Le plutonium est un métal argenté radioactif qui peut être utilisé pour créer ou détruire. S’il a été utilisé pour la destruction peu après sa fabrication, aujourd’hui, cet élément est surtout utilisé pour créer de l’énergie dans le monde entier.
Le plutonium a été produit et isolé pour la première fois en 1940 et a été utilisé pour fabriquer la bombe atomique « Fat Man » qui a été larguée sur Nagasaki à la fin de la Seconde Guerre mondiale, cinq ans seulement après sa production, a déclaré Amanda Simson, professeur adjoint de génie chimique à l’Université de New Haven.
Les faits
Voici les propriétés du plutonium, selon le Los Alamos National Laboratory:
- Numéro atomique : 94
- Symbole atomique : Pu
- Poids atomique : 244
- Point de fusion : 1 184 F (640 C)
- Point d’ébullition : 5 842 F (3 228 C)
Découverte & histoire
Le plutonium a été découvert en 1941 par les scientifiques Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan et Arthur C. Wohl à l’université de Californie, Berkley. La découverte a eu lieu lorsque l’équipe a bombardé de l’uranium-238 avec des deutérons qui avaient été accélérés dans un cyclotron, ce qui a créé du neptunium-238 et deux neutrons libres. Le neptunium-238 s’est ensuite décomposé en plutonium-238 par désintégration bêta.
Cette expérience n’a pas été partagée avec le reste de la communauté scientifique avant 1946, après la Seconde Guerre mondiale. Seaborg a soumis un article sur leur découverte à la revue Physical Review en mars 1941, mais l’article a été retiré lorsqu’on a découvert qu’un isotope du plutonium, le Pu-239, pouvait être utilisé pour créer une bombe atomique.
Soon, Seaborg a été envoyé pour diriger le laboratoire de production de plutonium, également connu sous le nom de Met Lab, à l’Université de Chicago, selon le Los Alamos National Laboratory. Le but de ce laboratoire était de créer du plutonium dans le cadre du projet Manhattan. Le projet Manhattan était une entreprise secrète pendant la Seconde Guerre mondiale qui travaillait exclusivement au développement d’une bombe atomique.
Le 18 août 1942, ils ont eu leur premier grand succès. Ils ont réussi à créer une quantité infime de plutonium visible à l’oeil nu. Elle n’équivalait qu’à environ 1 microgramme. A partir de ce minuscule échantillon, les scientifiques ont déterminé le poids atomique du plutonium.
Le projet Manhattan a finalement produit suffisamment de plutonium pour le « test Trinity ». Au cours de ce test, la première bombe atomique du monde, ou « le gadget », a explosé près de Socorro, au Nouveau-Mexique, le 16 juillet 1945, sous l’impulsion du directeur du laboratoire de Los Alamos, Robert Oppenheimer, et du général d’armée Leslie Groves.
A propos de l’essai, Oppenheimer a déclaré : « Nous savions que le monde ne serait pas le même. Quelques personnes ont ri, quelques personnes ont pleuré. La plupart des gens étaient silencieux. Je me suis souvenu de la ligne de l’écriture sainte hindoue, la Bhagavad-Gita. Vishnu essaie de persuader le prince de faire son devoir et, pour l’impressionner, il prend sa forme à plusieurs bras et dit : « Maintenant, je suis la Mort, le destructeur des mondes ». Je suppose que nous avons tous pensé cela, d’une manière ou d’une autre », selon la Royal Society of Chemistry.
L’explosion avait l’équivalent en énergie d’environ 20 000 tonnes de TNT. La première bombe atomique utilisée en temps de guerre est tombée sur Hiroshima, au Japon, le 6 août 1945. Cette bombe atomique, surnommée « Little Boy », avait cependant un noyau d’uranium. La deuxième bombe, larguée sur Nagasaki, au Japon, le 9 août 1945, avait un noyau de plutonium. Le « Fat Man », comme on l’appelait, a accéléré la fin de la Seconde Guerre mondiale.
Propriétés du plutonium
Le plutonium métallique fraîchement préparé a une couleur argentée brillante mais prend un ternissement gris terne, jaune ou vert olive lorsqu’il est oxydé à l’air. Le métal se dissout rapidement dans les acides minéraux concentrés. Un gros morceau de plutonium est chaud au toucher en raison de l’énergie dégagée par la désintégration alpha ; les gros morceaux peuvent produire suffisamment de chaleur pour faire bouillir de l’eau. À température ambiante, le plutonium de forme alpha (la forme la plus courante) est aussi dur et cassant que la fonte. Il peut être allié à d’autres métaux pour former la forme delta stabilisée à température ambiante, qui est douce et ductile. Contrairement à la plupart des métaux, le plutonium n’est pas un bon conducteur de chaleur ou d’électricité. Il a un point de fusion bas et un point d’ébullition inhabituellement élevé.
Le plutonium peut former des alliages et des composés intermédiaires avec la plupart des autres métaux, et des composés avec une variété d’autres éléments. Certains alliages ont des capacités supraconductrices et d’autres sont utilisés pour fabriquer des pastilles de combustible nucléaire. Ses composés présentent une grande variété de couleurs, en fonction de l’état d’oxydation et de la complexité des différents ligands. En solution aqueuse, il existe cinq états ioniques de valence.
Le plutonium, ainsi que tous les autres éléments transuraniens, présente un risque radiologique et doit être manipulé avec un équipement et des précautions spécialisés. Des études sur les animaux ont montré que quelques milligrammes de plutonium par kilogramme de tissu sont mortels.
Sources
Le plutonium ne se trouve généralement pas dans la nature. On trouve des traces de plutonium dans les minerais d’uranium d’origine naturelle. Là, il est formé d’une manière similaire au neptunium : par irradiation de l’uranium naturel avec des neutrons suivie d’une désintégration bêta.
Primairement, cependant, le plutonium est un sous-produit de l’industrie de l’énergie nucléaire. Chaque année, environ 20 tonnes de plutonium sont produites, selon le Los Alamos National Laboratory. Le combustible nucléaire usé peut également être retraité pour séparer le plutonium utilisable des autres éléments présents dans le combustible.
Les essais d’armes atmosphériques dans les années 1950 et 1960 ont laissé des tonnes de plutonium dans l’atmosphère terrestre qui s’y trouve encore aujourd’hui, selon l’Association nucléaire mondiale.
Utilisations
Pour la plupart, le plutonium n’est pas utilisé pour grand-chose. En fait, sur les cinq isotopes communs, seuls deux isotopes du plutonium, le plutonium-238 et le plutonium-239, sont utilisés pour quoi que ce soit.
Le plutonium-238 est utilisé pour fabriquer de l’électricité pour les sondes spatiales à l’aide de générateurs thermoélectriques à radio-isotopes. Ces générateurs sont mis en marche lorsque les sondes ne peuvent pas obtenir suffisamment d’énergie solaire parce qu’elles se sont trop éloignées du soleil. Parmi les sondes qui utilisent du plutonium 238, on peut citer Cassini et Galileo.
Lorsqu’il est suffisamment concentré, le plutonium-239 subit une réaction en chaîne de fission. Pour cette raison, il est utilisé dans les armes nucléaires et certains réacteurs nucléaires.
En fait, l’une des plus grandes utilisations du plutonium est l’énergie. Selon l’Association nucléaire mondiale, plus d’un tiers de l’énergie produite dans la plupart des centrales nucléaires provient du plutonium. Le plutonium est le principal combustible des réacteurs à neutrons rapides.
Qui le savait ?
Pendant des décennies, les scientifiques se sont demandés pourquoi le plutonium n’agissait pas comme les autres métaux de son groupe. Par exemple, le plutonium est un mauvais conducteur d’électricité et il ne colle pas aux aimants. Aujourd’hui, les chercheurs ont découvert où se cachait son « magnétisme manquant » et cela tient au comportement farfelu des électrons de l’enveloppe extérieure de l’élément. Contrairement aux autres métaux, qui ont un nombre fixe d’électrons dans leur coquille externe, lorsqu’il est dans un état fondamental, le plutonium peut y avoir quatre, cinq ou six électrons.
Ce nombre fluctuant d’électrons de la coquille externe explique pourquoi le plutonium n’est pas magnétique : pour qu’un atome interagisse avec les aimants, les électrons non appariés de sa coquille externe doivent s’aligner dans un champ magnétique.
L’isotope le plus stable du plutonium, le plutonium-244, peut durer longtemps. Il a une demi-vie d’environ 82 millions d’années et se désintègre en uranium-240 par désintégration alpha, selon le Jefferson Lab.
Le plutonium a été nommé d’après la planète, Pluton. C’est parce qu’il est venu après l’uranium, qui a été nommé après la planète Uranus, et le neptunium, qui a été nommé après la planète Neptune.
Le plutonium émet des neutrons, des particules bêta et des rayons gamma.