- Américium 242m
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L'américium 242m, noté 242mAm[1], est un isomère nucléaire de l'isotope de l'américium dont le nombre de masse est égal à 242 : son noyau atomique compte 95 protons et 147 neutrons avec un spin 5- pour une masse atomique de 242,0595492 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de 55 463 975 ± 1 960 eV/c2 et une énergie de liaison nucléaire de 1 823 472 571 ± 1 986 eV[2].
Ce radioisotope a une période radioactive d'environ 141 ans, se désintégrant selon trois voies principales :
- Une transition isomérique en 242Am avec un rapport de branchement (probabilité) de 99,54 % et une énergie de transition de 48,6 keV
- Une désintégration α en neptunium 238 avec un rapport de branchement de 0,46 % et une énergie de désintégration de 5,64 MeV
- Une fission spontanée avec un rapport de branchement inférieur à 5×10-11, correspondant à une période de (9,5 ± 3,5)×1011 années[3].
L'américium 242 (spin 1-) résultant de la transition isomérique, noté 242Am, est l'un des rares noyaux atomiques dont l'état fondamental est moins stable que l'un de ses états excités ; il se désintègre en effet avec une période radioactive d'à peine 16 heures :
- en curium 242 avec une probabilité de 82,7 % par désintégration β-
- en plutonium 242 avec une probabilité de 17,3 % par capture électronique
Avec son nombre impair de neutrons, l'américium 242m est un isotope fissile émettant en moyenne 3,6 neutrons par fission et présentant une section efficace d'au moins 6 000 barns aux neutrons thermiques. Sa masse critique est particulièrement faible, de l'ordre de 3 à 15 kg selon la variété et la configuration du matériau,[4] ce qui la place de l'ordre de celle du plutonium 239 (une dizaine de kilogrammes).
Ces propriétés ont conduit des chercheurs de l'Université Ben-Gourion du Néguev à proposer en 2000 un mode de propulsion spatiale fondé sur la fission de films minces d'américium 242m, rendue possible par la faible masse critique de cet isotope fissile[5], concept largement étudié depuis en raison du raccourcissement significatif du délai de navigation — par exemple, vers Mars — de cette technologie et donc de ses potentialités en matière de vols habités lointains[6],[7].
La propulsion par fragments de fission tire notamment partie de la faible masse critique de l'américium 242m dans le cadre de réacteurs embarqués de taille raisonnable, comme ceux conceptualisés au Laboratoire national de l'Idaho et au Laboratoire national de Lawrence Livermore. La mise en œuvre éventuelle de tels concepts se heurte encore néanmoins au coût de revient prohibitif de l'américium 242m dès qu'il s'agit d'en produire en quantité significative avec un degré suffisant de pureté pour une utilisation de ce type.
Propulsion par fragments de fission :
a Filaments fissiles. b Disques rotatifs.
c Cœur du réacteur. d Échappement des fragments de fission.Notes et références
- En toute rigueur, il s'agit de l'américium 242m1 — 242m1Am — correspondant au premier niveau d'excitation du noyau d'américium 242
- Matpack 1.8.0 : Nuclear Physics — Periodic Table of the Elements: 95-Am-242
- J. T. Caldwell, S. C. Fultz, C. D. Bowman et R. W. Hoff, « Spontaneous Fission Half-Life of Am242m », dans Physical Review, vol. 155, 1967, p. 1309-1313(5) [texte intégral, lien DOI (pages consultées le 18/09/2009)]
- The 7th International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC2003) : Critical Mass Calculations for 241Am, 242mAm, 243Am, par Hemanth DIAS, Nigel TANCOCK et Angela CLAYTON.
- Yigal Ronen, Menashe Aboudy, Dror Regev, « A Novel Method for Energy Production Using 242mAm as a Nuclear Fuel », dans Nuclear Technology, vol. 129, no 3, 2000, p. 407-417(11)
- P. Benetti, A. Cesana, L. Cinotti, G. L. Raselli, M. Terrani, « Americium 242m and its potential use in space applications », dans Journal of Physics: Conference Series, vol. 41, 2006, p. 161-168(8) [texte intégral, lien DOI (pages consultées le 18/09/2009)]
- Terry Kammash, David L. Galbraith, et Ta-Rong Jan (10 janvier 1993). "An americium-fueled gas core nuclear rocket" in Tenth symposium on space nuclear power and propulsion. AIP Conf. Proc. 271: 585-589. DOI:10.1063/1.43073.
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