Calcium 48 - Définition

Introduction

Le calcium 48, noté ⁴⁸Ca, est l'isotope du calcium dont le nombre de masse est égal à 48 : son noyau atomique compte 20 protons et 28 neutrons avec un spin 0+ pour une masse atomique de 47,952534 g/mol. Il est caractérisé par un défaut de masse de 44 214 742 ± 4 174 eV/c² et une énergie de liaison nucléaire de 415 991 169 ± 4 148 eV. Il représente une fraction molaire de 0,187 % du calcium naturel.

Stabilité

Bien que très riche en neutrons pour un atome léger, le noyau du calcium 48 est quasiment stable : sa période radioactive est de 4,3^+3.8_−2.5×10¹⁹ années, c'est-à-dire près de trois milliards de fois l'âge de l'univers. Cette stabilité est généralement expliquée par le fait que cet isotope serait « doublement magique », c'est-à-dire constitué à la fois d'un « nombre magique » de protons et d'un « nombre magique » de neutrons. Le calcium 48 est l'isotope le plus léger connaissant une double désintégration bêta, un processus radioactif extrêmement rare au cours duquel deux neutrons émettent deux électrons et deux antineutrinos électroniques pour donner deux protons et convertir le calcium en titane :

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Le ⁴⁸Ti est d'ailleurs l'isotope le plus abondant du titane dans le milieu naturel.

Applications

Le calcium 48 a un grand intérêt pratique en physique nucléaire comme ion stable et riche en neutrons susceptible d'être accéléré aussi bien pour produire d'autres atomes légers riches en neutrons par fragmentation que pour percuter une cible de transuranien en vue de réaliser une fusion nucléaire aboutissant à la création d'éléments superlourds, qui sont plus riches en neutrons que les éléments plus légers à partir desquels on les synthétise ; les éléments 114 et 116 ont été synthétisés avec des ions calcium 48 sur des cibles, respectivement, de plutonium 244 et de curium 248 ; la synthèse de l'élément 118 au JINR a quant à elle été réalisée à partir d'une cible en californium 249 impactée par des ions calcium 48 :

Du point de vue théorique, le calcium 48 libère davantage d'énergie (4,27 MeV) par double désintégration bêta que tout autre nucléide, et est un bon sujet d'études pour détecter une double désintégration β sans émission de neutrino, vérifiant l'équation de Majorana : le neutrino serait alors son antiparticule, d'où l'annihilation des neutrinos émis par double désintégration β dans ces conditions, neutrinos qui ne sont alors pas observés.