Le plutonium 239, noté Pu, est l'isotope du plutonium dont le nombre de masse est égal à 239 : son noyau atomique compte et avec un état fondamental ayant un spin 1/2+ pour une masse atomique de . Il est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de . Un gramme de présente une radioactivité de , tandis qu'un kilogramme de Pu pur est le siège d'environ par seconde.
Propriétés du plutonium 239
Le plutonium 239 est radioactif avec une période de en produisant de l' par moyennant une énergie de désintégration de . Il se désintègre également par fission spontanée avec une probabilité de et une énergie totale par atome fissionné de = ..
Le Pu est l'un des trois radioisotopes couramment utilisés dans l'industrie et l'armement nucléaires, avec le U et le U.
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 après deux successives : + ⟶ .
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 de TNT (Avec une énergie totale — neutrinos et antineutrinos compris — par atome fissionné de = , cela produit une libération d'énergie de = ). Le Pu 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 Pu contient toujours une fraction de Pu résultant de l'absorption d'un neutron supplémentaire lors de la production du Pu à partir du U. Le Pu produit environ par seconde et par kilogramme, ce qui en fait un contaminant indésirable dont on s'efforce de limiter la concentration dans le Pu : 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 Pu consiste à limiter dans le temps l'exposition du U 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 et d'hydrure de plutonium 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 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 est 40 % plus volumineux que le plutonium métallique, 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' au flux de neutrons produit par la réaction nucléaire afin de générer le recherché. Cela ouvre naturellement la voie à la production de plutonium de qualité militaire en détournant des installations civiles pour convertir en l'isotope U, toujours présent dans l'uranium enrichi en U. 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 Pu de qualité suffisante en raison du grand nombre d'isotopes parasites générés à cette occasion.
Production 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 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 , 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' : ce dernier est converti en sous l'effet des neutrons issus des fissions contrôlées dans le réacteur à partir de l', le plutonium ainsi produit prenant le relais en tant que combustible nucléaire.
Notes et références
Voir aussi Articles connexes Plutonium Isotope fissile Chaîne de désintégration Arme nucléaire Isotope fertile Table des isotopes
Liens externes Argonne National Laboratory Plutonium
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