Le 1er novembre 1952, une équipe de scientifiques américains travaillant pour l'armée américaine a déclenché une étrange structure à trois étages portant le nom de code « Ivy Mike ». Il s'agissait de la première bombe à hydrogène au monde , une nouvelle génération d'armes nucléaires 700 fois plus puissantes que les bombes atomiques larguées sur le Japon.
Le test à la bombe a eu lieu sur un petit atoll nommé Eniwetok dans les îles Marshall du Pacifique Sud. Lorsque Ivy Mike a explosé, il a libéré 10,4 mégatonnes de puissance explosive , à peu près l'équivalent de 10,4 millions de bâtons de TNT. La bombe larguée sur Hiroshima , à titre de comparaison, n'a produit que 15 kilotonnes (15 000 bâtons de TNT).
L'explosion a complètement vaporisé l'atoll d'Eniwetok et produit un nuage en forme de champignon de 4,8 kilomètres de large. Des travailleurs en tenue de protection ont rassemblé des matériaux de retombées d'une île voisine et les ont renvoyés au Berkeley Lab en Californie (maintenant le Lawrence Berkeley National Laboratory) pour analyse. Là, une équipe de chercheurs du projet Manhattan dirigée par Albert Ghiorso n'a isolé que 200 atomes d'un tout nouvel élément contenant 99 protons et 99 électrons.
En 1955, les chercheurs ont annoncé leur découverte au monde et l'ont nommée d'après leur héros scientifique : l'einsteinium.
Gros et instable
L'einsteinium occupe le numéro atomique 99 sur le tableau périodique en compagnie d'autres éléments très lourds et radioactifs comme le californium et le berkélium. Certains éléments radioactifs, notamment l'uranium, existent en quantités significatives dans la croûte terrestre (à 2,8 parties par million, il y a plus d'uranium sous terre que d'or ). Mais même des éléments plus lourds, y compris l'einsteinium, ne peuvent être créés artificiellement qu'en faisant exploser une bombe à hydrogène ou en faisant claquer des particules subatomiques dans un réacteur.
Qu'est-ce qui rend un élément radioactif ? Dans le cas de l'einsteinium et de ses voisins au bas du tableau périodique, c'est la taille même de leurs atomes, explique Joseph Glajch, un chimiste pharmaceutique qui a beaucoup travaillé avec d'autres éléments radioactifs utilisés pour l'imagerie médicale.
"Lorsque les éléments atteignent une certaine taille, le noyau de l'atome devient si gros qu'il se désintègre", explique Glajch. "Ce qui se passe, c'est qu'il crache des neutrons et/ou des protons et des électrons et se désintègre jusqu'à un état élémentaire inférieur."
Au fur et à mesure que les éléments radioactifs se désintègrent, ils rejettent des amas de particules subatomiques qui prennent la forme de particules alpha, de particules bêta, de rayons gamma et d'autres rayonnements. Certains types de rayonnement sont relativement inoffensifs, tandis que d'autres peuvent endommager les cellules humaines et l'ADN.
Une courte « durée de vie »
Au fur et à mesure que les éléments radioactifs se désintègrent, ils forment également différents isotopes qui ont des poids atomiques différents. Le poids atomique d'un élément est calculé en ajoutant le nombre de neutrons dans le noyau au nombre de protons. Par exemple, l'einsteinium collecté dans le Pacifique Sud en 1952 était un isotope appelé einsteinium-253, qui contient 99 protons et 154 neutrons.
Mais les isotopes ne durent pas éternellement. Ils ont chacun une « demi-vie » différente , qui est le temps estimé nécessaire à la moitié du matériau pour se désintégrer en un nouvel isotope ou en un élément inférieur. L'einsteinium-253 a une demi-vie d'à peine 20,5 jours . L'uranium-238, en revanche, qui est l'isotope le plus courant de l'uranium présent dans la nature, a une demi-vie de 4,46 milliards d'années.
L'une des choses difficiles à propos de la synthèse d'éléments radioactifs lourds comme l'einsteinium en laboratoire (et par laboratoire, nous entendons des réacteurs nucléaires hautement spécialisés) est que les gros éléments commencent à se désintégrer très rapidement.
"Au fur et à mesure que vous créez des éléments et des isotopes de plus en plus gros, il devient de plus en plus difficile de les conserver suffisamment longtemps pour les voir", explique Glajch.
Grande percée à petite échelle
C'est pourquoi il y a eu tant d'enthousiasme récemment dans le monde de la chimie lorsqu'une équipe de scientifiques a réussi à conserver un échantillon d'einsteinium à courte durée de vie assez longtemps pour mesurer certaines des propriétés chimiques de cet élément ultra-rare.
Les scientifiques, dirigés par Rebecca Arbergel du Lawrence Berkeley National Laboratory, ont attendu patiemment un minuscule échantillon d'einsteinium-254 produit par le Oak Ridge National Laboratory dans le Tennessee. L'échantillon pesait 250 nanogrammes ou 250 milliardièmes de gramme et avait une demi-vie de 276 jours. Lorsque la pandémie de COVID-19 a frappé en 2020, la recherche a été mise à l'écart pendant des mois, au cours desquels 7 % de l'échantillon s'est dégradé tous les 30 jours.
La percée d'Abergel est venue avec la création d'une « griffe » moléculaire qui pourrait maintenir un seul atome d'einsteinium-254 en place assez longtemps pour mesurer des choses comme la longueur de ses liaisons moléculaires et à quelle longueur d'onde il émet de la lumière. Ces deux mesures sont essentielles pour comprendre comment l'einsteinium et ses cousins lourds pourraient potentiellement être utilisés pour des choses comme le traitement du cancer.
Maintenant c'est cool
Y compris l'einsteinium, le scientifique nucléaire Albert Ghiorso a co-découvert un record de 12 éléments du tableau périodique grâce à ses travaux révolutionnaires sur l'analyse des rayonnements des années 1950 aux années 1970.
