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Transmutations nucléaires



Le vieux rêve des alchimistes ...

Exemple de transmutation
La figure montre deux exemples de transmutations provoquées par les neutrons dans les réacteurs. En haut, un neutron fissionne un noyau de plutonium-239 et génère deux noyaux plus petits, appelés produits de fission. En bas, un neutron est capturé par un noyau d'iode-129 qui se transforme en iode-130, qui se transforme à son tour par radioactivité bêta dans un noyau de xénon-130 stable.
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Transformer la nature chimique d'un atome



Les alchimistes du Moyen Age et de la Renaissance se sont efforcés en vain de transformer du plomb en or. Alchimistes modernes, les physiciens nucléaires n'y sont pas non plus parvenus mais dans leurs réacteurs et accélérateurs, ils transforment couramment des noyaux d'atomes en d'autres noyaux d'atomes : c'est la transmutation. La nature pour sa part transmute spontanément depuis toujours quand des noyaux se désintègrent.

Une transformation survenue dans le noyau se répercute aussitôt au niveau de l'atome. Dès que le noyau a émis une particule alpha, un électron ou un positon, l'équilibre des charges entre le noyau et le cortège électronique est rompu. L'atome rétablit cet équilibre en expulsant des électrons ou en empruntant à l'extérieur.

Au bout du compte, l'atome a changé de nature chimique. Ce changement de nature fut observé pour la première fois par Rutherford en 1900, encore lui, dans la désintégration du radium. Lors de cette désintégration, le radium métallique devient un gaz lui-même radioactif, du radon. Rutherford recueillit un peu de gaz dans une éprouvette et observa une émanation radioactive.

En 1901, il montra, avec son élève Frederick Soddy (1877-1956), que l'émission de rayonnements alpha et bêta accompagne la transformation de certains corps en des corps différents. En même temps qu'il prouvait la validité de l'hypothèse atomique, jusque-là l'objet d'âpres controverses, il jetait à bas un des dogmes les plus fondamentaux de la physique d'alors : l'immuabilité de la matière et de ses atomes. Frederick Soddy raconta comment, alors qu'il avait prononcé le mot transmutation sous le coup de l'exultation, Rutherford lui répondit : « Pour l'amour du ciel, ne prononcez pas ce mot. On va vouloir nos têtes en nous traitant d'alchimistes ».

Aujourd'hui, la transmutation est monnaie courante pour les physiciens. La transmutation la plus importante en masse est celle qui transforme dans le cœur des centrales nucléaires de l'uranium en plutonium. Un réacteur moderne de 1 Gigawatt en produit environ 200 kg par an : une modeste récolte au vu des efforts déployés. Rien n'interdit en principe du transformer du plomb en or, mais mieux vaut encore rechercher les paillettes et pépites du métal précieux dans un cours d'eau.