Le curium, de symbole Cm, est l'élément chimique de . C'est un transuranien synthétique de la famille des actinides. Il a été nommé d'après les physiciens Pierre et Marie Curie.
Le curium se présente comme un métal radioactif, d'un blanc argenté et d'une grande dureté. Il se forme dans les réacteurs nucléaires : une tonne de combustible usé en contient en moyenne .
Le curium est formé pour la première fois à l'été 1944 à partir d'un élément plus léger, le plutonium. Cette découverte n'est tout d'abord pas rendue publique. Ce n'est que le , au cours d'une émission américaine pour les enfants, que l'invité, Glenn T. Seaborg, auteur de la découverte, annonce au public son existence, en répondant à un jeune auditeur qui demandait si on avait découvert de nouveaux éléments..
Le curium est un puissant émetteur α. En raison de la grande puissance thermique qui en résulte, il a été envisagé de l'utiliser dans des générateurs thermoélectriques à radioisotope. En outre, il a été utilisé pour la fabrication de destinée à réaliser des générateurs à radioisotope à faible radioactivité γ, pour activer des stimulateurs cardiaques par exemple. Cet élément peut être utilisé comme matière première pour la fabrication d'autres transuraniens et transactinides. Il sert aussi de source de rayons α dans les spectromètres X avec lesquels les robots explorateurs de Mars , et ont analysé les roches martiennes, et l'atterrisseur Philaé de la sonde Rosetta a analysé la surface de la comète 67P/Tchourioumov-Guerassimenko.
Histoire
vignette|gauche|Glenn Theodore Seaborg. vignette|gauche|Cyclotron de à Berkeley.
Le curium a été découvert en 1944 à l'université de Californie par Glenn Theodore Seaborg, Ralph A. James et Albert Ghiorso. Dans leur série d'expériences, ils ont utilisé le cyclotron de () de l'Université de Californie à Berkeley. Après le neptunium et le plutonium, ce fut le troisième transuranien découvert depuis 1940. Sa fabrication a été réussie avant celle de l'américium, de numéro atomique pourtant inférieur d'une unité..
Pour la fabrication d'un nouvel élément, on utilisait le plus souvent les oxydes de l'élément à irradier. Dans le cas présent, on déposait une solution de nitrate de sur une feuille de platine de . La solution était alors évaporée, et le sel restant était chauffé suffisamment pour donner le dioxyde de plutonium . Après exposition dans le cyclotron, la couche était dissoute dans l'acide nitrique, puis précipitée par mélange avec une solution d'ammoniaque. Le reste était dissous avec de l'acide perchlorique. Une séparation finale avait lieu avec des échangeurs d'ions. Dans ces expériences, deux isotopes différents ont été produits : le et le .
Le premier, Cm, a été obtenu en juillet/ par irradiation de avec des particules α , ce qui donne l'isotope cherché à la suite d'une réaction (α, n) :
+ → + .
L'identification se fait sans ambiguïté sur la base de l'énergie caractéristique de la particule α émise à la désintégration.
→ + .
La demi-vie de cette désintégration a d'abord été mesurée à (meilleure mesure actuelle : ).
Le deuxième isotope, Cm, de plus courte vie, qui est produit de la même manière par irradiation de Pu par des particules α, n'a été découvert par la même équipe qu'en :
+ → + 3 .
La demi-vie de la désintégration α subséquente a tout d'abord été mesurée comme (valeur actuelle ).
En raison de la continuation de la Seconde Guerre mondiale, la découverte du nouvel élément n'a d'abord pas été publiée. Le public ne l'apprit que d'une manière très curieuse : dans l'émission radio américaine du , un des jeunes auditeurs a demandé à Glenn Seaborg, invité de l'émission, si l'on avait découvert de nouveaux éléments, au cours de la recherche sur les armes atomiques. Seaborg répondit positivement et dévoila ainsi l'existence de cet élément, ainsi que celui immédiatement inférieur en numéro atomique, l'américium.. Ceci arriva encore avant la présentation officielle à un symposium de l', le .
La découverte des et 240 du curium, leur production et leurs composés ont été brevetés plus tard sous le nom de « », sous le seul nom d'inventeur de Glenn T. Seaborg..
Le nom de curium a été choisi par analogie avec « gadolinium », le métal des terres rares qui se trouve dans la classification périodique juste au-dessus du curium. Le nom du gadolinium avait été donné d'après le célèbre chercheur sur les terres rares, Johan Gadolin. Le choix de celui du curium fut fait en l'honneur de Pierre et Marie CurieDescription du curium sur webelements.com, consulté le ., dont le travail scientifique avait ouvert la voie à la recherche sur la radioactivité : Comme nom pour l'élément de numéro , nous aimerions proposer « curium », avec le symbole Cm. Il y a des preuves que l' contient 5f, et est donc analogue à l'élément gadolinium avec ses 4f dans la famille des terres rares. Sur cette base, l' serait nommé d'après les Curie, de manière analogue à la désignation du gadolinium, en l'honneur du chimiste Gadolin.
La première quantité pondérable de curium a pu être réalisée en 1947 sous forme d'hydroxyde de Cm(), par et .. Il s'agissait alors de d'hydroxyde , obtenu par irradiation neutronique d'américium Am.. Ce n'est qu'en 1951 qu'il a été présenté sous forme élémentaire par réduction de fluorure de Cm() par du baryum...
Distribution
Il a été établi en 2016 que lors de ses débuts, le système solaire contenait du curium. Ce résultat a pu être obtenu en repérant dans une météorite un excès d', très probablement obtenu par désintégration du Cm..
Cm est l'isotope de plus longue vie du curium, mais sa demi-vie n'est que de . Pour cette raison, tout le curium initial contenu par la Terre à sa formation s'est désintégré. On fabrique artificiellement du curium en petites quantités pour la recherche. En outre, il s'en trouve de petites quantités dans les combustibles usagés des réacteurs nucléaires.
Le curium présent dans l'environnement provient pour la plus grande part des tests de bombes atomiques atmosphériques, jusqu'en 1980. Il peut y avoir des concentrations locales supérieures, dues à des déchets nucléaires et autres tests d'armes atomiques. En tous cas, le curium ne contribue que de façon négligeable à la radioactivité naturelle..
Dans les déchets de la première bombe H américaine Ivy Mike le sur l'atoll d'Eniwetok, outre la première découverte d'einsteinium et de fermium, on a trouvé, à côté du plutonium et de l'américium, des isotopes du curium, du berkélium et du californium : en ce qui concerne le curium, surtout les isotopes Cm et Cm, Cm et Cm en plus petites quantités, ainsi que des traces de Cm. Ces résultats, couverts par le secret militaire, n'ont été publiés qu'en 1956.
Obtention et préparation
Obtention des isotopes du curium
Le curium se forme en petites quantités dans les réacteurs nucléaires. On n'en dispose actuellement dans le monde que de quelques kilogrammes, d'où son prix très élevé d'environ par milligramme pour Cm.. Dans les réacteurs nucléaires, il se forme à partir de l'uranium U tout un ensemble de réactions nucléaires. Une étape importante dans ces processus est la capture neutronique ou réaction (n,γ), où le nucléide produit, qui est dans un état excité, perd son énergie en excès par rayonnement γ et se retrouve ainsi dans son état fondamental. Les neutrons libres nécessaires sont créés par les fissions des autres noyaux du réacteur. Dans ce processus nucléaire, la réaction (n,γ) est suivie de deux désintégrations β, ce qui aboutit à la formation de plutonium Pu. Dans les réacteurs surrégénérateurs, cette réaction entraîne la formation de nouveau matériau fissile.
. Les temps indiqués sont les demi-vies.
Ensuite, deux réactions (n,γ) suivies d'une désintégration β conduisent à l'américium Am. Celui-ci conduit, après une nouvelle capture (n,γ) et une nouvelle désintégration β au Cm :
.
Pour les besoins de la recherche, le curium peut être obtenu de façon efficace à partir de plutonium, que l'on obtient en grande quantité à partir de combustibles nucléaires usagés. Il est irradié par une source de neutrons à haut flux. Les flux ainsi obtenus peuvent être beaucoup plus élevés que ce qu'il y a dans un réacteur, si bien qu'une autre chaîne de réactions prédomine sur celle décrite auparavant. Pu est transformé par neutroniques (n,γ) successives en Pu, qui donne par désintégration β de l'américium Am avec une demi-vie de . Ce dernier, après une nouvelle capture neutronique qui forme de l'Am, subit une désintégration β avec une demi-vie de pour donner finalement du Cm. :
.
Cette réaction a lieu aussi dans les réacteurs nucléaires, si bien que l'on retrouve un peu de Cm dans les produits de retraitement du combustible nucléaire.
À partir du Cm, de nouvelles captures neutroniques ont lieu dans le réacteur et donnent en quantités toujours décroissantes des isotopes plus lourds. Pour la recherche, les isotopes Cm et Cm sont particulièrement appréciés en raison de leur longue vie.
. Captures neutroniques (n,γ) pour les poids atomiques A=244 à 248, mais rarement pour A=249 ou 250.
Mais la production de Cm par ce processus est particulièrement défavorisée par la courte vie du CmCm a une demi-vie d' et donne à 100 % par désintégration β du berkélium Bk., ce qui rend improbables les captures neutroniques pendant cette courte vie. On peut produire Cm par désintégration α du californium Cf. Le problème est néanmoins que ce dernier se désintègre principalement par fission spontanée, et peu par désintégration α.
En raison des cascades de captures neutroniques et de désintégrations β, le curium produit est toujours un mélange de divers isotopes. Leur séparation est particulièrement difficile.
Pour la recherche, on utilise de préférence Cm, en raison de sa longue vie. La méthode la plus efficace pour l'obtenir est la désintégration α du californium Cf, que l'on peut obtenir en grandes quantités en raison de sa longue vie. Cm obtenu de cette manière possède une pureté isotopique de 97 %. Actuellement, on en fabrique ainsi de par an.
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L'isotope Cm pur, intéressant pour la recherche seulement, peut être obtenu par désintégration α du californium Cf, que l'on obtient en très petite quantité de la désintégration β du berkélium Bk.
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Préparation du curium métallique
Le curium métallique peut s'obtenir par réduction de ses composés. Tout d'abord, c'est le fluorure de curium() qui a été utilisé pour la réduction. À cette fin, ce fluorure est mis à réagir, en absence totale d'eau ou d'oxygène, dans un appareil en tantale ou en tungstène, avec du baryum ou du lithium métallique....
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La réduction de l'oxyde de curium() par un alliage de magnésium et de zinc dans un flux de chlorure de magnésium et de fluorure de magnésium donne aussi du curium métallique..
Propriétés
vignette|Empilement doublement hexagonal compact de sphères, avec la structure ABAC dans la structure cristalline α-Cm (A: vert ; B: bleu ; C: rouge). vignette|Fluorescence orange induite par laser dans les ions CmFluorescence orange induite par laser dans une solution de complexe tris(hydrotris)pyrazolylborato-Cm(), avec une longueur d'onde d'excitation de ..
Propriétés physiques
Le curium est un métal artificiel radioactif. Il est dur et possède un aspect d'un blanc argenté, similaire au gadolinium, son analogue dans les lanthanides. Il lui ressemble également par ses autres propriétés physiques et chimiques. Son point de fusion à est significativement plus élevé que ses prédécesseurs dans les transuraniens, le neptunium (.), le plutonium () et l'américium (). Par comparaison, le gadolinium fond à . Le point d'ébullition du curium est à .