19.9: Transmutation nucléaire
La transmutation nucléaire est la conversion d'un nucléide en un autre. Elle peut se produire par la désintégration radioactive d'un noyau ou par la réaction d'un noyau avec une autre particule. Le premier noyau artificiel a été produit dans le laboratoire d’Ernest Rutherford en 1919 par une réaction de transmutation, le bombardement d’un type de noyau avec d’autres noyaux ou avec des neutrons. Rutherford a bombardé des atomes d'azote 14 avec des particules α à grande vitesse provenant d'un isotope radioactif naturel du radium et a observé des protons être éjectés de la réaction. Le noyau du produit a été identifié comme de l'oxygène 17 en 1925 par Patrick Blackett.
Afin d'atteindre les énergies cinétiques nécessaires pour produire des réactions de transmutation, on utilise des dispositifs appelés accélérateurs de particules. Ces dispositifs utilisent des champs magnétiques et électriques pour augmenter la vitesse des particules nucléaires. Dans tous les accélérateurs, les particules se déplacent dans le vide pour éviter les collisions avec les molécules de gaz. Lorsque des neutrons sont nécessaires pour des réactions de transmutation, ils sont généralement obtenus à partir de réactions de désintégration radioactive ou de diverses réactions nucléaires se produisant dans les réacteurs nucléaires.
De nombreux éléments artificiels ont été synthétisés et isolés, dont plusieurs à grande échelle par des réactions de transmutation. Les éléments au-delà de l'élément 92 (uranium) sont appelés des éléments transuranium. Ces éléments ont tous été découverts par des réactions de transmutation, bien que les éléments 93 et 94, le neptunium et le plutonium, aient été trouvés par la suite dans la nature comme produits de désintégration de l'uranium.
Le neptunium 239 a été créé en bombardant de l'uranium 238 avec des neutrons. La réaction crée de l'uranium 239 instable, avec une demi-vie de 23,5 minutes, qui se décompose ensuite en neptunium 239. Le neptunium 239 est également radioactif, avec une demi-vie de 2,36 jours, et il se décompose en plutonium 239.
Actuellement, le plutonium est principalement formé dans les réacteurs nucléaires comme sous-produit lors de la désintégration de l'uranium. Certains des neutrons libérés pendant la désintégration de l'U-235 se combinent avec les noyaux d'U-238 pour former de l'uranium 239 ; celui-ci subit une désintégration β− pour former du neptunium 239, qui à son tour subit une désintégration β− pour former du plutonium 239.
La médecine nucléaire s'est développée à partir de la capacité à convertir des atomes d'un type en d'autres types d'atomes. Des isotopes radioactifs de plusieurs dizaines d'éléments sont actuellement utilisés pour des applications médicales. Le rayonnement produit par leur désintégration est utilisé pour l'imagerie ou le traitement de divers organes ou parties du corps, entre autres utilisations.
Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 21.4 : Transmutation et énergie nucléaire.
