite (Ca(UO 2 ) 2 (PO 4 ) 2 ·nH 2 O). La composition isotopique de l'uranium naturel est de 238 U (abondance relative 99,2742 %), 235 U (0,7204 %) et 234 U (0,0054 %) ; parmi ceux-ci , 238 U a la plus grande demi-vie de 4,51 × 109 ans. La production mondiale d'uranium en 2009 s'élevait à 50 572 tonnes , dont 27,3 % étaient extraites au Kazakhstan . Les autres grands pays producteurs d'uranium sont le Canada (20,1 %), l'Australie (15,7 %), la Namibie (9,1 %), la Russie (7,0 %) et le Niger (6,4 %).

Teneur en plutonium des minerais d'uranium et de thorium
Minerai Emplacement Teneur en uranium
, %
Rapport massique
239 Pu/minerai
Rapport
239 Pu/U ( × 1012 )
Uraninite Canada 13.5 9,1 × 10−12 7.1
Uraninite Congo 38 4,8 × 10−12 12
Uraninite Colorado , États-Unis 50 3,8 × 10−12 7.7
Monazite Brésil 0,24 2,1 × 10−14 8.3
Monazite Caroline du Nord , États-Unis 1,64 5,9 × 10−14 3.6
Fergusonite - 0,25 <1 × 10−14 <4
Carnotite - dix <4 × 10−14 <0,4

Les minéraux de thorium les plus abondants sont la thorianite (ThO 2 ), la thorite (ThSiO 4 ) et la monazite ((Th,Ca,Ce)PO 4 ). La plupart des minéraux de thorium contiennent de l'uranium et vice versa ; et ils ont tous une fraction significative de lanthanides. De riches gisements de minéraux de thorium sont situés aux États-Unis (440 000 tonnes), en Australie et en Inde (~ 300 000 tonnes chacun) et au Canada (~ 100 000 tonnes).

L'abondance d'actinium dans la croûte terrestre n'est que d'environ 5 × 10−15 %. L'actinium est principalement présent dans les minéraux contenant de l'uranium, mais également dans d'autres minéraux, bien qu'en quantités beaucoup plus faibles. La teneur en actinium dans la plupart des objets naturels correspond à l'équilibre isotopique de l'isotope parent 235 U, et elle n'est pas affectée par la faible migration de l'Ac. Le protactinium est plus abondant (10 −12 %) dans la croûte terrestre que l'actinium. Il a été découvert dans le minerai d'uranium en 1913 par Fajans et Göhring. En tant qu'actinium, la distribution du protactinium suit celle de 235 U.

La demi-vie de l'isotope à vie la plus longue du neptunium, 237 Np , est négligeable par rapport à l'âge de la Terre. Ainsi, le neptunium est présent dans la nature en quantités négligeables produites en tant que produits de désintégration intermédiaires d'autres isotopes. Des traces de plutonium dans des minéraux d'uranium ont été trouvées pour la première fois en 1942, et les résultats plus systématiques sur 239 Pu sont résumés dans le tableau (aucun autre isotope de plutonium n'a pu être détecté dans ces échantillons). La limite supérieure d'abondance de l'isotope à vie la plus longue du plutonium, le 244 Pu, est de 3 × 10−20 %. Le plutonium n'a pas pu être détecté dans des échantillons de sol lunaire. En raison de sa rareté dans la nature, la majeure partie du plutonium est produite par synthèse.

Extraction

Monazite : un minéral majeur de thorium

Du fait de la faible abondance des actinides, leur extraction est un processus complexe en plusieurs étapes. Les fluorures d'actinides sont généralement utilisés car ils sont insolubles dans l'eau et peuvent être facilement séparés par des réactions redox . Les fluorures sont réduits avec du calcium , du magnésium ou du baryum :

Parmi les actinides, le thorium et l'uranium sont les plus faciles à isoler. Le thorium est extrait principalement de la monazite : le pyrophosphate de thorium (ThP 2 O 7 ) est mis à réagir avec de l'acide nitrique et le nitrate de thorium produit est traité avec du phosphate de tributyle . Les impuretés de terres rares sont séparées en augmentant le pH dans une solution de sulfate.

Dans une autre méthode d'extraction, la monazite est décomposée avec une solution aqueuse à 45 % d' hydroxyde de sodium à 140 °C. Les hydroxydes métalliques mélangés sont d'abord extraits, filtrés à 80 °C, lavés à l'eau et dissous avec de l'acide chlorhydrique concentré . Ensuite, la solution acide est neutralisée avec des hydroxydes jusqu'à pH = 5,8 ce qui entraîne la précipitation d'hydroxyde de thorium (Th(OH) 4 ) contaminé par ~3 % d'hydroxydes de terres rares ; le reste des hydroxydes de terres rares reste en solution. L'hydroxyde de thorium est dissous dans un acide inorganique puis purifié des éléments des terres rares . Une méthode efficace est la dissolution de l'hydroxyde de thorium dans l'acide nitrique, car la solution résultante peut être purifiée par extraction avec des solvants organiques :

Séparation de l'uranium et du plutonium du combustible nucléaire usé par le procédé PUREX
Th(OH) 4 + 4 HNO 3 → Th(NO 3 ) 4 + 4 H 2 O

Le thorium métallique est séparé de l'oxyde, chlorure ou fluorure anhydre en le faisant réagir avec du calcium sous atmosphère inerte :

ThO 2 + 2 Ca → 2 CaO + Th

Parfois, le thorium est extrait par électrolyse d'un fluorure dans un mélange de chlorure de sodium et de potassium à 700–800 ° C dans un creuset en graphite . Le thorium très pur peut être extrait de son iodure avec le procédé de la barre de cristal .

L'uranium est extrait de ses minerais de diverses manières. Dans une méthode, le minerai est brûlé puis mis à réagir avec de l'acide nitrique pour convertir l'uranium en un état dissous. Le traitement de la solution avec une solution de phosphate de tributyle (TBP) dans du kérosène transforme l'uranium en une forme organique UO 2 (NO 3 ) 2 (TBP) 2 . Les impuretés insolubles sont filtrées et l'uranium est extrait par réaction avec des hydroxydes comme (NH 4 ) 2 U 2 O 7 ou avec du peroxyde d'hydrogène comme UO 4 ·2H 2 O.

Lorsque le minerai d'uranium est riche en minéraux tels que la dolomie , la magnésite , etc., ces minéraux consomment beaucoup d'acide. Dans ce cas, la méthode au carbonate est utilisée pour l'extraction de l'uranium. Son composant principal est une solution aqueuse de carbonate de sodium , qui convertit l'uranium en un complexe [UO 2 (CO 3 ) 3 ] 4− , stable dans les solutions aqueuses à faible concentration en ions hydroxyde. Les avantages de la méthode au carbonate de sodium sont que les produits chimiques ont une faible corrosivité (par rapport aux nitrates) et que la plupart des métaux non uranifères précipitent de la solution. L'inconvénient est que les composés d'uranium tétravalent précipitent également. Par conséquent, le minerai d'uranium est traité avec du carbonate de sodium à température élevée et sous pression d'oxygène :

2 UO 2 + O 2 + 6 CO2−
3
→ 2 [UO 2 (CO 3 ) 3 ] 4−

Cette équation suggère que le meilleur solvant pour le traitement du carbonate d'uranium est un mélange de carbonate et de bicarbonate. A pH élevé, cela se traduit par la précipitation du diuranate, qui est traité avec de l' hydrogène en présence de nickel pour donner un tétracarbonate d'uranium insoluble.

Une autre méthode de séparation utilise des résines polymères comme polyélectrolyte . Les processus d'échange d'ions dans les résines entraînent la séparation de l'uranium. L'uranium des résines est lavé avec une solution de nitrate d'ammonium ou d'acide nitrique qui donne du nitrate d'uranyle , UO 2 (NO 3 ) 2 ·6H 2 O. Lorsqu'il est chauffé, il se transforme en UO 3 , qui est converti en UO 2 avec de l'hydrogène :

UO 3 + H 2 → UO 2 + H 2 O

La réaction du dioxyde d'uranium avec de l'acide fluorhydrique le transforme en tétrafluorure d'uranium , qui donne de l'uranium métal lors de la réaction avec du magnésium métal :

4 HF + UO 2 → UF 4 + 2 H 2 O

Pour extraire le plutonium, l'uranium irradié par des neutrons est dissous dans de l'acide nitrique et un agent réducteur ( FeSO 4 ou H 2 O 2 ) est ajouté à la solution résultante. Cet ajout fait passer l'état d'oxydation du plutonium de +6 à +4, tandis que l'uranium reste sous forme de nitrate d'uranyle (UO 2 (NO 3 ) 2 ). La solution est traitée avec un agent réducteur et neutralisée avec du carbonate d'ammonium jusqu'à pH = 8 ce qui entraîne la précipitation des composés Pu 4+ .

Dans une autre méthode, Pu 4+ et UO2+
2
sont d'abord extraits avec du phosphate de tributyle, puis mis à réagir avec de l' hydrazine en lessivant le plutonium récupéré.

La difficulté majeure dans la séparation de l'actinium est la similitude de ses propriétés avec celles du lanthane. Ainsi, l'actinium est soit synthétisé dans des réactions nucléaires à partir d'isotopes du radium, soit séparé à l'aide de procédures d'échange d'ions.

Propriétés

Les actinides ont des propriétés similaires aux lanthanides. Les coques électroniques 6d et 7s sont remplies d'actinium et de thorium, et la coque 5f est remplie avec une nouvelle augmentation du numéro atomique ; la coque 4f est remplie de lanthanides. La première preuve expérimentale du remplissage de la coquille 5 f dans les actinides a été obtenue par McMillan et Abelson en 1940. Comme dans les lanthanides (voir contraction des lanthanides ), le rayon ionique des actinides diminue de manière monotone avec le numéro atomique (voir aussi principe d'Aufbau ).

Propriétés des actinides (la masse de l'isotope ayant la plus longue durée de vie est entre crochets)
Élément CA E Pennsylvanie tu Np Pu Un m Cm BK Cf Es FM Maryland Non G / D
Frais de base ( Z ) 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103
masse atomique [227] 232.0377(4) 231.03588(2) 238.02891(3) [237] [244] [243] [247] [247] [251] [252] [257] [258] [259] [266]
Nombre d'isotopes naturels 3 7 3 8 3 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Isotopes naturels 225, 227–228 227–232, 234 231, 233–234 233–240 237, 239–240 238–240, 244
Isotopes de quantité naturelle 230, 232 231 234, 235, 238
Isotope ayant la plus longue durée de vie 227 232 231 238 237 244 243 247 247 251 252 257 258 259 266
Demi-vie de l'isotope ayant la plus longue durée de vie 21,8 ans 14 milliards d'années 32 500 ans 4,47 milliards d'années 2,14 millions d'années 80,8 millions d'années 7 370 ans 15,6 millions d'années 1380 ans 900 ans 1,29 ans 100,5 jours 52 jours 58 minutes 11 heures
Isotope le plus courant 227 232 231 238 237 239 241 244 249 252 253 255 256 255 260
Demi-vie de l'isotope le plus courant 21,8 ans 14 milliards d'années 32 500 ans 4,47 milliards d'années 2,14 millions d'années 24 100 ans 433 ans 18,1 ans 320 jours 2,64 ans 20,47 jours 20.07 heures 78 minutes 3,1 minutes 2,7 minutes
Configuration électronique à
l'état fondamental (phase gazeuse)
6j 1 7s 2 6j 2 7s 2 5f 2 6d 1 7s 2 5f 3 6d 1 7s 2 5f 4 6d 1 7s 2 5f 6 7s 2 5f 7 7s 2 5f 7 6d 1 7s 2 5f 9 7s 2 5f 10 7s 2 5f 11 7s 2 5f 12 7s 2 5f 13 7s 2 5f 14 7s 2 5f 14 7s 2 7p 1
États d'oxydation 2, 3 2, 3, 4 2, 3, 4, 5 2, 3, 4, 5, 6 3, 4, 5 , 6, 7 3, 4 , 5, 6, 7 2, 3 , 4, 5, 6, 7 2, 3 , 4, 6 2, 3 , 4 2, 3 , 4 2, 3 , 4 2, 3 2, 3 2 , 3 3
Rayon métallique (nm) 0,203 0,180 0,162 0,153 0,150 0,162 0,173 0,174 0,170 0,186 0,186 ? 0,198 ? 0,194 ? 0,197 ? 0,171
Rayon ionique (nm):
An 4+
An 3+


0,126

0,114

0,104
0,118

0,103
0,118

0,101
0,116

0,100
0,115

0,099
0,114

0,099
0,112

0,097
0,110

0,096
0,109

0,085
0,098

0,084
0,091

0,084
0,090

0,084
0,095

0,083
0,088
Température (°C) :
fusion
ébullition
1050
3198
1842
4788
1568
? 4027
1132.2
4131
639
? 4174
639,4
3228
1176
? 2607
1340
3110
986
2627

900
? 1470
860
? 996
1530
830
830
1630
Densité, g/cm 3 10.07 11.78 15h37 19.06 20h45 19.84 11.7 13.51 14.78 15.1 8,84 ? 9.7 ? 10.3 ? 9.9 ? 14.4
Potentiel d'électrode standard (V):
E ° (An 4+ /An 0 )
E ° (An 3+ /An 0 )

−2,13

−1,83

−1,47

−1,38
−1,66

−1,30
−1,79

−1,25
−2,00

−0,90
−2,07

−0,75
−2,06

−0,55
−1,96

−0,59
−1,97

−0,36
−1,98

−0,29
−1,96


−1,74


−1,20


−2,10
Couleur :
[M(H 2 O) n ] 4+
[M(H 2 O) n ] 3+


Incolore

Incolore
Bleu

Jaune
Bleu foncé

Vert
Violet

Jaune-vert
Violet

Marron
Violet


Rose rouge

Jaune
Incolore

Beige
Jaune-vert

Vert
Vert


Rose








Couleurs approximatives des ions actinides en solution aqueuse Les
couleurs des actinides 100 à 103 sont inconnues car des quantités suffisantes n'ont pas encore été synthétisées

Actinides ( Z ) 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103
État d'oxydation
+2 FM 2+ MD 2+ Non 2+
+3 Ac 3+ Je 3+ Pa 3+ U 3+ NP 3+ Pu 3+ Suis 3+ Cm 3+ Bk 3+ Cf 3+ Es 3+ FM 3+ MD 3+ Non 3+ LR 3+
+4 Je 4+ PA 4+ U 4+ NP 4+ Pu 4+ Suis 4+ Cm 4+ Bc 4+ Cf 4+
+5 PaO+
2
UO+
2
NpO+
2
PuO+
2
AmO+
2
+6 UO2+
2
NpO2+
2
PuO2+
2
AmO2+
2

CmO2+
2

+7 NpO3+
2
PuO3+
2
AmO3−
5

Propriétés physiques

ActinidesLattice.png ACTION.PNG
Principales structures cristallines de certains actinides en fonction de la température Rayons métalliques et ioniques des actinides
Pastille de 238 PuO 2 à utiliser dans un générateur thermoélectrique à radio-isotopes pour la mission Cassini ou Galileo . La pastille produit 62 watts de chaleur et brille à cause de la chaleur générée par la désintégration radioactive (principalement α). La photo est prise après avoir isolé la pastille sous une couverture en graphite pendant quelques minutes et retiré la couverture.

Les actinides sont des métaux typiques. Tous sont doux et ont une couleur argentée (mais se ternissent à l'air), une densité et une plasticité relativement élevées. Certains d'entre eux peuvent être coupés avec un couteau. Leur résistivité électrique varie entre 15 et 150 µΩ·cm. La dureté du thorium est similaire à celle de l'acier doux, de sorte que le thorium pur chauffé peut être enroulé en feuilles et tiré en fil. Le thorium est presque moitié moins dense que l'uranium et le plutonium, mais il est plus dur que l'un ou l'autre. Tous les actinides sont radioactifs, paramagnétiques et, à l'exception de l'actinium, possèdent plusieurs phases cristallines : le plutonium en compte sept, et l'uranium, le neptunium et le californium trois. Les structures cristallines du protactinium, de l'uranium, du neptunium et du plutonium n'ont pas d'analogues clairs parmi les lanthanides et sont plus similaires à celles des métaux de transition 3d .

Tous les actinides sont pyrophoriques , en particulier lorsqu'ils sont finement divisés, c'est-à-dire qu'ils s'enflamment spontanément lors de la réaction avec l'air à température ambiante. Le point de fusion des actinides ne dépend pas clairement du nombre d' électrons f . Le point de fusion inhabituellement bas du neptunium et du plutonium (~ 640 ° C) s'explique par l' hybridation des orbitales 5 f et 6 d et la formation de liaisons directionnelles dans ces métaux.

Propriétés chimiques

Comme les lanthanides, tous les actinides sont très réactifs avec les halogènes et les chalcogènes ; cependant, les actinides réagissent plus facilement. Les actinides, en particulier ceux qui ont un petit nombre d' électrons 5f , sont sujets à l' hybridation . Cela s'explique par la similarité des énergies des électrons au niveau des couches 5 f , 7 s et 6 d . La plupart des actinides présentent une plus grande variété d'états de valence, et les plus stables sont +6 pour l'uranium, +5 pour le protactinium et le neptunium, +4 pour le thorium et le plutonium et +3 pour l'actinium et les autres actinides.

L'actinium est chimiquement similaire au lanthane, ce qui s'explique par leurs rayons ioniques et leurs structures électroniques similaires. Comme le lanthane, l'actinium a presque toujours un état d'oxydation de +3 dans les composés, mais il est moins réactif et a des propriétés basiques plus prononcées . Parmi les autres actinides trivalents, Ac 3+ est le moins acide, c'est-à-dire qu'il a la plus faible tendance à s'hydrolyser dans les solutions aqueuses.

Le thorium est plutôt actif chimiquement. En raison du manque d' électrons sur les orbitales 6d et 5f , les composés de thorium tétravalent sont incolores. A pH < 3, les solutions de sels de thorium sont dominées par les cations [Th(H 2 O) 8 ] 4+ . L'ion Th 4+ est relativement gros et, selon le nombre de coordination, peut avoir un rayon compris entre 0,95 et 1,14 Å. De ce fait, les sels de thorium ont une faible tendance à s'hydrolyser. La capacité distinctive des sels de thorium est leur grande solubilité à la fois dans l'eau et dans les solvants organiques polaires.

Le protactinium présente deux états de valence; le +5 est stable et l'état +4 s'oxyde facilement en protactinium (V). Ainsi le protactinium tétravalent en solution est obtenu par action d'agents réducteurs forts en atmosphère d'hydrogène. Le protactinium tétravalent est chimiquement similaire à l'uranium (IV) et au thorium (IV). Les fluorures, les phosphates, l'hypophosphate, l'iodate et les phénylarsonates de protactinium(IV) sont insolubles dans l'eau et les acides dilués. Le protactinium forme des carbonates solubles. Les propriétés hydrolytiques du protactinium pentavalent sont proches de celles du tantale (V) et du niobium (V). Le comportement chimique complexe du protactinium est une conséquence du début du remplissage de la coquille 5 f dans cet élément.

L'uranium a une valence de 3 à 6, la dernière étant la plus stable. A l'état hexavalent, l'uranium ressemble beaucoup aux éléments du groupe 6 . De nombreux composés de l'uranium(IV) et de l'uranium(VI) ne sont pas stoechiométriques , c'est-à-dire qu'ils ont une composition variable. Par exemple, la formule chimique réelle du dioxyde d'uranium est UO 2+x , où x varie entre -0,4 et 0,32. Les composés d'uranium(VI) sont des oxydants faibles . La plupart d'entre eux contiennent le groupement " uranyle " linéaire, UO2+
2
. Entre 4 et 6 ligands peuvent être logés dans un plan équatorial perpendiculaire au groupement uranyle. Le groupe uranyle agit comme un acide dur et forme des complexes plus forts avec les ligands donneurs d'oxygène qu'avec les ligands donneurs d'azote. NpO2+
2
et PuO2+
2
sont également la forme commune de Np et Pu à l'état d'oxydation +6. Les composés d'uranium(IV) présentent des propriétés réductrices, par exemple, ils sont facilement oxydés par l'oxygène atmosphérique. L'uranium(III) est un réducteur très puissant. En raison de la présence de coquille d, l'uranium (ainsi que de nombreux autres actinides) forme des composés organométalliques , tels que U III (C 5 H 5 ) 3 et U IV (C 5 H 5 ) 4 .

Neptunium a des états de valence de 3 à 7, qui peuvent être observés simultanément dans des solutions. L'état le plus stable en solution est +5, mais la valence +4 est préférée dans les composés de neptunium solides. Le métal neptunium est très réactif. Les ions de neptunium sont sujets à l'hydrolyse et à la formation de composés de coordination .

Le plutonium présente également des états de valence entre 3 et 7 inclus, et est donc chimiquement similaire au neptunium et à l'uranium. Il est très réactif et forme rapidement un film d'oxyde dans l'air. Le plutonium réagit avec l'hydrogène même à des températures aussi basses que 25 à 50 ° C; il forme aussi facilement des halogénures et des composés intermétalliques . Les réactions d'hydrolyse des ions plutonium de différents états d'oxydation sont assez diverses. Le plutonium(V) peut entrer dans les réactions de polymérisation .

La plus grande diversité chimique parmi les actinides est observée dans l'américium, qui peut avoir une valence comprise entre 2 et 6. L'américium divalent n'est obtenu que dans des composés secs et des solutions non aqueuses ( acétonitrile ). Les états d'oxydation +3, +5 et +6 sont typiques des solutions aqueuses, mais aussi à l'état solide. L'américium tétravalent forme des composés solides stables (dioxyde, fluorure et hydroxyde) ainsi que des complexes dans les solutions aqueuses. Il a été rapporté qu'en solution alcaline, l'américium peut être oxydé à l'état heptavalent, mais ces données se sont avérées erronées. La valence la plus stable de l'américium est de 3 dans les solutions aqueuses et de 3 ou 4 dans les composés solides.

Valence 3 est dominant dans tous les éléments ultérieurs jusqu'au lawrencium (à l'exception du nobelium). Le curium peut être tétravalent dans les solides (fluorure, dioxyde). Le berkelium, avec une valence de +3, montre également la valence de +4, plus stable que celle du curium ; la valence 4 est observée dans le fluorure et le dioxyde solides. La stabilité de Bk 4+ en solution aqueuse est proche de celle de Ce 4+ . Seule la valence 3 a été observée pour le californium, l'einsteinium et le fermium. L'état divalent est prouvé pour le mendélévium et le nobélium, et dans le nobélium il est plus stable que l'état trivalent. Lawrencium montre la valence 3 à la fois dans les solutions et les solides.

Le potentiel redox augmente de -0,32 V dans l'uranium, en passant par 0,34 V (Np) et 1,04 V (Pu) jusqu'à 1,34 V dans l'américium, révélant la capacité de réduction croissante de l'ion An 4+ de l'américium à l'uranium. Tous les actinides forment des hydrures AnH 3 de couleur noire avec des propriétés de type sel. Les actinides produisent également des carbures de formule générale AnC ou AnC 2 (U 2 C 3 pour l'uranium) ainsi que des sulfures An 2 S 3 et AnS 2 .

Composés

Oxydes et hydroxydes

Dioxydes de certains actinides
Formule chimique ThO 2 PaO2 _ UO 2 NpO2 _ PuO2 _ AmO2 _ CmO2 _ BkO 2 CFO 2
Numero CAS 1314-20-1 12036-03-2 1344-57-6 12035-79-9 12059-95-9 12005-67-3 12016-67-0 12010-84-3 12015-10-0
Masse molaire 264.04 263.035 270.03 269.047 276.063 275.06 270–284** 279.069 283.078
Point de fusion 3390°C 2865°C 2547°C 2400°C 2175°C
Structure en cristal CaF2 polyèdres.png
An 4+ : __   / O 2− : __
Groupe d'espace FM 3 m
Numéro de coordination Un [8], O[4]
An – actinide
**Selon les isotopes

Certains actinides peuvent exister sous plusieurs formes d'oxydes comme An 2 O 3 , AnO 2 , An 2 O 5 et AnO 3 . Pour tous les actinides, les oxydes AnO 3 sont amphotères et An 2 O 3 , AnO 2 et An 2 O 5 sont basiques, ils réagissent facilement avec l'eau en formant des bases :

An 2 O 3 + 3 H 2 O → 2 An(OH) 3 .

Ces bases sont peu solubles dans l'eau et se rapprochent par leur activité des hydroxydes de terres rares. Np(OH) 3 n'a pas encore été synthétisé, Pu(OH) 3 a une couleur bleue tandis que Am(OH) 3 est rose et l'hydroxyde de curium Cm(OH) 3 est incolore. Bk(OH) 3 et Cf(OH) 3 sont également connus, ainsi que les hydroxydes tétravalents pour Np, Pu et Am et pentavalents pour Np et Am.

La base la plus solide est l'actinium. Tous les composés d'actinium sont incolores, à l'exception du sulfure d'actinium noir (Ac 2 S 3 ). Les dioxydes d'actinides tétravalents cristallisent dans le système cubique , comme dans le fluorure de calcium .

Le thorium réagissant avec l'oxygène forme exclusivement le dioxyde :

Le dioxyde de thorium est un matériau réfractaire avec le point de fusion le plus élevé parmi tous les oxydes connus (3390 ° C). L'ajout de 0,8 à 1 % de ThO 2 au tungstène stabilise sa structure, de sorte que les filaments dopés ont une meilleure stabilité mécanique aux vibrations. Pour dissoudre le ThO 2 dans les acides, il est chauffé à 500–600 °C ; un chauffage au-dessus de 600 °C produit une forme très résistante aux acides et autres réactifs de ThO 2 . Une petite addition d'ions fluorure catalyse la dissolution du dioxyde de thorium dans les acides.

Deux oxydes de protactinium ont été obtenus : PaO 2 (noir) et Pa 2 O 5 (blanc) ; le premier est isomorphe à ThO 2 et le second est plus facile à obtenir. Les deux oxydes sont basiques et Pa(OH) 5 est une base faible et peu soluble.

La décomposition de certains sels d'uranium, par exemple UO 2 (NO 3 )·6H 2 O dans l'air à 400 °C, donne de l'UO 3 orange ou jaune . Cet oxyde est amphotère et forme plusieurs hydroxydes, le plus stable étant l'hydroxyde d'uranyle UO 2 (OH) 2 . La réaction de l'oxyde d'uranium(VI) avec l'hydrogène donne du dioxyde d'uranium, dont les propriétés sont similaires à celles du ThO 2 . Cet oxyde est également basique et correspond à l'hydroxyde d'uranium (U(OH) 4 ).

Le plutonium, le neptunium et l'américium forment deux oxydes basiques : An 2 O 3 et AnO 2 . Le trioxyde de neptunium est instable; ainsi, seul Np 3 O 8 a pu être obtenu jusqu'à présent. Cependant, les oxydes de plutonium et de neptunium de formule chimique AnO 2 et An 2 O 3 sont bien caractérisés.

Sels

Trichlorures de certains actinides
Formule chimique AcCl 3 UCl 3 NpCl3 _ PuCl3 _ AmCl 3 CmCl3 _ BkCl 3 CFCl 3
Numero CAS 22986-54-5 10025-93-1 20737-06-8 13569-62-5 13464-46-5 13537-20-7 13536-46-4 13536-90-8
Masse molaire 333.386 344.387 343.406 350.32 349,42 344–358** 353.428 357.438
Point de fusion 837 °C 800 °C 767 °C 715 °C 695 °C 603 °C 545 °C
Point d'ébullition 1657°C 1767°C 850 °C
Structure en cristal La structure cristalline du trichlorure d'uranium
An 3+ : __   / Cl : __
Groupe d'espace P6 3 /m
Numéro de coordination Un *[9], Cl [3]
Constantes de réseau a = 762 heures
c = 455 heures
a = 1945,2 heures
c = 432,8 heures
a = 1939,4 heures
c = 424,3 heures
a = 738,2 heures
c = 421,4 heures
a = 19h26
c = 414h
a = 738,2 heures
c = 412,7 heures
a = 738 heures
c = 409 heures
* An – actinide
**Selon les isotopes

Les actinides réagissent facilement avec les halogènes en formant des sels de formules MX 3 et MX 4 (X = halogène ). Ainsi, le premier composé de berkélium, BkCl 3 , a été synthétisé en 1962 avec une quantité de 3 nanogrammes. Comme les halogènes des terres rares, les chlorures , bromures et iodures d'actinides sont solubles dans l'eau et les fluorures sont insolubles. L'uranium donne facilement un hexafluorure incolore, qui se sublime à une température de 56,5 °C ; en raison de sa volatilité, il est utilisé dans la séparation des isotopes de l'uranium par centrifugation gazeuse ou diffusion gazeuse . Les hexafluorures d'actinides ont des propriétés proches des anhydrides . Ils sont très sensibles à l'humidité et s'hydrolysent en formant AnO 2 F 2 . Le pentachlorure et l'hexachlorure noir d'uranium ont été synthétisés, mais ils sont tous deux instables.

L'action des acides sur les actinides donne des sels, et si les acides ne sont pas oxydants, l'actinide dans le sel est dans un état de faible valence :

U + 2H 2 SO 4 → U(SO 4 ) 2 + 2H 2
2Pu + 6HCl → 2PuCl 3 + 3H 2

Cependant, dans ces réactions, l'hydrogène régénérant peut réagir avec le métal, formant l'hydrure correspondant. L'uranium réagit avec les acides et l'eau beaucoup plus facilement que le thorium.

Les sels d'actinide peuvent également être obtenus en dissolvant les hydroxydes correspondants dans des acides. Les nitrates, chlorures, sulfates et perchlorates d'actinides sont solubles dans l'eau. Lors de la cristallisation à partir de solutions aqueuses, ces sels forment des hydrates, tels que Th(NO 3 ) 4 ·6H 2 O, Th(SO 4 ) 2 ·9H 2 O et Pu 2 (SO 4 ) 3 ·7H 2 O. Sels de les actinides de haute valence s'hydrolysent facilement. Ainsi, le sulfate, le chlorure, le perchlorate et le nitrate de thorium incolores se transforment en sels basiques de formules Th(OH) 2 SO 4 et Th(OH) 3 NO 3 . La solubilité et l'insolubilité des actinides trivalents et tétravalents sont similaires à celles des sels de lanthanide. Ainsi les phosphates , les fluorures , les oxalates , les iodates et les carbonates d'actinides sont peu solubles dans l'eau ; ils précipitent sous forme d'hydrates, tels que ThF 4 ·3H 2 O et Th(CrO 4 ) 2 ·3H 2 O.

Les actinides au degré d'oxydation +6, à l'exception des cations de type AnO 2 2+ , forment [AnO 4 ] 2− , [An 2 O 7 ] 2− et d'autres anions complexes. Par exemple, l'uranium, le neptunium et le plutonium forment des sels de type Na 2 UO 4 (uranate) et (NH 4 ) 2 U 2 O 7 (diuranate). En comparaison avec les lanthanides, les actinides forment plus facilement des composés de coordination , et cette capacité augmente avec la valence des actinides. Les actinides trivalents ne forment pas de composés de coordination des fluorures, tandis que le thorium tétravalent forme des complexes K 2 ThF 6 , KThF 5 et même K 5 ThF 9 . Le thorium forme également les sulfates correspondants (par exemple Na 2 SO 4 .Th(SO 4 ) 2 .5H 2 O), les nitrates et les thiocyanates. Les sels de formule générale An 2 Th(NO 3 ) 6 · n H 2 O sont de nature de coordination, avec le nombre de coordination du thorium égal à 12. Il est encore plus facile de produire des sels complexes d'actinides pentavalents et hexavalents. Les composés de coordination des actinides les plus stables – le thorium et l'uranium tétravalents – sont obtenus dans des réactions avec des dicétones, par exemple l' acétylacétone .

Applications

Intérieur d'un détecteur de fumée contenant de l'américium-241 .

Bien que les actinides aient des applications bien établies dans la vie quotidienne, comme dans les détecteurs de fumée (américium) et les manchons à gaz (thorium), ils sont principalement utilisés dans les armes nucléaires et comme combustible dans les réacteurs nucléaires. Les deux derniers domaines exploitent la propriété des actinides de libérer une énorme énergie dans les réactions nucléaires, qui dans certaines conditions peuvent devenir des réactions en chaîne auto-entretenues .

Auto-illumination d'un réacteur nucléaire par le rayonnement Cherenkov .

L'isotope le plus important pour les applications de l'énergie nucléaire est l'uranium-235 . Il est utilisé dans le réacteur thermique , et sa concentration en uranium naturel ne dépasse pas 0,72 %. Cet isotope absorbe fortement les neutrons thermiques libérant beaucoup d'énergie. Un acte de fission de 1 gramme de 235 U se transforme en environ 1 MW·jour. Ce qui est important, c'est que235
92
tu
émet plus de neutrons qu'il n'en absorbe ; en atteignant la masse critique ,235
92
tu
entre dans une réaction en chaîne auto-entretenue. Typiquement, le noyau d'uranium est divisé en deux fragments avec la libération de 2 à 3 neutrons, par exemple :

235
92
tu
+1
0
n
115
45
Rh
+118
47
AG
+ 31
0
n

D'autres isotopes d'actinides prometteurs pour l'énergie nucléaire sont le thorium-232 et son produit du cycle du combustible du thorium , l'uranium-233 .

Réacteur nucléaire
Le cœur de la plupart des réacteurs nucléaires de génération II contient un ensemble de tiges métalliques creuses, généralement en alliages de zirconium , remplies de pastilles de combustible nucléaire solides - principalement de l'oxyde, du carbure, du nitrure ou du monosulfure d'uranium, de plutonium ou de thorium, ou leur mélange (le so -appelé combustible MOX ). Le combustible le plus courant est l'oxyde d'uranium 235.
Schéma du réacteur nucléaire

Les neutrons rapides sont ralentis par des modérateurs , qui contiennent de l'eau, du carbone , du deutérium ou du béryllium , comme des neutrons thermiques pour augmenter l'efficacité de leur interaction avec l'uranium-235. La vitesse de la réaction nucléaire est contrôlée en introduisant des crayons supplémentaires constitués de bore ou de cadmium ou d'un liquide absorbant, généralement de l'acide borique . Les réacteurs de production de plutonium sont appelés réacteurs surgénérateurs ou surgénérateurs ; ils ont une conception différente et utilisent des neutrons rapides.

L'émission de neutrons lors de la fission de l'uranium est importante non seulement pour le maintien de la réaction nucléaire en chaîne, mais aussi pour la synthèse des actinides plus lourds. L'uranium-239 se convertit via la désintégration β en plutonium-239, qui, comme l'uranium-235, est capable de fission spontanée. Les premiers réacteurs nucléaires au monde n'ont pas été construits pour l'énergie, mais pour produire du plutonium-239 pour les armes nucléaires.

Environ la moitié du thorium produit est utilisé comme matériau électroluminescent des manteaux de gaz. Le thorium est également ajouté aux alliages multicomposants de magnésium et de zinc . Ainsi, les alliages Mg-Th sont légers et solides, mais ont également un point de fusion et une ductilité élevés et sont donc largement utilisés dans l'industrie aéronautique et dans la production de missiles . Le thorium a également de bonnes propriétés d'émission d'électrons , avec une longue durée de vie et une faible barrière de potentiel pour l'émission. La teneur relative en isotopes du thorium et de l'uranium est largement utilisée pour estimer l'âge de divers objets, dont les étoiles (voir datation radiométrique ).

La principale application du plutonium a été dans les armes nucléaires , où l'isotope plutonium-239 était un composant clé en raison de sa facilité de fission et de sa disponibilité. Les conceptions à base de plutonium permettent de réduire la masse critique à environ un tiers de celle de l'uranium-235. Les bombes au plutonium de type "Fat Man" produites pendant le projet Manhattan utilisaient une compression explosive du plutonium pour obtenir des densités nettement plus élevées que la normale, combinées à une source centrale de neutrons pour commencer la réaction et augmenter l'efficacité. Ainsi, seulement 6,2 kg de plutonium ont été nécessaires pour un rendement explosif équivalent à 20 kilotonnes de TNT . (Voir aussi Conception d'armes nucléaires .) Hypothétiquement, aussi peu que 4 kg de plutonium - et peut-être même moins - pourraient être utilisés pour fabriquer une seule bombe atomique en utilisant des conceptions d'assemblage très sophistiquées.

Le plutonium-238 est un isotope potentiellement plus efficace pour les réacteurs nucléaires, car il a une masse critique plus petite que l'uranium-235, mais il continue à libérer beaucoup d'énergie thermique (0,56 W/g) par désintégration même lorsque la réaction de fission en chaîne est arrêtée par des barres de contrôle. . Son application est limitée par son prix élevé (environ 1000 US$/g). Cet isotope a été utilisé dans les thermopiles et les systèmes de distillation d'eau de certains satellites et stations spatiaux. Ainsi , les engins spatiaux Galileo et Apollo (par exemple Apollo 14 ) avaient des radiateurs alimentés par des kilogrammes d'oxyde de plutonium-238 ; cette chaleur est également transformée en électricité avec des thermopiles. La désintégration du plutonium-238 produit des particules alpha relativement inoffensives et ne s'accompagne pas d'irradiation gamma. Par conséquent, cet isotope (~160 mg) est utilisé comme source d'énergie dans les stimulateurs cardiaques où il dure environ 5 fois plus longtemps que les batteries conventionnelles.

L'actinium-227 est utilisé comme source de neutrons. Son énergie spécifique élevée (14,5 W/g) et la possibilité d'obtenir des quantités importantes de composés thermiquement stables sont intéressantes pour une utilisation dans des générateurs thermoélectriques de longue durée pour une utilisation à distance. L' 228 Ac est utilisé comme indicateur de radioactivité dans la recherche chimique, car il émet des électrons de haute énergie (2,18 MeV) facilement détectables. Les mélanges 228 Ac - 228 Ra sont largement utilisés comme source gamma intense dans l'industrie et la médecine.

Le développement de matériaux dopés aux actinides auto-luminescents avec des matrices cristallines durables est un nouveau domaine d'utilisation des actinides, car l'ajout de radionucléides émetteurs alpha à certains verres et cristaux peut conférer une luminescence.

Toxicité

Illustration schématique de la pénétration du rayonnement à travers des feuilles de papier, d'aluminium et de plomb
Tableau périodique avec des éléments colorés selon la demi-vie de leur isotope le plus stable.
  Éléments qui contiennent au moins un isotope stable.
  Éléments peu radioactifs : l'isotope le plus stable a une vie très longue, avec une demi-vie de plus de deux millions d'années.
  Éléments fortement radioactifs : l'isotope le plus stable a une demi-vie comprise entre 800 et 34 000 ans.
  Éléments radioactifs : l'isotope le plus stable a une demi-vie comprise entre un jour et 130 ans.
  Éléments hautement radioactifs : l'isotope le plus stable a une demi-vie comprise entre quelques minutes et un jour.
  Éléments extrêmement radioactifs : l'isotope le plus stable a une demi-vie inférieure à quelques minutes.

Les substances radioactives peuvent nuire à la santé humaine via (i) une contamination cutanée locale, (ii) une exposition interne due à l'ingestion d'isotopes radioactifs et (iii) une surexposition externe par activité β et rayonnement γ . Avec le radium et les éléments transuraniens, l'actinium est l'un des poisons radioactifs les plus dangereux avec une activité α spécifique élevée . La caractéristique la plus importante de l'actinium est sa capacité à s'accumuler et à rester dans la couche superficielle des squelettes . Au stade initial de l'empoisonnement, l'actinium s'accumule dans le foie . Un autre danger de l'actinium est qu'il subit une désintégration radioactive plus rapidement qu'il n'est excrété. L'adsorption par le tube digestif est beaucoup plus faible (~ 0,05 %) pour l'actinium que pour le radium.

Le protactinium dans le corps a tendance à s'accumuler dans les reins et les os. La dose maximale sans danger de protactinium dans le corps humain est de 0,03 µCi , ce qui correspond à 0,5 microgramme de 231 Pa. Cet isotope, qui pourrait être présent dans l'air sous forme d' aérosol , est de 2,5 × 108 fois plus toxique que l'acide cyanhydrique .

Le plutonium, lorsqu'il pénètre dans l'organisme par l'air, les aliments ou le sang (par exemple une blessure), se dépose principalement dans les poumons, le foie et les os, avec seulement 10 % environ dans d'autres organes, et y reste pendant des décennies. Le long temps de séjour du plutonium dans l'organisme s'explique en partie par sa faible solubilité dans l'eau. Certains isotopes du plutonium émettent des rayonnements α ionisants, qui endommagent les cellules environnantes. La dose létale médiane (DL 50 ) pendant 30 jours chez le chien après injection intraveineuse de plutonium est de 0,32 milligramme par kg de masse corporelle, et donc la dose létale pour l'homme est d'environ 22 mg pour une personne pesant 70 kg ; la quantité pour l'exposition respiratoire devrait être environ quatre fois plus élevée. Une autre estimation suppose que le plutonium est 50 fois moins toxique que le radium , et donc la teneur admissible en plutonium dans le corps devrait être de 5 µg ou 0,3 µCi. Une telle quantité est presque invisible au microscope. Après des essais sur des animaux, cette dose maximale admissible a été réduite à 0,65 µg ou 0,04 µCi. Des études sur des animaux ont également révélé que la voie d'exposition au plutonium la plus dangereuse est l'inhalation, après quoi 5 à 25% des substances inhalées sont retenues dans l'organisme. Selon la taille des particules et la solubilité des composés du plutonium, le plutonium est localisé soit dans les poumons, soit dans le système lymphatique , soit est absorbé dans le sang puis transporté vers le foie et les os. La contamination via les aliments est la voie la moins probable. Dans ce cas, seulement environ 0,05% des composés solubles à 0,01% insolubles du plutonium sont absorbés dans le sang et le reste est excrété. L'exposition de la peau endommagée au plutonium en retiendrait près de 100 %.

L'utilisation d'actinides dans le combustible nucléaire, les sources radioactives scellées ou des matériaux avancés tels que les cristaux autoluminescents présente de nombreux avantages potentiels. Cependant, une préoccupation sérieuse est la radiotoxicité extrêmement élevée des actinides et leur migration dans l'environnement. L'utilisation de formes chimiquement instables d'actinides dans le MOX et les sources radioactives scellées n'est pas appropriée selon les normes de sûreté modernes. Il est difficile de développer des matériaux contenant des actinides stables et durables, qui assurent un stockage, une utilisation et une élimination finale sûrs. Un besoin clé est l'application de solutions solides d'actinides dans des phases hôtes cristallines durables.

Propriétés nucléaires

Demi-vies et fractions de ramification des actinides et des produits de désintégration naturelle
Nucléide Demi-vie Mode de déclin Fraction ramifiée La source
206
81
Tl
4,202 ± 0,011 m β- _ 1.0 LNHB
208
81
Tl
3,060 ± 0,008 m β- _ 1.0 BIPM-5
210
82
Pb
22,20 ± 0,22 y β- _ 1.0 ENSDF
α ( 1,9 ± 0,4 ) × 10 −8
211
82
Pb
36,1 ± 0,2 mètres β- _ 1.0 ENSDF
212
82
Pb
10,64 ± 0,01h β- _ 1.0 BIPM-5
214
82
Pb
26,8 ± 0,9 m β- _ 1.0 ENSDF
211
83
Bi
2,14 ± 0,02 m β- _ 0,00276 ± 0,00004 ENSDF
α 0,99724 ± 0,00004
212
83
Bi
60,54 ± 0,06 m α 0,3593 ± 0,0007 BIPM-5
β- _ 0,6407 ± 0,0007
214
83
Bi
19,9 ± 0,4 m α 0,00021 ± 0,00001 ENSDF
β- _ 0,99979 ± 0,00001
210
84

138,376 ± 0,002 jours α 1.0 ENSDF
219
86
Rn
3,96 ± 0,01 s α 1.0 ENSDF
220
86
Rn
55,8 ± 0,3 s α 1.0 BIPM-5
221
87
Ve
4,9 ± 0,2 m β- _ 0,00005 ± 0,00003 ENSDF
α 0,99995 ± 0,00003
223
88
Ra
11,43 ± 0,05 jours α 1.0 ENSDF
14C _ ( 8,9 ± 0,4 ) × 10 −10
224
88
Ra
3,627 ± 0,007 jours α 1.0 BIPM-5
225
88
Ra
14,9 ± 0,2 jours β- _ 1.0 ENSDF
226
88
Ra
( 1,600 ± 0,007 ) x 10 3 ans α 1.0 BIPM-5
228
88
Ra
5,75 ± 0,03 y β- _ 1.0 ENSDF
224
89
CA
2,78 ± 0,17 h α 0,091 +0,020 -0,014 ENSDF
CE 0,909 +0,014 -0,020
225
89
CA
10,0 ± 0,1 jours α 1.0 ENSDF
227
89
CA
21,772 ± 0,003 y α 0,01380 ± 0,00004 ENSDF
β- _ 0,98620 ± 0,00004
228
89
CA
6,15 ± 0,02 h β- _ 1.0 ENSDF
227
90
E
18,718 ± 0,005 jours α 1.0 BIPM-5
228
90
E
698,60 ± 0,23 jours α 1.0 BIPM-5
229
90
E
( 7,34 ± 0,16 ) x 10 3 ans α 1.0 ENSDF
230
90
E
( 7,538 ± 0,030 ) x 10 4 y α 1.0 ENSDF
SF ≤ 4 × 10 −13
231
90
E
25,52 ± 0,01 h β- _ 1.0 ENSDF
α ~ 4 × 10 −13
232
90
E
( 1,405 ± 0,006 ) x 10 10 y α 1.0 ENSDF
SF ( 1,1 ± 0,4 ) × 10 −11
233
90
E
22,15 ± 0,15 m β- _ 1.0 LNHB
234
90
E
24,10 ± 0,03 j β- _ 1.0 ENSDF
231
91
Pennsylvanie
( 3,276 ± 0,011 ) x 10 4 y α 1.0 ENSDF
SF ≤ 3 × 10 −12
232
91
Pennsylvanie
1,32 ± 0,02 jours CE 0,00003 ± 0,00001 ENSDF
β- _ 0,99997 ± 0,00001
233
91
Pennsylvanie
26,98 ± 0,02 jours β- _ 1.0 LNHB
234
91
Pennsylvanie
6,70 ± 0,05 h β- _ 1.0 ENSDF
234m
91
Pennsylvanie
1,159 ± 0,016m CE 0,0016 ± 0,0002 AIEA-CRP-XG
β- _ 0,9984 ± 0,0002
232
92
tu
68,9 ± 0,4 y α 1.0 ENSDF
SF
233
92
tu
( 1,592 ± 0,002 ) x 10 5 y α 1.0 ENSDF
SF
234
92
tu
( 2,455 ± 0,006 ) x 10 5 y α 1.0 LNHB
SF ( 1,6 ± 0,2 ) × 10 −11
235m
92
tu
26 ± 1m CE 1.0 ENSDF
235
92
tu
( 7,038 ± 0,005 ) x 10 8 ans α 1.0 ENSDF
SF ( 7 ± 2 ) × 10 −11
236
92
tu
( 2,342 ± 0,004 ) x 10 7 y α 1.0 ENSDF
SF ( 9,4 ± 0,4 ) × 10 −10
237
92
tu
6,749 ± 0,016 jours β- _ 1.0 LNHB
238
92
tu
( 4,468 ± 0,005 ) x 10 9 y α 1.0 LNHB
SF ( 5,45 ± 0,04 ) × 10 −7
239
92
tu
23,45 ± 0,02 m β- _ 1.0 ENSDF
236
93
Np
( 1,55 ± 0,08 ) x 10 5 ans α 0,0016 ± 0,0006 LNHB
β- _ 0,120 ± 0,006
CE 0,878 ± 0,006
236m
93
Np
22,5 ± 0,4 h β- _ 0,47 ± 0,01 LNHB
CE 0,53 ± 0,01
237
93
Np
( 2,144 ± 0,007 ) x 10 6 y α 1.0 ENSDF
SF
238
93
Np
2,117 ± 0,002 jours β- _ 1.0 ENSDF
239
93
Np
2,356 ± 0,003 jours β- _ 1.0 ENSDF
236
94
Pu
2,858 ± 0,008 y α 1.0 ENSDF
Références
LNHB Laboratoire National Henri Becquerel, Données recommandées,

http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm , 3 octobre 2006.

BIPM-5 M.-M. Bé, V. Chisté, C. Dulieu, E. Browne, V. Chechev, N. Kuzmenko, R. Helmer,

A. Nichols, E. Schönfeld, R. Dersch, Monographie BIPM-5, Tableau des radionucléides, Vol. 2 – A = 151 à 242, 2004.

ENSDF "Fichier de données de structure nucléaire évalué" . Laboratoire national de Brookhaven . Récupéré le 15 novembre 2006 .
AIEA-CRP-XG M.-M. Bé, VP Chechev, R. Dersch, OAM Helene, RG Helmer, M. Herman,

S. Hlavác, A. Marcinkowski, GL Molnár, AL Nichols, E. Schönfeld, VR Vanin, MJ Woods, IAEA CRP "Update of X Ray and Gamma Ray Decay Data Standards for Detector Calibration and Other Applications", IAEA Scientific and Technical Information rapport STI/PUB/1287, mai 2007, Agence internationale de l'énergie atomique, Vienne, Autriche, ISBN  92-0-113606-4 .

Voir également

Références et notes

Bibliographie

Liens externes