L’hafnium est le 72e élément du tableau périodique, chimiquement extrêmement similaire au zirconium. De tous les éléments, l’hafnium et le zirconium sont parmi les plus difficiles à distinguer, bien que la densité de l’hafnium soit environ le double de celle du zirconium. L’hafnium est un métal rare, argenté, ductile et résistant à la corrosion, qui ne représente que 0.00058% en poids de la croûte supérieure de la Terre.
L’hafnium est bien connu des chimistes et des physiciens pour plusieurs raisons. L’une est due à ses propriétés d’absorption des neutrons. L’hafnium est utilisé pour fabriquer les barres de commande des réacteurs nucléaires. Lorsqu’une barre de contrôle en hafnium est poussée dans un réacteur, elle absorbe les neutrons parasites libérés par les réactions nucléaires alimentées à l’uranium ou au plutonium, refroidissant ainsi le réacteur. Ceci est essentiel pour garder le réacteur sous contrôle et éviter la fusion. Étant donné que même de minuscules impuretés de zirconium peuvent considérablement réduire la capacité d’absorption nucléaire du hafnium, un processus de séparation difficile est nécessaire pour produire du hafnium de la pureté requise pour servir de barre de contrôle.
Une autre raison de la renommée de l’hafnium est un alliage qu’il peut produire, le carbure d’hafnium (HfC), qui a le point de fusion le plus élevé de tous les composés binaires (3890 °C, 7034 °F). Bien qu’il n’ait pas été largement utilisé dans la construction ou l’aérospatiale, il a été suggéré comme matériau de construction pour les structures exposées à une chaleur intense.
Les propriétés les plus exotiques associées à l’hafnium sont peut-être celles associées à son isomère nucléaire, Hf-178-m2. Un isomère nucléaire est une version spéciale d’un élément qui contient des protons et/ou des neutrons excités dans son noyau, le plaçant au-dessus de l’état fondamental. Cela lui donne le potentiel de stocker et de libérer d’énormes quantités d’énergie, sous forme de rayons gamma. L’isomère d’hafnium a plus de potentiel pour stocker de l’énergie que tout autre isomère de longue durée de vie similaire. (La plupart des isomères se désintègrent en une fraction de seconde.) Un kilogramme de Hf-178-m2 pur aurait une énergie calculée de 1330 gigajoules, l’équivalent de l’explosion d’environ 317 tonnes métriques de TNT. Pour le meilleur ou pour le pire, le Hf-178-m2 est assez rare, et il est communément considéré comme la substance la plus chère au monde, coûtant des millions par gramme. La DARPA et le Pentagone ont étudié l’utilisation de l’isomère d’hafnium pour créer des bombes à rayons gamma qui contournent les traités nucléaires, sans succès connu pour l’instant.