Il existe dans le sol terrestre trois radionucléides - notamment - dont la durée de vie est comparable voire supérieure à l'âge de notre système solaire (4,5 milliards d'années) : il s'agit du thorium 232, de l'uranium 235 et de l'uranium 238, de demi-vies respectives 0,7 ; 4,5 et 14 milliards d'années. Pour cette raison ils n'ont pas encore disparu de la croûte terrestre et continuent à se désintégrer depuis la formation de la Terre. Ces nucléides sont tous les trois émetteurs alpha. En se désintégrant, ils forment des noyaux fils eux-mêmes radioactifs, qui donnent à leur tour des noyaux petit-fils eux-mêmes radioactifs, etc., donnant ainsi chacun naissance à une longue chaîne de désintégrations alpha et bêta.
Ces trois chaînes radioactives naturelles finissent chacune par aboutir à un isotope stable du plomb :
Cette chaîne est dite «
» car tous les nucléides de la chaîne ont un nombre de masse de type
, avec n entier.
Équilibre séculaire
Les trois chaînes radioactives naturelles obéissent à la loi de l'équilibre séculaire. En effet, le thorium 232, l'uranium 235 et l'uranium 238 ont une période de l'ordre du milliard d'années, bien plus grande que celle de leurs descendants. Ainsi l'activité de chacun des maillons de la chaîne est sensiblement la même.
Par exemple pour la chaîne «
» :
Les noyaux descendants, bien que de période très inférieure à l'âge de notre planète, sont donc encore présents dans le sol terrestre car ils sont constamment renouvelés par la désintégration du noyau père initial. L'évolution dans le temps de l'activité de tous noyaux de la chaîne ne dépend en fait que de la période du noyau père en début de chaîne.
Pourquoi observe-t-on seulement trois chaînes radioactives naturelles et pas quatre ?
Nous avons vu qu'il existe trois chaînes radioactives naturelles, de type «
», «
» et «
», dont le noyau père initial est respectivement : le thorium 232, l'uranium 238 et l'uranium 235.
Pourquoi n'observe-t-on pas la chaîne «
» ?
C'est parce que la chaîne «
» aurait eu pour noyau père initial le neptunium 237, de période 2,1 millions d'années. Cette période est très inférieure à l'âge de notre planète, c'est pourquoi ce noyau a depuis longtemps cessé d'être observable dans le sol terrestre, et en conséquence, nous ne pouvons pas observer la chaîne «
» dans la nature.
