Voir la source de Plutonium 239

{{Infobox Isotope
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 | date        = 31 mars 2004
 | site        = www-nds.iaea.org
 | éditeur     = [[Agence internationale de l'énergie atomique|AIEA]]
 | consulté le = 11 août 2021
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Le '''plutonium 239''', noté '''{{nobr|239}}Pu''', est l'[[isotope]] du [[plutonium]] dont le [[nombre de masse]] est égal à 239 : son [[noyau atomique]] compte {{unité|94|[[proton]]s}} et {{unité|145|[[neutron]]s}} avec un [[état fondamental]] ayant un [[spin]] 1/2+ pour une [[masse atomique]] de {{unité|239.05216|g/mol}}. Il est caractérisé par un [[excès de masse]] de {{unité|48588|keV}} et une [[énergie de liaison nucléaire]] par [[nucléon]] de {{unité|7560.31|keV}}<ref name="IAEA.Nuclides"/>. Un gramme de {{nobr|plutonium 239}} présente une [[radioactivité]] de {{unité|2.276|GBq}}, tandis qu'un kilogramme de {{nobr|239}}Pu pur est le siège d'environ {{unité|10|[[Fission spontanée|fissions spontanées]]}} par seconde.

== Propriétés du plutonium 239 ==

Il est [[Radioactivité|radioactif]] avec une [[Période radioactive|période]] de {{unité|24110|ans}} en produisant de l'{{nobr|[[uranium 235]]}} par [[Radioactivité α|{{nobr|désintégration α}}]] moyennant une [[énergie de désintégration]] de {{unité|5.245|MeV}}. Il se désintègre également par [[fission spontanée]] avec une probabilité de {{unité|3.1e-10|%}} et une énergie totale par atome fissionné de {{unité|207.1|MeV}} = {{unité|3.318e−11|J}}<ref>
{{lien web|langue=en
 | url=http://www.kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_7/4_7_1.html
 | titre=Table of Physical and Chemical Constants, Sec 4.7.1: Nuclear Fission
 | éditeur=Kaye & Laby Online}}.</ref>.

Le {{exp|239}}Pu est l'un des trois [[radioisotope]]s couramment utilisés dans l'[[Industrie nucléaire|industrie]] et l'[[armement nucléaire]]s, avec le [[Uranium 235|{{exp|235}}U]] et le [[Uranium 233|{{exp|233}}U]].

La [[fission]] d'un atome d'uranium 235 libère deux ou trois [[neutron]]s qui peuvent être capturés par des atomes d'[[uranium 238]] pour donner du {{nobr|plutonium 239}} après deux [[Radioactivité β|{{nobr|désintégrations β{{exp|−}}}}]] successives :
:{{Nucléide|1|0|n|Neutron}} + {{Nucléide|238|92|U|Uranium 238}} ⟶ {{Nucléide|239|92|U|Uranium 239}} <math>\mathrm{\xrightarrow[23,45\ min]{\beta^-\ 1,265\ MeV}}</math> {{Nucléide|239|93|Np|Neptunium 239}} <math>\mathrm{\xrightarrow[2,3565\ jours]{\beta^-\ 0,722\ MeV}}</math> {{Nucléide|239|94|Pu}}.

=== Propriétés nucléaires ===

Le plutonium 239 a une probabilité de [[Fission nucléaire|fission]] plus élevée que l'[[uranium 235]] et libère davantage de [[neutron]]s par fission, ce qui lui confère une [[Masse critique (réaction nucléaire)|masse critique]] plus faible. La fission d'un kilogramme de plutonium 239 peut libérer une énergie équivalente à l'explosion de {{unité|20000|tonnes}} de [[Trinitrotoluène|TNT]] (Avec une énergie totale — neutrinos et antineutrinos compris — par atome fissionné de {{unité|207.2|MeV}} = {{unité|3.31971e-11|J}}, cela produit une libération d'énergie de {{unité|19.992|TJ/mol}} = {{unité|83.629|TJ/kg}}). Le {{exp|239}}Pu pur présente l'avantage de produire relativement peu de [[Fission spontanée|fissions spontanées]] (environ une dizaine par seconde et par kilogramme) et donc d'émissions de neutrons, ce qui permet d'en assembler en quantité largement supérieure à la masse critique avant l'explosion.

Cependant, le {{exp|239}}Pu contient toujours une fraction de [[Plutonium 240|{{exp|240}}Pu]] résultant de l'absorption d'un neutron supplémentaire lors de la production du {{exp|239}}Pu à partir du [[Uranium 238|{{exp|238}}U]]. Le [[Plutonium 240|{{exp|240}}Pu]] produit environ {{unité|420000|fissions}} par seconde et par kilogramme, ce qui en fait un [[contaminant]] indésirable dont on s'efforce de limiter la concentration dans le {{exp|239}}Pu : le plutonium de qualité militaire n'en contient pas plus de 7 %, tandis que le [[combustible nucléaire]] peut en contenir [[Cycle du combustible nucléaire|jusqu'à 31,1 %]]. Un bon moyen de limiter la production de [[Plutonium 240|<sup>240</sup>Pu]] avec le {{exp|239}}Pu consiste à limiter dans le temps l'exposition du [[Uranium 238|{{exp|238}}U]] aux neutrons.

=== Propriétés chimiques ===

D'un point de vue chimique, le [[plutonium]] métallique est un métal très réactif, qui se couvre, en présence de traces d'humidité, d'une couche de [[dioxyde de plutonium]] {{fchim|PuO|2}} et d'[[hydrure de plutonium]] {{fchim|PuH|2-2,7}} non [[stœchiométrique]]. L'[[Dioxygène|oxygène]] a un effet [[Passivation|passivant]] qui retarde l'effet de l'humidité. Un excès de [[vapeur d'eau]] ne produit qu'une couche de {{fchim|PuO|2}} d'aspect poudreux qui rend le métal [[Pyrophoricité|pyrophorique]], d'où la nécessité de le manipuler sous atmosphère inerte d'[[Diazote|azote]] ou d'[[argon]].

Le [[dioxyde de plutonium]] {{fchim|PuO|2}} est 40 % plus volumineux que le métal, ce qui peut provoquer l'éclatement des conteneurs de [[plutonium]] en cas d'[[oxydation]] imprévue. Ces conteneurs doivent être constitués de matériaux tolérant la nature fortement [[Réducteur (chimie)|réductrice]] du plutonium. Ce sont des [[Métal réfractaire|métaux réfractaires]] tels que le [[Tantale (chimie)|tantale]] ou le [[tungstène]], ainsi que des oxydes stables, des composés du [[bore]], des [[carbure]]s, des [[nitrure]]s, voire des alliages de [[silicium]].

== Usages industriels et militaires ==

Les [[Centrale nucléaire|centrales nucléaires]] civiles qui fonctionnent au plutonium sont toujours conçues pour pouvoir exposer de l'{{nobr|[[uranium 238]]}} au flux de neutrons produit par la [[réaction nucléaire]] afin de générer le {{nobr|plutonium 239}} recherché. Cela ouvre naturellement la voie à la production de [[plutonium]] de qualité militaire en détournant des installations civiles pour convertir en {{nobr|plutonium 239}} l'isotope [[Uranium 238|{{exp|238}}U]], toujours présent dans l'[[uranium enrichi]] en [[Uranium 235|{{exp|235}}U]]. D'une manière générale, les centrales sont généralement conçues pour que le remplacement du [[combustible nucléaire]] se fasse après arrêt complet du réacteur, ce qui empêche la génération de {{exp|239}}Pu de qualité suffisante en raison du grand nombre d'isotopes [[réaction parasite|parasites]] générés à cette occasion.

Cependant, certaines conceptions de réacteurs civils ont précisément pour but de permettre le remplacement du combustible à chaud, ce qui rend possible la production de {{nobr|plutonium 239}} militaire : c'est particulièrement le cas des réacteurs canadiens [[PHWR]], français [[Uranium naturel graphite gaz|UNGG]] et soviétiques [[RBMK]]. Des installations plus classiques peuvent également être équipées de systèmes permettant de placer brièvement des barres d'[[uranium appauvri]] près du cœur pour produire du {{nobr|plutonium 239}}, ou peuvent être exploitées en cycles courts avec arrêts fréquents pour générer des matériaux nucléaires à usage militaire, l'[[Agence internationale de l'énergie atomique]] (AIEA) ayant notamment pour rôle d'inspecter de telles installations civiles afin d'y déceler d'éventuels détournements à usage militaire.

Le [[plutonium]] est essentiellement produit dans les [[surgénérateur]]s, conçus au départ pour maximiser la production d'énergie à partir de l'[[uranium]] en exploitant le caractère [[Isotope fertile|fertile]] de l'{{nobr|[[uranium 238]]}} : ce dernier est converti en {{nobr|plutonium 239}} sous l'effet des neutrons issus des fissions contrôlées dans le réacteur à partir de l'{{nobr|[[uranium 235]]}}, le plutonium ainsi produit prenant le relais en tant que combustible nucléaire.

== Notes et références ==

{{Références}}

== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
* [[Plutonium]]
* [[Isotope fissile]]
* [[Chaîne de désintégration]]
* [[Arme nucléaire]]
* [[Isotope fertile]]
* [[Table des isotopes]]

=== Liens externes ===
* [http://www.ead.anl.gov/pub/doc/Plutonium.pdf Argonne National Laboratory] Plutonium

{{Tableau périodique des isotopes (navigation)}}
{{portail|chimie|physique|nucléaire}}

[[Catégorie:Isotope du plutonium]]
[[Catégorie:Radioisotope]]
[[Catégorie:Isotope fissile]]
[[Catégorie:Matériau nucléaire]]
[[Catégorie:Arme nucléaire]]
[[Catégorie:Cancérogène du groupe 1 du CIRC]]