Curium

Le curium, de symbole Cm, est l'élément chimique de Modèle:Nobr. 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 Modèle:Unité.

Le curium a été formé pour la première fois à l'été 1944 à partir d'un élément plus léger, le plutonium. Cette découverte n'a tout d'abord pas été rendue publique. Ce n'est qu'au cours d'une émission américaine pour les enfants que l'invité, Glenn T. Seaborg, auteur de la découverte, a annoncé au public son existence, en répondant à un jeune auditeur qui demandait si on avait découvert de nouveaux éléments<ref>Modèle:Lien web.</ref>.

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 Modèle:Nobr 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 [[Mars Pathfinder|Modèle:Lang]], [[Spirit (rover)|Modèle:Lang]] et Modèle:Lang ont analysé les roches martiennes, et l'atterrisseur Philaé de la sonde Rosetta a analysé la surface de la comète 67P/Tchourioumov-Guerassimenko.

Histoire

Fichier:Glenn Seaborg - 1964.jpg

Glenn T. Seaborg.

Fichier:Berkeley 60-inch cyclotron.jpg

Cyclotron de Modèle:Unité à Berkeley.

Le curium a été découvert en 1944 à l'université de Californie par Glenn T. Seaborg, Ralph A. James et Albert Ghiorso. Dans leur série d'expériences, ils ont utilisé le cyclotron de Modèle:Unité (Modèle:Unité) 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<ref name="E96">Modèle:Article.</ref><ref name="Morrs" />.

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 Modèle:Lang sur une feuille de platine de Modèle:Unité. La solution était alors évaporée, et le sel restant était chauffé suffisamment pour donner le dioxyde de plutonium Modèle:Fchim. 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 Modèle:Lang et le Modèle:Lang.

Le premier, ²⁴²Cm, a été obtenu en juillet/août 1944 par irradiation de Modèle:Lang avec des particules α Modèle:Nucléide, ce qui donne l'isotope cherché à la suite d'une réaction (α, n) :

Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide → Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide.

L'identification se fait sans ambiguïté sur la base de l'énergie caractéristique de la particule α émise à la désintégration.

Modèle:Nucléide → Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide.

La demi-vie de cette désintégration a d'abord été mesurée à Modèle:Unité (meilleure mesure actuelle : Modèle:Unité<ref name="nubase" />).

Le deuxième isotope, ²⁴⁰Cm, de plus courte vie, qui est produit de la même manière par irradiation de ²³⁹Pu par des particules α, n'a été découvert par la même équipe qu'en Modèle:Date- :

Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide → Modèle:Nucléide + 3 Modèle:Nucléide.

La demi-vie de la désintégration α subséquente a tout d'abord été mesurée comme Modèle:Unité (valeur actuelle Modèle:Unité<ref name="nubase" />).

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 Modèle:Lang du Modèle:Date-, 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<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Ceci arriva encore avant la présentation officielle à un symposium de l'Modèle:Lang.

La découverte des Modèle:Nobr et 240 du curium, leur production et leurs composés ont été brevetés plus tard sous le nom de « Modèle:Lang », sous le seul nom d'inventeur de Glenn T. Seaborg<ref>Modèle:Lien web.</ref>.

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 Curie<ref>Description du curium sur webelements.com, consulté le Modèle:Date-.</ref>, dont le travail scientifique avait ouvert la voie à la recherche sur la radioactivité : Modèle:Début citationComme nom pour l'élément de numéro Modèle:Nobr, nous aimerions proposer « curium », avec le symbole Cm. Il y a des preuves que l'Modèle:Nobr contient Modèle:Nombre 5f, et est donc analogue à l'élément gadolinium avec ses Modèle:Nombre 4f dans la famille des terres rares. Sur cette base, l'Modèle:Nobr serait nommé d'après les Curie, de manière analogue à la désignation du gadolinium, en l'honneur du chimiste Gadolin<ref name="E96" />. Modèle:Fin citation

• Marie Curie, 1911.

  Marie Curie, 1911.

• Pierre Curie.

  Pierre Curie.

La première quantité pondérable de curium a pu être réalisée en 1947 sous forme d'[[hydroxyde de curium|hydroxyde de Cm(Modèle:III)]], par Modèle:Lien et Modèle:Lien<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Il s'agissait alors de Modèle:Unité d'hydroxyde Modèle:Formule chimique, obtenu par irradiation neutronique d'américium ²⁴¹Am<ref>Modèle:Article.</ref>. Ce n'est qu'en 1951 qu'il a été présenté sous forme élémentaire par réduction de fluorure de Cm(Modèle:III) Modèle:Formule chimique par du baryum<ref name="CM_METALL">Modèle:Article.</ref><ref>Modèle:Article.</ref>.

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'Modèle:Nobr, très probablement obtenu par désintégration du ²⁴⁷Cm<ref>Modèle:Article.</ref>.

²⁴⁷Cm est l'isotope de plus longue vie du curium, mais sa demi-vie n'est que de Modèle:Unité. 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<ref name="lenntech">Modèle:Lien web.</ref>.

Dans les déchets de la première bombe H américaine Ivy Mike le Modèle:Date- 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 ²⁴⁵Cm et ²⁴⁶Cm, ²⁴⁷Cm et ²⁴⁸Cm en plus petites quantités, ainsi que des traces de ²⁴⁹Cm. Ces résultats, couverts par le secret militaire, n'ont été publiés qu'en 1956<ref>Modèle:Article</ref>.

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 Modèle:Nombre par milligramme pour ²⁴⁴Cm ou ²⁴⁸Cm<ref name="speclab">Modèle:Lien web.</ref>. Dans les réacteurs nucléaires, il se forme à partir de l'uranium ²³⁸U 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 ²³⁹Pu. Dans les réacteurs surrégénérateurs, cette réaction entraîne la formation de nouveau matériau fissile.

<math>\scriptstyle^{238}_{\,92}\mathrm{U}\, \xrightarrow {(n,\gamma)} \, ^{239}_{\,92}\mathrm{U}\, \xrightarrow [23,5 \, \mathrm{min}]{\beta^-} \, ^{239}_{\,93}\mathrm{Np}\, \xrightarrow [2,3565 \, \mathrm{j}]{\beta^-} \, ^{239}_{\, 94}\mathrm{Pu}</math>

Les temps indiqués sont les demi-vies.

Ensuite, deux réactions (n,γ) suivies d'une désintégration β⁻ conduisent à l'américium ²⁴¹Am. Celui-ci conduit, après une nouvelle capture (n,γ) et une nouvelle désintégration β⁻ au ²⁴²Cm :

<math>\scriptstyle^{239}_{\, 94}\mathrm{Pu}\, \xrightarrow {2(n,\gamma)} \, ^{241}_{\, 94}\mathrm{Pu}\, \xrightarrow [14,35 \, \mathrm{a}]{\beta^-} \, ^{241}_{\, 95}\mathrm{Am}\, \xrightarrow {(n,\gamma)} \, ^{242}_{\, 95}Am\, \xrightarrow [16,02 \, \mathrm{h}]{\beta^-} \, ^{242}_{\, 96}\mathrm{Cm}</math>

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 combustible nucléaire usagé. 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. ²³⁹Pu est transformé par Modèle:Nombre neutroniques (n,γ) successives en ²⁴³Pu, qui donne par désintégration β⁻ de l'américium ²⁴³Am avec une demi-vie de Modèle:Unité. Ce dernier, après une nouvelle capture neutronique qui forme de l'²⁴⁴Am, subit une désintégration β⁻ avec une demi-vie de Modèle:Unité pour donner finalement du ²⁴⁴Cm<ref name="Morrs">Modèle:Harvsp.</ref> :

<math>\scriptstyle^{239}_{\, 94}\mathrm{Pu}\, \xrightarrow {4(n,\gamma)} \, ^{243}_{\, 94}\mathrm{Pu}\, \xrightarrow [4,956 \, \mathrm{h}]{\beta^-} \, ^{243}_{\, 95}\mathrm{Am}\, \xrightarrow {(n,\gamma)} \, ^{244}_{\, 95}\mathrm{Am}\, \xrightarrow [10,1 \, \mathrm{h}]{\beta^-} \, ^{244}_{\, 96}\mathrm{Cm}\, \xrightarrow [18,11 \, \mathrm{a}]{\alpha} \, ^{240}_{\, 94}\mathrm{Pu}</math>

Cette réaction a lieu aussi dans les réacteurs nucléaires, si bien que l'on retrouve un peu de ²⁴⁴Cm dans les produits de retraitement du combustible nucléaire.

À partir du ²⁴⁴Cm, de nouvelles captures neutroniques ont lieu dans le réacteur, et donnent en quantités toujours décroissantes des isotopes plus lourds. Pour la recherche, les isotopes ²⁴⁷Cm et ²⁴⁸Cm sont particulièrement appréciés en raison de leur longue vie.

<math>\scriptstyle^{A}_{96}\mathrm{Cm}\, +\, ^{1}_{0}n\, \longrightarrow \, ^{A+1}_{\ 96}\mathrm{Cm}\, +\, \gamma</math>

Captures neutroniques (n,γ) pour les poids atomiques A=244 à 248, mais rarement pour A=249 ou 250.

Mais la production de ²⁵⁰Cm par ce processus est particulièrement défavorisée par la courte vie du ²⁴⁹Cm<ref group="n">²⁴⁹Cm a une demi-vie d'Modèle:Unité et donne à 100 % par désintégration β⁻ du berkélium ²⁴⁹Bk.</ref>, ce qui rend improbables les captures neutroniques pendant cette courte vie. On peut produire ²⁵⁰Cm par désintégration α du californium ²⁵⁴Cf. 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 ²⁴⁸Cm, en raison de sa longue vie. La méthode la plus efficace pour l'obtenir est la désintégration α du californium ²⁵²Cf, que l'on peut obtenir en grandes quantités en raison de sa longue vie. ²⁴⁸Cm obtenu de cette manière possède une pureté isotopique de 97 %. Actuellement, on en fabrique ainsi de Modèle:Unité par an.

<math>\scriptstyle^{252}_{\, 98}\mathrm{Cf}\, \xrightarrow [2,645 \, a]{\alpha} \, ^{248}_{\, 96}\mathrm{Cm}</math>

L'isotope ²⁴⁵Cm pur, intéressant pour la recherche seulement, peut être obtenu par désintégration α du californium ²⁴⁹Cf, que l'on obtient en très petite quantité de la désintégration β⁻ du berkélium ²⁴⁹Bk.

<math>\scriptstyle^{249}_{\, 97}\mathrm{Bk}\, \xrightarrow [330 \, \mathrm{d}]{\beta^-} \, ^{249}_{\, 98}\mathrm{Cf}\, \xrightarrow [351 \, \mathrm{a}]{\alpha} \, ^{245}_{\, 96}\mathrm{Cm}</math>

Préparation du curium métallique

Le curium métallique peut s'obtenir par réduction de ses composés. Tout d'abord, c'est le fluorure de curium(Modèle:III) 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<ref name="Morrs" /><ref name="CM_METALL" /><ref name="cunning">Modèle:Article.</ref><ref>Modèle:Article.</ref><ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

<math>\scriptstyle\mathrm{CmF}_3\, +\, 3\, \mathrm{Li}\, \longrightarrow \, \mathrm{Cm}\, +\, 3\, \mathrm{LiF}</math>

La réduction de l'[[oxyde de curium(IV)|oxyde de curium(Modèle:IV)]] 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<ref>Modèle:Article.</ref>.

Propriétés

Fichier:Closest packing ABAC.png

Empilement doublement hexagonal compact de sphères, avec la structure ABAC dans la structure cristalline α-Cm (A: vert; B: bleu; C: rouge).

Fichier:Cm-Fluoreszenz.png

Fluorescence orange induite par laser dans les ions Cm³⁺<ref group="n">Fluorescence orange induite par laser dans une solution de complexe tris(hydrotris)pyrazolylborato-Cm(Modèle:III), avec une longueur d'onde d'excitation de Modèle:Unité.</ref>.

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 Modèle:Tmp est significativement plus élevé que ses prédécesseurs dans les transuraniens, le neptunium (Modèle:Tmp<ref>Modèle:Lien web.</ref>), le plutonium (Modèle:Tmp) et l'américium (Modèle:Tmp). Par comparaison, le gadolinium fond à Modèle:Tmp. Le point d'ébullition du curium est à Modèle:Tmp.

Dans les conditions standard, il n'existe qu'une structure cristalline, le Cm-α, avec un réseau hexagonal de groupe <math>\scriptstyle P6_3/mmc\,</math>, avec les paramètres du réseau a = Modèle:Unité et c = Modèle:Unité, et Modèle:Nombre par cellule élémentaire<ref name="Milman">Modèle:Article.</ref>. Cette structure cristalline consiste en un double empilement hexagonal compact, avec une suite de couches de type ABAC, et elle est ainsi isotypique à celle de la structure α du lanthane.

Au-dessus d'une pression de Modèle:Unité, le Cm-α se transforme en Cm-β. Cette structure Cm-β a une structure cubique de groupe <math>\scriptstyle Fm\bar3m</math>, avec le paramètre de réseau a = Modèle:Unité<ref name="Milman" />, c'est-à-dire un réseau cubique à faces centrées (fcc) compact, avec une suite de couches ABC.

La fluorescence des ions Cm(Modèle:III) excités est suffisamment longue pour pouvoir l'exploiter en spectroscopie de fluorescence laser résolue en temps<ref name="denecke">Modèle:Article.</ref>. La longueur de la fluorescence peut être expliquée par le grand écart en énergie entre le fondamental ⁸S_7/2 et le premier état excité ⁶D_7/2. Ceci permet une détection sélective de composés du curium parmi un lot bien plus important de processus de fluorescence plus brève d'autres ions métalliques ou substances organiques<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Propriétés chimiques

Le degré d'oxydation du curium le plus stable est +3 ([[oxyde de curium(III)|Modèle:Fchim]], [[hydroxyde de curium|Modèle:Fchim]]). À l'occasion, on le rencontre aussi au degré d'oxydation +4 ([[oxyde de curium(IV)|Modèle:Fchim]])<ref>Modèle:Article.</ref><ref name="asprey" />. Son comportement chimique ressemble beaucoup à celui de l'américium et de nombreux lanthanides. En solution aqueuse, l'ion Cm³⁺ est incolore, alors que Cm⁴⁺ est jaune pâle<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Les ions curium font partie des acides de Lewis forts et forment donc les complexes les plus stables avec les bases fortes<ref>Modèle:Article.</ref>. Dans ce cas, la formation de complexes n'a qu'une composante covalente très faible et se fonde plutôt sur les interactions ioniques. Le curium diffère dans son comportement de complexation des actinides précédemment connus comme le thorium et l'uranium, et ressemble par là aussi beaucoup aux lanthanides<ref>Modèle:Article.</ref>. Dans les complexes, il préfère une coordination à Modèle:Nombre, avec la géométrie de trois prismes triangulaires se chevauchant.

Aspects biologiques

Le curium ne possède, en dehors de son caractère radioactif Modèle:Infra, aucune influence biologique spécifique<ref>Modèle:Lien web.</ref>. L'absorption de Cm³⁺ par des bactéries et des archées a été étudiée<ref>Modèle:Article.</ref><ref>Modèle:Article.</ref>.

Propriétés fissiles

Les isotopes impairs du curium, en particulier ²⁴³Cm, ²⁴⁵Cm et ²⁴⁷Cm, en raison de leur haute section efficace, pourraient en principe servir de combustibles pour un réacteur thermique. En général, tous les isotopes, entre ²⁴²Cm et ²⁴⁸Cm, ainsi que ²⁵⁰Cm, peuvent soutenir une réaction en chaîne, même pour certains seulement avec des neutrons rapides. Dans un surrégénérateur rapide, n'importe quelle combinaison des isotopes indiqués ci-dessus pourrait être utilisée comme combustible<ref name="irsn">Modèle:Lien web.</ref>. L'avantage en serait que pour le retraitement du combustible usagé, il n'y aurait pas besoin de recourir à la séparation isotopique, mais simplement une séparation chimique du curium des autres éléments.

La table suivante donne les masses critiques pour une géométrie sphérique sans modérateur ni réflecteur, puis avec réflecteur, et enfin avec réflecteur et modérateur :

Isotope	Masse critique	Rayon	+ réflecteur	+réflecteur + modérateur
242Cm	371 kg	40,1 cm
243Cm	7,34 – 10 kg	10 – 11 cm	3 – 4 kg	Modèle:Unité
244Cm	(13,5) – 30 kg	(12,4) – 16 cm
245Cm	9,41 – 12,3 kg	11 – 12 cm	3 – 4 kg	Modèle:Unité
246Cm		18 – 21 cm
247Cm	6,94 – 7,06 kg	9,9 cm	3 – 4 kg	Modèle:Unité
248Cm	40,4 kg	19,2 cm
250Cm		16,0 cm

Avec un réflecteur, les masses critiques des isotopes impairs se situent vers Modèle:Unité. En solution aqueuse avec réflecteur, la masse critique tombe encore bien plus bas ; ces valeurs ne sont précises qu'à 15 % près, en raison de l'incertitude sur les données physiques pertinentes, et corrélativement, on trouvera des indications très variables selon les sources<ref>Modèle:Article.</ref><ref name="irsn" />. Mais en raison de sa rareté et de son prix élevé, le curium n'est pas utilisé comme combustible nucléaire, et selon la loi nucléaire allemande, il n'est pas classé comme tel<ref>Modèle:Lien web (non modifiée en ce qui concerne le curium au Modèle:Date-).</ref>.

Isotopes

On ne connaît que des radionucléides et aucun isotope stable. En tout, on connaît Modèle:Nombre et Modèle:Nombre, de ²³³Cm à ²⁵²Cm<ref name="nubase">Modèle:Article.</ref>. Les plus grandes demi-vies sont celles du ²⁴⁷Cm (Modèle:Unité) et du ²⁴⁸Cm (Modèle:Unité). Ensuite viennent ²⁴⁵Cm (Modèle:Unité), ²⁵⁰Cm (Modèle:Unité) et ²⁴⁶Cm (Modèle:Unité). L'isotope ²⁵⁰Cm est une curiosité, car une grande majorité (environ 86 %) de ses désintégrations sont des fissions spontanées.

Les isotopes du curium les plus utilisés techniquement sont ²⁴²Cm, avec une demi-vie de Modèle:Unité, et ²⁴⁴Cm avec Modèle:Unité.

Les sections efficaces pour la fission induite par des neutrons thermiques sont d'environ<ref>Modèle:Harvsp.</ref> :

242Cm	243Cm	244Cm	245Cm	246Cm	247Cm	248Cm
Modèle:Unité	Modèle:Unité	Modèle:Unité	Modèle:Unité	Modèle:Unité	Modèle:Unité	Modèle:Unité

Ceci correspond à la règle selon laquelle la plupart des nucléides transuraniens de nombre de neutrons impair sont « facilement fissiles thermiquement ».

Utilisation

Générateur thermoélectrique à radioisotope

Le curium fait partie des substances les plus radioactives. Comme les deux isotopes préférentiellement engendrés dans les réacteurs, ²⁴²Cm et ²⁴⁴Cm, n'ont que de courtes demi-vies (respectivement Modèle:Unité et Modèle:Unité), avec des énergies α de Modèle:Unité environ, ils présentent une bien plus grande activité que par exemple le radium ²²⁶Ra, engendré dans la chaîne de désintégration naturelle uranium-radium et qui a une demi-vie de Modèle:Unité<ref name="Binder">Modèle:Ouvrage.</ref>. Cette radioactivité engendre une grande quantité de chaleur : ²⁴⁴Cm émet Modèle:Unité, et ²⁴²Cm monte jusqu'à Modèle:Unité<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Ces isotopes du curium peuvent, en raison de leur très grande émission de chaleur, être utilisés dans des générateurs thermoélectriques à radioisotope, sous la forme d'[[Oxyde de curium(III)|oxyde de curium(Modèle:III)]] (Modèle:Fchim), pour l'alimentation en énergie électrique, par exemple dans les sondes spatiales. Dans ce but, on a de préférence étudié l'utilisation du ²⁴⁴Cm. En tant qu'émetteur α, il lui faut un blindage notablement plus mince que pour un émetteur β. Cependant, son taux de fission spontanée, et de neutrons et γ associés, sont plus élevés que pour ²³⁸Pu. La combinaison d'un blindage plus lourd contre les γ, d'un taux d'irradiation neutronique supérieur et d'une demi-vie plus courte donnent finalement l'avantage au ²³⁸Pu avec sa demi-vie de Modèle:Unité<ref>Modèle:Lien web.</ref>.

On a aussi essayé ²⁴²Cm pour remplacer ²³⁸Pu dans les générateurs thermoélectriques à radioisotope pour [[Stimulateur cardiaque|Modèle:Lang]]. En effet, ²³⁸Pu engendré dans les réacteurs est toujours contaminé par du ²³⁶Pu venant de la réaction (n,2n) du ²³⁷Np. Or celui-ci contient dans sa chaîne de désintégration du thallium ²⁰⁸Tl, qui est un puissant émetteur gamma. Un défaut semblable arrive au ²³⁸Pu fabriqué par irradiation par deutons de l'uranium. Les autres isotopes du curium produits tout simplement en quantités significatives dans les réacteurs conduisent vite dans leur chaîne de désintégration à des isotopes de longue vie, dont le rayonnement pour la construction de Modèle:Lang n'a plus d'importance<ref>Modèle:Lien web.</ref>.

Spectromètres X

Fichier:MER APXS PIA05113.jpg

Le type APXS de Spirit et Opportunity.

Le ²⁴⁴Cm sert de source de rayonnement α dans les spectromètres X à particules α (APXS<ref group=n>APXS est l'acronyme de l'anglais Alpha Particle X Spectrometer.</ref>) mis au point à Mayence par l'institut de chimie Otto Hahn de la Société Max-Planck, avec lesquels les véhicules martiens Sojourner, Spirit et Opportunity ont analysé chimiquement la roche sur le sol de la planète Mars. L'atterrisseur Philaé de la sonde spatiale Rosetta est muni d'un APXS, pour analyser la composition de la comète 67P/Tchourioumov-Guerassimenko<ref>Modèle:Lien web.</ref>.

Les sondes lunaires Surveyor 5 à 7 avaient également des spectromètres alpha à bord. Mais ceux-ci travaillaient avec du ²⁴²Cm et mesuraient les protons éjectés par les particules α, ainsi que les particules α rétrodiffusées (renvoyées en arrière)<ref>Modèle:Lien web.</ref><ref>Modèle:Lien web.</ref>.

Production d'autres éléments

Le curium sert aussi de matière première pour la production de transuraniens et transactinides plus élevés. C'est ainsi que par exemple, l'irradiation de ²⁴⁸Cm par des noyaux d'oxygène ¹⁸O ou de magnésium ²⁶Mg conduit respectivement aux éléments seaborgium (²⁶⁵Sg) et hassium (²⁶⁹Hs et ²⁷⁰Hs)<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Mesures de sécurité

Les degrés de danger indiqués dans la liste allemande Modèle:Lien n'existent pas pour le curium et ses composés, car ils ne concernent que la dangerosité sur le plan chimique, qui joue un rôle totalement négligeable par rapport à ceux relatifs à la radioactivité. Cette dernière n'est de toute façon importante que quand il s'agit de quantités appréciables de matière.

Comme il n'existe que des isotopes radioactifs du curium, cet élément ne doit faire l'objet, comme ses composés, de manipulations que dans des laboratoires spécialisés, qui ont leurs propres règles de sécurité. La plupart des isotopes courants sont des émetteurs α, dont l'incorporation doit être évitée par tous moyens. Une grande partie des isotopes se désintègre partiellement au moins par fission spontanée. Le large spectre des produits de fission qui en résultent, et qui sont à leur tour souvent eux-mêmes radioactifs, éventuellement émetteurs γ de haute énergie, présente un risque supplémentaire, que l'on doit prendre en compte dans l'élaboration des consignes de sécurité<ref name="lenntech"/>.

Effets sur le corps

Si le curium est absorbé avec la nourriture, il est excrété pour la plus grande partie en quelques jours, et seulement 0,05 % parviennent à la circulation générale. Cette quantité se dépose à 45 % dans le foie, à 45 % dans les os et les 10 % restants sont éliminés. Dans les os, le curium se dépose en particulier à la limite entre le corps osseux et la moelle, inhibant ainsi la production de globules sanguins (hématopoïèse). Une diffusion ultérieure vers la corticale ne se produit ensuite que lentement<ref name="lenntech"/>.

Par inhalation, le curium entre nettement plus fort dans le corps, ce qui rend cette forme d'incorporation le plus haut risque pour le travail avec le curium. La charge totale admissible pour le corps humain par le ²⁴⁴Cm (sous forme soluble) est de Modèle:Unité<ref name="speclab"/>.

Dans des expériences sur les rats, on a observé après injection intraveineuse de ²⁴²Cm et de ²⁴⁴Cm une augmentation du taux de cancer des os, dont la survenue est considérée comme le principal danger de l'incorporation de curium chez l'homme. L'inhalation des isotopes a conduit au cancer du poumon et au cancer du foie<ref name="lenntech"/>.

Problèmes liés au retraitement des déchets nucléaires

Dans les réacteurs nucléaires exploités dans des conditions raisonnablement économiques (c'est-à-dire avec une grande durée d'utilisation du combustible), il se forme de façon physiquement inévitable des isotopes du curium par réactions (n,γ) suivies de désintégrations β⁻ Modèle:Supra. Une tonne de combustible usagé contient en moyenne environ Modèle:Unité d'isotopes divers du curium<ref>Modèle:Harvsp.</ref>. Parmi eux se trouvent des émetteurs α avec des nombres de masse de Modèle:Unité/2, qui en raison de leur relativement longue demi-vie sont indésirables dans les stockages définitifs, et doivent donc être comptés parmi les déchets transuraniens. Une diminution de leur radiotoxicité à longue période dans les stockages définitifs serait possible en séparant les isotopes à longue vie des combustibles irradiés.

Pour l'élimination du curium, on explore actuellement la stratégie de séparation & transmutation<ref>Modèle:Lien web. Modèle:Nombre.</ref>. Le processus envisagé comporte Modèle:Nombre : séparation chimique du combustible usé, groupement des éléments, et suite spécifique à chaque groupe pour obtenir un reste susceptible de stockage définitif. Dans le cadre de ce processus, les isotopes du curium seraient exposés à une irradiation par neutrons dans des réacteurs spécialisés, jusqu'à être transformés en nucléides à courte vie. La mise au point d'un tel processus fait Modèle:Quand l'objet d'études<ref name="denecke" />, dont le but n'est pas encore atteint Modèle:Quand.

Composés et réactions

Oxydes

Le curium est facilement attaqué par l'oxygène. Il existe des oxydes de curium avec les degrés d'oxydation +3 (Modèle:Fchim) et +4 (Modèle:Fchim). On connaît aussi l'oxyde bivalent CmO<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

On peut obtenir l'[[Oxyde de curium(IV)|oxyde de curium(Modèle:IV)]] noir directement à partir des éléments. Il suffit de chauffer le curium métallique en présence d'air ou d'oxygène<ref name="asprey" />. Pour de petites quantités, on préfèrera le chauffage de sels de curium, comme l'oxalate de curium(Modèle:III) (Modèle:Fchim) ou le nitrate de curium(Modèle:III) (Modèle:Fchim), la manipulation du curium métallique restant délicate.

À partir de l'oxyde de curium(Modèle:IV), on peut obtenir l'[[Oxyde de curium(III)|oxyde de curium(Modèle:III)]] blanchâtre par décomposition thermique dans le vide (environ Modèle:Unité) à Modèle:Tmp<ref name="asprey">Modèle:Article.</ref> :

<math>\scriptstyle 4\,\mathrm{CmO}_2\,\xrightarrow {\Delta T} \,2\,\mathrm{Cm_2O}_3\,+\,\mathrm{O}_2</math>

Une autre voie est la réduction de l'oxyde de curium(Modèle:IV) par l'hydrogène moléculaire<ref>Modèle:Article.</ref>.

La plus grande partie du curium présent dans la nature Modèle:Supra est sous forme de Modèle:Fchim et de Modèle:Fchim<ref name="lenntech" />.

Halogénures

On connaît des halogénures de curium à base des Modèle:Nombre stables.

Le fluorure de curium(Modèle:III) incolore (Modèle:Fchim) peut être obtenu par précipitation de solutions contenant du Cm(Modèle:III) avec des ions fluorures. On n'obtient le fluorure de curium tétravalent (Modèle:Fchim) que par transformation de fluorure de Cm(Modèle:III) par du fluor moléculaire<ref name="Morrs" /> :

<math>\scriptstyle 2\,\mathrm{CmF}_3\,+\,\mathrm{F}_2\,\longrightarrow\,2\,\mathrm{CmF_4}</math>

Une série de fluorures complexes de la forme Modèle:Fchim, où M est un métal alcalin sont connus<ref>Modèle:Article.</ref>.

Le chlorure de curium(Modèle:III) incolore (Modèle:Fchim) peut être obtenu par réaction sur l'hydroxyde de curium(Modèle:III) (Modèle:Fchim) de chlorure d'hydrogène (HCl) sec. Le chlorure de curium(Modèle:III) peut être utilisé pour la synthèse de bromure de curium(Modèle:III) (vert clair) et d'iodure de curium(Modèle:III) (incolore). Pour ce faire, il faut déplacer le chlore par l'halogénure d'ammonium convenable<ref>Modèle:Article.</ref> :

<math>\scriptstyle \mathrm{CmCl}_3\,+\,3\,\mathrm{NH_4I}\,\longrightarrow \,\mathrm{CmI}_3\,+\,3\,\mathrm{NH_4Cl}</math>

Sels de chalcogènes et de pnictogènes

Parmi les sels de chalcogènes, on connaît les sulfures et séléniures. On peut les obtenir par action de soufre ou de sélénium gazeux purs à haute température<ref>Modèle:Article.</ref>.

Les sels de pnictogènes du type CmX sont connus pour les éléments X = azote, phosphore, arsenic et antimoine<ref name="Morrs"/>. Leur production peut avoir lieu par action de ces éléments à haute température sur de l'hydrure de curium(III) (CmH₃) ou sur du curium métallique.

Composés organo-métalliques

De façon semblable à l'uranocène, un composé organo-métallique dans lequel l'uranium est complexé par deux ligands de cyclooctatétraène, les complexes correspondants ont été présentés pour le thorium, le protactinium, le neptunium et l'américium. La théorie des orbitales moléculaires laisse supposer qu'un composé analogue, (η⁸-C₈H₈)₂Cm, un « curocène » pourrait être synthétisé, mais on n'y est pas encore arrivé<ref>Modèle:Harvsp.</ref>.

Voir aussi

Bibliographie

• Modèle:Ouvrage
• Modèle:Ouvrage
• Modèle:AncreManuel de chimie inorganique de Gmelin, System Nr. 71, Modèle:Vol., Transuraniens : en particulier A 1 Modèle:Rom-maj, Modèle:P. ; A 1 Modèle:II, Modèle:P., Modèle:P., Modèle:P. ; A 2, Modèle:P., Modèle:P., p. 185–188, Modèle:P. ; B 1, Modèle:P..
• Modèle:Ouvrage
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• Modèle:Ouvrage
• Modèle:Lien web - Consultable interactivement, constamment remis à jour.

Articles connexes

• Isotopes du curium :
  • Curium 242
  • Curium 244
• [[Oxyde de curium(III)|Oxyde de curium(Modèle:III)]]
• [[Oxyde de curium(IV)|Oxyde de curium(Modèle:IV)]]

Liens externes

• Modèle:Lien web, avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope