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CURIUM

Le curium est un élément chimique artificiel dont le symbole est Cm et le numéro atomique 96. Il se situe, dans la classification périodique, parmi les éléments dits transuraniens. Son nom fut proposé en hommage aux savants français Pierre et Marie Curie.

Découverte

Glenn T. Seaborg, Ralph A. James et Albert Ghiorso, travaillant au Metallurgical Laboratory de l’université de Chicago, isolèrent pendant l’été 1944 le premier isotope de l’élément 96 à partir de cibles de plutonium 239 bombardées par des noyaux d’hélium (particules alpha) accélérés au cyclotron de Berkeley (université de Californie). Le nouveau nucléide se désintégrait avec une demi-vie de 162,5 j en émettant des particules alpha d’une énergie de 6,11 MeV. On a montré que la réaction nucléaire produisant ce noyau était une réaction ( 見,n), ce qui signifie que le projectile 見 pénètre dans le noyau de plutonium et qu’un neutron est expulsé. On écrit symboliquement:

ce qui montre que le noyau formé a 96 protons et 146 neutrons.

Peu de temps après, le curium 242 fut à nouveau identifié dans des cibles de ²³⁹ Pu irradiées, non plus par des particules alpha, mais par un flux très intense de neutrons dans un réacteur. Il accompagnait alors l’américium (²⁴¹⁹⁵Am), premier produit de la réaction de capture des neutrons. Lorsque cet élément est accumulé en quantité suffisante, il capte aussi les neutrons et l’américium 242 produit se désintègre en se transformant en un élément de numéro atomique plus élevé, le curium 242. La séquence de réactions nucléaires (captures de neutrons et décroissance 廓^-) peut être schématisée ainsi:

(n, 塚) est une notation indiquant que le noyau capte un neutron et est ensuite désexcité par émission d’un photon gamma. Le nombre de masse a donc augmenté d’une unité sans changement du numéro atomique Z.

Plusieurs microgrammes de ²⁴²Cm furent alors préparés par irradiation d’américium 241 dans des réacteurs à flux de neutrons élevé. Cela permit à L. B. Werner et I. Perlman d’isoler les premières quantités pondérables de curium sous la forme de 40 microgrammes d’oxyde Cm²³.

Isotopes et propriétés nucléaires

On connaît treize isotopes du curium, de nombres de masse compris entre 238 et 250; ils sont tous radioactifs et produits artificiellement, mais l’existence de traces de curium 247 dans certains minerais de terres rares très anciens n’est pas impossible; par ailleurs, certains astrophysiciens supposent que, durant l’explosion de supernovae de type I, il y a formation de californium 254 radioactif qui décroît par émission 廓^- en donnant ²⁵⁰Cm.

Par suite de la facilité de sa préparation, le curium 242 est l’isotope le plus étudié, bien que sa demi-vie soit relativement courte (162,5 j) et sa manipulation dangereuse. En effet, chaque milligramme de ²⁴²Cm émet par minute 10¹³ particules alpha d’une énergie de 6,11 MeV, qui provoquent un dégagement de chaleur de 0,12 W. Cette intense activité spécifique peut décomposer les solutions, perturber la structure cristalline d’un composé, en élever la température.

Ainsi, à la surface d’une pastille d’oxyde de curium 242, la température est supérieure à 1 000 ⁰C, car il se dégage environ 1 200 watts par centimètre cube d’oxyde Cm²³ (un bloc de métal s’échaufferait spontanément à l’incandescence). La manipulation de cet isotope requiert des précautions particulières: la dose de tolérance d’un organisme humain pour ²⁴²Cm est très faible, environ 10 ^-11 gramme (cf. AMÉRICIUM et TRANSURANIENS).

Aussi le curium 244, émetteur alpha d’activité spécifique environ quarante fois plus faible, a remplacé, à mesure de sa disponibilité, le curium 242 pour l’étude des propriétés physiques et chimiques de l’élément.

Les isotopes ²⁴⁵Cm, ²⁴⁶Cm, ²⁴⁷Cm et ²⁴⁸Cm, qui présentent une grande stabilité nucléaire, seront encore plus appropriés pour effectuer ces recherches. L’isotope 248 a la particularité de se désintégrer à la fois par émission alpha (89 p. 100) et par fission spontanée (11 p. 100) avec des demi-vies longues qui sont respectivement de 4,7.10⁵ et 4,6.10⁶ ans.

Physico-chimie

Le curium est un élément essentiellement trivalent, dont la chimie en solutions aqueuses est très similaire à celle des autres transuraniens de valence III (en particulier Am III). Il forme des complexes avec de nombreux anions, donne des composés insolubles avec les ions fluorure, oxalate, hydroxyle, phosphate et iodate, tandis que les perchlorate, nitrate, chlorure, iodure, bromure et sulfate sont solubles.

La grande stabilité de l’état d’oxydation III du curium est due à une configuration électronique 5 f ⁷ particulièrement stable analogue à la structure 4 f ⁷ du gadolinium, son homologue dans la série des lanthanides. Aussi, toutes les tentatives pour oxyder Cm III en solutions aqueuses sont jusqu’à présent restées vaines, mais on connaît à l’état solide quelques composés tétravalents (CmO², Cm⁴...). Par ailleurs, on a préparé les trihalogénures et le sesquioxyde Cm²³ qui, du fait de son point de fusion très élevé (2 000 ⁰C), se révèle source intéressante d’énergie thermo-électrique.

Le métal a une densité de 13,5, très voisine de celle de l’américium métallique, mais un point de fusion (1 340 ⁰C) nettement plus élevé que les éléments métalliques qui le précèdent (de l’uranium à l’américium).

Production et utilisation

L’énergie cinétique des particules émises lors de la désintégration d’un nucléide se dissipe presque intégralement sous forme de chaleur qu’on peut, dans certains cas, transformer avantageusement en énergie électrique. Aussi certains émetteurs alpha, tels ²⁴⁴Cm, ²⁴²Cm, ²³⁸Pu, présentent-ils un grand intérêt comme sources thermo-électriques, en particulier pour équiper les engins divers destinés à séjourner dans l’espace. C’est ainsi que, parmi les générateurs thermo-électriques américains dénommés S.N.A.P. (Systems for Nuclear Auxiliary Power), le générateur au curium 242 pouvait fournir environ 900 watts par centimètre cube.

D’autres applications nombreuses et variées sont envisagées, telle l’animation d’un cœur artificiel, implanté chirurgicalement chez un patient. De ce fait, les productions de ces isotopes dans plusieurs pays sont impressionnantes: plusieurs kilogrammes de curium 244 ont été élaborés aux États-Unis, ainsi que des quantités de l’ordre de plusieurs milligrammes de curium 248 provenant de la décroissance alpha du californium 252, pour lequel il existe un programme de production particulier. Certains isotopes du curium, tel l’isotope 244, servent de cibles pour la préparation d’éléments transuraniens plus lourds: fermium, élément 102, etc. Dans les années soixante, l’analyse du sol lunaire a été effectuée par des sondes Surveyor grâce à l’étude de la rétrodiffusion des particules 見 émises par une source de curium 242.

• 1953; angl. curium (1946); de Curie, n. pr.

n. m. CHIM élément radioactif artificiel, appartenant à la famille des actinides (symbole Cm), de numéro atomique Z = 96.

curium [kyʀjɔm] n. m.

ÉTYM. 1945; de Curie, n. pr., et suff. -ium.

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♦ Sc. Élément radioactif (n^o at. 96) découvert dans les produits de transformation de l'uranium. Symb. Cm.