Américium 242m

isotope de l'américium
Américium 242m

table

Général
Nom Américium 242m
Symbole 242
95
Am
147
Neutrons 147
Protons 95
Données physiques
Demi-vie 141(2) ans[1]
Masse atomique 242,0595492(20) u
Spin 5-
Excès d'énergie 55 469,7 ± 1,8 keV[2]
Énergie de liaison par nucléon 7 534,984 ± 0,008 keV[2]
Désintégration radioactive
Désintégration Produit Énergie (MeV)
TI à 99,55(2) % 242
95
Am
0,0486
α à 0,45(2) % 238
93
Np
5,64

L'américium 242m, noté 242mAm[3], 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 242,059 55 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de 55 469,7 ± 1,8 keV et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de 7 534,98 keV[2].

RadioactivitéModifier

Ce radioisotope a une période radioactive d'environ 141 ans, se désintégrant selon trois voies principales :

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 :

Isotope fissileModifier

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 b 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[5], ce qui la place de l'ordre de celle du plutonium 239 (une dizaine de kilogrammes).

Application possible à la propulsion nucléaireModifier

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[6], 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[7],[8].

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 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.
 
Réacteur à plasma de nanoparticules :
A Éjection des fragments de fission pour la propulsion.
B Cœur du réacteur.
C Fragments de fission décélérés afin de produire de l'électricité.

d Modérateur (BeO ou LiH).
e Générateur du champ de confinement.
f Bobine d'induction RF.

Notes et référencesModifier

  1. (en) « Live Chart of Nuclides: 242m1
    95
    Am
    147
     »
    , sur https://www-nds.iaea.org/, AIEA, (consulté le )
    .
  2. a b et c (en) « Americium Isotopic Data », sur https://www.radiochemistry.org/, (consulté le ).
  3. En toute rigueur, il s'agit de l'américium 242m1 — 242m1Am — correspondant au premier niveau d'excitation du noyau d'américium 242
  4. (en) J. T. Caldwell, S. C. Fultz, C. D. Bowman et R. W. Hoff, « Spontaneous Fission Half-Life of Am242m », Physical Review, vol. 155,‎ , p. 1309-1313(5) (DOI 10.1103/PhysRev.155.1309, lire en ligne, consulté le )
  5. The 7th International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC2003) : Critical Mass Calculations for 241Am, 242mAm, 243Am, par Hemanth DIAS, Nigel TANCOCK et Angela CLAYTON.
  6. (en) Yigal Ronen, Menashe Aboudy, Dror Regev, « A Novel Method for Energy Production Using 242mAm as a Nuclear Fuel », Nuclear Technology, vol. 129, no 3,‎ , p. 407-417(11)
  7. (en) P. Benetti, A. Cesana, L. Cinotti, G. L. Raselli, M. Terrani, « Americium 242m and its potential use in space applications », Journal of Physics: Conference Series, vol. 41,‎ , p. 161-168(8) (DOI 10.1088/1742-6596/41/1/015, lire en ligne, consulté le )
  8. Terry Kammash, David L. Galbraith, et Ta-Rong Jan (10 janvier 1993). « An americium-fueled gas core nuclear rocket » dans Tenth symposium on space nuclear power and propulsion AIP Conf. Proc. 271: 585-589 p. (DOI:10.1063/1.43073). 

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