Plutonium-239

Plutonium-239 : un noyau fissile artificiel, redouté et recherché

Quatre-vingt-quatorzième élément de la classification de Mendeleïev, le plutonium est un noyau radioactif artificiel, généré en abondance dans les réacteurs à partir de la capture d’un neutron par l’uranium-238.

Il a été découvert en février 1941 par le physicien américain Glenn Seaborg, à l’époque de la seconde guerre mondiale. La découverte d’éléments au-delà de l’uranium avait fait sensation. La nouvelle devait rester secrète. Certains éléments transuraniens avaient une importance stratégique comme le plutonium-239.

Le plutonium fut au départ désigné sous l’appellation d’« élément 94 ». Quand il fallut lui donner un nom, on s’inspira des dernières planètes du système solaire et des dieux grecs et romains (les physiciens avaient des Lettres). L’uranium ayant été baptisé d’après Uranus, l’élément 94 fut appelé plutonium d’après le dieu des enfers Pluton, puis l’élément 93 (découvert par Ed. Mac Millan) Neptunium d’après Neptune,

Durant le cadre du projet Manhattan, les États-Unis construisirent une immense usine à Hanford pour extraire le plutonium de leurs premières bombes atomiques, dont celle qui détruisit Nagasaki.

Le Plutonium-239 est principalement émetteur alpha. Il se transforme en uranium-235 dont il est le précurseur et auquel il ressemble par la propriété d’être aisément fissile. Sa fission engendre 2,91 neutrons en moyenne c’est-à-dire plus que l’uranium-235, ce qui fait de lui un combustible de premier choix.

Les premiers réacteurs ont été conçus pour produire du plutonium-239 pour des bombes atomiques. Ces réacteurs plutonigènes utilisent ou utilisaient de l’uranium naturel comme combustible, comme les réacteurs à eau lourde de la filière canadienne CANDU ou les réacteurs français de première génération UNGG au graphite-gaz.

Les réacteurs actuels qui utilisent de l’uranium peu enrichi comme combustible produisent (en fonctionnement normal) un plutonium moins riche en plutonium-239, donc impropre pour les bombes, mais qui peut être utilisé comme combustible.

Le plutonium est le combustible de choix pour les réacteurs surgénérateurs à neutrons rapides, encore peu répandus mais qui ont déjà fonctionné et sont considérés comme une des meilleures options pour les réacteurs du futur.

S’il n’est pas brûlé ou utilisé, le plutonium devient un déchet encombrant en raison de sa durée de vie et de la relative abondance de sa production. La période radioactive du plutonium-239 est de 24 000 ans, très longue à l’échelle humaine, mais courte par rapport aux 700 millions d’années de l’uranium-235. Il faut soit le stocker d’une manière sûre pendant très longtemps, à l’abri de contacts avec la biosphère, soit le brûler dans des réacteurs.

Comme tous les atomes lourds le plutonium est un poison chimique. Plus toxique que l’uranium, il est heureusement insoluble à l’état d’oxyde et peu mobile. Son ingestion se fait par voies respiratoires plutôt que digestives. Il peut se fixer sur les os ou des organes comme le foie et les poumons avec une période biologique de plusieurs dizaines d’années.

Glenn Seaborg fut le premier à prendre des précautions pour manipuler le plutonium en imposant l’usage de gants et de masques. Il se souvenait de l’expérience tragique de ces jeunes femmes qui, peignant des caractères lumineux sur des quadrants, contractèrent des cancers de la langue pour avoir humecté des pinceaux trempés dans une peinture à base de radium. L’habitude était alors de 1941 à 1944 de manipuler le plutonium pratiquement à mains nues. Les quantités étaient heureusement minimes car le plutonium est environ un million de fois plus actif que l’uranium. Grâce aux précautions prises, on ne détecta pas d’accroissement particulier de mortalité parmi ceux qui manipulèrent ce plutonium et dont beaucoup étaient encore en vie dans les années 1980, quarante ans après.

PROPRIÉTÉS DU PLUTONIUM et DE SES ISOTOPES

– 1) : Propriétés du plutonium
– 2) : Isotopes du plutonium
– 3) : Plutonium-238