Pierre philosophale : comment transmuter du mercure en or par bombardement de neutrons ?

[inviteecf691cd]

Bonjour à tous, ceci est une expérience de pensée juste pour savoir si on peut réaliser le grand œuvre de nos jours grâce à une pierre philosophale.
Je suis tombé sur cet article qui m'a intrigué : http://ww2.ac-poitiers.fr/sc_phys/spip.php?article227

lls disent qu'en bombardant de neutrons :
-un volume de mercure de 10cm de diamètre avec 1mm de hauteur (soit 106 grammes environ après calcul)
-avec 10¹⁹ neutrons par seconde sur la cible (c'est beaucoup !)
-on transforme 8,2.10¹⁵ atomes par seconde
-ce qui correspond à 2,7 microgrammes par seconde
-ce qui permettra de tout transformer en 58 jours disent-ils

Bon déjà si on compte combien on a d'or en 58 jours à coup de 2,7µg/s ça fait 2,7.10^-6x60x60x24x58=13,53g d'or. Je ne comprends pas une si grande différence de masse par rapport à la quantité de 106g de mercure de départ sachant que l'or a quasiment la même masse atomique. Se sont-ils trompés ou y a-t-il un paramètre que je n'ai pas pris en compte ?


Mais ma question est cependant ailleurs : Je ne veux pas d'un cyclotron philosophal mais une pierre philosophale. Et que ce soit physiquement réalisable comme expérience (et de préférence à moindre coût, genre moins d'1 million d'euros, mais ce n'est pas un paramètre obligatoire). Alors j'ai regardé du côté des éléments radioactifs qui pourraient suffisamment bombarder mon mercure de neutrons pour en faire de l'or.
Mon but est de faire 1 gramme d'or en moins de 10 000ans (bah oui les alchimistes cherchent aussi la vie éternelle non ?) et avec quelque chose de la taille d'une pierre environ (moins de 50kg disons)
Question 1 : Déjà est-ce possible avec une simple source de neutrons sans accélération ? Faut-il une énergie spécifique ou minimale à ces neutrons pour que la réaction ait lieu ?
Question 2 : Quelle serait la meilleure source de neutrons et quelle quantité en faudrait-il, et en combien de temps aurait-on 1g d'or ? (il faut que ce soit une quantité disponible sur terre).
Question 3 : S'il y a plusieurs réponses, quel prix aurait la moins chère des matières ?

J'ai pensé au Plutonium 240 qui d'après wikipedia émet 1000 neutrons par seconde par gramme en plus d'un rayonnement alpha qui pourrait grâce à du Béryllium émettre d'autres neutrons. Également le plutonium 238 mais je doute qu'avec sa demi-vie de 87 ans on puisse atteindre la quantité nécessaire de neutrons avec des quantités raisonnables de matière. L'américium ? Plutôt 241 ou 243...
Dans les options sans Béryllium il y aurait le Californium mais son prix est très élevé et les quantités mondiales actuelles peut-être pas suffisantes.
Bon voilà une brève recherche m'a montré que les ordres de grandeur d'émission de neutrons sont assez faibles comparés à leur expérience, est-ce tout de même possible ? Merci de vos réponses !
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[XK150]

Bonjour ,

Ceci est un petit topo personnel écrit à une autre occasion que vous ne trouverez pas sur internet ( ... sauf à partir de maintenant ! ) .
Vous trouverez beaucoup de choses écrites sur le sujet qui sont fausses , mais plus souvent incomplètes et qui masquent les vrais problèmes .
La physique nucléaire et les lois de base d'activation ne s'improvisent pas , mon texte ne prétend pas faire le tour de la question , mais surtout mettre en évidence les difficultés .
Si vous avez des questions ,revenez avec des questions précises , une à une , sinon le sujet est inextricable .

LA SYNTHESE DE L'OR …. sur notre TERRE

C'est un sujet qui revient périodiquement sur le forum.

Nous allons essayer de traiter le sujet pour le cas particulier de l'or , mais les difficultés énoncées sont transposables au cas par cas à l'obtention de tout autre élément .

PRINCIPE

A partir des éléments naturels stables à notre disposition, arriver par des transmutations nucléaires à obtenir l'or naturel stable 197Au.

DE QUOI AVONS NOUS BESOIN ?

D'éléments stables, proches en numéro atomique pour minimiser les transmutations nécessaires (plomb, mercure , platine ) ou au contraire éloignés si l'on tente de réunir 2 éléments légers.

QUELS OUTILS SONT NECESSAIRES ?

Accélérateur de particules
Réacteur nucléaire à neutrons thermiques
Réacteur nucléaire à neutrons rapides.

COMMENT TRANSMUTER ? Dans l'ordre approximatif du plus facile au plus difficile …

En ajoutant 1 ou des protons au noyau initial (accélérateur)
En ajoutant 1 ou des neutrons au noyau initial (réacteur)
En réunissant 2 atomes plus légers (accélérateur)
En retirant 1 ou des neutrons au noyau initial (accélérateur ou réacteur).

MODE OPERATOIRE

En accélérateur : une cible mince de faible masse de l'ordre du gramme ( et encore .... ) , sera soumise à flux de protons.
En réacteur de recherches, de la même façon, la cible sera placée dans un flux de neutrons, près du cœur du réacteur .

INCONVENIENTS ….Ils sont nombreux et incontournables.

Le coût d'utilisation des machines citées est élevé. En accélérateur vous serez sans doute le seul utilisateur, en réacteur vous partagerez le volume d'irradiation avec d'autres expérimentateurs.
Les temps d'irradiation vont être longs, ils vont se compter en mois, les flux de particules sont faibles, les probabilités de réaction (sections efficaces) sont faibles, voire très faibles.
Vous fabriquez l'or atome par atome.
L'or fabriqué devient à son tour cible aux rayonnements !!! INCONVENIENT MAJEUR , jamais cité par les apprentis sorciers !!!!
Toute la cible ne sera jamais transmutée, espérez au mieux 10% d'atomes d'or, noyés dans la matrice initiale.
Vouloir réunir et extraire ces atomes d'or sera difficile et coûteux, il faudra utiliser une séparation chimique .Et encore , pas sûr que cela soit possible ...
Les cibles naturelles contiennent souvent plusieurs isotopes tel le mercure. Irradiés en réacteur, tous ces isotopes vont aussi transmuter avec les neutrons, et devenir radioactifs à de degrés divers. Pour récupérer l'or, il faudra utiliser la séparation isotopique de produits radioactifs (opération hors de prix !).

DES REACTIONS POSSIBLES POUR L'OR….Il en existe d'autres …

En accélérateur : il y a de multiples possibilités, exemple (donné par PSR-B, merci !)
207Pb + p > 197Au + 4n + 2 (4He) Réaction nécessitant des protons de 20 MeV minimum.

En réacteur à neutrons thermiques : simple, c'est impossible !
En effet, en supposant que l'on obtienne des atomes 197Au (peu importe la voie), ils vont immédiatement capturer un neutron thermique devenir 198Au* radioactif qui se désintègre en 198Hg.

En réacteur en neutrons rapides : par exemple, réaction (n,2n)
198Hg + n > 197Au + 2n Réaction nécessitant un neutron incident ayant au minimum l'énergie de liaison du nucléon de la cible . On se retrouve avec le problème des multiples isotopes du mercure, qui eux aussi, vont plus ou moins s'activer.
Et puis il y a aussi des neutrons thermiques dans les réacteurs à neutrons rapides ...

CONCLUSIONS

Théoriquement possible ? Oui.

Pratiquement possible ? A vous de juger : dans le meilleur des cas vous obtiendrez des atomes d'or dispersés dans une matrice métallique, mais le plus souvent, comprenant aussi de nouveaux éléments et isotopes indésirables plus ou moins radioactifs. On ne vous laissera même pas repartir chez vous avec votre échantillon qui sera radioactif !
Personne n'a jamais "fabriqué " 1 mm3 d'or pur 197Au .

Donc, si vous voulez vous la jouer bling-bling, pas d'autre solution que d'acheter la Rolex chez le bijoutier du coin de la rue (beurk ! les Rolex, je préfère les Breguet…), ou alors parcourir les rivières de l'Ardèche pendant vos vacances avec une pioche et une batée : on peut y faire des rencontres intéressantes…

Un dernier conseil, pour une fois pas de recherches sur Internet : le sujet comporte une densité record de bêtises par page de réponses soigneusement reprises en boucles .

[invite44510b00]

Bonjour à tous, ceci est une expérience de pensée juste pour savoir si on peut réaliser le grand œuvre de nos jours grâce à une pierre philosophale.
Je suis tombé sur cet article qui m'a intrigué : http://ww2.ac-poitiers.fr/sc_phys/spip.php?article227

lls disent qu'en bombardant de neutrons :
-un volume de mercure de 10cm de diamètre avec 1mm de hauteur (soit 106 grammes environ après calcul)
-avec 10¹⁹ neutrons par seconde sur la cible (c'est beaucoup !)
-on transforme 8,2.10¹⁵ atomes par seconde
-ce qui correspond à 2,7 microgrammes par seconde
-ce qui permettra de tout transformer en 58 jours disent-ils

Bon déjà si on compte combien on a d'or en 58 jours à coup de 2,7µg/s ça fait 2,7.10^-6x60x60x24x58=13,53g d'or.

Relire l'article; les 2.7µg/s correspondent à la masse des neutrons apportés par le bombardement; dans le même temps on a émission de 4 fois plus de neutrons (donc perte de masse).

[XK150]

Ma réaction donnée ( n , 2n ) est fausse , peu importe c'est un détail dans mon texte .

Pour la réaction post 3 , se demander qui vend du 200Hg pur séparés de ses autres isotopes et à quel prix ... Le mercure naturel comprend au moins 7 isotopes stables .

De plus , la réaction écrite est fausse : un échange de neutrons ne change pas le Z , nombre de protons , et Hg à 79 protons n'existe pas .

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite44510b00]

Ma réaction donnée ( n , 2n ) est fausse , peu importe c'est un détail dans mon texte .

Pour la réaction post 3 , se demander qui vend du 200Hg pur séparés de ses autres isotopes et à quel prix ... Le mercure naturel comprend au moins 7 isotopes stables .

De plus , la réaction écrite est fausse : un échange de neutrons ne change pas le Z , nombre de protons , et Hg à 79 protons n'existe pas .

en effet, erreur de transcription, il faut lire :

[Deedee81]

Salut,

Notons que l'essentiel de l'or semble avoir pour origine la fusion d'étoiles à neutrons.
https://www.futura-sciences.com/scie...bservee-33381/

On connait bien la nucléosynthèse primordiale, explosive et la spallation. Mais malgré tout il reste quelques anomalies comme "trop d'or". Mais ce phénomène l'explique.

A noter qu'il s'agit aussi d'une synthèse à grands coups de neutrons Mais un peu complexe que la transmutation discutée ici.
Là évidemment la plupart des éléments radioactifs ont eut le temps de disparaitre avant de former notre gros caillou.

P.S. désolé si cela s'écarte un peu du sujet.

[XK150]

Re ,

Pour critiquer la méthode proposée , on retombe dans les généralités du post 2:
Il faut de l'isotope 200 Hg pur : où ? à quel prix ?
C'est une réaction ( n , 4n ) , sans calculer , il faut des neutrons de haute énergie , ayant au minimum 4 fois l'énergie de liaison des neutrons dans 200Hg .
Sans chercher , la section efficace de cette réaction est faible , voir très faible , inconvénient totalement ignoré dans l'article .
La source de neutrons de cette énergie et de cette puissance , rayonnant sur une telle surface , n'existe pas , les neutrons ne s'obtiennent pas en accélérateur , ni en réacteur pour cette énergie , voir du coté des sources à spallation pour cette énergie .
Bref , une réaction de plus ( cela , ça ne manque pas ) , mais irréalisable . Un papier pour le mois d' Août ...

[albanxiii]

Bonjour,

Ceci est un petit topo personnel écrit à une autre occasion que vous ne trouverez pas sur internet ( ... sauf à partir de maintenant ! ) .

Très intéressant, merci !

[Deedee81]

Salut,

Bref , une réaction de plus ( cela , ça ne manque pas ) , mais irréalisable . Un papier pour le mois d' Août ...

Je sais que la synthèse de l'or a déjà été réalisée mais je ne sais pas à partir de quoi (et c'était "juste pour le fun" pourrait-on dire). Faudrait trouver la référence, c'est pas récent, loin de là.

[XK150]

Re ,

Irréalisable , non, puisque tous les exemples montrent que l'on peut obtenir des atomes d'or , dans une matrice ( radioactive ) .

Mais qui a obtenu 1 mm3 d'or pur par transmutation ? Pour l'instant et sauf preuves du contraire , je maintiens : personne .

[Deedee81]

Re ,

Irréalisable , non, puisque tous les exemples montrent que l'on peut obtenir des atomes d'or , dans une matrice ( radioactive ) .
Mais qui a obtenu 1 mm3 d'or pur par transmutation ? Pour l'instant et sauf preuves du contraire , je maintiens : personne .

Je ne sais pas si tu me répondais. Mais en effet, le but n'était pas de produire de l'or pur (le jeu n'en vaut pas la chandelle radioactive).

[inviteecf691cd]

Merci de vos réponses et précisions !
Je suppose que je dois en conclure qu'aucun matériau radioactif n'émet par désintégrations spontanées ne serait-ce qu'un neutron de 4 fois l'énergie de liaison pour permettre la transmutation d'un atome ?
La seule méthode serait donc la spallation ?

[XK150]

Exactement .Vous ne pouvez rien attendre des sources autonomes de neutrons , ni en puissance , ni en énergie .
Le 252Cf est un puissant émetteur autonome de neutrons spontanés - le plus puissant ? - , mais son spectre neutronique est identique aux uranium avec un maximum vers 1 ou 2 MeV :
https://www.researchgate.net/figure/...fig2_268055306

De plus les sources autonomes émettent en 4 Pi stéradians et sont impossibles à canaliser : un échantillon au voisinage d'une source ne voit qu'une faible partie de ce qui est émis , le reste est perdu .

Les seules sources puissantes de neutrons sont les réacteurs ( surtout , de recherches ) et relativisons : la densité de neutrons y est comparable à celle des particules restantes dans un bon vide primaire ...

La seule façon d'obtenir des particules énergétiques , c'est d'accélérer des protons ... en très faible faisceau interagissant sur des cibles minuscules , en accélérateur .

Les problèmes sont exactement du même ordre pour la transmutation des déchets nucléaires , ou pour une éventuelle production de terres rares .

Il existe UNE et UNE SEULE application industrielle de la transmutation qui fonctionne bien ( avec beaucoup de chances du coté de la physique , et c'est en réacteur ) ,
c'est le dopage nucléaire du silicium , mais là , il s'agit de transmuter un atome pour 10 millions ( environ , je ne sais plus le pourcentage correct ...) .
Un bon réacteur produit 3 à 4 tonnes de silicium dopé par an ....

[inviteecf691cd]

Merci beaucoup pour toutes ces précisions !
Les alchimistes pourront se consoler en se disant que finalement la pierre philosophale c'est le soleil !

[obi76]

En attendant la fusion D-T (là où le neutron reçoit ~ 14MeV... mais on ne fait pas ça dans sa cuisine)...