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Calcium 48

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Calcium 48
Description de l'image calcium-48.svg.

table

Général
Nom Calcium 48
Symbole 48
20
Ca
28
Neutrons 28
Protons 20
Données physiques
Présence naturelle 0,187 ± 0,021 %[1]
Demi-vie 1,9+4,5
−0,8
 × 1019 années[1]
Produit de désintégration 48Ti
Masse atomique 47.952522654(19) u
Spin 0+
Excès d'énergie −44 224,868 ± 0,018 keV[1]
Énergie de liaison par nucléon 8 667 ± 0 keV[1]
Désintégration radioactive
Désintégration Produit Énergie (MeV)
2 β 48
22
Ti
4,27

Le calcium 48, noté 48Ca, est l'isotope du calcium dont le nombre de masse est égal à 48 : son noyau comporte 20 protons et 28 neutrons avec un spin 0+, pour une masse atomique de 47,952 534 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de −44 224,868 ± 0,018 keV et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de 8 667 keV[1]. Un gramme de calcium 48 pur a une activité de 6,42 × 10−6 Bq.

Le calcium 48 représente une fraction molaire de 0,187 % du calcium naturel[2].

Bien que très riche en neutrons pour un atome léger, le noyau du calcium 48 est quasiment stable : sa période radioactive est estimée de l'ordre de 1,9+4,5
−0,8
 × 1019[1] à 4,3+2,4
−1,1
 × 1019 années[3], c'est-à-dire près de trois milliards de fois l'âge de l'univers. Cette stabilité est généralement expliquée par le fait que cet isotope est doublement magique, c'est-à-dire constitué à la fois d'un nombre magique de protons et d'un nombre magique de neutrons. Le calcium 48 est l'isotope le plus léger connaissant une double désintégration bêta, processus radioactif extrêmement rare au cours duquel deux neutrons émettent deux électrons et deux antineutrinos électroniques pour donner deux protons et convertir le calcium en titane :

48
20
Ca
48
22
Ti
+ 2 e + 2 νe.

Le 48Ti est d'ailleurs l'isotope du titane le plus abondant dans le milieu naturel.

Applications

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Le calcium 48 a un grand intérêt pratique en physique nucléaire comme ion stable et riche en neutrons susceptible d'être accéléré aussi bien pour produire d'autres atomes légers riches en neutrons par fragmentation[4] que pour percuter une cible de transuranien en vue de réaliser une fusion nucléaire aboutissant à la création d'éléments superlourds, qui sont plus riches en neutrons que les éléments plus légers à partir desquels on les synthétise ; les éléments 114 et 116 ont été synthétisés avec des ions de calcium 48 sur des cibles de plutonium 244 et de curium 248 respectivement ; la synthèse de l'élément 118 (oganesson) au JINR a quant à elle été réalisée à partir d'une cible en californium 249 percutée par des ions de calcium 48[5] :

48
20
Ca
+ 249
98
Cf
297
118
Og
* ⟶ 294
118
Og
+ 3 1
0
n
.

Du point de vue théorique, le calcium 48 libère davantage d'énergie (4,27 MeV) par double désintégration bêta que tout autre nucléide, et est un bon sujet d'études pour détecter une double désintégration β sans émission de neutrino, vérifiant l'équation de Majorana : le neutrino serait alors son antiparticule, d'où l'annihilation des neutrinos émis par double désintégration β dans ces conditions, neutrinos qui ne sont alors pas observés.

Notes et références

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  1. a b c d e et f (en) « Live Chart of Nuclides: 48
    20
    Ca
    28
     », sur www-nds.iaea.org, AIEA, (consulté le )
    .
  2. J. S. Coursey, D. J. Schwab et R. A. Dragoset, « Atomic Weights and Isotopic Compositions », NIST Physical Reference Data, (consulté le ).
  3. (en) A. Balysh, A. De Silva, V. I. Lebedev, K. Lou, M. K. Moe, M. A. Nelson, A. Piepke, A. Pronskiy, M. A. Vient et P. Vogel, « Double Beta Decay of 48Ca », Physical Review Letters, vol. 77, no 26,‎ , p. 5186-5189 (PMID 10062737, DOI 10.1103/PhysRevLett.77.5186, Bibcode 1996PhRvL..77.5186B, arXiv nucl-ex/9608001, lire en ligne)
  4. (en) M. Notani, H. Sakurai, N. Aoi, Y. Yanagisawa, A. Saito, N. Imai, T. Gomi, M. Miura, S. Michimasa, H. Iwasaki, N. Fukuda, M. Ishihara, T. Kubo, S. Kubono, H. Kumagai, S. M. Lukyanov, T. Motobayashi, T. K. Onishi, Yu. E. Penionzhkevich, S. Shimoura, T. Teranishi, K. Ue, V. Ugryumov et A. Yoshida, « New neutron-rich isotopes, 34Ne, 37Na and 43Si, produced by fragmentation of a 64 A MeV 48Ca beam », Physics Letters B, vol. 542, nos 1-2,‎ , p. 49-54 (DOI 10.1016/S0370-2693(02)02337-7, Bibcode 2002PhLB..542...49N, lire en ligne)
  5. (en) Yu. Ts. Oganessian et al., « Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the 249Cf and 245Cm+48Ca fusion reactions », Physical Review C, vol. 74, no 4,‎ , article no 044602 (DOI 10.1103/PhysRevC.74.044602, lire en ligne)

Articles liés

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1  H                                                             He
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