Ununoctium - Définition

Synthèse de l'élément 118

Fausse annonce (1999)

Motivée par la quête de l'îlot de stabilité, la recherche des éléments superlourds a été relancée à la fin des années 1990 par la synthèse de l'élément de numéro atomique 114 (ununquadium) en 1998 à l'Institut unifié de recherches nucléaires (JINR) de Doubna, en Russie. Le physicien polonais Robert Smolanczuk avait en effet publié des calculs sur la fusion de noyaux atomiques pour synthétiser des noyaux superlourds, y compris le noyau de numéro atomique 118 ; pour cet élément, il suggérait de fusionner un noyau de plomb avec un noyau de krypton. La synthèse d'un noyau de ²⁹³Uuo a été annoncée en 1999 selon la réaction de fusion nucléaire :

Ces résultats ont néanmoins été invalidés l'année suivante, car aucune équipe ne parvint à reproduire l'expérience ; en juin 2002, il fut révélé que l'annonce avait été faite à partir de résultats falsifiés par Viktor Ninov, le principal auteur.

Premières observations attestées (publiées en 2006)

La véritable découverte de l'ununoctium a été annoncée en 2006 par une équipe américano-russe du Laboratoire national de Lawrence Livermore (LLNL, États-Unis) et du JINR (Russie) : l'observation indirecte au JINR de noyaux ²⁹⁴Uuo produits par collision d'ions calcium 48 sur atomes de californium 249, à raison d'un noyau ²⁹⁴Uuo en 2002 et de deux autres en 2005 :

Mode opératoire

Chaîne de désintégration du noyau ²⁹⁴118. L'énergie de désintégration et la période radioactive sont indiquées en rouge, tandis que la fraction d'atomes subissant une fission spontanée est indiquée en vert.

Cette réaction de fusion nucléaire ayant une faible probabilité (avec une section efficace d'à peine 0,5 picobarn, soit 5×10⁻⁴¹ m²), il a fallu attendre quatre mois pour observer la première signature de désintégration d'un noyau d'élément 118 après avoir envoyé quelque 4×10¹⁹ ions calcium 48 sur la cible de californium. Cette observation a néanmoins été validée dans la mesure où la probabilité d'une fausse détection avait été estimée à moins d'une pour cent mille. Ce sont en tout trois noyaux de ²⁹⁴118 (c'est-à-dire des noyaux comportant 294 nucléons, dont 118 protons) dont la désintégration a été observée, permettant d'estimer la période radioactive de cet isotope à 0,89^+1,07_−0,31ms et son énergie de désintégration à 11,65 ± 0,06 MeV.

La détection des noyaux ²⁹⁴118 repose sur l'observation de leur désintégration α en ²⁹⁰116, lequel est détecté par l'observation de sa chaîne de désintégrations α successivement en ²⁸⁶114 (avec une période de 10 ms et une énergie de 10,80 MeV) puis en ²⁸²112 (avec une période de 0,16 s et une énergie de 10,16 MeV) : si l'on observe la désintégration de noyaux ²⁹⁰116 dans le californium bombardé par des ions calcium, c'est que l'élément 116 s'y est formé par désintégration de noyaux ²⁹⁴118.

Dans la foulée de ces résultats, les travaux ont commencé pour observer l'élément 120 en bombardant du plutonium 244 avec des ions de fer 58. Les isotopes de cet élément devraient avoir des périodes de l'ordre de quelques microsecondes.

Isotopes et îlot de stabilité

Avec 118 protons et 176 neutrons, l'ununoctium 294 se place juste « au-dessus » (en termes de numéro atomique) de certaines localisations de l'îlot de stabilité théorique.

Aucun élément chimique de numéro atomique supérieur à 82 (plomb) ne possède d'isotope stable, et tous les éléments de numéro atomique supérieur à 101 (mendélévium) ont une période radioactive inférieure à la journée.

Certaines théories décrivant la structure nucléaire selon un modèle en couches — les théories dites microscopic-macroscopic (MM) et de champ moyen relativiste (RMF) — prédisent l'existence d'un îlot de stabilité autour de nucléides constitués d'un « nombre magique » de neutrons et d'un nombre magique de protons : 184 neutrons dans tous les cas, mais 114, 120, 122 ou 126 protons selon les théories et les paramètres retenus dans les modèles. L'ununoctium, avec ses 118 protons et 176 neutrons pour son isotope connu, serait donc dans le voisinage de cet « îlot de stabilité » ; sa période radioactive de 0.89^+1.07_−0.31ms est un peu plus élevée qu'attendu, ce qui irait dans le sens de cette théorie.

Des calculs laissent penser que d'autres isotopes de l'ununoctium pourraient avoir une période radioactive de l'ordre de la milliseconde et, pour certains, supérieure à celle du noyau ²⁹⁴Uuo synthétisé, notamment les isotopes 293, 295, 296, 297, 298, 300 et 302. Certains isotopes plus lourds, avec davantage de neutrons, pourraient également avoir des périodes radioactives plus longues, par exemple autour de ³¹³Uuo.