Plutonium
Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.
Données   
Neptunium - Plutonium - Américium
Sm
Pu
-
 
 
 
 
94
Pu
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               

Table complète - Table étendue

Général
Nom, Symbole, Numéro Plutonium (Le plutonium est un métal lourd de symbole chimique Pu et de numéro atomique 94, très dense — approximativement 1,74 fois plus lourd que le plomb — radioactif et toxique,...), Pu, 94
Série chimique Actinides
Groupe, Période, Bloc L/A, 7, f
Masse volumique (Pour toute substance homogène, le rapport de la masse m correspondant à un volume V de cette substance est indépendante de la quantité choisie : c'est une caractéristique du matériau appelée masse...) 19 816 kg/m3
Couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec...) métallique argenté
Propriétés atomiques
Masse atomique (La masse atomique (ou masse molaire atomique) d'un isotope d'un élément chimique est la masse relative d'un atome de cet isotope ; la comparaison...) 244,06 u
Rayon atomique (calc) 175 (ND) pm
Rayon de covalence ND pm
Rayon de van der Waals ND pm
Configuration électronique [Rn]5f67s2
Électrons par niveau d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
État(s) d'oxydation 6, 5, 4, 3
Oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion...) amphotère
Structure cristalline Monoclinique
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes...) 912,5 K
Température de vaporisation 3503 K
Énergie de fusion 2,84 kJ/mol
Énergie de vaporisation 344 kJ/mol
Volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) molaire 12,29×10-6 m3/mol
Pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de la vapeur () ND
Vélocité (VéloCité est un service de prêt gratuit mis en place par la ville d'Angers qui fournit aux personnes qui habitent ou travaillent à Angers des...) du son 2260 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,28
Chaleur massique (La chaleur massique (symbole c ou s), qu'il convient d'appeler capacité thermique massique[1] est déterminée par la quantité d'énergie à apporter par échange thermique pour élever d'un degré la température de l'unité de masse d'une...) ND J/(kg·K)
Conductivité électrique (La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau à laisser les charges électriques se déplacer librement, autrement dit à permettre le passage du courant électrique.) 0,666×106 S/m
Conductivité thermique (La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des matériaux lors du transfert de chaleur par conduction. Cette constante apparaît par exemple...) 6,74 W/(m·K)
1er potentiel d'ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une molécule. L'atome - ou la molécule - en perdant ou en gagnant des charges n'est plus neutre...) 584,7 kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN période MD Ed MeV PD
238Pu {syn.} 87,75 a α ; FS et rad (L'abréviation rad désigne habituellement le radian, une unité d'angle.), exo,
(28Mg)
5,5 234U
239Pu {syn.} 24 100 a α et FS 5,245 235U
240Pu {syn.} 6560 a α ; FS et rad, exo,
(28Mg;30Mg;32S)
5,17 236U
241Pu {syn.} 14,4 a β- et α 0,021 / 4,85 241Am
242Pu {syn.} 373 000 a α et FS 4,9 238U
244Pu {syn.} 80,8×106 a α et FS 4,666 240U
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le plutonium est un élément chimique artificiel. (Il existe à l'état naturel mais en très petite quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...), produite lors d’une réaction nucléaire (Une réaction nucléaire est une transformation d'un ou plusieurs noyaux atomiques, elle se distingue d'une réaction chimique qui concerne les électrons ou les liaisons entre les atomes. Dans une réaction nucléaire, deux noyaux atomiques...) naturelle sur le site d'Oklo). Il porte le numéro atomique (Le numéro atomique (Z) est le terme employé en chimie et en physique pour représenter le nombre de protons du noyau d'un atome. Un atome peut être schématisé en première approche par une...) 94.

Le plutonium a été découvert par Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, J. W. Kennedy et A. C. Wahl (États-Unis) en 1940.

Le plutonium est solide à température ambiante. Son point (Graphie) de fusion est 640°C. Il a une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme...) de 19,84.

Le plutonium est produit par capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui passe au voisinage d'un astre, est retenu dans la gravisphère de ce dernier. La capture de l'objet céleste aboutit à sa satellisation ou à sa...) neutronique de l'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que l'argent, autant que le molybdène ou l'arsenic, quatre fois moins abondant...) dans les réacteurs nucléaires. Par exemple, l’isotope 239 est formé en trois étapes :

  • capture neutronique de l'uranium 238 pour former de l'uranium 239 ;
  • décroissance β- de l'uranium 239 (1/2 vie (La vie est le nom donné :): 23 minutes) en neptunium 239 ;
  • décroissance β- du neptunium 239 (1/2 vie: 2,3 jours) en plutonium 239.

Les isotopes plus lourds du plutonium sont majoritairement formés par capture neutronique du plutonium 239.

Le plutonium produit dans les réacteurs civils est considéré comme déchet (Un déchet (détritus, résidu..) est un objet en fin de vie ou une substance issue d'un processus, jugés devenus inutiles ou dangereux ou encombrants,...) par certains pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui...) et comme matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) valorisable par d'autres (dont la France). En effet, le combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique...) usé déchargé des réacteurs peut être retraité afin d'en isoler le plutonium, qui est alors mélangé avec de l’uranium appauvri (issu de l'étape initiale d'enrichissement) pour former du combustible MOX (Le Combustible MOX (abréviation de mixed oxide) est un combustible nucléaire fabriqué à partir du plutonium et de l'uranium appauvri. Le terme MOX est...). En faibles quantités, le plutonium est utilisé dans les générateurs thermo-électriques à radioisotope (Les radioisotopes, radionucléides ou radioéléments, contraction de radioactivité et d'isotope, sont des atomes dont le noyau est instable. Cette...).

Opérateur tenant une pastille de plutonium dans ses mains gantées
Opérateur (Le mot opérateur est employé dans les domaines :) tenant une pastille de plutonium dans ses mains gantées

Le plutonium est aussi produit à des fins militaires dans des installations dédiées ou dans des réacteurs électrogènes selon les pays. Il est alors utilisé pour fabriquer des armes nucléaires. Il faut environ 5 kg de plutonium pour obtenir une bombe.

Le plutonium est un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques...) argenté très radioactif (selon la composition isotopique, les isotopes 238 et 241 étant de très loin les plus radioactifs : voir tableau), et très toxique (un milligramme de plutonium peut suffire à induire un cancer). Il réagit avec l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.), la vapeur d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et les acides. Il ne réagit pas avec les bases. Il est radiotoxique. Sa période de demi-vie (La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour perdre la moitié de son activité pharmacologique, physiologique ou radioactive. En particulier, la demi-vie est le temps...) est de 24 000 ans pour l'isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de...) 239.

Il y a quinze isotopes connus. Les isotopes les plus produits en réacteurs sont les isotopes 238, 239, 240, 241, 242. Tous sont radioactifs. Les isotopes de numéro atomique impair (239 et 241) sont fissiles en spectre thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques, en...) (réacteurs actuellement en production).

Plutonium 239

Production

L'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou accidentellement) un organisme, une substance, d'un corps à un flux de rayonnements ionisants : rayons alpha,...) de l'uranium 238 dans les réacteurs nucléaires génère du plutonium 239. Quand le combustible subit des périodes d'irradiation de plus en plus longues, les isotopes supérieurs s'accumulent en raison de l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux...) de neutrons par le plutonium 239 et ses produits. Il se forme ainsi des isotopes 240Pu, 241Pu, 242Pu. Parallèlement, du plutonium 238 est formé par la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de transformation commençant par l'uranium 235.

Ainsi, quand on utilise un réacteur (Un réacteur peut désigner :) spécifique pour la fabrication du plutonium militaire, le combustible utilisé pour la production du plutonium aussi bien que les cibles et la couverture s'il y en a, sont extraits après un bref séjour (quelques semaines) dans le réacteur afin d'avoir l'assurance que le plutonium 239 est aussi pur que possible. Une brève irradiation, cependant, n'extrait pas toute l'énergie que le combustible peut produire. On n'enlève donc le combustible des réacteurs électrogènes qu'après un séjour beaucoup plus long (trois ou quatre ans).

Une fois le combustible, les cibles et la couverture enlevés du réacteur dans lequel ils ont été irradiés, ils subissent un traitement chimique, qui s'appelle le retraitement des combustibles irradiés, dans une usine ou un atelier pour séparer le plutonium.

C'est notamment du plutonium qui est retraité à La Hague.

Plutonium 238

Le plutonium 238, d'une demi-vie de 86,41 ans, est un émetteur très puissant de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) α (noyaux d'hélium). En raison de son activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) massique alpha et gamma élevée, il est utilisé comme source de neutrons (par réaction alpha (En astrophysique, les réactions alpha sont une des deux classe de réactions de fusion nucléaire par lesquelles les étoiles convertissent de l'hélium en éléments plus lourds; l'autre...) avec des éléments légers), comme source de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) et comme source d'énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail est proportionnel à la...) (par la conversion de la chaleur en électricité). Les utilisations de Pu 238 pour produire de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la...) sont cantonnées aux stimulateurs cardiaques et aux utilisations spatiales.

On prépare le plutonium 238 à partir de l'irradiation du neptunium 237, un actinide (La série chimique des actinides comprend les éléments chimiques du tableau périodique se situant entre l'actinium et le lawrencium, possédant donc un numéro...) mineur récupéré pendant le retraitement ou à partir de l'irradiation de l'américium, en réacteur. Dans les deux cas, pour extraire le plutonium 238 des cibles, on les soumet à un traitement chimique, comportant une dissolution nitrique.

Il n'y a qu'environ 700 g/t de neptunium 237 dans le combustible des réacteurs à eau ordinaire irradié pendant trois ans, et il faut l'extraire sélectivement.

Dioxyde de plutonium

Le dioxyde de plutonium (PuO2) est pour les radiochimistes la forme idéale pour manipuler le dangereux élément. Découvert en 1940 par les chimistes américains partis sur le chemin de la bombe atomique, on le retrouve pour le recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un produit, des...) des combustibles nucléaires, la confection des ogives ou le stockage des déchets radioactifs. Il s'agit d'une poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent sous forme de petits morceaux, en général de taille inférieure...) de cristaux jaunes-verts.

Il a longtemps été considéré comme inoxydable. Longtemps le trioxyde de plutonium (PuO3) a été recherché mais personne n'a jamais réussi à en fabriquer. Cependant en 2000, le laboratoire de Los Alamos (Nouveau-Mexique) a montré que le dioxyde de Pu peut en fait réagir simplement avec l'eau, à une température allant de 25 à 350°C, pour former un composé stable plus oxydé : la proportion entre l'oxygène et le plutonium peut aller jusqu'à 2,27. De plus, cette réaction dégage du dihydrogène, un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas...) très explosif (Un explosif est un composé chimique défini ou un mélange de corps susceptibles lors de leur transformation, de dégager en un temps...).

Ceci est problématique car l'eau serait le principal vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet d'effectuer des opérations d'addition et de multiplication par un...) potentiel de dissémination radioactive lors du stockage des déchets en profondeur. Une fraction du nouvel oxyde formé pourrait se dissoudre dans l'eau et se disséminer lentement aux alentours.

En France, le dioxyde de plutonium est stocké en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique,...), dans des boites étanches, pour être ensuite réutilisé dans des centrales ordinaires, en entrant dans la composition du combustible MOX (Le Combustible MOX (abréviation de mixed oxide) est un combustible nucléaire fabriqué à partir du plutonium et de l'uranium appauvri. Le terme MOX est l'abréviation de : "Mélange d'OXydes". Le combustible MOX contient les oxydes...) (MiXed Oxyde).

Précautions

(Traduit de l'article en anglais.)

Toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα toxikótêta) est la mesure de la capacité...)

Tous les isotopes et composés du plutonium sont toxiques et radioactifs. Le plutonium est souvent décrit comme la " substance la plus toxique connue par l'homme ". C'est pourtant inexact lorsque l'on considère sa toxicité à proprement parler. Ainsi, hormis lorsqu'il est à l'origine d'un accident de criticité (Un accident de criticité désigne un accident nucléaire provoqué par une réaction nucléaire en chaîne involontaire et incontrôlée dans un...), le plutonium n'a pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.) causé aucun décès par simple exposition. Le radium (Le radium est un élément chimique de symbole Ra et de numéro atomique 88.) naturel est à peu près 200 fois plus radiotoxique que le plutonium, par exemple. Il en va de même pour des composés organiques comme la toxine botulique (La toxine botulique est une toxine sécrétée par Clostridium botulinum, la bactérie responsable du botulisme (toxi-infection alimentaire généralement contractée lors de la consommation de...), qui est mortelle à des doses de quelques nanogrammes, soit bien moins que la quantité de plutonium nécessaire pour causer un risque de cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la survie de ce dernier est...). De plus, des éléments tels que le carbone 14 (Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone, noté 14C.) ou le potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de l’arabe :...) 40 qui sont des émetteurs beta (Le genre Beta appartient à la famille des Chénopodiacées, tribu des Cyclolobae.), peuvent provoquer des cancers par simple contact, contrairement aux émetteurs alphas.

Lorsqu'il est ingéré, et si l'on met de coté le risque de cancer, le plutonium est chimiquement moins nocif que des substances comme la caféïne ou d'autres que l'on peut trouver dans la nature. Il est plus nocif que de l'éthanol pur, mais moins que du tabac ou de la drogue (Une drogue est un composé chimique, biochimique ou naturel, capable d'altérer une ou plusieurs activités neuronales et/ou de perturber les communications neuronales. La consommation de drogues...). D'un point de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) strictement chimique, la toxicité du plutonium est comparable à celle du plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.) ou à celle des autres métaux lourds. Le plutonium a d'ailleurs un goût (Pour la faculté de juger les belles choses, voir Goût (esthétique)) métallique.[1]

La principale différence entre la toxicité du plutonium et celle de la toxine (Une toxine est une substance toxique pour un ou plusieurs organismes vivants. Le Petit Larousse de 2009, toutefois, définit la toxine comme une « substance toxique élaborée par un organisme vivant (bactérie,...) botulique ou de gaz innervants au phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et de numéro atomique 15.) (comme le sarin) réside dans le fait que ces derniers tuent en quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :). Le plutonium mettre des années à causer un cancers. Certaines personnes ont des doses mesurables de plutonium dans leur organisme.

Ceci dit, il ne fait aucun doute que le plutonium peut être extrêmement dangereux lorsqu'il n'est pas manipulé correctement. Le rayonnement alpha qu'il émet ne pénètrent pas la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.), mais peuvent irradier les organes lorsque le plutonium est inhalé ou avalé. Le risque est particulièrement important au niveau des os, qui peuvent l'absorber à leur surface, et du foie (Le foie est un organe abdominal impair et asymétrique, logé chez l'homme dans l'hypocondre droit, la loge sous-phrénique droite, la partie supérieure du creux épigastrique puis atteint...), qui va l'accumuler. L'inhalation de microparticules de plutonium (d'une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) de l'ordre du microgramme) peut causer un cancer du poumon (Le poumon est un organe invaginé permettant d'échanger des gaz vitaux, notamment l'oxygène et le dioxyde de carbone. L'oxygène est...).

Page générée en 0.135 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique