Une collaboration de deux ans entre Russes et Américains a permis de créer un nouveau noyau lourd.
Cela faisait sept ans qu’aucun nouvel élément chimique n’avait été découvert. Les physiciens nucléaires sont sortis de ce silence en annonçant la création de six noyaux de l’élément 117, à l’accélérateur d’ions lourds de Doubna, en Russie [1]. Cette découverte comble un vide entre l’élément 116 et l’élément 118, tous deux obtenus en 2003 également à Doubna, et constitue un pas de plus vers la création d’éléments lourds stables.
Les éléments chimiques sont caractérisés par le nombre de protons de leur noyau. Au-delà de 92, qui correspond à l’uranium, on entre dans le monde des éléments artificiels, dont aucun, à notre connaissance, n’est stable. Comment trouver ces éléments lourds ? « Cette quête s’apparente à une partie de roulette : on lance à grande vitesse des noyaux les uns contre les autres, des jours durant, en espérant que de temps à autre ces noyaux fusionnent en un noyau lourd. Mais on peut augmenter la probabilité de fusion en choisissant un projectile léger stable et une cible lourde », explique Antoine Drouart, du CEA à Saclay.
Pour optimiser la création de noyaux lourds, les physiciens de Doubna ont choisi pour projectile un faisceau de calcium-48, un isotope rare du protons et 28 neutrons, et dont les couches complètes de protons et de neutrons augmentent la probabilité de synthèse. Avec ces projectiles, les cibles doivent être des actinides, des éléments lourds artificiels obtenus dans des réacteurs nucléaires. Au début des années 2000, les physiciens de Doubna ont ainsi obtenu l’élément 116 (avec du curium pour cible) et l’élément 118 (avec du californium), le noyau le plus lourd jamais créé à ce jour.
Flux de calcium. « Ces actinides ne sont pas trop rares, et leur durée de vie est longue, mais pour faire l’élément 117, il fallait une cible de berkélium et un seul laboratoire, à Oak Ridge, dans le Tennessee, était à même d’en produire suffisamment », commente Hervé Savajols, du Grand Accélérateur national d’ions lourds (Ganil), situé à Caen. Une collaboration russoaméricaine s’imposait.
La première étape a consisté en la fabrication du berkelium : une cible de curium et d’américium a été irradiée durant 250 jours par un intense flux de neutrons à Oak Ridge. Il a fallu ensuite 90 jours pour séparer et purifier les 22 milligrammes de berkélium produits. Envoyé à Dimitrograd, en Russie, le précieux élément a été déposé sur un film de titane, et la cible, enfin prête, est arrivée à Doubna, où elle a été soumise, 150 jours durant, au flux de calcium. « Il fallait faire vite, selon Hervé Savajols, car l’isotope du berkélium utilisé pour la cible ayant une période de 320 jours à la fin de l’expérience, il ne du berkélium initial.»
À l’issue de ce périple, six noyaux de l’élément 117 ont été produits. Ces noyaux se sont désintégrés après une fraction de seconde en noyaux plus légers en émettant des particules α (noyaux d’hélium), ce qui a permis de mesurer les périodes de ces éléments lourds. Les modèles de physique nucléaire prédisent une zone de stabilité autour de 114 protons et 184 neutrons. « ”Pour l’instant, nous obtenons des nouveaux noyaux au sud-ouest de cette zone, et les périodes de décroissance radioactive obtenues confirment qu’on est dans une zone “plutôt stable. Pour explorer le coeur de la zone, il faudra des noyaux plus riches en neutrons, ce qu’on a du mal à faire. Mais dès 2013, Spiral 2, une installation en fabrication à Caen, fournira des faisceaux jusqu’à 1 000 fois plus intenses que ses concurrents et fera du Ganil un lieu très compétitif pour la chasse aux noyaux lourds », précise Hervé Savajols.
Une collaboration de deux ans entre Russes et Américains a permis de créer un nouveau noyau lourd.
