Le 1er novembre 1952, une équipe de scientifiques américains travaillant pour l'armée américaine a mis l'interrupteur sur une étrange structure de trois étages nommée "Ivy Mike". Il s'agissait de la première bombe à hydrogène au monde, une nouvelle génération d'armes nucléaires 700 fois plus puissante que les bombes atomiques larguées sur le Japon.
L'essai de 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, soit à peu près l'équivalent de 10,4 millions de tonnes de TNT. La bombe larguée sur Hiroshima, à titre de comparaison, n'a produit que 15 kilotonnes (15 000 tonnes de TNT).
L'explosion a complètement vaporisé l'atoll d'Eniwetok et a produit un champignon atomique de 4,8 kilomètres de large. Des travailleurs en combinaison de protection ont collecté les matières retombées sur une île voisine et les ont renvoyées au laboratoire de Berkeley en Californie (aujourd'hui le laboratoire national Lawrence Berkeley) pour analyse. Là-bas, une équipe de chercheurs du projet Manhattan dirigée par Albert Ghiorso a isolé seulement 200 atomes d'un tout nouvel élément contenant 99 protons et 99 électrons.
En 1955, les chercheurs ont annoncé leur découverte au monde et lui ont donné le nom de leur héros scientifique :l'einsteinium.
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L'Einsteinium occupe le numéro atomique 99 du tableau périodique en compagnie d'autres éléments très lourds et radioactifs comme le californium et le berkelium. 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 claquant des particules subatomiques ensemble dans un réacteur.
Qu’est-ce qui rend un élément radioactif ? Dans le cas de l'einsteinium et de ses voisins du 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."
À mesure que les éléments radioactifs se désintègrent, ils libèrent 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 rayonnements sont relativement inoffensifs, tandis que d'autres peuvent endommager les cellules humaines et l'ADN.
À mesure que les éléments radioactifs se désintègrent, ils forment également différents isotopes ayant des poids atomiques différents. Le poids atomique d'un élément est calculé en ajoutant le nombre de neutrons du noyau au nombre de protons. Par exemple, l'einsteinium collecté dans le Pacifique Sud en 1952 était un isotope appelé einsteinium-253, qui possède 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 de la matière pour se désintégrer en un nouvel isotope ou en un élément inférieur. L'einsteinium-253 a une demi-vie de seulement 20,5 jours. L'uranium 238, en revanche, qui est l'isotope de l'uranium le plus répandu dans la nature, a une demi-vie de 4,46 milliards d'années.
L'une des difficultés liées à 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.
"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.
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 vie courte assez longtemps pour mesurer certaines des propriétés chimiques de cet élément ultra-rare.
Les scientifiques, dirigés par Rebecca Arbergel du Laboratoire national Lawrence Berkeley, attendaient patiemment un minuscule échantillon d'einsteinium-254 produit par le Laboratoire national d'Oak Ridge 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 suspendue pendant des mois, au cours desquels 7 % de l'échantillon s'est dégradé tous les 30 jours.
La percée d'Abergel s'est accompagnée de la création d'une « griffe » moléculaire capable de maintenir un seul atome d'einsteinium-254 en place assez longtemps pour mesurer des éléments tels que la longueur de ses liaisons moléculaires et la longueur d'onde à laquelle 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 coolY compris l'einsteinium, le scientifique nucléaire Albert Ghiorso a co-découvert un nombre record de 12 éléments dans le tableau périodique grâce à ses travaux révolutionnaires sur l'analyse des rayonnements des années 1950 aux années 1970.
