Le plutonium est radioactif, mais il ne semble pas si nocif à première vue. Il ressemble à n’importe quel autre métal, avec un éclat argenté qui devient terne au contact de l’air. La reine Elizabeth II a tenu une pièce lors d’une visite au centre britannique de recherche sur l’énergie atomique à Harwell en 1957. C’était chaud au toucher, mais ça ne faisait pas mal.
Selon le Association nucléaire mondiale (s’ouvre dans un nouvel onglet)même en manger ne fait pas vraiment de mal, même si ce n’est certainement pas recommandé.
Les atomes de plutonium se désagrègent par un processus appelé désintégration alpha. Ils libèrent des particules constituées de deux neutrons et de deux protons (essentiellement un noyau d’hélium). Ils sont si volumineux qu’ils ne peuvent pas traverser la peau humaine. Laissé à lui-même, le plutonium se désintègre lentement. Le vrai danger vient quand les humains interfèrent.
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Un isotope du plutonium nommé plutonium-239 est fissile, ce qui signifie qu’il peut déclencher une réaction nucléaire en chaîne. Les Nations Unies (s’ouvre dans un nouvel onglet) le répertorie comme l’un des deux seuls isotopes radioactifs utilisés pour fabriquer des bombes atomiques. Lorsque vous frappez un atome de plutonium-239 avec un neutron, davantage de neutrons se répandent. Lorsque ces neutrons frappent d’autres atomes de plutonium-239, la même chose se reproduit. Et encore. Cela libère une énorme quantité d’énergie.
Dans de bonnes conditions, l’énergie de fission nucléaire peut être exploité pour de bon. La chaleur dégagée peut faire bouillir de l’eau, qui peut produire de la vapeur, qui peut faire tourner des turbines. Selon l’Association nucléaire mondiale, un tiers de l’énergie produite par les centrales nucléaires provient du plutonium.
Mais il peut aussi être utilisé comme une arme. En 1945, les États-Unis ont mis au point une bombe contenant une petite sphère de plutonium et l’ont ensuite utilisée pour dévaster la ville japonaise de Nagasaki.
D’où vient le plutonium ?
Le Groupe d’experts international sur les matières fissiles (s’ouvre dans un nouvel onglet) estime qu’il y a maintenant 140 tonnes de plutonium de qualité militaire dans le monde. Il fait partie de la soi-disant «dissuasion nucléaire» dans des pays comme les États-Unis, le Royaume-Uni et la Russie.
Selon le Administration nationale de la sécurité nucléaire (s’ouvre dans un nouvel onglet), vous n’avez besoin que d’une quantité de plutonium de la taille d’une boule de bowling pour faire une fosse, le cœur d’une bombe atomique. Mais, se procurer les matières premières n’est pas facile.
Le plutonium n’existe pas vraiment dans la nature ; il ne provient que des réacteurs nucléaires. L’Agence internationale de l’énergie atomique (s’ouvre dans un nouvel onglet) dit qu’il y a un endroit en Afrique, appelé Oklo, où les conditions étaient parfaites pour créer l’élément naturellement. Mais la plupart du plutonium est entièrement fabriqué par l’homme.
Puissance de plutonium
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Un générateur thermoélectrique à radio-isotopes, RTG en abrégé, est une batterie nucléaire. Il capte la chaleur du plutonium en décomposition et la transforme en électricité à l’aide de fils appelés thermocouples. Lorsqu’une extrémité d’un thermocouple devient chaude, un courant commence à circuler.
Les RTG sont utilisés pour alimenter les endroits les plus reculés, des phares sur les côtes dangereuses aux sondes extérieures espace. Mais vous ne pouvez pas utiliser un vieil élément radioactif pour les fabriquer.
Nasa a une stricte liste de critères pour les batteries nucléaires (s’ouvre dans un nouvel onglet). Le carburant doit être sûr, en cas d’accident de lancement. Il ne doit pas émettre trop de rayonnement bêta, gamma ou neutronique, car ils interfèrent avec l’équipement. Il doit être stable car vous ne voulez pas qu’il explose. Il doit avoir une longue demi-vie car vous ne pouvez pas changer une pile dans l’espace. Et il doit être léger car il doit descendre de la rampe de lancement.
L’Association nucléaire mondiale affirme que, sur les 2 900 isotopes radioactifs connus, le plutonium-238 est l’un des 22 seulement appropriés pour le travail.
La découverte du plutonium
Le plutonium est un ajout relativement nouveau au tableau périodique.
Selon le Laboratoire national de Los Alamos (s’ouvre dans un nouvel onglet), les scientifiques l’ont rencontré pour la première fois pendant la Seconde Guerre mondiale. En 1940, des scientifiques du Laboratoire de rayonnement de Berkeley (s’ouvre dans un nouvel onglet) expérimentaient avec de l’uranium, tirant des atomes d’hydrogène lourds sur l’élément pour voir ce qui se passerait.
L’uranium est radioactif et le bombardement l’a fait se séparer, libérant un autre élément radioactif, le neptunium. Cet élément était instable et il s’est désintégré en un autre élément radioactif inconnu. Suivant le thème planétaire, les scientifiques l’ont appelé plutonium. Son potentiel en tant qu’arme nucléaire était immédiatement évident et en l’espace de deux ans, la production top secrète avait commencé au Laboratoire métallurgique de Chicago.
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Utilisations du plutonium
Armes nucléaires
Selon la Royal Society of Chemistry, un kilogramme de plutonium peut produire une explosion équivalente à 10 000 tonnes d’explosifs chimiques. Les traités nucléaires visent à empêcher l’utilisation de ces armes dévastatrices.
Chauffe-eau
Les composants électriques des engins spatiaux fonctionnent mieux à certaines températures. Le plutonium-238 libère beaucoup de chaleur lorsqu’il se désintègre, ce qui contribue à réchauffer ces instruments délicats (s’ouvre dans un nouvel onglet) dans l’espace lointain.
L’énérgie thermique
La chaleur générée par la décomposition du plutonium peut être captée et transformée en électricité. Selon l’Association nucléaire mondiale, un kilogramme de plutonium peut produire 8 millions de kilowattheures d’électricité.
Stimulateurs nucléaires
Une poignée de personnes aux États-Unis ont des stimulateurs cardiaques au plutonium. Ces appareils ne sont pas dangereux à l’intérieur du corps, mais le Laboratoire national de Los Alamos (s’ouvre dans un nouvel onglet) éliminez-les soigneusement lorsqu’ils sont retirés.
Ressources additionnelles
Pour en savoir plus sur les détails du plutonium, vous pouvez visiter le Site Web de la Société royale de chimie (s’ouvre dans un nouvel onglet). De plus, pour en savoir plus sur l’utilisation du plutonium-238 pour l’exploration spatiale, lisez ceci article de l’American Chemical Society (s’ouvre dans un nouvel onglet).
Bibliographie
“Le drame du plutonium (s’ouvre dans un nouvel onglet)“. Ingénierie nucléaire internationale (2005).
“Plutonium”. Association Nucléaire Mondiale (2021 (s’ouvre dans un nouvel onglet)).
“La désintégration alpha”. Archives atomiques (2022) (s’ouvre dans un nouvel onglet).
“Matière fissile (s’ouvre dans un nouvel onglet)“. Les Nations Unies.
“Stocks de matières fissiles (s’ouvre dans un nouvel onglet)“. Groupe d’experts international sur les matières fissiles (2022).
“Production de puits de plutonium (s’ouvre dans un nouvel onglet)“. Administration nationale de la sécurité nucléaire (2022).
“Découvrez Oklo, le seul réacteur nucléaire naturel connu de la Terre vieux de deux milliards d’années (s’ouvre dans un nouvel onglet)“. Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) (2018).
“Capteur thermocouple (s’ouvre dans un nouvel onglet)“. OMEGA (2022).
“À propos du plutonium-238”. Systèmes d’alimentation radio-isotopes de la NASA (s’ouvre dans un nouvel onglet).
“Numéro atomique 94 (s’ouvre dans un nouvel onglet)“. Laboratoire national de Los Alamos (2021).
“Laboratoire métallurgique de l’Université de Chicago (s’ouvre dans un nouvel onglet)“. Bureau de gestion des héritages.
