Plutonium 239

Modèle:Infobox Isotope Le plutonium 239, noté Modèle:NobrPu, est l'isotope du plutonium dont le nombre de masse est égal à 239 : son noyau atomique compte Modèle:Unité et Modèle:Unité avec un état fondamental ayant un spin 1/2+ pour une masse atomique de Modèle:Unité. Il est caractérisé par un excès de masse de Modèle:Unité et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de Modèle:Unité<ref name="IAEA.Nuclides"/>. Un gramme de Modèle:Nobr présente une radioactivité de Modèle:Unité, tandis qu'un kilogramme de Modèle:NobrPu pur est le siège d'environ Modèle:Unité par seconde.

Propriétés du plutonium 239

Il est radioactif avec une période de Modèle:Unité en produisant de l'Modèle:Nobr par [[Radioactivité α|Modèle:Nobr]] moyennant une énergie de désintégration de Modèle:Unité. Il se désintègre également par fission spontanée avec une probabilité de Modèle:Unité et une énergie totale par atome fissionné de Modèle:Unité = Modèle:Unité<ref> Modèle:Lien web </ref>.

Le ²³⁹Pu est l'un des trois radioisotopes couramment utilisés dans l'industrie et l'armement nucléaires, avec le ²³⁵U et le ²³³U.

La fission d'un atome d'uranium 235 libère deux ou trois neutrons qui peuvent être capturés par des atomes d'uranium 238 pour donner du Modèle:Nobr après deux [[Radioactivité β|Modèle:Nobr]] successives :

Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide ⟶ Modèle:Nucléide <math>\mathrm{\xrightarrow[23,45\ min]{\beta^-\ 1,265\ MeV}}</math> Modèle:Nucléide <math>\mathrm{\xrightarrow[2,3565\ jours]{\beta^-\ 0,722\ MeV}}</math> Modèle:Nucléide.

Propriétés nucléaires

Le plutonium 239 a une probabilité de fission plus élevée que l'uranium 235 et libère davantage de neutrons par fission, ce qui lui confère une masse critique plus faible. La fission d'un kilogramme de plutonium 239 peut libérer une énergie équivalente à l'explosion de Modèle:Unité de TNT (Avec une énergie totale — neutrinos et antineutrinos compris — par atome fissionné de Modèle:Unité = Modèle:Unité, cela produit une libération d'énergie de Modèle:Unité = Modèle:Unité). Le ²³⁹Pu pur présente l'avantage de produire relativement peu de fissions spontanées (environ une dizaine par seconde et par kilogramme) et donc d'émissions de neutrons, ce qui permet d'en assembler en quantité largement supérieure à la masse critique avant l'explosion.

Cependant, le ²³⁹Pu contient toujours une fraction de ²⁴⁰Pu résultant de l'absorption d'un neutron supplémentaire lors de la production du ²³⁹Pu à partir du ²³⁸U. Le ²⁴⁰Pu produit environ Modèle:Unité par seconde et par kilogramme, ce qui en fait un contaminant indésirable dont on s'efforce de limiter la concentration dans le ²³⁹Pu : le plutonium de qualité militaire n'en contient pas plus de 7 %, tandis que le combustible nucléaire peut en contenir jusqu'à 31,1 %. Un bon moyen de limiter la production de ²⁴⁰Pu avec le ²³⁹Pu consiste à limiter dans le temps l'exposition du ²³⁸U aux neutrons.

Propriétés chimiques

D'un point de vue chimique, le plutonium métallique est un métal très réactif, qui se couvre, en présence de traces d'humidité, d'une couche de dioxyde de plutonium Modèle:Fchim et d'hydrure de plutonium Modèle:Fchim non stœchiométrique. L'oxygène a un effet passivant qui retarde l'effet de l'humidité. Un excès de vapeur d'eau ne produit qu'une couche de Modèle:Fchim d'aspect poudreux qui rend le métal pyrophorique, d'où la nécessité de le manipuler sous atmosphère inerte d'azote ou d'argon.

Le dioxyde de plutonium Modèle:Fchim est 40 % plus volumineux que le métal, ce qui peut provoquer l'éclatement des conteneurs de plutonium en cas d'oxydation imprévue. Ces conteneurs doivent être constitués de matériaux tolérant la nature fortement réductrice du plutonium. Ce sont des métaux réfractaires tels que le tantale ou le tungstène, ainsi que des oxydes stables, des composés du bore, des carbures, des nitrures, voire des alliages de silicium.

Usages industriels et militaires

Les centrales nucléaires civiles qui fonctionnent au plutonium sont toujours conçues pour pouvoir exposer de l'Modèle:Nobr au flux de neutrons produit par la réaction nucléaire afin de générer le Modèle:Nobr recherché. Cela ouvre naturellement la voie à la production de plutonium de qualité militaire en détournant des installations civiles pour convertir en Modèle:Nobr l'isotope ²³⁸U, toujours présent dans l'uranium enrichi en ²³⁵U. D'une manière générale, les centrales sont généralement conçues pour que le remplacement du combustible nucléaire se fasse après arrêt complet du réacteur, ce qui empêche la génération de ²³⁹Pu de qualité suffisante en raison du grand nombre d'isotopes parasites générés à cette occasion.

Cependant, certaines conceptions de réacteurs civils ont précisément pour but de permettre le remplacement du combustible à chaud, ce qui rend possible la production de Modèle:Nobr militaire : c'est particulièrement le cas des réacteurs canadiens PHWR, français UNGG et soviétiques RBMK. Des installations plus classiques peuvent également être équipées de systèmes permettant de placer brièvement des barres d'uranium appauvri près du cœur pour produire du Modèle:Nobr, ou peuvent être exploitées en cycles courts avec arrêts fréquents pour générer des matériaux nucléaires à usage militaire, l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) ayant notamment pour rôle d'inspecter de telles installations civiles afin d'y déceler d'éventuels détournements à usage militaire.

Le plutonium est essentiellement produit dans les surgénérateurs, conçus au départ pour maximiser la production d'énergie à partir de l'uranium en exploitant le caractère fertile de l'Modèle:Nobr : ce dernier est converti en Modèle:Nobr sous l'effet des neutrons issus des fissions contrôlées dans le réacteur à partir de l'Modèle:Nobr, le plutonium ainsi produit prenant le relais en tant que combustible nucléaire.

Voir aussi

Articles connexes

• Plutonium
• Isotope fissile
• Chaîne de désintégration
• Arme nucléaire
• Isotope fertile
• Table des isotopes

Liens externes

• Argonne National Laboratory Plutonium