PLUTONIUM
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Élément chimique artificiel de numéro atomique 94, le plutonium a pour symbole chimique Pu. Par analogie avec les éléments uranium et neptunium le précédant immédiatement dans la classification périodique, il doit son nom à la planète Pluton découverte après Uranus et Neptune.
Le plutonium fut découvert en 1940 à l'université de Californie par une équipe dirigée par Glenn T. Seaborg. La réaction nucléaire de synthèse mettait en jeu le bombardement d'une cible d'oxyde d'uranium par des deutons de 16 MeV accélérés dans un cyclotron. La réaction nucléaire conduit à l'isotope de masse 238 du neptunium, émetteur β— dont la demi-vie radioactive est de 2,117 j. Le plutonium 238 obtenu par les réactions ci-dessous est caractérisé par une radioactivité α d'une demi-vie de 87,7 ans :
De nombreux isotopes furent ensuite synthétisés, en particulier l'isotope 239. En 1941, la démonstration du caractère fissile de celui-ci lors de l'irradiation par des neutrons lents inaugurait le début d'une production à grande échelle, d'une part à des fins militaires (qui devait aboutir en 1945 à l'explosion nucléaire de Nagasaki), d'autre part à des fins civiles, comme combustible dans les réacteurs nucléaires.
Le tableau résume les caractéristiques nucléaires des principaux isotopes (20 sont répertoriés actuellement). En plus des modes de désintégration indiqués, ces isotopes se fissionnent spontanément avec des périodes voisines de 1010 ans pour ceux dont la masse est paire et de plus de 1015 ans pour le 239Pu.
Plutonium : principaux isotopes
Tableau
Caractéristiques nucléaires des principaux isotopes du plutonium.
Crédits : Encyclopædia Universalis France
Production
Deux isotopes, le plutonium 239 et le plutonium 238, ont reçu des applications justifiant une production importante pour le premier, beaucoup plus limitée pour le second. Ces productions, effectuées dans le cadre de programmes nationaux souvent couverts par le secret militaire, ne peuvent être évaluées avec précision.
Plutonium 239
Le plutonium 239 se forme dans les réacteurs nucléaires alimentés à l'uranium. La capture radiative d'un [...]
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Écrit par :
- Daniel CALAIS : chef honoraire de la section de métallurgie du plutonium et des actinides au Commissariat à l'énergie atomique
- André CHESNÉ : ingénieur de l'École supérieure de physique et chimie industrielle de la Ville de Paris, assistant de directeur au Commissariat à l'énergie atomique, directeur de laboratoire au Centre de recherche de l'École centrale des arts et manufactures
Classification
Autres références
« PLUTONIUM » est également traité dans :
AMÉRICIUM
Dans le chapitre « Production » : […] L'américium s'accumule dans les combustibles nucléaires, où il peut être récupéré au cours de leur traitement chimique. Il se trouve mélangé à de nombreux autres éléments : le plutonium 239 ou l'uranium (c'est-à-dire le combustible) existent en quantités généralement importantes ; on trouve aussi les produits de fission et d'autres éléments transuraniens formés par divers processus nucléaires. La […] Lire la suite
ARMES - Armes lourdes
Dans le chapitre « Les armes nucléaires » : […] À masse égale réagissante, la fission de l'uranium 235 ou du plutonium 239 est dix-huit millions de fois plus énergétique que celle d'un explosif courant, comme le T.N.T. (trinitrotoluène). Mais la rapidité de l' explosion met si vite la charge fissile en configuration non critique que le rendement n'est que de un à quelques dixièmes : le rapport tombe à quelque deux à six millions selon le per […] Lire la suite
CURIUM
Dans le chapitre « Découverte » : […] Glenn T. Seaborg, Ralph A. James et Albert Ghiorso, travaillant au Metallurgical Laboratory de l'université de Chicago, isolèrent pendant l'été 1944 le premier isotope de l'élément 96 à partir de cibles de plutonium 239 bombardées par des noyaux d'hélium (particules alpha) accélérés au cyclotron de Berkeley (université de Californie). Le nouveau nucléide se désintégrait avec une demi-vie de 162, […] Lire la suite
MANHATTAN PROJECT
On désigne sous le nom de Manhattan Project le premier programme américain de réalisations scientifique et technique destinées à la fabrication de bombes atomiques à uranium 235 et à plutonium, élaboré par les autorités américaines en 1943. Les travaux entrepris, qui mobilisèrent un grand nombre de savants de différents pays, constituent un phénomène unique dans l'histoire des sciences. Toute l'hi […] Lire la suite
MCMILLAN EDWIN MATTISON (1907-1991)
Physicien américain né à Redondo Beach (Californie) et mort à El Cerrito (Californie). Il a reçu, avec Glenn Theodore Seaborg le prix Nobel de chimie (1951) pour ses découvertes dans le domaine de la chimie des éléments transuraniens. Après des études au California Institute of Technology (Caltech) et à Princeton, Edwin Mattison McMillan obtient son doctorat en 1932. Il est nommé research fellow […] Lire la suite
M.O.X. (Mixed Oxide), industrie nucléaire
Le MOX ( Mixed Oxide ) désigne un combustible constitué d'un mélange d' oxydes de plutonium et d' uranium, utilisé actuellement dans certains réacteurs à eau et uranium enrichi. […] Lire la suite
NUCLÉAIRE - Réacteurs nucléaires
Dans le chapitre « Réacteurs surgénérateurs à neutrons rapides » : […] Les réacteurs à neutrons rapides, qui se distinguent des précédents par l'absence de modérateur, ne fonctionnent qu'avec un combustible dont la teneur en matière fissile est supérieure à 15 p. 100. Pour les neutrons rapides, la faiblesse des captures parasites et le meilleur rendement en neutrons (η) du plutonium 239 permettent à ces réacteurs d'être surgénérateurs avec le cycle 238 U- 239 Pu (fa […] Lire la suite
NUCLÉAIRE - Cycle du combustible
Dans le chapitre « Le procédé Purex de retraitement » : […] Le procédé mis en œuvre pour retraiter les combustibles nucléaires usés est aujourd'hui, de façon quasi exclusive, le procédé Purex (Plutonium Uranium Refining by Extraction). Fondé sur l'extraction sélective de l'uranium et du plutonium par un composé organique, le phosphate tributylique (TBP), il est aujourd'hui fort de près de soixante-dix années d'études et de développement. Le concept a été […] Lire la suite
NUCLÉAIRE - Applications civiles
Dans le chapitre « Technologies non éprouvées mais disposant d'une expérience industrielle importante » : […] Deux filières de réacteurs ont été développées jusqu'au stade de réacteurs électrogènes de puissance, mais sans jamais atteindre le stade véritablement commercial : les réacteurs à neutrons thermiques à haute température (H.T.R.) refroidis par de l'hélium et les réacteurs à neutrons rapides (R.N.R.) refroidis par un métal fondu. En ce qui concerne la première filière, deux H.T.R. de 250 à 300 MW o […] Lire la suite
NUCLÉAIRE - Applications militaires
Dans le chapitre « Matériaux fissiles » : […] La partie active d'une charge nucléaire est constituée de matériaux nucléaires qui, mis en condition de façon appropriée, deviennent le siège de réactions extrêmement violentes, avec fort dégagement d'énergie. Dans les armes à fission, cette mise en condition consiste à rapprocher brutalement, à l'aide d'un explosif chimique, les matières fissiles, de sorte qu'une réaction en chaîne puisse s' […] Lire la suite
NUCLÉAIRE - Déchets
Dans le chapitre « Le recyclage des actinides et la destruction du plutonium » : […] Le plutonium est le plus important des actinides à considérer pour la transmutation, en raison de sa radiotoxicité et des quantités produites dans les réacteurs . Se pose également le problème de l'élimination au plan mondial du plutonium des armes nucléaires (environ 230 tonnes en 1994, selon l'Agence internationale de l'énergie atomique [A.I.E.A.]). Aujourd'hui, une partie du plutonium, séparé […] Lire la suite
NUCLÉAIRE - Sûreté des centrales nucléaires
Dans le chapitre « Principe de fonctionnement d'un réacteur nucléaire » : […] Le rôle des réacteurs des centrales nucléaires est comparable à celui d'une chaudière classique mais la chaleur, ensuite transformée en partie en électricité, y est produite par la fission de noyaux d' uranium (isotope 235) et de plutonium. La fission donne naissance à des « produits de fission », fragments du noyau initial, et à quelques neutrons qui, à leur tour, vont provoquer des fissions dan […] Lire la suite
POLLUTION
Dans le chapitre « Causes de la pollution nucléaire » : […] Depuis les premiers travaux du projet Manhattan jusqu'au milieu des années 1960, les essais atmosphériques d'armement nucléaire ont constitué, de fort loin, la principale cause de pollution radioactive de la biosphère. Cette cause de pollution a considérablement régressé après le traité de 1963 qui interdit ce genre d'expérimentation, bien qu'il n'ait pas été ratifié par tous les États. Cependant […] Lire la suite
RÉACTEUR NUCLÉAIRE E.P.R. (European Pressurized Reactor)
Dans le chapitre « Rappel sur les réactions nucléaires à eau pressurisée » : […] En France, la production d'électricité d'origine nucléaire est assurée par cinquante-huit réacteurs nucléaires qui sont répartis dans dix-neuf centrales. Tous ces réacteurs appartiennent à la filière des réacteurs à eau pressurisée (R.E.P., en anglais P.W.R. pour Pressurized Water Reactor). Le combustible est de l'oxyde d'uranium (UO 2 ) enrichi à 3,5 p. 100 d'uranium 235 (contre 0,7 p. 100 dans l […] Lire la suite
SEABORG GLENN THEODORE (1912-1999)
Spécialiste américain de la chimie nucléaire né à Ishpeming (Michigan) et mort à Lafayette (Californie), Glenn T. Seaborg a été professeur de chimie de l'université de Californie (Berkeley), directeur associé honoraire du Lawrence Berkeley Laboratory, et président du Lawrence Hall of Science de l'université de Californie. Il a reçu son diplôme d'études supérieures en chimie à l'U.C.L.A. (1934) et […] Lire la suite
SEGRÈ EMILIO GINO (1905-1989)
Physicien d'origine italienne, Emilio Segré a reçu le prix Nobel de physique en 1959, avec le physicien américain Owen Chamberlain, pour la découverte de l'antiproton (particule de même masse que le proton mais de charge électrique opposée). Emilio Gino Segrè est né le 1 er février 1905 à Tivoli, près de Rome. Nommé professeur adjoint à l'université de Rome en 1932, il participe deux ans plus ta […] Lire la suite
URANIUM
Dans le chapitre « Propriétés nucléaires » : […] L'uranium possède trois isotopes naturels ( 238 U, de demi-vie 4,468 × 10 9 ans ; 235 U, de demi-vie 7,04 × 10 8 ans ; 234 U, de demi-vie 2,455 × 10 5 ans) radioactifs qui se désintègrent en émettant des rayonnements et 23 isotopes artificiels, dont 236 U, de demi-vie 2,342 × 10 7 ans. L'uranium naturel contient 99,2742 p. 100 de l'isotope 238, 0,7204 p. 100 de l'isotope 235 et 0,0054 p. 10 […] Lire la suite
Voir aussi
- ACTINIDES
- ALLOTROPIE
- BOMBE ATOMIQUE
- CAPTURE DE NEUTRONS
- CENTRALE NUCLÉAIRE
- CIBLE physique
- COMBUSTIBLE NUCLÉAIRE
- STRUCTURE ÉLECTRONIQUE
- EXTRACTION chimie
- MATÉRIAUX FISSILES
- PRODUITS DE FISSION
- FISSION NUCLÉAIRE
- GÉNÉRATEURS D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
- IRRADIATION
- INDUSTRIE NUCLÉAIRE
- OXYDATION
- TRANSITIONS DE PHASE
- PROCÉDÉ PUREX (plutonium uranium refining by extraction)
- PURIFICATION physico-chimie
- RAYONNEMENTS IONISANTS ou RADIATIONS IONISANTES
- RÉACTEUR NUCLÉAIRE
- RETRAITEMENT génie nucléaire
- SATELLITES ARTIFICIELS
- SÉPARATION chimie
- SURGÉNÉRATEURS
- TOXICITÉ
- TRANSMUTATION physique nucléaire
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000 à 300 kilos, conversion en centre de recherches du site souterrain de Fordow, modification du réacteur de la centrale à eau lourde d’Arak qui ne produira plus de plutonium militaire. Le texte prévoit le renforcement du régime d’inspection de l’Agence internationale de l’énergie atomique. Enfin [...] Lire la suite
20 janvier 2014 • Iran • Entrée en application de l'accord intérimaire sur le dossier nucléaire iranien.
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10-24 novembre 2013 • Iran • Conclusion d'un accord sur le dossier nucléaire.
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Pour citer l’article
Daniel CALAIS, André CHESNÉ, « PLUTONIUM », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 07 juillet 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/plutonium/