Protactinium Pa

Découverte

Lorsque Dmitri Mendeleïev organisa son tableau périodique en 1871, il laissa entre le thorium et l'uranium une case vide pour un élément que personne n'avait encore vu. Le premier occupant fut découvert en 1913 par Kasimir Fajans et Oswald Göhring à Karlsruhe. En étudiant la chaîne de désintégration de l'uranium, ils identifièrent un isotope éphémère qui disparaissait en une minute environ (connu aujourd'hui sous le nom de protactinium 234m) et l'appelèrent « brevium », du latin signifiant « bref ».

En 1917–1918, Otto Hahn et Lise Meitner, à Berlin, découvrirent un isotope à vie bien plus longue, le protactinium 231. Frederick Soddy et John Cranston parvinrent indépendamment au même résultat en Grande-Bretagne à peu près au même moment.

Préparer un échantillon pur prit des décennies. Aristid von Grosse isola l'oxyde en 1927 et le métal en 1934. Au début des années 1960, l'Autorité britannique de l'énergie atomique traita environ 60 tonnes de résidus de traitement de l'uranium pour récupérer un peu plus de 100 grammes.

Origine du nom

Hahn et Meitner associèrent le grec protos (premier, avant) à actinium pour former « protoactinium », car le protactinium 231 se désintègre par émission alpha en actinium 227 : il est en quelque sorte le parent de l'actinium. En 1949, l'UICPA supprima une lettre pour rendre le nom plus facile à prononcer, d'où « protactinium ». Le symbole Pa est formé des deux premières lettres.

Principales utilisations

• Recherche fondamentale : presque tout le protactinium purifié va aux laboratoires. Situé là où la sous-couche 5f commence à se remplir, il est un cas test essentiel pour comprendre comment la chimie des actinides évolue le long de la série.
• Océanographie et climatologie : l'uranium dissous dans l'eau de mer produit du protactinium 231 et du thorium 230 à un rythme régulier, mais les deux se fixent différemment sur les particules qui sédimentent. Mesurer leur rapport dans des carottes de sédiments permet de reconstituer la vigueur de la circulation profonde de l'Atlantique lors des climats passés.
• Études sur les réacteurs au thorium : dans le cycle du combustible au thorium, le thorium 232 capture un neutron et passe par le protactinium 233 avant de devenir de l'uranium 233 fissile. Son comportement compte pour la conception des réacteurs au thorium.

Isotopes

Le protactinium n'a aucun isotope stable. Le plus durable, le protactinium 231, a une demi-vie d'environ 32 800 ans et existe naturellement dans la série de désintégration de l'uranium 235. Associé au thorium 230, il permet de dater des sédiments marins et des coraux jusqu'à quelques centaines de milliers d'années. Le protactinium 233, de demi-vie d'environ 27 jours, est l'étape cruciale du cycle du combustible au thorium. L'isotope repéré en premier par Fajans, le protactinium 234m, ne dure en moyenne qu'environ 1,2 minute avant de se désintégrer.

Dans la vie quotidienne

Vous avez extrêmement peu de chances de rencontrer un jour du protactinium. Une tonne de minerai d'uranium en contient bien moins d'un gramme, même si des traces sont présentes dans tout minéral d'uranium et dans le sol autour de ces gisements. C'est un émetteur alpha puissant et un toxique chimique qui, une fois dans l'organisme, peut se fixer dans les os ; les laboratoires ne le manipulent donc qu'en boîtes à gants étanches.