Isotopes de l'argon

L'argon (Ar, numéro atomique 18) possède 24 isotopes connus, allant de ³⁰Ar à ⁵³Ar ainsi qu'un isomère nucléaire (^32mAr). Trois de ces isotopes sont stables, ³⁶Ar, ³⁸Ar et ⁴⁰Ar, ce dernier étant ultra-majoritaire sur Terre car issu de la désintégration du ⁴⁰K, alors que dans l'univers ³⁶Ar est le plus abondant. La masse atomique standard de l'argon est de 39,948(1) u.

Le radioisotope de l'argon à la plus longue durée de vie est ³⁹Ar avec une demi-vie de 269 ans, suivi de ⁴²Ar avec une demi-vie de 32,9 ans et de ³⁷Ar avec une demi-vie de 35 jours. Tous les autres radioisotopes ont une demi-vie inférieure à deux heures, et la plupart d'entre eux inférieure à une minute. Le radioisotope le moins stable est ³⁰Ar avec une demi-vie inférieure à 20 nanosecondes.

Les isotopes plus légers que les isotopes stables se désintègrent principalement par désintégration β+ (avec émission de positron) en isotopes du chlore ou en isotopes du soufre, les plus lourds par désintégration β- (avec émission d'électron) en isotopes du potassium.

Isotopes notables

Argon naturel

Sur Terre, l'essentiel de l'argon naturel est l'argon 40, isotope radiogénique issu de la désintégration du potassium 40. Cette réaction est utilisée dans la datation au potassium-argon. Dans le reste de l'univers (et notamment dans les étoiles ou les planètes gazeuses), c'est l'argon 36 qui est majoritaire.

Isotope	Abondance sur Terre (pourcentage molaire)	Abondance dans l'univers
³⁶Ar	0,3336 (4) %	83,99 %
³⁸Ar	0,0629 (1) %	16 %
³⁹Ar	Traces ( $8,0(6)\times 10^{-14}\,\%$ )
⁴⁰Ar	99,6035 (4) %	0,01 %
⁴²Ar	Traces ( $<6\times 10^{-19}\,\%$ )

Argon 37

L'argon 37 (³⁷Ar) a un noyau constitué de 18 protons et de 19 neutrons. C'est un radioisotope d'une demi-vie de 35,04 jours^[1]. Il est formé artificiellement par capture neutronique sur le ⁴⁰Ca suivi d'une émission d'une particule alpha résultant d'explosions nucléaires souterraines^[2]. Il est aussi produit naturellement par capture des neutrinos solaires par le chlore 37, dont un neutrino de ce flux peut transformer un neutron de cet isotope du chlore en un proton, devenant ainsi de l'argon 37 radioactif ; c'est la réaction qui servit de mesure du flux de neutrinos dans les détecteurs au chlore.

Argon 39

L'argon 39 (³⁹Ar) a un noyau constitué de 18 protons et de 21 neutrons. Dans l'atmosphère terrestre, ce radioisotope (demi-vie de 269 ans^[3]) est produit par l'activité des rayons cosmiques principalement sur l'⁴⁰Ar^[3]. En sous-sol, il est aussi produit à partir de ³⁹K par capture neutronique^[3]. Le taux d'³⁹Ar dans l'argon naturel a été mesuré à (8,0±0,6)×10⁻¹⁶ g/g, ou (1,01±0,08) Bq/kg de ^{36, 38, 40}Ar^[4]. L'argon 39 est utilisé dans la méthode de datation argon-argon ; de manière plus marginale il peut aussi être utilisé en hydrogéologie pour des datations sur une période allant de 50 à 1 000 ans^[5].

Argon 40

L'argon 40 a un noyau constitué de 18 protons et de 22 neutrons. Il est l'isotope de l'argon le plus important sur Terre, représentant 99,6 % de l'argon naturel. Cela est dû au fait que l'essentiel de cet isotope est radiogénique : les atomes d'⁴⁰Ar sont des produits de désintégration du ⁴⁰K, un radioisotope naturel avec une demi-vie de 1,248 milliard d'années, qui se dégrade en ⁴⁰Ar stable (10,72 %) par capture électronique ou par émission de positron, ainsi qu'en ⁴⁰Ca (89,28 %) par désintégration β. Cette propriété et les ratios en ⁴⁰Ar sont utilisés pour déterminer l'âge des roches par datation au potassium-argon^[1].

Bien que ⁴⁰Ar soit piégé dans de nombreuses roches, il peut être libéré par fusion, broyage ou diffusion. La quasi-totalité de l'argon dans l'atmosphère est le produit de la désintégration du potassium 40. En revanche, s'il représente 99,- % de l'argon terrestre, dans le Soleil ou vraisemblablement dans les nuages de formation stellaire primordiaux, l'argon 40 représente moins de 15 % de l'argon naturel, l'essentiel (85 %) étant de l'³⁶Ar.

Argon 41

De l'argon 41 (période = 109,61 min) est produit par capture neutronique de l'argon 40 (qui présente une section efficace de capture des neutrons thermiques de 0,65 barn) présent dans l'atmosphère des enceintes de confinement des réacteurs nucléaires au voisinage de la cuve conduisant -entre autres raisons- à renouveler ladite atmosphère pour permettre les pénétrations humaines dans l'enceinte après arrêt du réacteur.

Argon 42

La proportion de ⁴²Ar (demi-vie de 32,9 ans) dans l'atmosphère terrestre est plus basse que 6×10⁻²¹ parties pour une part de ^{36, 38, 40}Ar^[6].

Symbole de l'isotope	Z (p)	N (n)	Masse isotopique (u)	Demi-vie	Mode(s) de désintégration^[7]^,^{[n 1]}	Isotope(s) fils^{[n 2]}	Spin nucléaire
Symbole de l'isotope	Énergie d'excitation			Demi-vie	Mode(s) de désintégration^[7]^,^{[n 1]}	Isotope(s) fils^{[n 2]}	Spin nucléaire
³⁰Ar	18	12	30,02156(32)#	<20 ns	p	²⁹Cl	0+
³¹Ar	18	13	31,01212(22)#	14,4(6) ms	β⁺, p (55,0 %)	³⁰S	5/2(+#)
					β⁺ (40,4 %)	³¹Cl
					β⁺, 2p (2,48 %)	²⁹P
					β⁺, 3p (2,1 %)	²⁸Si
³²Ar	18	14	31,9976380(19)	98(2) ms	β⁺ (56,99 %)	³²Cl	0+
³²Ar	18	14	31,9976380(19)	98(2) ms	β⁺, p (43,01 %)	³¹S	0+
^32mAr	5600(100)# keV			inconnue			5-#
³³Ar	18	15	32,9899257(5)	173,0(20) ms	β⁺ (61,35 %)	³³Cl	1/2+
³³Ar	18	15	32,9899257(5)	173,0(20) ms	β⁺, p (38,65 %)	³²S	1/2+
³⁴Ar	18	16	33,9802712(4)	844,5(34) ms	β⁺	³⁴Cl	0+
³⁵Ar	18	17	34,9752576(8)	1,775(4) s	β⁺	³⁵Cl	3/2+
³⁶Ar	18	18	35,967545106(29)	observé stable			0+
³⁷Ar^{[n 3]}	18	19	36,96677632(22)	35,04(4) d	CE	³⁷Cl	3/2+
³⁸Ar	18	20	37,9627324(4)	Stable			0+
³⁹Ar^{[n 4]}	18	21	38,964313(5)	269(3) a	β⁻	³⁹K	7/2-
⁴⁰Ar^{[n 5]}	18	22	39,9623831225(29)	Stable			0+
⁴¹Ar	18	23	40,9645006(4)	109,61(4) min	β⁻	⁴¹K	7/2-
⁴²Ar	18	24	41,963046(6)	32,9(11) a	β⁻	⁴²K	0+
⁴³Ar	18	25	42,965636(6)	5,37(6) min	β⁻	⁴³K	(5/2-)
⁴⁴Ar	18	26	43,9649240(17)	11,87(5) min	β⁻	⁴⁴K	0+
⁴⁵Ar	18	27	44,9680400(6)	21,48(15) s	β⁻	⁴⁵K	(1/2,3/2,5/2)-
⁴⁶Ar	18	28	45,96809(4)	8,4(6) s	β⁻	⁴⁶K	0+
⁴⁷Ar	18	29	46,97219(11)	1,23(3) s	β⁻ (99 %)	⁴⁷K	3/2-#
⁴⁷Ar	18	29	46,97219(11)	1,23(3) s	β⁻, n (1 %)	⁴⁶K	3/2-#
⁴⁸Ar	18	30	47,97454(32)#	0,48(40) s	β⁻	⁴⁸K	0+
⁴⁹Ar	18	31	48,98052(54)#	170(50) ms	β⁻	⁴⁹K	3/2-#
⁵⁰Ar	18	32	49,98443(75)#	85(30) ms	β⁻	⁵⁰K	0+
⁵¹Ar	18	33	50,99163(75)#	60# ms [>200 ns]	β⁻	⁵¹K	3/2-#
⁵²Ar	18	34	51,99678(97)#	10# ms	β⁻	⁵²K	0+
⁵³Ar	18	35	53,00494(107)#	3# ms	β⁻	⁵³K	(5/2-)#
⁵³Ar	18	35	53,00494(107)#	3# ms	β⁻, n	⁵²K	(5/2-)#