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Plutonium
Plutonium
Le plutonium est le plus connu des éléments artificiels. Avec 94 protons, il possède 2 protons de plus que l’uranium, qui est le plus lourd des éléments connus sur Terre. On le fabrique dans les réacteurs nucléaires à partir d’Uranium, dont il est en quelque sorte un sous-produit.
L'Uranium-235 émet spontanément des neutrons, mais c'est un phénomène peu fréquent. Cela suffit pour enclencher la fission entretenue dans une centrale qui contient de l'Uranium enrichi en Uranium-235. Dans l'Uranium naturel, où il y a très peu d'Uranium-235, ces neutrons se perdent, sans produire de fission ultérieure. Pour qu'un neutron produise la fission de U-235, il faut qu'il soit ralenti, et énormément ralenti. Dans une centrale, comme dans une bombe atomique, on ralentit ces neutrons en les faisant rebondir un grand nombre de fois contre des atomes légers comme les atomes d'hydrogène de l'eau (ou le carbone du graphite).
Chaque fission crée en gros 3 neutrons. S'il y a moins de 5 % U-235 dans l’uranium utilisé, ces neutrons se perdent. S'il y en a environ 5 %, seuls 2 sur 3 se perdent, et le neutron restant peut créer une nouvelle fission, produire trois neutrons rapides, qu'on ralentit. Deux se perdent et le 3ème entretient la réaction en chaîne. Cela continue jusqu'à épuisement de l'Uranium-235. Comme chaque fission dégage de la chaleur, l'eau bout et la vapeur entraîne des turbines, ce qui produit de l'électricité.
Sur les 3 neutrons créés par fission, un seul entretient la réaction en chaîne. Les deux autres sortent du récipient, ou sont captés par l'Uranium-238, qu'ils soient rapides ou lents. Ils forment alors de l'Uranium-239, qui lui est un atome radioactif de type béta. Peu à peu, ces noyaux voient un de leurs neutrons se transformer en proton avec émission d'un électron béta. Donc ils voient leurs noyaux contenir davantage de protons (et moins de neutrons). Ils se transforment ainsi en Neptunium-239, puis en Plutonium-239. Et ce plutonium-239 possède la même propriété que l'Uranium-235 : il est fissile. Heurté par un neutron lent, il se casse en émettant trois neutrons. On peut faire une bombe atomique avec du plutonium. C'est celle qui fut larguée sur Nagasaki en 1945. Et cette bombe possède l'avantage d'avoir une masse critique plus petite : 5 kg seulement. On peut la mettre à l'extrémité d'un obus de guerre, ce qui n'est pas le cas des bombes à U-235.
Ceci dit, le plutonium est peut-être l’élément le plus toxique connu. La dose léthale est de 8 nanogrammes. Les stocks de plutonium accumulés dans le monde suffiraient pour anéantir plusieurs millions de fois toute la population du globe terrestre.