RECHERCHE ET SYNTHÈSE DES ÉLÉMENTS SUPERLOURDS

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Submitted on 1 Jan 1973

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RECHERCHE ET SYNTHÈSE DES ÉLÉMENTS SUPERLOURDS

C. Stephan

To cite this version:

C. Stephan. RECHERCHE ET SYNTHÈSE DES ÉLÉMENTS SUPERLOURDS. Journal de

Physique Colloques, 1973, 34 (C4), pp.C4-5-C4-11. �10.1051/jphyscol:1973402�. �jpa-00215277�

JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C4, supplément au no 11-12, Tome 34, Novembre-Décembre 1973, page 5

RECHERCHE ET SYNTI~ÈSE DES ÉLÉMENTS SUPERLOURD S

C . STEPHAN

Division de Physique Nucléaire, Institut de Physique Nucléaire, Orsay, France

Résumé. - Un bref rappel des résultats théoriques relatifs

à

l'existence d'un îlot de stabilité est fait en indiquant

les

valeurs optimistes obtenues par la majorité des calculs concernant les durées de vie des noyaux superlourds. Les différents processus de synthèse étudiés sont décrits.

Les résultats négatifs obtenus jusqu'à présent sont discutés en fonction de la compétition des réactions de fission et de fusion. Après une présentation de la théorie sur une éventuelle nucléo- synthèse des éléments superlourds, les méthodes utilisées pour la recherche de ces éléments dans la nature sont décrites. Des résultats peu concluants obtenus jusqu'à présent sont donnés.

Abstract.

- A

short review of theoretical results concerning the existence of an island of stability is presented, showing essentially the very long half lives of superheavy elements deduced from most calculations. Different experimental ways for the synthesis of these elements are described, and the up to now negative results obtained are discussed. The theory of a possible nucleosynthesis of superheavy nuclei is presented. The methods investigated for the search of such elements in nature are described and the non conclusive results obtained are given.

1. Introduction. - On sait que les noyaux plus lourds que le bismuth sont tous radioactifs et que l'instabilité de ces noyaux augmente quand le numéro atomique croît. En outre, ces noyaux se désintègrent non plus seulement par émission

a

ou

j? mais aussi

par fission spontanée avec des durées de vie de plus en plus courtes. Ce dernier processus de désintégration devenant de plus en plus probable devrait empêcher la synthèse d'éléments de Z très élevé. Cependant Wheeler [Il, dès 1955,

à

partir d'extrapolations de formules semi-empiriques de masses, envisageait la possibilité de l'existence de noyaux de Z allant jusqu'à Z - 160 avec une durée de vie devant permettre leur observation. En se plaçant dans le formalisme du modèle en couches, on peut penser que s'il existe une nouvelle couche fermée en neutrons au-dessus de la couche N

=

126 et également fermée en protons au-delà de la couche Z

=

82, les noyaux ayant les nombres de protons et neutrons correspondant

à

ces couches devraient jouir d'une relative stabilité. Dès 1957, G. Scharff-Goldhaber [2] envisageait effective- ment l'existence du noyau doublement magique

3 1 0

126X184. Cependant, ce sont les résultats des calculs de Myers et Swiatecki [3] en 1965 qui ont provoqué un intérêt passionné pour ces noyaux dits superlourds.

Ces auteurs ont utilisé le modèle de la goutte liquide en tenant compte des effets de couches. De leurs calculs des masses et des barrières de fission, ils ont conclu

à

l'existence possible d'un îlot de stabilité dans la région des noyaux superlourds. Toutefois, c'est Meldner qui, le premier, a avancé la valeur

2 =

114 et non plus 126 comme nombre magique pour la couche en protons.

2. Stabilité des noyaux superlourds.

-

La plupart des calculs théoriques qui ont été faits par la suite combinent un modèle macroscopique qui tient compte des variations moyennes de l'énergie potentielle nucléaire et une description microscopique des effets locaux

à

l'aide d'un modèle

à

particules indépen- dantes. Cette approche en deux étapes a été développée initialement par Strutinsky [4]. Toutefois, des calculs ont été faits également

à

l'aide d'un modèle micro- scopique uniquement. Vautherin et coll. [37] ont obtenu par la méthode Hartree Fock des valeurs de Z

=

114 et N

=

184 pour les couches fermées en protons et en neutrons respectivement. On trouvera une description détailléi des différentes méthodes qui ont été utilisées dans les articles de revue de Johansson, Nilsson et Szymanski [5] et de Nix 161.

Nous nous sommes donc bornés

à

indiquer

à

titre d'exemple dans le tableau 1 quelques résultats obtenus par des méthodes différentes. On constate que certains modèles conduisent

à

des durées de vie pouvant être extrêmement longues. La figure 1 qui représente les résultats obtenus par Nix constitue une bonne illus- tration des durées de vie des noyaux de l'îlot de sta- bilité. On constate sur cette figure qu'on prévoit pour plusieurs noyaux au centre de l'îlot des durées de vie supérieures

à

105 ans. Les noyaux qui sont dans la partie haute

à

droite sont très instables vis-à-vis de l'émission

a.

A cause de cette propriété il a été proposé de synthétiser des noyaux dans cette région.

Ces noyaux devraient ensuite décroître par émissions a successives donnant des noyaux se rapprochant de plus en plus de la zone de stabilité.

Les durées de vie varient beaucoup d'un auteur

à

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1973402

C . STEPHAN

Noyaux superlourds les plus stables prévus par des calculs combinant une méthode microscopique et la méthode macroscopique

Noyau le plus stable Durée de vie Méthode de calcul Date Auteurs

- - - -

-

Z N a B fission sp.

126 184 goutte liquide

+

effets de couches 1965 Myers et Swiatecki [3]

164 318 30 s 1034 ans potentiel à deux centres 1969 Mosel et Greiner [7] [8]

110 184 108 ans stable 1010 ans oscillateur harmonique modifié 1969 Nilsson et coll. [9]

110 184 10934 ans stable 1013~5 ans puits de potentiel à bords abrupts 1972 Fiset et Nix [lO]

convolué avec une fonction de Yukawa

a ' I ' ' l ' z l

Spontaneous fission Alpha decoy

Neutron nurnbsr N

FIG. 1. - Durées de vie des noyaux superlourds. Sont indi- quées en fonction de Z et N les lignes de niveaux correspondant à des durées de vie constantes vis&-vis de la fission spontanée, les émissions a,

B

et capture électronique. Les valeurs indiquées correspondent aux logarithmes des durées de vie en années.

Les points indiquent que les noyaux sont stables vis-à-vis de l'émission 8. Sur la partie en bas à droite, les points blancs indiquent les noyaux stables vis-à-vis de l'émission ^jS et de durée de vie totale inférieure à 1 an, les points noirs, les noyaux stables par émission B de durée de vie totale supérieure à 1 an.

D'après Nix [6].

l'autre, l'incertitude la plus grande étant celle sur l'évaluation de la période de fission spontanée. La détermination dépend non seulement de la hauteur de la barrière de fission mais aussi de la pénétrabilité

à

travers cette barrière. Nix et Fiset [IO] font remarquer qu'une erreur de 5

à

10 % sur chaque quantité se traduit par une incertitude de l'ordre de IO1' sur l'évaluation de la période de fission spontanée. Les déterminations des durées de vie par émission

a

et sont relativement plus précises. Les mêmes auteurs estiment l'incertitude

à

IO3. Même en tenant compte de ces incertitudes, les résultats théoriques sont apparus suffisamment optimistes pour encourager les expéri- mentateurs

à

rechercher les éléments superlourds.

3. Essais de synthèse par réaction de fusion avec des ions lourds. -

Cette méthode qui consiste

à

bombarder une cible lourde avec des ions lourds pour atteindre l'îlot de stabilité par réaction de fusion paraît

à

première vue la plus évidente. De fait, des essais ont été faits il y a plusieurs années

à

Berkeley en bombardant du 248Cm avec des ions Ar [ I l ] et

à

Dubna par bombardement avec des ions de Zinc.

Les résultats s'étant révélés négatifs, on a pensé que cela était dû au fait que les noyaux formés étaient trop loin de l'îlot de stabilité. 11 a alors été suggéré d'accélérer des ions incidents plus lourds. En utilisant des ions Kr ou mieux des ions Ge, on peut effecti- vement atteindre des noyaux dans la région proposée au paragraphe précédent, noyaux

à

partir desquels on rejoint la zone de stabilité par décroissances a succes- sives. D'autre part, on constate sur le tableau II que pour ces combinaisons ions-cibles, le bilan énergé- tique

Q

de la réaction de fusion est tel qu'il est possible

Caractéristiques de réactions de fusion ayant

été

étudiées. Les barrières deJission et les valeurs de

Q

sont tirées des tables de masses de Fiset et Nix [IO]. Les barrières coulombiennes sont déduites des expé- riences réalisées

à

Orsay [12].

Réaction Noyau composé Barrière coulombienne C. M. (MeV) e ~ e v Eexcitation MeV BF MeV

-

- -

- -

;'!~r

+

'::cm ^{288 174} 1 1 4 ~ 175

-

102 73 791

,864~r $. '::Th

: ~ s x ~ ~ ~

^{342 - 316 26 4,7}

;:KI

+

^{2:;~b 292} 1 1 3 ~ ^{1 7 4} 304 - 178 126 8 3

::se

+

' ; i ~ h ³¹⁴ 1 . 2 4 ~ ¹⁹⁰ 298 - 297 1 5,s

+

2:;~h

E2xla6

282 - 270 12 9.8

RECHERCHE ET SYNTHÈSE DES ÉLÉMENTS SUPERLOURDS C4 -7

d'obtenir un noyau composé assez peu excité pour qu'il ne se désintègre pas immédiatement par fission.

Les barrières coulombiennes indiquées dans le tableau II sont déduites des valeurs obtenues expéri- mentalement

à

Orsay avec des ions Kr sur différentes cibles [12]- [13].

Des expériences ont été faites

à

Orsay en utilisant le faisceau de Kr fourni par l'ensemble Alice. En bombardant des cibles d'uranium, de thorium et de plomb on pouvait ainsi atteindre les deux côtés de l'îlot de stabilité. L'un des dispositifs de détection d'éventuels noyaux superlourds comprenait une déflec- tion électrostatique pour séparer le faisceau de krypton des noyaux de fusion émis dans la direction du faisceau incident. Les noyaux étaient ensuite défléchis par un champ magnétique. La mesure de rigidité magnétique était complétée par des mesures de temps de vol et d'énergie. Ce système permettait de détecter des noyaux de durée de vie supérieure

à

6 x IOM7

^S.

L'efficacité de l'ensemble a été contrôlée en étudiant la réaction 116Cd(84Kr,

3

n)lg7Po. Le système s'est révélé très sélectif donnant une bonne identification en masse avec seulement quelques centaines d'atomes formés. Cependant, comme on peut le constater sur la figure 2, aucun noyau superlourd n'a été détecté et nous n'avons pu donner que des limites supérieures de section efficace [14].

Une autre technique consistait

à

mesurer l'énergie des a émis par les noyaux de fusion formés. Ces

noyaux sont transportés par la technique du jet d'hélium sur une feuille métallique en un temps de l'ordre de la milliseconde. Lors du bombardement d'une cible de thorium par des ions Kr de 500 MeV, de nombreuses raies

a

ont été obtenues dans la région de 6

à

9 MeV. Les auteurs ont pu attribuer ces

a à

des isotopes déficients en neutrons de Po, At, Rn, Ra et également

à

des noyaux lourds comme l'élément 102.

Mais pour l'instant, il n'a pas été trouvé avec certitude de rayonnements plus énergiques que l'on pourrait attribuer

à

des noyaux superlourds [l5]. 11 n'a pas non plus été mis en évidence de fissions spontanées.

De nouvelles tentatives seront effectuées avec un faisceau de sélénium qui permettrait théoriquement d'atteindre une zone de plus grande stabilité qu'avec le krypton. Cependant,

à

mesure que les expériences progressent, la synthèse des éléments superlourds par réaction de fusion apparaît être un processus de plus en plus improbable. Les raisons en ont été analysées en détail par Lefort

à

la conférence d'Aix-en-Pro- vence [16]. On se contentera ici d'indiquer les difficultés inhérentes

à

ce type de réaction.

Le noyau de fusion possède un moment angulaire très élevé. Or, on essaie de former ce noyau avec une énergie d'excitation aussi faible que possible pour éviter la désintégration par fission. Comme pour une énergie d'excitation donnée, il existe une limite infé- rieure du moment angulaire total (ligne Yrast), la contribution des ondes partielles liées au projectile est limitée

à

une valeur critique JCrit

=

lcri,

A.

Dans le cas d'ions très lourds comme le krypton, cet effet diminue la section efficace de fusion.

Le moment angulaire abaisse la barrière de fission, augmentant la probabilité que le noyau superlourd a de fissionner avant de se désexciter par émission

y

ou par particule. Cet effet de moment angulaire s'ajoute

à

l'abaissement de la barrière dû

à

l'énergie d'excitation du noyau comme l'a montré Moretto [17]. On s'attend donc

à

ce que le processus de fission immédiate après fusion soit très probable. Une expérience a été faite

à

Orsay par Peter et Tamain [18] dans laquelle ils ont essayé de mettre en évidence des fissions binaires provenant d'un noyau de fusion formé dans la réac- tion Kr + U au voisinage du seuil de réaction. Ils n'ont pas trouvé de fragments de fission dont l'angle de corrélation correspondrait

à

la quantité de mouve- ment d'un noyau de fusion. Leur limite de section efficace de fission immédiate après fusion est inférieure

à

-

1

oréaction. Ce résultat est inattendu. On peut éven-

1 O0

l i i l i i 1 l i l i l

tuellement l'expliquer par une fission en trois fragments,

420 450 480 500

Elab (MeV)

mais cette interprétation est peu probable. Par contre, Swiatecki [19] a fait remarquer que la variation de

FIG. 2. - Limites supérieures des sections efficaces de forma-

l'énergie potentielle en fonction de la forme des deux

tion de noyaux superlourds en fonction de l'énergie des ions

noyaux

en

contact, conduirait plutôt ceux-ci vers une

j : ~ r bombardant des cibles de 208Pb, 232Th et ^238U. Les

de fission entraînant une séparation immédiate.

nombres avec astérisques indiquent les énergies d'excitation

des noyaux composés en fonction de l'énergie incidente. B(1,33)

la en une

faut,

probable-

donne la position de la barrière coulombienne calculée avec

ment apporter beaucoup plus d'énergie que Pour

rc = 1.33 dans la formule B = Zi Zz e21re( 4:"

+

A : ' ~ ) .

amener les noyaux simplement en contact. L'énergie

C4-8 C . STEPHAN

d'excitation supplémentaire apportée rendrait alors très probable la fission immédiate du noyau de fusion.

II serait très intéressant de reprendre l'expérience réalisée

à

Orsay avec des ions Kr d'énergie plus élevée pour vérifier cette hypothèse.

Comme il est pratiquement impossible actuellement d'augmenter l'énergie des ions Kr

à

Orsay, de telles expériences pourraient être effectuées

à

Berkeley. Ce laboratoire disposera prochainement de faisceaux d'ions très lourds accélérés grâce au super Hilac qui commence actuellement

à

fonctionner. Un programme de recherches d'éléments superlourds est prévu sur cet accélérateur. L'accent sera mis sur l'étude de réactions du type

Le noyau 304122 devrait alors par désintégrations

a

successives donner des noyaux dont la durée de vie serait de l'ordre de la minute. L'identification du noyau de fusion doit se faire grâce au système SASSY assez semblable au dispositif réalisé

à

Orsay. Il comprend une mesure de rigidité magnétique associée

à

des mesures d'énergie et de temps de vol permettant d'obtenir la masse. Le numéro atomique est donné par une mesure de ralentissement du noyau dans l'hélium. Les résultats obtenus

à

Orsay permettent de conclure d'ores et déjà que la section efficace de la réaction qui va être étudiée est très petite. Il faut donc souhaiter que le super Hilac permettra d'accélérer suffisamment d'ions Ge pour mettre en évidence d'éventuels noyaux de fusion.

4. Autres méthodes de synthèse. - Nous avons pu constater que que1 que soit le couple ion lourd-cible, on obtient toujours un noyau composé très déficient en neutrons. On a donc pensé accélérer des ions plus riches en neutrons. Une méthode proposée consisterait

à

accélérer des fragments de fission. Etant données les sections efficaces de formation du noyau de fusion attendues, ce procédé est certainement

à

rejeter. Une autre méthode proposée par Marinov et ses coll. [20]

consiste

à

bombarder avec des protons de 24 GeV une cible de tungstène. Les noyaux de la cible éclatent en fragments riches en neutrons. Ils possèdent suffisam- ment d'énergie cinétique pour pouvoir former un noyau de fusion avec les noyaux de la cible. Des résultats très encourageants paraissaient avoir été obtenus mais ils n'ont pas été confirmés. Ces auteurs avaient en effet trouvé dans la cible après irradiation, des noyaux émetteurs a et subissant la fission spon- tanée qu'ils attribuèrent

à

des éléments superlourds.

Dès la publication de ce travail, des vérifications avaient été entreprises

à

Serpukov, Argonne, Brookho- ven et par nous en collaboration avec le CERN [21].

Les résultats obtenus étaient négatifs. Dans notre cas particulier, la technique utilisée consistait

à

extraire de la cible les noyaux superlourds

à

l'aide d'un sépa- rateur de masse, et

à

mettre en évidence ces noyaux par leur fission spontanée. Cette méthode sera décrite

plus en détail dans la présentation des travaux sur la recherche des éléments superlourds dans la nature.

La cible utilisée était en uranium de façon

à

augmenter la section efficace du processus de fragmentation. En effet, une fusion entre des fragments riches en neutrons et des noyaux d'uranium, est un processus beaucoup plus probable que celui proposé par Marinov. Cepen- dant le fait d'utiliser de l'uranium au lieu de tungstène nous plaçait peut-être dans des conditions plus défa- vorables par rapport

à

la probabilité de fission immé- diate. Aucune fission spontanée attribuable

à

un noyau superlourd n'a été observée. Des limites de section efficace de formation de ces noyaux sont indiquées sur la figure 3.

I I l 1 I

lh Id Imanai lyr %y

FIG. 3. - Limites supérieures de section efficace de formation d'un noyau superlourd, supposé se désintégrer par fission spontanée seulement, lors du bombardement d'une cible d'ura- nium par des protons de 24

GeV.

L'irradiation courte avait été faite en faisceau interne pendant 3,5 h. L'irradiation longue

avait duré 27 jours en faisceau externe.

Une autre méthode très différente, a été proposée par Flerov et son groupe [22]. Elle consiste

à

bombar- der des cibles lourdes avec des ions xénon de façon

à

former un noyau de fusion de masse voisine de 400.

La fission immédiate de ce noyau pourrait conduire

à

des fragments de fission de masse 300 formés avec le

nombre souhaité de protons et de neutrons. Des expé-

riences sont actuellement en cours

à

Dubna. Des cibles

lourdes sont bombardées avec des ions Xe de 850 MeV

et les produits de réaction sont analysés. Malheureu-

sement ces chercheurs ne disposent que d'un faiseau

interne, ce qui limite le nombre d'expériences pos-

sibles, et en particulier interdit l'étude de produits

formés avec des durées de vie très courtes. Des noyaux

subissant la fission spontanée ont été effectivement

trouvés mais jusqu'à présent n'ont pas pu être attribués

RECHERCHE ET SYNTHÈSE DES ÉLÉMENTS SUPERLOURDS C4-9

à des noyaux superlourds. De fait, on doit rencontrer

dans ces réactions les mêmes difficultés pour former un noyau de fusion intermédiaire qu'avec les ions krypton. D'autre part, si le noyau superlourd est un produit de fission provenant du noyau de fusion, il sera formé dans un état déformé. Or, les calculs montrent que la barrière de fission d'un noyau super- lourd est beaucoup plus étroite que pour les noyaux habituels. Il en résulte que les noyaux superlourds formés par le processus qui vient d'être décrit auront de grandes chances de fissionner immédiatement. Il faut donc s'attendre à des sections efficaces de forma- tion de noyaux superlourds extrêmement petites pour ce processus.

On peut enfin faire remarquer que l'énergie des ions Xe d'environ 850 MeV est à peine suffisante pour franchir la barrière coulombienne.

Cette énergie relativement faible interdit également d'envisager la synthèse d'éléments superlourds par un autre processus qui consisterait en d'importants transferts de nucléons entre l'ion xénon et la cible. Ce processus quasi élastique aurait pour avantage l'obten- tion de noyaux superlourds créés directement près de leur état fondamental.

5. Nucléosynthèse et production de noyaux super-

lourds. — On admet généralement que la formation

des éléments plus lourds que le bismuth s'est faite dans les étoiles ayant atteint le stade d'évolution des supernovae, par un processus dit rapide [29]. Il consiste à considérer des noyaux excédentaires en neutrons dont l'existence est due à un état d'équilibre entre des réactions (n, y) <=* (y, n). La position de la zone d'équilibre dépend de la température de l'étoile et de la densité de neutrons. Quand le flux de neutrons baisse, ces noyaux riches en neutrons émettent des fi leur permettant d'atteindre la ligne de stabilité. Depuis que des noyaux superlourds ont été prédits avec des durées de vie assez longues pour exister dans la nature, plusieurs auteurs se sont attachés à étudier la possi- bilité de les atteindre par ce processus.

La figure 4 donne une représentation du phénomène dans la région qui nous intéresse. Une condition pour que le processus continue, est que la durée de vie de fission spontanée soit plus longue que celle de l'émis- sion p. Si cette condition n'est pas remplie, le processus s'interrompt et les produits de fission sont recyclés.

De même, le processus peut également s'interrompre si la probabilité de fission induite par neutrons est supé- rieure à la probabilité de la réaction (n, y). Les pro- duits finaux dépendent de jusqu'où est allé le processus rapide, et des durées de vie relatives d'émission a, /?, fission spontanée des différents noyaux de la chaîne de décroissance fi.

Les résultats sont très contradictoires. Certains auteurs prédisent que l'on peut atteindre l'îlot de stabilité par cette méthode [24] d'autres limitant les possibilités du processus à des noyaux moins lourds [25].

Ces contradictions n'ont rien d'étonnant si on consi-

FIG. 4. — Représentation de la zone des noyaux créés par le processus rapide, et indiqués par des points, les noyaux atteints après émissions j? successives. La ligne marquée (n, f) est la limite au-dessus de laquelle la fission induite par neutrons provoque le recyclage des fragments de fission dans le pro- cessus (durée du cycle : 8 s). Bien que le processus s'arrête à l'élément Z — 104, on constate qu'on peut peupler l'îlot de stabilité centré à Z = 114 par émissions fi successives. D'après

Schramm et Fowler [24].

dère les incertitudes avec lesquelles on connaît les données du calcul, à savoir :

— durées de vie a, jS, fission spontanée,

— probabilité relative de la fission induite par neutron à la réaction (n, y),

— température et flux de neutrons dans les super- novae.

Johns a constaté qu'en faisant simplement varier les deux données relatives aux supernovae, il pouvait conclure dans un sens ou dans l'autre [26]. De telles ambiguïtés dans les calculs théoriques ne devraient pas décourager les expérimentateurs qui s'obstinent à rechercher les éléments superlourds dans la nature.

L'ingéniosité de celle-ci est suffisamment grande pour avoir probablement trouvé une méthode de synthèse des éléments superlourds au cas où l'îlot de stabilité tel qu'il est prédit, correspondrait à la réalité.

6. Recherche d'éléments superlourds dans la nature.

— De nombreux travaux ont été entrepris pour mettre en évidence des éléments superlourds dans la nature avec une ardeur fluctuant suivant les résultats des calculs concernant leur probabilité d'existence [27], Ainsi, Fowler et coll. [28] ont mis en évidence, dans le rayonnement cosmique analysé à haute altitude, des noyaux d'uranium et ils suggèrent une contribution possible d'éléments de numéro atomique supérieur à 100. Cette voie paraît donc assez encourageante.

Les calculs décrits au paragraphe précédent semblent

au moins montrer que l'abondance relative des éléments

superlôurds n'est probablement pas supérieure à 10~

20

.

On peut espérer trouver des échantillons dans lesquels

la concentration en éléments superlourds atteindrait

10

8

. Il en résulte que la sensibilité des méthodes de

détection doit être supérieure à 1 0 "

i 2

pour pouvoir

04-10 C. STEPHAN

mettre en évidence des noyaux superlourds dont la durée de vie serait comparable

à

l'âge de la terre soit 4,5 x IO9 ans. Par contre, si cette durée de vie n'est de 108 ans seulement, la sensibilité doit atteindre un niveau d'au moins 10-15.

Les recherches dans la nature utilisent les propriétés qui ont été prévues pour ces éléments. Ainsi, dans le choix des échantillons, on suppose que l'élément 110 a une configuration électronique qui le place dans le tableau de Mendéleev sur la même colonne que le platine. Il doit donc avoir des propriétés chimiques analogues

à

celles de cet élément et par conséquent se concentrer dans les mêmes minéraux. D'une façon semblable, on cherchera l'élément 114 dans les minerais de plomb. Les essais de mise en évidence des noyaux superlourds se font le plus souvent en recherchant des fissions spontanées.

Un travail considérable a été fait

à

Dubna en recher- chant des traces de fission dans des échantillons les plus divers. Ce travail est très difficile car il faut sous- traire les traces dues

à

l'uranium naturel. D'autre part, ces auteurs ont montré que les traces résiduelles pouvaient aussi s'interpréter par des fissions de noyaux de plomb induites par des rayons cos- miques

[29].

11 y a cependant des échantillons pour lesquels ils n'excluent pas la présence d'éléments super- lourds pour expliquer l'excès de traces de fragments de fission [30]. La technique de recherches de traces de fission fossiles a été utilisée par Price et coll. [31] pour étudier des minerais de plomb et d'or. Ils ont obtenu des résultats négatifs avec des limites de concentration qu'ils estiment entre I0-I5 g/g et IO-'' g/g.

Les calculs prévoient qu'en moyenne 10 neutrons sont émis lors de la fission des noyaux superlourds [32].

Plusieurs équipes ont donc mesuré le nombre de neutrons associés

à

chaque fission spontanée 1331-[34].

Cette méthode est également très sensible et devrait permettre de détecter jusqu'à 10-15 g/g de noyaux superlourds. Les résultats obtenus n'ont pas été concluants.

Une méthode très différente de celles décrites ci- dessus a été développée

à

Orsay [35]. Elle consiste

à

isoler les éléments superlourds qui pourraient exister dans l'échantillon étudié,

à

l'aide du séparateur d'iso- topes Sidonie

à

Orsay qui permet de collecter des masses au voisinage de A

=

300. Pour mettre en évi- dence les noyaux superlourds, on utilise la fission induite par neutrons dans un réacteur. Cette méthode est également très sensible et la limite actuelle de détection se situe au niveau de g/g. On peut voir sur la figure 5 que des fissions ont été effectivement observées dans plusieurs échantillons. Cependant, on ne peut pas exclure la possibilité que les masses obser- vées soient en fait des molécules contenant de l'ura- nium ou du thorium, telles que UO,, UCl,, Th Cl O, de masses voisines de 300. Pour savoir si les masses observées sont effectivement dues

à

une telle conta- mination, les masses collectées ont été irradiées d'abord en interposant un écran de cadmium sur le trajet des

FIG. 5. - Nombre de fissions observées dans des détecteurs de traces (plaques de quartz) placés dans le plan focal du sépa- rateur d'isotopes Sidonie, en fonction de la position des détec- teurs. Cette position est étalonnée en nombres de masse. Pour les différents échantillons, les courbes en pointillés donnent le nombre de traces obtenu après une semaine d'irradiation derrière un écran de cadmium, les courbes en trait plein après 4 h d'irradiation sans cadmium. Les triangles indiquent les

bords des plaques de quartz.

neutrons (courbes en pointillé), puis sans écran de cadmium (courbe en trait plein). Les sections efficaces de fission étant connues dans chaque cas pour les iso- topes 235U, 238U et ','Th, on doit pouvoir éliminer ainsi les fissions dues

à

une contamination. Dans le cas de la cérusite, les flux de neutrons ont été choisis de façon

à

obtenir le même nombre de fissions pour

235U dans les deux irradiations. On constate que

seules les masses 283,293 et 310 se comportent comme 1'235U. Peu de masses se comportent comme 238U

^OU

comme le thorium. On devrait en particulier observer un tel comportement pour les masses 286, 293 et 313 ce qui ne semble pas être le cas. Autre fait étonnant, la masse 309 trouvée dans le nodule de manganèse semble fissionner par neutrons lents seulement. Ces différents résultats nous encouragent

à

pousser plus loin nos investigations. Des mesures complémentaires sont en cours d'étude

:

-

Détermination de l'excès de masse : d'après les

calculs, on devrait s'attendre

à

un excès de masse de

l'ordre de 200 MeV si les masses fissionnantes corres-

pondent

à

des noyaux superlourds alors qu'il devrait

être

à

peu près nul si ces masses sont dues

à

des molé-

cules.

RECHERCHE ET SYNTHÈSE DES ÉLÉMENTS SUPERLOURDS C4-11

- Mesure de l'énergie cinétique des fragments de fission

:

on s'attend

à

trouver une énergie 20 % plus élevée pour les fragments de fission de noyaux super- lourds que pour ceux provenant de noyaux d'ura- nium [36].

-

Détermination du numéro atomique des masses collectées par leurs rayons X

:

l'excitation des atomes sera provoquée par des ions Ar et Kr d'énergie de Tordre de 6 MeV/nucléon. Les rayons XL de noyaux superlourds, s'ils existent, devraient être produits avec une section efficace suffisamment élevée pour être observés.

7. Conclusion.

-

L'étude des éléments superlourds est devenue depuis quelques années un domaine d'intérêt pour de nombreux physiciens. Le nombre de publications théoriques dépasse largement la cen- taine 161. Les conclusions sont telles que l'on peut raisonnablement penser qu'il existe un îlot de stabilité autour de

Z =

110, 114 et peut-être même d'autres îlots pour des

Z

plus élevés. Le nombre des publica-

tions donnant des résultats expérimentaux est beaucoup plus petit, alors que le nombre d'expérimentateurs qui se sont intéressés

à

ces recherches est probablement aussi grand que celui des théoriciens. Cela est dû au fait que toutes les tentatives ont été négatives. Il apparaît que la synthèse des noyaux superlourds est très difficile

à

réaliser par les processus qui ont été envisagés jusqu'à présent. Cependant, des effets inat- tendus ont été mis en évidence au cours de ces expé- riences. Le problème de la fusion entre noyaux lourds conduit les physiciens

à

s'intéresser

à

l'étude de noyaux placés dans des conditions de déformation très loin des conditions quasi sphériques habituelles, ainsi qu'à l'étude de la viscosité nucléaire, comme l'a fait remarquer Swiatecki [19].

Les conclusions sur la possibilité de former les noyaux superlourds lors de la nucléosynthèse sont très contradictoires. Etant données les difficultés que présente la synthèse de ces noyaux

à

l'aide d'accéléra- teurs, la recherche des éléments superlourds dans la nature doit être poursuivie malgré toutes les difficultés que cela peut présenter.

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