Dubnium

La plupart des nucléides superlourds se désintègrent en fractions de seconde. Cependant, le dubnium-268 contient cent soixante-trois neutrons, s’approchant de la couche magique déformée de nucléons N=162. Cette symétrie quantique nucléaire stabilise fortement le noyau contre la fission spontanée, prolongeant sa demi-vie à près de trente heures. Sa survie prolongée en fait le nucléide idéal pour des expériences chimiques complexes de dissolution et de séparation aqueuse.

Lorsqu’un atome de dubnium se forme dans un accélérateur, il doit être acheminé rapidement vers l’appareil de mesure avant de se désintégrer. Pour cela, un flux de gaz peut entraîner les atomes vers la zone d’analyse. Là, son comportement chimique est étudié ou sa désintégration radioactive est enregistrée. Le système doit fonctionner vite car seules des quantités minuscules sont produites.

Les calculs de chimie quantique relativiste ont prédit que le pentachlorure de dubnium (DbCl₅) serait considérablement moins volatil que les pentachlorures de tantale ou de niobium en raison de la contraction de l’orbitale 7s et de la plus grande polarisabilité de l’atome lourd. Les expériences de thermochromatographie dans des colonnes de quartz ont confirmé que le chlorure de dubnium se condense à des températures plus élevées que ses homologues plus légers, validant le fait que les effets relativistes modifient les forces de liaison intermoléculaires.

Pour produire du dubnium, il faut un accélérateur qui dirige des noyaux atomiques contre une cible d’un autre élément. Si les noyaux fusionnent, un noyau de dubnium peut se former, mais la probabilité est très faible. Les expériences exigent des faisceaux intenses, des cibles préparées avec précision et des détecteurs sensibles qui identifient les désintégrations ultérieures. Même dans des installations spécialisées, on n’obtient que des quantités minuscules.

Selon la règle habituelle du tableau périodique, un élément devrait davantage ressembler à celui juste au-dessus de lui (le tantale). Cependant, lors des premières expériences chimiques avec des atomes individuels de dubnium en solution, on a découvert que ses ions se comportaient davantage comme ceux du niobium. L’attraction relativiste de son noyau énorme modifie la position de ses électrons externes, changeant ses préférences chimiques.

Le système automatisé SISAK collecte l’atome de dubnium expulsé par l’accélérateur et le dissout dans un flux continu d’acide aqueux. Dans des microcentrifugeuses liquides à grande vitesse, la phase aqueuse est intimement mélangée pendant une seconde avec un solvant organique non miscible contenant des extractants tels que des amines ou des éthers couronnes. En séparant les deux phases à vitesse supersonique, des détecteurs à scintillation liquide déterminent dans laquelle des deux phases l’atome individuel de dubnium a migré.

Lorsque des éléments superlourds impairs tels que le moscovium-288 (115) ou le nihonium-284 (113) sont synthétisés par collisions avec du calcium-48, ces noyaux perdent successivement des particules alpha dans une cascade de désintégration en chaîne. Après quatre ou cinq émissions alpha consécutives, la chaîne s’arrête au dubnium-268, qui a une demi-vie de plus d’un jour. L’identification sans équivoque du dubnium-268 et de sa fission finale démontre la création des éléments progéniteurs.