Un élément transuranien. Des isotopes radiotoxiques à vie longue
Le plutonium : une radioactivité alpha captive
Deux fois plus dense que le plomb, le plutonium à l’état métallique est argenté. Les isotopes du plutonium sont des émetteurs de rayons alpha à l’exception du plutonium-241. Les émetteurs alpha ne posent pas de risques tant qu’ils ne sont pas inhalés ou ingérés. La couche morte de l’épiderme suffit à les arrêter. Les gamma pénétrants qui accompagnent beaucoup de désintégrations sont dans le cas du plutonium absents ou d’énergie remarquablement faible. Ces facteurs expliquent que l’on puisse tenir avec de simples gants ce morceau de plutonium.
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Le plutonium est un métal très dense et radioactif, fabriqué par l’Homme au cours de ces soixante dernières années dans le cadre de ses activités impliquant des matières fissiles. Les isotopes du plutonium sont tous radioactifs. Les plus abondants sont les isotopes 238, 239, 240 et 241. Ces quatre radioéléments ont des périodes radioactives allant de 14,1 à 24000 ans. A part le plutonium-241, ces isotopes sont des émetteurs alpha.
Le plutonium-241 décroît par émission d’un électron bêta de faible énergie pour donner de l’américium-241. Emetteur alpha, l’américium-241, dont la période radioactives est de 430 ans, est beaucoup plus radiotoxique que son parent. Son activité maximale, atteinte au bout de 73 ans, est environ 3% de l’activité initiale du plutonium-241
Le caractère fissile du plutonium-239 et la possibilité d’en fabriquer des quantités importantes presque pures, a conduit à son utilisation pour les armes atomiques et l’énergie nucléaire. Dans les réacteurs, le plutonium-239, comme l’uranium-235, absorbe des neutrons et fissionne. Les fissions du plutonium fournissent environ un tiers de l’énergie produite dans les réacteurs classiques. Il n’est pas nécessaire d’extraire ce plutonium car il est fissionné dans le combustible où il a été produit.
Propriétés des isotopes du plutonium
Les isotopes du plutonium émettent des rayons alpha à l’exception du plutonium-241 dont l’énergie de électron bêta est remarquablement faible. La plupart des désintégrations alpha sont directes, non accompagnées de rayons gamma, ce qui explique l’énergie gamma par désintégration particulièrement faible (1 ou 2 keV en moyenne). Les périodes (durées de vie) de 14 et 88 ans sont relativement courtes pour les isotopes 238 et 241 les plus actifs et se comptent en millier d’années pour les autres isotopes. Les désintégrations alpha du plutonium-238 dégagent une chaleur considérable.
© IN2P3 (Source ANL Fact sheets)
Les USA ont récupéré ou acquis entre 1944 et 1994 environ 110 tonnes de plutonium dont 100 tonnes en inventaire. Environ 80 % est de qualité militaire, essentiellement du plutonium-239, issu des réacteurs de production sur les sites de Hanford et de Savannah River.
Les essais d’armes atomiques ont dispersé jusque dans les années 1980 environ 10 tonnes de plutonium dans l’atmosphère. Le niveau des retombées au sol se situe entre 10 et 100 picocurie par kilogramme (0,37 et 3,7 Bq/kg). Les accidents et des rejets à proximité d’installations d’armements ont causé des contaminations localement plus importantes.
Le plutonium se retrouve le plus communément sous forme d’oxyde très insoluble. Il demeure dans les premiers centimètres de la surface du sol. Dans l’eau, le plutonium se retrouve dans la couche supérieure des sédiments à laquelle il adhère fortement. Typiquement, une partie sur 2000 seulement part en solution. Dans le sol, des processus chimiques ou biologiques peuvent rendre soluble une petite fraction du plutonium. Mais, alors que le plutonium peut se concentrer dans des organismes aquatiques, on n’observe pas son accumulation dans la chaîne alimentaire.
Risques de mortalité par inhalation et ingestion
Les risques de mortalité par cancers à l’échelle d’une vie ont été calculés pour de nombreux radioéléments, dont le plutonium. Ils sont rapportés à une prise par inhalation ou ingestion de 1 becquerel (Bq) d’activité de plutonium, les doses naturelles étant d’une fraction de Becquerel. Alors que l’ingestion est le mode d’exposition le plus commun, les risques par inhalation sont plus importants : 8 sur 10 millions de personnes par becquerel contre 3,5 par milliard en dehors du plutonium-241 (émetteur bêta) pour lequel le risque est plus faible.
© ANL Fact Sheets
Un élément radiotoxique
Les données médicales ne confirment pas la réputation du plutonium comme étant la plus mortelle des substances connues pour l’homme. Il n’est pas aussi immédiatement nuisible que de nombreux produits chimiques du fait de sa faible mobilité. Le danger résultant de sa radioactivité alpha ne devient effectif que si le plutonium est présent dans le corps humain à la suite d’une inhalation ou d’une ingestion. Du fait de la longueur des périodes radioactives des isotopes du plutonium, il faut se prémunir de ce danger sur le très long terme.
Quand du plutonium est inhalé, une fraction significative peut passer des poumons dans le sang et à d’autres organes selon la solubilité du composé. Si le plutonium est ingéré, le système digestif n’en absorbe environ que 0,05%. Très peu est absorbé lors d’un contact avec la peau. Du plutonium présent dans le sang se dépose dans le foie et le squelette avec des périodes biologiques de rétention entre 20 ans et 50 ans respectivement.
L’inhalation de poussières et d’aérosols contaminés constitue le risque principal de cancers résultants des radiations alpha du plutonium, bien avant le risque par ingestion.
Des études au laboratoire sur l’animal ont montré que l’exposition à des taux élevés de plutonium causait des maladies respiratoires, des cancers et réduisait l’espérance de vie. Les tissus touchés sont les poumons, le foie, les nodules lymphatiques et les os. Cependant, ces résultats n’ont pas été corroborés par les études épidémiologiques faites sur des humains exposés à de faibles niveaux de plutonium.
SUITE :
– 2) : Isotopes du plutonium
– 3) : Plutonium-238
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