Un carbure de plutonium est un composé de carbone et de plutonium. À l'instar du carbure d'uranium, le système plutonium-carbone présente plusieurs phases. : , , et .
Propriétés physiques
La phase , incomplètement caractérisée, se décompose à une température de en plutonium ε + .
Le monocarbure de plutonium est un composé non stœchiométrique qui présente un déficit en carbone. Sa formule chimique est notée , où δ vaut de 0 à 0,17 et représente l'écart à la stœchiométrie. Il se présente sous la forme d'un solide cristallisé gris à l'éclat métallique, insoluble dans l'eau mais réagissant avec l'eau chaude, dont la masse volumique est de l'ordre de . Il fond à en formant un mélange liquide + solide. Il cristallise dans le système cubique à faces centrées, avec un paramètre cristallin variant de à selon la teneur en carbone ; ce paramètre croît lentement avec le temps en raison de l'altération du réseau cristallin sous l'effet des radiations.
Le sesquicarbure de plutonium cristallise dans le système cubique centré. Il a une masse volumique de et fond à en formant un mélange liquide + solide.
L'acétylure de plutonium existe au-dessus de et présente une structure cristalline quadratique. La transition de la phase vers la phase lors du refroidissement est si rapide qu'il est difficile de tremper le . Celui-ci fond à en formant un mélange liquide + carbone solide.
Propriétés chimiques
Le monocarbure de plutonium s'oxyde lentement lorsqu'il est chauffé à des températures de , et devient pyrophorique vers . Il réagit également en présence d'eau chaude et se dissout dans les acides dilués en libérant de l'hydroxyde de plutonium , de l'hydrogène et des hydrocarbures .
Production
Le monocarbure de plutonium peut être produit en faisant fondre sous vide un mélange stœchiométrique de poudres de plutonium et de graphite dans un four à arc électrique, par réduction du dioxyde de plutonium par le carbone à une température de , par frittage de mélanges de poudres de carbone et de plutonium métallique ou d'hydrure de plutonium jusqu'à , ou encore en faisant réagir des hydrocarbures avec du plutonium à des températures allant de .
Pu + C → PuC, et plus ; + C → PuC + 2 CO, de ; 2 + C → 2 PuC + 2 , jusqu'à .
Chacune de ces méthodes présente ses avantages et ses inconvénients. La méthode du four à arc électrique produit un carbure de plutonium dense et relativement dépourvu d'impuretés d'oxygène et d'azote, mais il est difficile d'en contrôler la composition, et le produit obtenu est peu homogène à moins d'un recuit important. La réduction du dioxyde est plus économique mais il est alors difficile d'obtenir une phase unique dépourvue d'oxygène. La production de carbure de plutonium par frittage nécessite une atmosphère inerte, car l'hydrure de plutonium est pyrophorique, mais permet d'obtenir du monophase à teneur contrôlée en carbone ; on observe cependant dans ce cas un taux d'oxygène dans le réseau allant jusqu'à 0,1 %, et ce même sous atmosphère inerte.
Applications
Le carbure de plutonium peut être utilisé comme combustible nucléaire dans des réacteurs nucléaires mélangé au carbure d'uranium. Ce mélange est appelé carbure d'uranium-plutonium UPuC.
Notes et références
plutonium Catégorie:Composé du plutonium