Activation / transmutation alpha ?

Bonjour,

Encore des questions de béotien : jusque ici je pensais que l'activation d'un matériau ne pouvait se faire que quand on bombardait celui-ci avec des neutrons. Or je suis tombé récemment sur l'expérience des Joliot-Curie qui ont découvert la radioactivité artificielle en bombardant de l'aluminium avec des alphas issus d'une source au polonium. Mes questions :

- J'aimerais en savoir plus sur ce phénomène, quel est son nom exact que je puisse trouver de la littérature dessus ? Parle-t-on d'activation alpha ?
- N'importe quel noyau peut-il être transmuté par des alphas ? (j'ai lu qu'il s'agissait surtout de noyaux légers, mais ou s'arrête le léger et où commence le lourd ?)
- La production de ces radioélements artificiels peut-elle être dopée par l'utilisation d'absorbeurs / reflecteurs riches en hydrogène qui vont ralentir les neutrons ? Ou les neutrons produiront ils d'autres radioélements que ceux produits par la collision entre l'alpha et le noyau initial ?

Bonjour
C'est ce qui a valu à Irène Curie et Frédéric Joliot en 1935 le prix Nobel de physique pour la découverte de la radioactivité artificielle.
Depuis que Chadwick avait identifié le neutron en 1932, toutes les équipes scientifiques essayaient différentes interactions... Ce qui amenera aussi à la découverte de la fission de l'uranium.


Janvier 1934 : les comptes-rendus de l'Académie des sciences publient le travail des Joliot-Curie sur la découverte de la radioactivité artificielle
En bombardant une feuille d’aluminium avec des particules alpha ils obtiennent un produit radioactif, artificiel,  instable inconnu jusqu’alors le phosphore 30, isotope radioactif du phosphore 31 élément stable (le phosphore 30 se transforme à son tour en silicium 30 stable, il y a eu création d’un élément radioactif qu’on observe pas dans la nature car très instable).

La réaction:
27Al+4He -> 30P+1n
représente l’action de particules alpha sur l’aluminium, avec laquelle Irène et Frédéric Joliot-Curie ont obtenu le premier radioélément artificiel, isotope de masse 30 du phosphore, qui se désintègre ensuite avec émission d’un positon :
30P -> 30Si+e+
Irène et Frédéric Joliot-Curie identifièrent, par ses propriétés chimiques, l’élément formé.
 
Fréderic Joliot Curie dans son discours du prix Nobel (Remarque : c’est à lui et non Irène à qui on a demandé le discours) a une vision prémonitoire du futur :
‘’Nous sommes en droit de penser que des chercheurs, brisant ou construisant des atomes à volonté, sauront réaliser des réactions en chaîne explosives. Si de telles réactions arrivent à se propager dans la matière, on peut concevoir l’énorme énergie utilisable qui sera libérée’’.


Tous les éléments ne sont pas sensibles aux alphas.
Iron Kloug

On peut dire qu'au delà de l'équilibre proton / neutron dans le noyau le calcium-40 possède 20 protons et 20 neutrons) on est déjà dans le "lourd", car il va être difficile d'ajouter un neutron supplémentaire à un noyau qui en a déjà en excès à l'équilibre (même si la réaction qui émet des bêta plus lui en fait perdre un).
Iron kloug

Salut,
de mon côté, je te conseillerais l'ouvrage La Radioactivité, de Ives Chelet (ISBN 9782868839190), dont j'ai posté la review sur d'autres forums.
Il en parle à plusieurs reprises, notamment dans l'historique de la création des premiers éléments artificiels.
On parle alors de réactions (α,x) avec x pouvant être un neutron, un proton ou autre chose, éjecté in fine.
A noter qu'avec les accélérateurs de particules, on peut bombarder avec beaucoup de noyaux. Le dubnium 261 aurait été produit par les russes en bombardant de l'américium 243 avec des noyaux de néon 22, et par les américains (Db260) en bombardant du californium 249 avec de l'azote 15. Les deux réactions éjectant quatre neutrons.
Je pourrais te dire combien de pages au total parlent du sujet dans quelques jours à mon retour au bercail

Bonsoir 
Comme j’ai le livre de Yves (qui a été mon directeur) je te dis ça demain 
Iron Kloug

Bonjour
Dans le livre d'Yves, plusieurs points intéressants à propos des règles de stabilité des atomes :
Les nombres magiques et l'atome de calcium-40 (page 55).
A la page 307 il y a les points concernant l'interaction des particules chargées et en particulier les alpha. Comme indiqué : "il existe une très grande variété d'interactions dont l'issue dépende de l'énergie de la particule incidente et du nombre de protons et neutrons du noyau cible".
Pas forcément utile d'avoir des réflecteurs.
On ne peut pas parler à proprement d'activation alpha puisqu'il y a transformation du noyau cible en un autre noyau (élément chimique différent).
A l'inverse l'activation neutronique oui, car il n'y a pas de modification de l'élément.
A bientôt
Iron Kloug

Merci Kloug et Kokura pour ces pistes !

Kloug, vous écrivez "tous les éléments ne sont pas sensibles aux alphas" : existe-t-il une liste des élements sensibles au alphas, ou peut-on déterminer soi-même ces éléments ?

Bonjour
Rien de mentionné dans le livre de Yves Chelet.
Il faut que je pousse un peu plus la recherche.
Iron Kloug

Bonjour
Me semble qu'il suffit de calculer le seuil de réactions pour savoir si on peut activer ou non un matériau
Non

Bonjour 
Oui l’équivalent de la section efficace 
Encore faut-il avoir les bases de données 
Iron Kloug

Bah il suffit d'utiliser qtool sur internet
Non ?

Etant juste un amateur, ces notions de sections efficaces, seuils de réaction et Q-values me sont (pour l'instant du moins ) totalement étrangères.

L'information que je recherche est juste une liste d'élements stables susceptibles de transmuter et d'émettre des neutrons quand bombardés avec des alphas. Après si Qtool permet de construire cette liste je suis preneur d'un tutorial

Il y a sûrement ce qu'il faut.

Il y a des tables de l'AIEA :
https://www-nds.iaea.org/exfor/ibandl.htm
https://www-nds.iaea.org/
Mais il n'y a pas de liste toute faite. il faut entrer le noyau cible et la particule incidente, alpha en l'occurrence.
Un peu long probablement si l'on veut avoir un tableau assez complet.

A moins que quelqu'un possède un document tout fait. je n'ai pas en stock et pas trop l'intention de la faire, car maintenant je n'ai plus trop l'occasion de les utiliser d'un point de vue professionnel (c'est bien les grandes vacances).

Iron kloug

Alors j'ai tenté avec Qtool en mettant pour le projectile 2004 (des alphas), pour la cible 13027 (pour de l'aluminium 27) et pour l'énergie 5.3 MeV. J'ai bon jusque ici ?


Si c'est ok je ne sais pas comment lire le tableau obtenu : je retrouve bien la production de Phosphore 30 qu'ont découvert les Joliot-Curie, mais à quoi correspondent les 3 autres lignes ? Et qu'est-ce que le Q-Value et le Threshold ?






D'autre part pour certains émetteurs alpha il semble qu'il y ait plusieurs valeurs d'Emax. Il faut prendre la plus fréquente ? La valeur max ? La valeur moyenne ?

Merci encore pour votre aide

Bonsoir,

Le tableau donne toutes les réactions possibles ("open channels") avec tes données d'entrée.

La valeur Q est le bilan énergétique de la réaction (en partant des masses des éléments considérés) en partant du principe de la conservation de l'énergie.
Si Q > 0, la réaction libère de l'énergie cinétique (exothermique)
Si Q < 0, la réaction requiert un apport d'énergie cinétique (endothermique).

La valeur "threshold" est l'énergie minimale à apporter pour que la réaction puisse se produire, la différence entre 2,64 MeV et 3,03 MeV, je ne sais pas l'expliquer directement.

Pas sûr de réellement comprendre ta dernière question, sur les Emax des émetteurs alpha. Mais certains éléments émettent des alpha d'énergies différentes un peu en analogie des émissions gamma.

@+
SW

Merci SW,

Je comprends mieux le threshold et la valeur Q. Cela dit quand le tableau indique un Threshold de 0, cela signifie-t-il que la réaction ne peut pas se produire avec l'énergie de la particule qui a été rentrée ? Mais que toutes les réactions possibles sont quand même mentionnées indépendamment de l'énergie spécifiée ?

Pour ma dernière question tu avais bien compris : si j'ai plusieurs Emax pour un élement lequel prendre ? Instinctivement dans un contexte amateur je dirais l'Emax le plus fréquent ?

Bonsoir honnetehomme,

Un "threshold" à 0 indique qu'il n'y a pas de seuil pour que la réaction considérée se produise.

Tu noteras que les deux premières ont un Q > 0, la réaction dégage de l'énergie cinétique, il n'y a donc pas de seuil.
Il y a aussi la réaction qui est une non-réaction avec Q = 0 et pas de seuil, celle qui redonne les mêmes éléments, où le noyau d'hélium rebondit sur celui d'aluminium et repart.
La dernière est possible parce qu'elle a un seuil de 3,03 MeV et que tu définis 5,3 MeV comme vitesse des noyaux d'hélium qui viennent bombarder l'alu.

Je suis assez béotien en termes de spectrométrie alpha, mais je crois me souvenir que les émissions alpha sont essentiellement comprises entre 5 et 6 MeV, non ? Donc une valeur moyenne ne serait pas une trop mauvaise approximation, on peut aussi s'amuser à faire une moyenne pondérée (aux émissions) ou tout simplement prendre la valeur la plus fréquente.

@+
SW

Bonjour,
SW a tout dit: il existe un seuil lorsque la réaction est a Q<0 (elle consomme de l’énergie).
Pour déterminer cette valeur seuil, il faut que la fraction de l'énergie cinétique de la particule incidente  convertie en énergie d'excitation du noyau composé (état du noyaux cible ayant été percuté et de masse: noyau initial+masse) doit au moins être égale à |Q|, et, pour être plus précis ce seuil est définit par |Q| multiplié par le rapport des masses "noyaux initial" sur masse "noyau initial+masse particule incidente".
Sinon, ma question était: Qu'entends-tu par plusieurs Emax et Emax le plus fréquent?
Si on prend un nucléide émetteur alpha (226Ra), il émet un certain nombre d'alphas (pourcentage d’émission) à différentes énergies: c'est de cela qu'il s'agit?
Cordialement