Piscine de combustible nucléaire usé

Plutonium

Plutonium

Le plutonium est un élément chimique, généralement d'origine artificielle, utilisé comme combustible nucléaire dans la fabrication d'armes nucléaires.

Le symbole de cet élément chimique est Pu et son numéro atomique est 94. C'est un élément qui appartient à la série des éléments actinides. Le plutonium a 16 isotopes, tous radioactifs. L'élément est un métal argenté et possède 5 structures cristallines différentes.

Chimiquement, le plutonium est un matériau très actif. Il peut former des composés avec tous les éléments non métalliques, à l'exception des gaz rares. Le métal se dissout dans les acides et réagit avec l'eau, bien que modérément comparé aux acides.

Bien que des traces puissent être trouvées dans la nature, tous les isotopes du plutonium sont d'origine artificielle.

Isotopes du plutonium

Le plutonium 239 est l'isotope qui présente le plus grand intérêt chimique. Il est formé dans les réacteurs nucléaires. C'est un isotope fissile, mais il peut également capturer des neutrons pour former des isotopes supérieurs. Dans le domaine de l'énergie nucléaire, la plasti-239 est utilisée comme combustible nucléaire dans la production d'isotopes radioactifs pour la recherche et comme agent fissile dans les armes nucléaires.

Le plutonium 238 est utilisé dans des sources de chaleur pour des applications spatiales, des générateurs de chaleur thermoélectriques et a été utilisé dans des stimulateurs cardiaques.

Une caractéristique importante de beaucoup d'isotopes du plutonium est qu'ils présentent le phénomène de fission spontanée, dans lequel le noyau atomique peut être divisé spontanément sans qu'il soit nécessaire de bombarder de neutron.

Origine et obtention

Le plutonium est obtenu en brûlant du combustible nucléaire est brûlé dans des réacteurs nucléaires classiques. Le combustible irradié provenant de réacteurs nucléaires est principalement composé d'uranium (avec un pourcentage d'environ 96%) et de plutonium (avec un pourcentage légèrement inférieur à 1%).

Le combustible usé peut être géré de deux manières différentes à long terme:

  • Gestion du cycle ouvert. En cycle ouvert, le combustible irradié est considéré comme un déchet radioactif de forte activité dès son évacuation du réacteur et est stocké en permanence.
  • Gestion du cycle fermé. Le cycle fermé consiste à soumettre le combustible usé à un processus mécano-chimique, appelé retraitement ou retraitement, qui permet de séparer l'uranium et le plutonium contenant encore des produits de fission et transuraniens. L'uranium et le plutonium récupérés servent à la fabrication de nouveaux combustibles et les produits de fission et transuraniens constituent les déchets nucléaires de haute activité.

Utilisations du plutonium

Les utilisations les plus importantes du plutonium dépendent de deux de ses propriétés. Premièrement, le rayonnement émis génère beaucoup de chaleur, d'énergie thermique. En fait, le plutonium émet tellement de chaleur que le métal est chaud au toucher. Si un gros morceau de plutonium est placé dans l'eau, la chaleur dégagée peut faire bouillir l'eau.

Le plutonium fournit de l'énergie électrique dans les sondes et les véhicules spatiaux.

La capacité du plutonium à générer de la chaleur en fait un matériau idéal pour une utilisation dans les applications de générateur thermoélectrique. Un générateur thermoélectrique est un appareil qui convertit la chaleur en électricité. La production d'électricité par le biais d'un tel générateur n'est pas pratique à grande échelle. En tout cas, ils sont très intéressants dans certaines conditions. Ces générateurs thermoélectriques ont été utilisés dans les stimulateurs cardiaques artificiels pour les personnes souffrant de maladies cardiaques. L'isotope le plus utilisé pour cette application est le plutonium 238, car les radiations qu'il émet ne constituent pas une menace pour la santé.

Le plutonium est également utilisé comme combustible dans les centrales nucléaires et dans la fabrication d'armes nucléaires ("bombes atomiques"). L'isotope utilisé à cette fin est le plutonium 239. Il est utilisé car il va souffrir de fission nucléaire. La fission nucléaire est très rare dans les isotopes.

Rôle du plutonium dans les réacteurs nucléaires

Étant donné que le plutonium est généré dans le combustible des réacteurs nucléaires, il se fausse également en collaborant avec l'uranium pour la production d'énergie. Au cours du processus, d'autres isotopes sont également générés. certains sont des absorbeurs de neutrons et d'autres des isotopes fissiles.

En fonction du temps d'irradiation ou du degré ou du degré de combustion auquel la proportion de ces isotopes de plutonium dans le combustible est atteinte. Lors de brûlures réduites, la proportion d'isotopes fissiles est très élevée, tandis que lors de brûlures élevées, cette proportion est réduite.

Dans les réacteurs nucléaires commerciaux, les éléments combustibles restent longtemps dans le réacteur jusqu'à ce que l'accumulation de produits de fission et la consommation de matières fissiles annulent leur contribution au fonctionnement du réacteur.

Gestion du plutonium récupéré dans les réacteurs nucléaires

Dans le combustible irradié, il reste entre 7 et 8 kilogrammes de plutonium non brûlé par tonne. Ce plutonium, récupéré lors du retraitement, peut être utilisé pour remplacer l'uranium 235 dans le combustible nucléaire en produisant des pastilles mixtes d'oxyde d'uranium et d'oxyde de plutonium (combustible MOX).

Le combustible MOX peut remplacer le combustible à l'uranium enrichi dans les réacteurs nucléaires à eau légère.

Danger pour la santé

Le plutonium est radioactif et toxique. Mais, bien que parfois dans les médias, il ait été décrit comme la substance la plus toxique connue de l'homme, il existe des substances qui sont beaucoup plus. Le rayon d'occurrence naturelle est environ 200 fois plus radiotoxique, et certaines toxines organiques telles que la toxine botulinique sont des milliards de fois plus toxiques.

Le type principal de rayonnement émis (rayonnement alpha) ne traverse pas une feuille de papier, c'est-à-dire qu'une mince couche de matériau peut arrêter le rayonnement. Il ne peut pas traverser la peau.

Ce qui rend le plutonium vraiment dangereux, c'est sa radiotoxicité. Les radiations émises (radiations alpha) ingérées ou inhalées peuvent provoquer un cancer du poumon ou d'autres types de cancer, selon l'endroit où elles se déposent dans le corps. En quantités beaucoup plus grandes, ils peuvent provoquer une intoxication aiguë par radiation et la mort s'ils sont ingérés ou inhalés.

Ce matériau est utilisé depuis longtemps dans la fabrication d'armes nucléaires et explosives. Lors des essais atmosphériques de bombes atomiques, de grandes quantités de matières radioactives ont été libérées, qui tombent et se déposent ensuite sur le sol.

Les êtres humains ne sont pas susceptibles d'être exposés au plutonium, mais il survient parfois à la suite de fuites accidentelles lors de l'utilisation, du transport ou du dépôt.

En respirant, le plutonium peut rester dans les poumons ou se déplacer vers les os ou d'autres organes. Il reste généralement longtemps dans le corps et expose continuellement les tissus du corps aux radiations. Après quelques années, cela pourrait entraîner le développement d'un cancer.

Le plutonium peut affecter la capacité de résistance aux maladies et sa radioactivité peut provoquer une défaillance de la reproduction.

Effets sur l'environnement

Le plutonium est naturellement présent en très petite quantité. Cependant, l'élément présente d'autres voies d'entrée dans l'environnement par le biais de fuites de réacteurs nucléaires, d'usines de production d'armes atomiques et d'installations de recherche. Surtout dans les essais d'armes nucléaires.

Le plutonium peut pénétrer dans les eaux de surface par des fuites accidentelles et des déversements de déchets radioactifs. Le sol peut être contaminé par des matières radioactives sous l'effet d'une pluie radioactive lors des essais d'armes nucléaires. Le matériau se déplace lentement dans le sol, dans les eaux souterraines. Les plantes absorbent de faibles quantités de ce matériau, mais ces niveaux ne sont pas suffisamment élevés pour provoquer une bioamplification du plutonium dans la chaîne alimentaire ou une accumulation dans les corps d'animaux. 

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Références

Yosoynuclear - Preguntas y respuestas sobre el plutonio

Lenntech - Plutonio - Pu

Dernier examen: 1 août 2019