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Le plutonium-239 est un isotope de plutonium utilisé pour fabriquer des armes nucléaires. Le plutonium 239, avec l’uranium 233 et l’uranium 235, est l’un des trois principaux isotopes utilisés comme combustible dans les réacteurs nucléaires.

Noyau de plutonium-239

L’isotope du plutonium-239 contient 145 neutrons et 94 protons.

Symbole du plutonium-239

Le symbole désignant le plutonium-239 s’écrit 239Pu.

Production de plutonium-239

Le plutonium-239 s’est formé à l’origine au début de l’univers. Cependant, ayant une demi-vie d’environ 24 200 ans seulement, il est difficile de trouver des traces naturelles de plutonium 239. Des traces de ce métal se forment encore de nos jours lorsque l’uranium 238 terrestre réagit avec les rayons du soleil. Cependant, ce métal est aujourd’hui principalement synthétisé artificiellement. Le plutonium 239 est produit à partir d’uranium 238 dans les réacteurs nucléaires. Cette réaction est décrite ci-dessous:

  • Tout d’abord, l’uranium 238 est frappé par un neutron de haute énergie et est converti en Uranium 239 par absorption d’un neutron.
  • L’uranium 239 est ensuite transformé en Neptunium 239 par émission d’un électron et d’une particule anti-neutrino par désintégration bêta (β-).
  • Au stade final, le Neptunium-239 perd un électron et une particule anti-neutrino pour former du plutonium-239.

Image 1–Plutonium-239
Source–fr.Wikipedia.org

Propriétés du plutonium-239

Les propriétés du Plutonium-239 sont décrites ci-dessous:

Apparence

Le plutonium-239 est un métal solide de couleur argentée brillante.

Masse critique

La masse critique de ce métal pour une sphère uniforme est de 11 kg.

Diamètre critique

Le diamètre critique du plutonium 239 pour une sphère uniforme est de 10,2 cm.

Masse isotopique

La masse isotopique de ce métal est de 239,0521634 u.

Mode de désintégration

Le plutonium 239 se désintègre par fission spontanée tout en émettant des particules alpha.

Énergie de désintégration

En cours de décomposition, le plutonium 239 libère une énergie proche de 5,245 MeV.

Rapport de ramification

Certaines matières radioactives peuvent subir une décomposition par plusieurs méthodes. Le rapport entre les différents types de particules produites à partir d’une telle décomposition est appelé rapport de ramification du matériau. Le taux de ramification du plutonium 239 est de 100%.

Nucléide fille

En cours de décomposition, il produit de l’uranium 235 en tant que nucléide fille.

Moment dipolaire magnétique

Le moment dipolaire magnétique mesure la force magnétique d’une bobine de courant ou d’un aimant. En radioactivité, on dit que les électrons en orbite d’un atome ont un moment dipolaire magnétique. Le moment dipolaire magnétique du plutonium-239 est de 0,203 µN.

Activité spécifique

Dans la radioactivité, l’activité spécifique est le nombre de désintégrations par seconde et par quantité de substance, la quantité de substance étant la masse ou le volume de la substance. Il est désigné par le symbole SA. La densité du plutonium 239 est de 2,2966 GBq/g.

Solubilité

La solubilité du plutonium 239 dans l’eau dépend des ligands organiques présents ainsi que du redox et du pH de l’eau.

Demi-vie du plutonium 239

Dans la radioactivité, la demi-vie est définie comme la période de temps pendant laquelle une certaine quantité d’un élément radioactif en décomposition doit être diminuée de moitié. La demi-vie du plutonium 239 est de 24 200 ans.

Désintégration radioactive du plutonium-239

Le noyau atomique du plutonium-239 est instable ; il perd ainsi de l’énergie pour atteindre un stade stable. Ce processus est connu sous le nom de désintégration radioactive. Le plutonium 239 libère une énergie d’environ 5,245 MeV par désintégration radioactive.

Équation de désintégration du plutonium-239

L’équation suivante montre la décomposition alpha du plutonium-239 :

94239Pu → 92235U + 24He

Ici, le noyau d’hélium 24He a le numéro atomique 2 et le numéro de masse 4. L’hélium désigne ici la particule alpha. Par conséquent, cette équation peut également être écrite comme

94239Pu → 92235U + α

Chaîne de désintégration du plutonium-239

Le processus de désintégration du plutonium-239 produit de l’uranium-235 comme nucléide fille. Le plomb 207 est l’élément stable produit à la fin de cette chaîne de désintégration Alpha. La chaîne de désintégration complète est exprimée dans la réaction suivante :

Plutonium-239 → Uranium-235 → Thorium-231 → Protactinium-231 → Actinium-227 → Thorium-227 → Radium-233 → Radon-219 → Polonium-215 → Plomb-211 → Bismuth-211 → Thallium-207 → Plomb-207

Plutonium-239 Réaction de fission

Le plutonium 239 subit une réaction de fission lorsqu’il est bombardé par des neutrons rapides ou lents. Lorsqu’un neutron lent est absorbé par cet isotope, la réaction fissile produit plus de deux neutrons. Une réaction en chaîne continue est déclenchée dans le cas où l’un de ces neutrons résultants décompose un autre noyau de plutonium.

Le plutonium-239 Utilise

Le plutonium-239 avec des niveaux de pureté élevés peut être produit en grandes quantités. En raison de ses propriétés, il est largement utilisé dans les réacteurs nucléaires et dans la production d’armes nucléaires. Les différentes utilisations du Pu-239 sont discutées ci-dessous:

  • Le plutonium-239 provenant d’armes nucléaires démontées ainsi que de réacteurs nucléaires est une source d’énergie importante pour produire de l’électricité. Près de 10 millions de kilowattheures d’électricité sont produits par un kilogramme de Pu-239.
  • Près d’un tiers de l’énergie produite dans une centrale atomique commerciale provient des fissions de plutonium. La réaction de fission du plutonium 239 peut être maintenue dans les mêmes crayons combustibles où elle est produite.
  • De petites portions de Pu-239 peuvent être ajoutées au combustible nucléaire nouvellement fabriqué pour produire du combustible MOX ou du combustible à oxyde mixte, qui contient une combinaison d’oxyde de plutonium et d’oxyde d’uranium.
  • Le plutonium 239 est une matière fissile importante utilisée dans la fabrication d’armes nucléaires. Les systèmes d’implosion sont construits à l’aide du Pu-239.

Contamination au plutonium-239 et risques pour la santé

Le plutonium-239 est une substance cancérigène dangereuse. En raison de nombreuses expériences nucléaires au cours des 50 dernières années, près de 10 000 kilogrammes de cette substance ont été libérés dans l’atmosphère. Les rejets d’armes et d’autres rejets accidentels ont causé de nombreuses contaminations locales. Le Pu-239 est difficile à suivre et à détecter une fois qu’il est libéré dans l’atmosphère ou qu’il a été absorbé dans le corps.

Chez les animaux, il a été constaté qu’une exposition élevée à cette substance provoque des maladies des voies respiratoires, une diminution de la durée de vie et même un cancer.

Effets du rayonnement Alpha du Pu-239

L’effet cancérigène du Pu-239 provient de son rayonnement alpha (α). Les particules alpha sont plus lourdes que les particules bêta et gamma et parcourent une courte distance dans les tissus vivants tout en frappant à plusieurs reprises les tissus et les cellules à proximité.

À l’intérieur du corps, le plutonium 239 se dépose principalement dans les tissus mous, par exemple le foie, la moelle osseuse, sur les surfaces osseuses ainsi que dans d’autres zones osseuses non calcifiées.

Le rayonnement gamma du plutonium 239 est faible; par conséquent, une quantité élevée de cette substance est nécessaire pour provoquer des effets de rayonnement gamma.

Effets du Pu-239 sur le corps humain

L’ingestion accidentelle du matériau est assez faible, tout comme les risques qui y sont associés. Le principal danger pour la santé de cette substance provient de l’inhalation de cette substance qui peut endommager les tissus des bronches et des poumons. Il peut également être accidentellement absorbé dans la circulation sanguine par des abrasions et des coupures. Les dépôts de Pu-239 peuvent finalement causer le cancer à long terme.

La demi-vie de cette substance dans le corps varie selon l’endroit où elle est déposée. Dans le foie humain, il a une demi-vie de 20 ans et dans les os, elle est d’environ 50 ans.

De tous les isotopes du plutonium, le plutonium 239 est celui qui est le plus utilisé. Bien que considéré comme l’une des substances radioactives les plus cancérigènes, il a été largement utilisé dans les réacteurs nucléaires et dans la production d’électricité.

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