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Isotopes de l'iode

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L'iode(I) possède 37isotopesconnus, denombre de massevariant entre 108 et 144, et 16isomères nucléaires.Parmi ces isotopes, seul127I eststable,et représente la totalité de l'iode naturel, faisant de l'iode unélément monoisotopiqueet unélément mononucléidique.Samasse atomiquestandard est donc la masse isotopique de127I, soit 126,904 47(3)u.

Parmi les 30 radioisotopes de l'iode, le plus stable est129I avec une demi-vie de 15,7 millions d'années, trop courte pour que ce soit unnucléide primordialmais assez longue pour constituer uneradioactivité éteinte.Tous les autres ont une demi-vie inférieure à 60 jours; quatre d'entre eux sont utilisés comme traceurs radiogéniques et agents thérapeutiques:123I,124I,125I, et131I.

Les isotopes les plus légers (108 à 110) se désintègrent parémission de proton,radioactivité αouradioactivité β+enisotopes de l'antimoineou dutellure.Ceux légèrement plus lourds (mais plus légers que127I) par radioactivité β+(à l'exception de123I et125I qui se désintègrent parcapture électronique), tous enisotopes du tellure.126I fait partiellement exception, se désintégrant par radioactivité ou β+ou radioactivité βen126Te ou126Xe, dans un ratio 56/44. Les radioisotopes les plus lourds se désintègrent eux parradioactivité β,et pour certains de façon non négligeable par radioactivité βetémission de neutron,enisotopes du xénon.

Du fait de l'absorption de l'iode par la thyroïde, les radioisotopes de l'iode sont largement utilisés en imagerie médicale (iode 131 en particulier) ou pour détruire des tissus dysfonctionnels thyroïdiens, ou d'autres types de tissus absorbant sélectivement des produits radiopharmaceutiques contenant de l'iode 131 (l'iobenguanepar exemple). L'iode 125 est l'unique autre radioisotope de l'iode utilisé en radiothérapie, mais seulement sous la forme d'une capsule implantée enbrachythérapie,évitant ainsi que l'isotope soit relâché dans le corps et y interagisse chimiquement. La plupart du temps, l'imagerie médicale utilisant les radioisotopes de l'iode se fait via unecaméra gamma(en)standard. Cependant, dans les cas des rayonnements gamma de l'iode 123 et de l'iode 131, on peut aussi utiliser latomographie d'émission monophotonique(SPECT).

Isotopes notables

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L'iode 123(123I) est l'isotope de l'iode dont le noyau est constitué de 53protonset de 70neutrons.C'est un radioisotope se désintégrant parcapture électroniqueen123Teavec unedemi-vie13,2 heures. C'est un émetteur derayons gammautilisé comme traceur enimagerie médicale,en particulier latomographie d'émission monophotonique,pour évaluer les fonctions anatomiques et physiologiques de laglande thyroïde.Ce genre d'examen permet notamment de détecter lamaladie de Basedowou lathyroïdite de Hashimoto.Contrairement à ce qu'on pourrait penser de prime abord, la radiation gamma produite par la désintégration de123I ne vient pas de la chaîne123I ⟶123mTe ⟶123Te, où la radiation gamma viendrait de la désexcitation de123mTe en123Te, stable. La capture électronique par123I produit en fait directement123Te et non pas123mTe, qui a une énergie bien plus grande (247keV) et ne peut pas être produit à partir d'iode radioactif. Cependant, après la capture électronique,123Te excité émet 13 % du temps un électron deconversion internede127keVà haute vitesse (électron Augerdistinct d'un rayonnement β) qui n'endommage que très peu les cellules du fait de la faible demi-vie de l'isotope et de la relative rareté de ce type d'événement. Dans le reste des cas, c'est un rayon gamma de159keVqui est émis, bien adapté pour l'imagerie gamma.

123I(ainsi que125I) est aussi un grand émetteur d'électrons Augerà basse énergie après sa désintégration, mais ceci ne cause pas de dommages importants (comme une cassure du double brin d'ADN) dans les cellules, sauf si l'isotope est incorporé dans des médicaments qui s'accumulent dans le noyau ou dans l'ADN (ce qui n'est jamais le cas dans lamédecine clinique,mais qui a été observé dans certains modèles d'expérimentation animale)[1].

L'iode 124 (124I) est l'isotope de l'iode dont le noyau est constitué de 53protonset de 71neutrons.C'est un radioisotope se désintégrant parcapture électronique(74,4 %) ouémission de positron(25,6 %) en124Te avec unedemi-vie4,18 jours. Il peut être synthétisé via de nombreuses réactions nucléaires encyclotron.C'est la matériau de départ le plus commun utilisé pour synthétiser letellure 124.Sous forme de sel d'iodure, l'iode 124 peut être utilisé directement en imagerie médicale de la thyroïde partomographie par émission de positrons(PET)[2].C'est d'ailleurs en général un radiotraceur avec une demi-vie plus longue que lefluor 18.Pour cet usage, l'isotope est lié chimiquement à un composé pharmaceutique pour former un composé radiopharmaceutique émetteur de positrons et injecté dans le corps.

L'iode 125 (125I) est l'isotope de l'iode dont le noyau est constitué de 53protonset de 72neutrons.C'est un radioisotope se désintégrant parcapture électroniqueen125Te avec unedemi-vie59,4 jours. Comme l'iode 123, c'est un émetteur de rayons gamma, mais moins énergétique, et moins souvent utilisé en médecine nucléaire (et en particulier en imagerie médicale). En effet, comme dans le cas du couple123I/123Te, letellure 125excité issu de la désintégration par capture électronique de l'iode 125 émet parfois un électron de conversion interne de faible énergie (35,5keV). Ce type de rayonnement n'est pas trop dangereux du fait de sa basse énergie, mais cet événement est plus courant que pour le couple123I/123Te, ce qui réduit d'autant l'émission de rayon gamma. De plus, l'émission gamma de la désintégration125I/125Te étant relativement basse en énergie, elle est donc est mal adaptée pour l'imagerie, même si elle peut toujours être observée. Cependant, le fait que l'iode 125 ait une demi-vie plus longue peut être utile voire nécessaire pour certains tests nécessitant une observation sur plusieurs jours, par exemple un scan fibrinogène pour détecter des caillots sanguins.

L'iode 125 est utilisé de façon courante enbrachythérapieà faible dose, pour le traitement de cancers autres que thyroïdiens, en particulier lescancers de la prostate.Lorsqu'il est utilisé en thérapie, l'iode 125 est encapsulé dans des graines de titane et implanté à l'endroit de la tumeur, où il restera, la faible énergie de son rayonnement limitant les dommages aux tissus éloignés de sa zone d'implantation.

L'iode 125, du fait de sa durée de vie plus longue et de son spectre gamma moins pénétrant, est souvent préféré pour les tests de laboratoire utilisant l'iode comme traceur, mesuré parcompteur gamma(en),comme enradio-immunologie.Il est également très employé pour l’autoradiographie en déposant des coupes de tissus préalablement incubées avec des ligands marquées au125I au contact de films radiographiques classiques ou adaptés particulièrement pour ce type d’isotope à basse énergie. Cette technique a permis en biologie de caractériser la distribution et le nombre de nombreux récepteurs via des hormones, peptides ou protéines préalablement iodées sur une partie de la molécule qui n’interagit pas de manière étroite avec le récepteur choisi.

L'iode 125 est enfin aussi utilisé comme source de rayons γ pour la caractérisation structurelle desprotéines.

L'iode 127(127I) est l'isotope de l'iode dont le noyau est constitué de 53protonset de 74neutrons.C'est le seulisotope stablede l'iode, et le seul présent dans la nature (à l'exception des traces d'iode 129 cosmogénique).

Les « pastilles d'iode » (iodure de potassiumouiodate de potassiumen général) distribuées en cas d'accident nucléaire utilisent cet isotope non-radioactif pour saturer la thyroïde en iode, et ainsi éviter qu'elle n'absorbe et ne stocke le radioisotope iode 131 pouvant être présent dans lesproduits de fissionlibérés dans la nature. En théorie, de nombreux cancers dus aux retombées radioactives peuvent être prévenus de cette façon, les seuls cancers dont on a prouvé le lien avec l'absorption de radio-éléments à la suite d'un accident ou de l'explosion d'une bombe nucléaire étant les cancers de la thyroïde (même si les radiations de la bombe provoquent directement d'autres cancers, desleucémiespar exemple). Cette méthode protège donc de l'absorption de l'iode 131, mais pas de celle d'autres radio-éléments, ni des radiations directes. Son effet dure environ 24 heures, elle doit donc être renouvelé quotidiennement tant qu'un risque suffisamment élevé d'exposition aux radio-iodes existe[3],[4].L'iode 131 (le plus susceptible d'être présent dans les retombées radioactives) se désintègre relativement rapidement (demi-vie de 8 jours), donc 99,95 % de sa teneur initiale a disparu au bout de trois mois.

L'iode 129(129I) est l'isotope dont le noyau est constitué de 53protonset de 76neutrons.C'est unradioisotopeà vie longue, avec unedemi-viede 16,14 ± 0,12Ma[5].Présent dans l'environnement lors de la formation duSystème solaireet de laTerre,il a disparu depuis pardésintégration radioactive(radioactivité éteinte) mais on en retrouve les traces sous la forme d'un excès dexénon 129,ce que l'on exploite dans ladatation iode-xénon.

L'iode 129 est également produit continuellement par lesrayons cosmiques.Cette productioncosmogéniquede129I est cependant très faible, produisant des quantités bien trop petites pour affecter par exemple les mesures de masse atomique.

L'essentiel de l'iode 129 présent, à notre époque, dans la nature est le produit de l'activité humaine, depuis lesannées 1940.129I faisant partie desproduits de fissionà vie longue. La plupart provient des premierstests nucléaires,et d'accidents decentrales nucléaires.

Contribution de différents radioisotopes au niveau de radiation dans l'air après l'accident de Tchernobyl.131I est en orange.

L'iode 131(131I) est l'isotope de l'iode dont le noyau est constitué de 53protonset de 78neutrons.C'est un radioisotope avec une demi-vie de 8 jours, se désintégrant parradioactivité βenxénon 131.Cette radiation β est plutôt énergétique (190keVen moyenne, jusqu'à606keVau maximum), pouvant pénétrer une épaisseur de0,6à2,0mmdetissus.131I est aussi un émetteur derayonsγ.

L'iode 131 est l'un desproduits de fissionlesplus communs,il est donc produit en de larges quantités dans lesréacteurs nucléaires.Du fait de sa volatilité, de sa faible demi-vie et de sa forte abondance dans les produits de fission,131I est responsable (avec le couple132Te/132I,132Teétant un produit de fission se désintégrant en132I avec une demi-vie de 3 jours) de la plus grande part de lacontamination radioactiveaprès une fuite dedéchet radioactifou unaccident nucléaire.

La radiation β de l'iode 131 peut être utilisée pour la destruction denodules thyroïdiensou des tissus thyroïdiens, ainsi que pour l'élimination de tissus thyroïdiens restants après un traitement chirurgical de lamaladie de Basedow.Le but de cette thérapie, qui fut explorée la première fois parSaul Hertzen 1941[6],est de détruire les tissus thyroïdiens qui ne peuvent pas être enlevés chirurgicalement. Dans cette procédure,131I est administré soit par intraveineuse, soit oralement après un scan diagnostique. Cette même procédure peut aussi être utilisé, avec une plus forte dose d'iode radioactif, pour traiter des patients atteints d'uncancer de la thyroïde.On l'administre à haute dose afin de détruire les tissus dans lesquels il s'accumule; une dose insuffisante serait plus dangereuse en favorisant l'apparition d'uncancersans tuer les cellules cancéreuses.L'iode 131s'accumule dans la thyroïde de la même façon que tous les autres isotopes de l'iode, mais est particulièrementcancérogènemême en petite quantité en raison de sa radioactivité β,dont lerayonnement ionisantprovoque desmutations génétiques.

I131est aussi leradioisotopede l'iode utilisé dans des composés radiopharmaceutiques solubles dans l'eau et marqués à l'iode, comme leMIBG,utilisés thérapeutiquement pour détruire des tissus.

Du fait de la haute énergie de son rayonnement β, I131est le plus cancérigène des isotopes de l'iode. On pense qu'il est responsable de la majorité des cancers de la thyroïde surnuméraires après une contamination nucléaire.

L'iode 135(135I) est l'isotope de l'iode dont le noyau est constitué de 53protonset de 82neutrons.C'est un radioisotope à très faible demi-vie, moins de 7 heures, ce qui est trop court pour être utilisé en biologie. La production inévitablein situde cet isotope dans un réacteur nucléaire est importante car il se désintègre enxénon 135,le plus puissant desabsorbeurs de neutron,responsable de l'empoisonnement au xénond'un réacteur.

Iode 128 et autres radioisotopes

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Parmi les radioisotopes de l'iode enproduits de fission,on compte aussi l'iode 128 (128I), l'iode 130 (130I), l'iode 132 (132I) et l'iode 133 (133I), qui ont tous une demi-vie de quelques heures ou de quelques minutes. les rendant inutiles pour la plupart des applications. Ces isotopes sont riches en neutrons et se désintègrent en leurs homologuesisotopes du xénonpar radioactivité β.L'iode 128 (demi-vie de 25 minutes) peut se désintégrer soit entellure 128parcapture électronique,soit enxénon 128par radioactivité β.Sonactivité massiqueest de 2,177 × 106TBq g−1.

Table des isotopes

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Symbole
de l'isotope
Z (p) N (n) Masse isotopique (u) Demi-vie[n 1] Mode(s) de
désintégration[7],[n 2]
Isotope(s)

fils[n 3]

Spin

nucléaire

Énergie d'excitation
108I 53 55 107,94348(39)# 36(6) ms α(90 %) 104Sb (1)#
β+(9 %) 108Te
p(1 %) 107Te
109I 53 56 108,93815(11) 103(5) µs p (99,5 %) 108Te (5/2+)
α (0,5 %) 105Sb
110I 53 57 109,93524(33)# 650(20) ms β+(83 %) 110Te 1+#
α (17 %) 106Sb
β+,p (11 %) 109Sb
β+,α (1,09 %) 106Sn
111I 53 58 110,93028(32)# 2,5(2) s β+(99,91 %) 111Te (5/2+)#
α (0,088 %) 107Sb
112I 53 59 111,92797(23)# 3,42(11) s β+(99,01 %) 112Te
β+,p (0,88 %) 111Sb
β+,α (0,104 %) 108Sn
α (0,0012 %) 108Sb
113I 53 60 112,92364(6) 6,6(2) s β+(100 %) 113Te 5/2+#
α (3,3×10−7%) 109Sb
β+ 109Sn
114I 53 61 113,92185(32)# 2,1(2) s β+ 114Te 1+
β+,p (rare) 113Sb
114mI 265,9(5) keV 6,2(5) s β+(91 %) 114Te (7)
TI (9 %) 114I
115I 53 62 114,91805(3) 1,3(2) min β+ 115Te (5/2+)#
116I 53 63 115,91681(10) 2,91(15) s β+ 116Te 1+
116mI 400(50)# keV 3,27(16) µs (7-)
117I 53 64 116,91365(3) 2,22(4) min β+ 117Te (5/2)+
118I 53 65 117,913074(21) 13,7(5) min β+ 118Te 2-
118mI 190,1(10) keV 8,5(5) min β+ 118Te (7-)
TI (rare) 118I
119I 53 66 118,91007(3) 19,1(4) min β+ 119Te 5/2+
120I 53 67 119,910048(19) 81,6(2) min β+ 120Te 2-
120m1I 72,61(9) keV 228(15) ns (1+,2+,3+)
120m2I 320(15) keV 53(4) min β+ 120Te (7-)
121I 53 68 120,907367(11) 2,12(1) h β+ 121Te 5/2+
121mI 2376,9(4) keV 9,0(15) µs
122I 53 69 121,907589(6) 3,63(6) min β+ 122Te 1+
123I[n 4] 53 70 122,905589(4) 13,2235(19) h CE 123Te 5/2+
124I[n 4] 53 71 123,9062099(25) 4,1760(3) j β+ 124Te 2-
125I[n 4] 53 72 124,9046302(16) 59,400(10) j CE 125Te 5/2+
126I 53 73 125,905624(4) 12,93(5) j β+(56,3 %) 126Te 2-
β(43,7 %) 126Xe
127I[n 5] 53 74 126,904473(4) Stable[n 6] 5/2+
128I 53 75 127,905809(4) 24,99(2) min β(93,1 %) 128Xe 1+
β+(6,9 %) 128Te
128m1I 137,850(4) keV 845(20) ns 4-
128m2I 167,367(5) keV 175(15) ns (6)-
129I[n 5],[n 7] 53 76 128,904988(3) 16,14 ± 0,12Ma[5] β 129Xe 7/2+
130I 53 77 129,906674(3) 12,36(1) h β 130Xe 5+
130m1I 39,9525(13) keV 8,84(6) min TI (84 %) 130I 2+
β(16 %) 130Xe
130m2I 69,5865(7) keV 133(7) ns (6)-
130m3I 82,3960(19) keV 315(15) ns -
130m4I 85,1099(10) keV 254(4) ns (6)-
131I[n 5],[n 4] 53 78 130,9061246(12) 8,02070(11) j β 131Xe 7/2+
132I 53 79 131,907997(6) 2,295(13) h β 132Xe 4+
132mI 104(12) keV 1,387(15) h TI (86 %) 132I (8-)
β(14 %) 132Xe
133I 53 80 132,907797(5) 20,8(1) h β 133Xe 7/2+
133m1I 1634,174(17) keV 9(2) s TI 133I (19/2-)
133m2I 1729,160(17) keV ~170 ns (15/2-)
134I 53 81 133,909744(9) 52,5(2) min β 134Xe (4)+
134mI 316,49(22) keV 3,52(4) min TI (97,7 %) 134I (8)-
β(2,3 %) 134Xe
135I[n 8] 53 82 134,910048(8) 6,57(2) h β 135Xe 7/2+
136I 53 83 135,91465(5) 83,4(10) s β 136Xe (1-)
136mI 650(120) keV 46,9(10) s β 136Xe (6-)
137I 53 84 136,917871(30) 24,13(12) s β(92,86 %) 137Xe (7/2+)
β,n(7,14 %) 136Xe
138I 53 85 137,92235(9) 6,23(3) s β(94,54 %) 138Xe (2-)
β,n (5,46 %) 137Xe
139I 53 86 138,92610(3) 2,282(10) s β(90 %) 139Xe 7/2+#
β,n (10 %) 138Xe
140I 53 87 139,93100(21)# 860(40) ms β(90,7 %) 140Xe (3)(-#)
β,n (9,3 %) 139Xe
141I 53 88 140,93503(21)# 430(20) ms β(78 %) 141Xe 7/2+#
β,n (22 %) 140Xe
142I 53 89 141,94018(43)# ~200 ms β(75 %) 142Xe 2-#
β,n (25 %) 141Xe
143I 53 90 142,94456(43)# 100# ms [> 300 ns] β 143Xe 7/2+#
144I 53 91 143,94999(54)# 50# ms [> 300 ns] β 144Xe 1-#
  1. En gras pour les isotopes avec des demi-vies plus grandes que l'âge de l'univers(presque stables).
  2. Abréviations:
    CE:capture électronique;
    TI:transition isomérique.
  3. Isotopes stables en gras.
  4. abcetdUtilisé enmédecine.
  5. abetcProduit de fission.
  6. Théoriquement capable defission spontanée.
  7. Peut être utilisé pour dater certain événements précoces de l'histoire du Système solaireet pour la datation des eaux souterraines.
  8. Produit de désintégration du135Te,lui-même produit de fission dans les réacteur nucléaires. Il se désintègre en135Xe,responsable, s'il s'accumule, de l'empoisonnement au xénon.
  • Il existe des échantillons géologiques exceptionnels dont la composition isotopique est en dehors de l'échelle donnée. L'incertitude sur la masse atomique de tels échantillons peut excéder les valeurs données.
  • Les valeurs marquées # ne sont pas purement dérivées des données expérimentales, mais aussi au moins en partie à partir des tendances systématiques. Les spins avec des arguments d'affectation faibles sont entre parenthèses.
  • Les incertitudes sont données de façon concise entre parenthèses après la décimale correspondante. Les valeurs d'incertitude dénotent un écart-type, à l'exception de la composition isotopique et de la masse atomique standard de l'IUPACqui utilisent des incertitudes élargies[8].

Notes et références

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  1. (en)V. R. Narraet al.Radiotoxicity of Some Iodine-123, Iodine-125, and Iodine- 131-Labeled Compounds in Mouse Testes: Implications for Radiopharmaceutical Design»,Journal of Nuclear Medicine,vol.33,no12,‎,p.2196(lire en ligne[PDF])
  2. (en)E. Raultet al.Comparison of Image Quality of Different Iodine Isotopes (I-123, I-124, and I-131)»,Cancer Biotherapy & Radiopharmaceuticals,vol.22,no3,‎,p.423–430.(PMID17651050,DOI10.1089/cbr.2006.323)
  3. «Frequently Asked Questions on Potassium Iodide»,Food and Drug Administration(consulté le)
  4. «Potassium Iodide as a Thyroid Blocking Agent in Radiation Emergencies»,The Federal Register,Food and Drug Administration(consulté le)
  5. aetb(en)Eduardo García-Toraño, Timotheos Altzitzoglou, Pavel Auerbach, Marie-Martine Bé, Christophe Bobinet al.The half-life of129I»,Applied Radiation and Isotopes,vol.140,‎,p.157-162(DOI10.1016/j.apradiso.2018.06.007Accès libre).
  6. Hertz, Barbara; Schuleller, Kristin. "Saul Hertz, MD (1905 - 1950) A Pioneer in the Use of Radioactive Iodine",Endocrine Practice2010 16,4;713-715.
  7. (en)Universal Nuclide Chart
  8. (en)«2.5.7. Standard and expanded uncertainties»,Engineering Statistics Handbook(consulté le)



1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og