Un noyau atomique peut stocker de l’énergie, comme un ressort comprimé.
Chaque atome possède un noyau composé de protons et de neutrons. Dans la plupart des situations, ce noyau se trouve dans son état fondamental, sa configuration la plus stable, celle où il « dépense » le moins d’énergie.
Parfois, ce noyau reçoit un surplus d’énergie, par exemple lors d’une réaction nucléaire ou d’un choc avec une particule. Il passe alors dans un état excité. La plupart des noyaux excités ne « gardent » pas cette énergie et reviennent très vite à l’état fondamental en émettant un rayonnement gamma… sauf dans le cas des isomères nucléaires.
Ces derniers font rêver les scientifiques et ingénieurs du monde entier depuis des années puisque ces noyaux conservent cet état d’excitation plus longtemps et promettent des batteries nucléaires, des lasers gamma, voire des horloges d’une précision extrême.
Tout le problème est d’être capable d’activer à loisir cette énergie et ça comme on va le voir, c’est encore ce qui bloque !
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La Chine étudie l’excitation nucléaire par capture électronique sur le molybdène-93m
Pour le dire simplement, les isomères nucléaires intéressent donc les chercheurs pour leur capacité à stocker beaucoup d’énergie pendant longtemps dans un petit volume.
Pour libérer cette énergie au bon moment, les scientifiques veulent croire et misent beaucoup depuis quelques années sur l’excitation nucléaire par capture électronique ou NEEC pour nuclear excitation by electron capture en anglais.
La NEEC pour libérer l’énergie des isomères nucléaires
La technique de la NEEC peut être comparée à une sorte de coup de billard microscopique parfaitement synchronisé : Un électron passe près du noyau, se fait capturer par l’atome, et au même instant, l’énergie libérée vient frapper le noyau exactement comme il faut pour le pousser vers un état qui déclenche ensuite sa décharge d’énergie.
Sur le papier, c’est magnifique. Si cette technique marchait à grande échelle, on tiendrait un interrupteur d’une finesse incroyable pour vider l’énergie stockée dans un isomère nucléaire.
L’étude chinoise et ses conclusions
Une équipe de l’Académie chinoise des sciences a voulu tester la NEEC sur un isomère souvent cité dans ce domaine : le molybdène-93m (Mo-93m), considéré comme intéressant pour du stockage d’énergie à haute densité.
Les chercheurs ont préparé un faisceau purifié d’ions Mo-93m via une installation d’ions lourds à Lanzhou (HIRFL) puis ils ont implanté ces ions dans un détecteur recouvert soit d’une feuille de plomb, soit d’une feuille de carbone pour suivre leur désexcitation en détectant les rayons gamma caractéristiques.
Malheureusement, dans les 2 cas, les probabilités mesurées sont incompatibles avec une attribution dominante à la NEEC dans ces conditions expérimentales (de l’ordre de 2 sur 100 000 dans le plomb, encore moins pour le carbone)… et correspondent davantage aux prédictions de la diffusion nucléaire inélastique.
La diffusion nucléaire inélastique domine, pas la NEEC, dans ces conditions
La diffusion nucléaire inélastique, c’est une interaction où le noyau excité échange de l’énergie lors d’une collision nucléaire, puis se désexcite. C’est une mécanique de collision, avec une signature statistique qui colle aux mesures.
L’étude conclut donc que, dans les conditions expérimentales utilisées, la déplétion du Mo-93m est dominée par la diffusion nucléaire inélastique, et non par la NEEC longtemps mise en avant.
Pourquoi ça compte, au-delà du molybdène-93m
Ce type de résultat ne ferme pas « encore » la porte à la NEEC. Les auteurs indiquent qu’elle peut rester un axe de recherche, avec une probabilité d’observation potentiellement meilleure dans des environnements optimisés, comme des plasmas ou des collisions contrôlées entre faisceaux d’électrons et d’ions.
L’étude a apporté des mesures robustes qui serviront à comprendre comment se comportent les isomères dans des contextes qui ressemblent davantage au réel que lors des expériences précédentes.
En clair, on a éliminé une façon de faire mais ça ne veut pas dire que l’idée est mauvaise !
Les isomères déjà utilisés en médecine
L’isomère le plus célèbre que vous connaissez sans le savoir est le technétium-99m.
Chaque jour, dans des milliers d’hôpitaux, on l’injecte à des patients pour observer le fonctionnement de leurs organes. Ce noyau stocke en effet de l’énergie et la relâche doucement en émettant des rayons gamma, suffisamment énergétiques pour traverser le corps, mais pas au point de détruire les tissus. Ces rayons sont captés par des caméras spécialisées qui transforment le signal en image.
Ce qui rend le technétium-99m si précieux, c’est son équilibre parfait. Sa durée de vie est assez longue pour réaliser l’examen, quelques heures, puis assez courte pour que l’énergie stockée disparaisse rapidement après. Le noyau fait son travail, puis s’éteint presque tout seul.
Une preuve très concrète que l’énergie enfermée dans un noyau peut être exploitée, à condition de savoir exactement quand et comment elle se libère.
Source :
Isomer depletion … during slowing-down processes in lead and carbon foils (en français : « Déplétion de l’isomère ⁹³ᵐMo déclenchée par la diffusion nucléaire inélastique plutôt que par l’excitation nucléaire par capture électronique »)
B. Ding, C. X. Jia, S. Guo, X. H. Zhou, Y. B. Wu, F. F. Zeng, J. G. Wang, Y. H. Qiang, S. W. Xu et al.
Phys. Rev. Lett. 136, 052502 – Publié le 6 février 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/kbf5-6fcl
Image : matrice de détecteurs au germanium de haute pureté. (Image : IMP)
