Comment le plutonium de qualité militaire est-il obtenu ? Plutonium d'armes. Isotopes lourds du plutonium

18.08.2021

Ils l'appellent "armes" pour le distinguer de "réacteur". Le plutonium se forme dans tout réacteur nucléaire fonctionnant à l'uranium naturel ou faiblement enrichi, contenant principalement l'isotope 238 U, lorsqu'il capture les neutrons en excès. Mais pendant que le réacteur fonctionne, l'isotope de plutonium de qualité militaire brûle rapidement, de sorte qu'une grande quantité d'isotopes 240 Pu, 241 Pu et 242 Pu s'accumulent dans le réacteur, formés lors de captures successives de plusieurs neutrons - depuis la combustion - la profondeur est généralement déterminée par des facteurs économiques. Plus la profondeur de combustion est faible, moins il y aura d'isotopes 240 Pu, 241 Pu et 242 Pu dans le plutonium séparé du combustible nucléaire irradié, mais moins il se formera de plutonium dans le combustible.

Une production spéciale de plutonium pour les armes contenant presque exclusivement du 239 Pu est nécessaire, principalement parce que les isotopes avec des nombres de masse 240 et 242 créent un fond de neutrons élevé qui rend difficile la conception d'armes nucléaires efficaces, de plus, le 240 Pu et le 241 Pu ont un période de demi-vie supérieure à 239 Pu, en raison de laquelle les parties de plutonium s'échauffent, et il est nécessaire d'introduire en outre des éléments de dissipateur thermique dans la conception d'une arme nucléaire. De plus, les produits de désintégration des isotopes lourds endommagent le réseau cristallin du métal, ce qui peut entraîner une modification de la forme des pièces en plutonium, ce qui entraîne la défaillance d'un engin explosif nucléaire.

En principe, toutes ces difficultés peuvent être surmontées, et des dispositifs explosifs nucléaires à partir de plutonium "réacteur" ont été testés avec succès, cependant, dans les munitions, où la compacité, la légèreté, la fiabilité et la durabilité jouent un rôle important, seul le plutonium de qualité militaire spécialement produit est utilisé. La masse critique du 240 Pu et du 242 Pu métalliques est très élevée, le 241 Pu est légèrement supérieur à celui du 239 Pu.

Production

Disposition

Depuis la fin des années 1990, les États-Unis et la Russie ont élaboré des accords pour éliminer les excédents de plutonium de qualité militaire.

voir également

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Remarques

Liens

, Coalition canadienne pour la responsabilité nucléaire
, Amory B. Lovins, 28 février 1980, Nature, Vol. 283, non. 5750, p. 817-823
GarwinRichard L. Cycle du combustible nucléaire : le retraitement a-t-il un sens ? // / B. van der Zwaan. - World Scientific, 1999. - P. 144. - ISBN 978-981-02-4011-0.

Un extrait caractérisant le plutonium de qualité militaire

Sa maladie a suivi son propre ordre physique, mais ce que Natasha a appelé cela lui est arrivé, lui est arrivé deux jours avant l'arrivée de la princesse Mary. C'était cette dernière lutte morale entre la vie et la mort dans laquelle la mort a triomphé. C'était une prise de conscience inattendue qu'il chérissait toujours la vie, qui lui semblait amoureuse de Natasha, et la dernière crise d'horreur modérée devant l'inconnu.
C'était le soir. Il était, comme d'habitude après le dîner, dans un léger état de fièvre, et ses pensées étaient extrêmement claires. Sonya était assise à table. Il s'est assoupi. Soudain, un sentiment de bonheur l'envahit.
« Ah, elle est entrée ! il pensait.
En effet, Natasha, qui venait d'entrer avec des pas inaudibles, était assise à la place de Sonya.
Depuis qu'elle l'avait suivi, il avait toujours eu cette sensation physique de sa proximité. Elle était assise sur un fauteuil, de côté, lui bloquant la lumière de la bougie et tricotant un bas. (Elle avait appris à tricoter des bas depuis que le prince Andrei lui avait dit que personne ne savait comment s'occuper des malades aussi bien que des vieilles nounous qui tricotaient des bas, et qu'il y avait quelque chose d'apaisant à tricoter un bas.) de temps en temps des rayons se heurtaient, et le profil pensif de son visage baissé lui était clairement visible. Elle a fait un mouvement - la balle a roulé de ses genoux. Elle frissonna, se retourna vers lui et, protégeant la bougie de sa main, d'un mouvement prudent, souple et précis, se pencha, ramassa la balle et s'assit dans sa position antérieure.
Il la regarda sans bouger, et vit qu'après son mouvement, elle avait besoin de respirer profondément, mais elle n'osa pas le faire et reprit soigneusement son souffle.
Dans la laure de la Trinité, ils ont parlé du passé, et il lui a dit que s'il était vivant, il remercierait Dieu pour toujours pour sa blessure, qui l'a ramené à elle ; mais depuis lors, ils n'ont jamais parlé de l'avenir.
« Est-ce possible ou non ? pensa-t-il maintenant, la regardant et écoutant le léger bruit d'acier des rayons. "Est-ce vraiment seulement alors que le destin m'a si étrangement réuni avec elle pour que je meure? .. Était-il possible que la vérité de la vie ne m'ait été révélée que pour que je vive dans le mensonge?" Je l'aime plus que tout au monde. Mais que dois-je faire si je l'aime ? dit-il, et soudain il gémit involontairement, par une habitude qu'il avait prise pendant sa souffrance.
En entendant ce bruit, Natasha posa son bas, se pencha plus près de lui, et soudain, remarquant ses yeux lumineux, s'approcha de lui d'un pas léger et se pencha.
- Vous ne dormez pas ?
- Non, je te regarde depuis longtemps ; J'ai ressenti quand tu es entré. Personne comme toi, mais me donne ce doux silence... cette lumière. Je veux juste pleurer de joie.
Natasha se rapprocha de lui. Son visage rayonnait d'une joie extatique.
"Natacha, je t'aime trop. Plus que tout au monde.
- Et moi? Elle se détourna un instant. - Pourquoi trop ? - dit-elle.
- Pourquoi trop ?.. Eh bien, qu'en pensez-vous, comment vous sentez-vous dans votre cœur, au fond de votre cœur, est-ce que je serai en vie ? Qu'en penses-tu?
- Je suis sûr, je suis sûr ! - Cria presque Natasha en le prenant passionnément par les deux mains.
Il s'arrêta.
- Comme c'est gentil! Et lui prenant la main, il la baisa.
Natasha était heureuse et excitée ; et aussitôt elle se souvint que c'était impossible, qu'il avait besoin de calme.
"Mais tu n'as pas dormi," dit-elle, réprimant sa joie. "Essayez de dormir... s'il vous plait."
Il la relâcha, lui serrant la main, elle se dirigea vers la bougie et s'assit à nouveau dans sa position précédente. Deux fois, elle le regarda, ses yeux brillant vers elle. Elle s'est donné une leçon sur le bas et s'est dit que jusque-là, elle ne regarderait pas en arrière avant de l'avoir fini.
En effet, peu de temps après, il ferma les yeux et s'endormit. Il n'a pas dormi longtemps et s'est soudainement réveillé avec des sueurs froides.
En s'endormant, il pensait à la même chose à laquelle il pensait de temps en temps - à propos de la vie et de la mort. Et plus sur la mort. Il se sentait plus proche d'elle.
"Amour? Qu'est-ce que l'amour? il pensait. "L'amour interfère avec la mort. L'amour c'est la vie. Tout, tout ce que je comprends, je ne comprends que parce que j'aime. Tout est, tout n'existe que parce que j'aime. Tout est lié par elle. L'amour est Dieu, et mourir signifie pour moi, particule d'amour, retourner à la source commune et éternelle. Ces pensées lui parurent réconfortantes. Mais ce n'étaient que des pensées. Quelque chose leur manquait, quelque chose qui était unilatéralement personnel, mental - il n'y avait aucune preuve. Et il y avait la même anxiété et incertitude. Il s'est endormi.
Il a vu dans un rêve qu'il était allongé dans la même pièce où il se trouvait réellement, mais qu'il n'était pas blessé, mais en bonne santé. De nombreuses personnes différentes, insignifiantes, indifférentes, comparaissent devant le prince Andrei. Il leur parle, discute de quelque chose d'inutile. Ils vont aller quelque part. Le prince Andrei rappelle vaguement que tout cela est insignifiant et qu'il a d'autres préoccupations les plus importantes, mais continue de parler, les surprenant, avec quelques mots vides et pleins d'esprit. Peu à peu, imperceptiblement, tous ces visages commencent à disparaître, et tout est remplacé par une question sur la porte fermée. Il se lève et se dirige vers la porte pour faire coulisser le verrou et la verrouiller. Tout dépend s'il a ou non le temps de l'enfermer. Il marche, pressé, ses jambes ne bougent pas, et il sait qu'il n'aura pas le temps de verrouiller la porte, mais tout de même, il tend douloureusement toutes ses forces. Et une peur lancinante s'empare de lui. Et cette peur est la peur de la mort : elle se tient derrière la porte. Mais en même temps qu'il rampe maladroitement jusqu'à la porte, c'est quelque chose de terrible, d'autre part, déjà, pressant, y pénétrant. Quelque chose qui n'est pas humain - la mort - se brise à la porte, et nous devons la garder. Il saisit la porte, exerçant ses derniers efforts - il n'est plus possible de la verrouiller - du moins pour la retenir ; mais sa force est faible, maladroite, et, pressée par le terrible, la porte s'ouvre et se referme.
Encore une fois, il a appuyé à partir de là. Les derniers efforts surnaturels sont vains et les deux moitiés s'ouvrent silencieusement. Il est entré, et c'est la mort. Et le prince Andrew est mort.
Mais au même moment où il est mort, le prince Andrei s'est souvenu qu'il dormait, et au même moment où il est mort, lui, après avoir fait un effort sur lui-même, s'est réveillé.
"Oui, c'était la mort. Je suis mort - je me suis réveillé. Oui, la mort est un réveil ! - s'éclaira soudain dans son âme, et le voile qui cachait jusqu'alors l'inconnu se leva devant son regard spirituel. Il sentit, pour ainsi dire, la libération de la force précédemment liée en lui et cette étrange légèreté qui ne l'avait pas quitté depuis lors.
Quand il s'est réveillé en sueur froide, agité sur le canapé, Natasha s'est approchée de lui et lui a demandé ce qui n'allait pas chez lui. Il ne lui répondit pas et, ne la comprenant pas, la regarda d'un air étrange.
C'est ce qui lui est arrivé deux jours avant l'arrivée de la princesse Mary. À partir de ce jour-là, comme l'a dit le médecin, la fièvre débilitante a pris un mauvais caractère, mais Natasha ne s'est pas intéressée à ce que le médecin a dit: elle a vu ces signes moraux terribles et plus incontestables pour elle.
A partir de ce jour, pour le prince Andrei, avec le réveil du sommeil, le réveil de la vie a commencé. Et par rapport à la durée de la vie, cela ne lui paraissait pas plus lent que le réveil du sommeil par rapport à la durée d'un rêve.

Rappelons brièvement l'historique de la signature de SOUPE-2000 de deux différentes parties: 1) spécifiquement sur le plutonium et 2) en conjonction avec les traités START-I et START-III - le traité sur la réduction des armes offensives.

Cela n'a aucun sens d'analyser START-2 en détail, mais abordons-le brièvement. En 1993, le président russe Eltsine B.N. et le président américain George W. Bush a signé START II. En bref, selon lui, les parties se sont engagées à abandonner l'utilisation de missiles balistiques à véhicules à rentrée multiple. Le motif est clair - c'est très dangereux, le risque d'escalade de la tension internationale et d'un conflit mondial est trop grand. Mais l'année 1993 a été trop mouvementée en Russie pour qu'elle en arrive à la ratification de ce traité dont le sort s'est avéré très court. Les forces armées RF, puis la Douma d'État, ont tenu des débats et apporté des changements jusqu'en 2002, lorsque les États-Unis se sont retirés unilatéralement du traité de limitation ABM. En réponse, le gouvernement russe a tout simplement refusé de ratifier START-2.

George Bush (États-Unis) et Mikhaïl Gorbatchev (URSS), Photo : gazeta.eot.su

Mais la signature de START-II et le refus de le ratifier n'ont pas annulé START-I, signé par l'URSS et les USA en 1991 le 31 juillet par Gorbatchev et George W. Bush. En vertu de ce traité, l'URSS devait se limiter à 6 000 ogives nucléaires et les États-Unis à 8 500. La mise en œuvre du traité a été entravée par un "petit problème" - l'URSS s'est effondrée. Cependant, le 23 mai 1992, le traité de Lisbonne a été signé, auquel étaient parties les États-Unis, la Russie, la Biélorussie, l'Ukraine et le Kazakhstan, conformément auquel les trois derniers États ont rejoint START-1. La Biélorussie, l'Ukraine et le Kazakhstan sont les États sur le territoire desquels se trouvaient les anciens arsenaux nucléaires communs de l'URSS en 1992. En vertu du traité de Lisbonne, la Biélorussie, l'Ukraine et le Kazakhstan ont assumé l'obligation soit de détruire les armes nucléaires qui se sont retrouvées sur leur territoire, soit de les transférer à la Russie. Le 6 décembre 2001, la Russie et les États-Unis ont annoncé qu'ils s'étaient pleinement conformés à leurs obligations au titre de START-1.

Que signifiaient les réductions des ogives nucléaires pour nos projets nucléaires et ceux des États-Unis ? Une partie des stocks d'uranium de qualité militaire et de plutonium de qualité militaire accumulés pendant la guerre froide s'est avérée tout simplement "superflue" pour les programmes de défense des deux États. Cela est devenu la base de l'accord puis du contrat HEU-LEU de 1993-1994 et le début de la préparation du SOUP. Avec le plutonium, la question est techniquement beaucoup plus compliquée qu'avec l'uranium : en 1992, personne ne comprenait comment se débarrasser d'une substance radioactive dangereuse dont la période radioactive est de 24 000 ans. La première étape était évidente : la Russie et les États-Unis se sont engagés à fermer et à éliminer tous les réacteurs nucléaires produisant du plutonium de qualité militaire.

"Nous ne comprenons pas encore très bien comment détruire, mais nous ne créerons certainement pas de nouveaux stocks."

Dans les mêmes années, la France a commencé à développer sa première expérience dans la production de combustible MOX, mais la technologie utilisée dans ce pays utilisait du plutonium uniquement et exclusivement à partir de combustible nucléaire usé (combustible nucléaire usé). Il était complètement incompréhensible de savoir comment utiliser du plutonium de qualité militaire dans le même but, mais même alors, des experts de premier plan ont compris que c'était le traitement du plutonium de qualité militaire en combustible MOX et sa «combustion» ultérieure dans les réacteurs des centrales nucléaires qui était le plus important. moyen fiable de s'en débarrasser. En octobre 1996, des experts de plusieurs pays se sont réunis à Paris, où le retraitement du plutonium de qualité militaire en combustible MOX a été reconnu comme le schéma d'élimination préféré, et la soi-disant « immobilisation » a été reconnue comme une option supplémentaire.

Immobilisation, en bref - une technique technologique dans laquelle le plutonium est inclus dans la composition d'un composé chimiquement stable avec d'autres éléments chimiques, le "mélange" résultant complet avec des modérateurs de neutrons (pour se prémunir contre une réaction de fission en chaîne) est placé dans une capsule faite d'un type spécial de verre, la capsule est placée dans un conteneur en acier, le conteneur en acier est "enterré" dans des formations géologiques profondes. L'histoire de l'aiguille de Koshcheev d'une nouvelle manière, provoquant un scepticisme sain. Un composé chimique est à la fois créé et détruit, pour cela, un thésauriseur n'est pas nécessaire. Le stockage éternel dans des structures géologiques profondes est une entreprise théoriquement remarquable, qui n'a jamais été mise en œuvre dans la pratique, et il ne s'agit pas seulement d'une sorte de substance radioactive, mais du composant le plus important des armes atomiques et thermonucléaires.

Depuis 1998, l'accord intergouvernemental russo-américain sur la coopération scientifique et technique dans le domaine de la gestion du plutonium retiré des programmes militaires est en vigueur, des experts ont commencé à élaborer tous les points de l'accord de 2000. Il était initialement prévu de commencer le recyclage au plus tard en 2007 : 34 tonnes pour chaque face à raison d'au moins 2 tonnes par an. Mais la technologie ne voulait pas abandonner rapidement et facilement - des protocoles supplémentaires ont donc suivi en 2006 et 2010, dont le dernier devait commencer la destruction effective du plutonium de qualité militaire en 2018. Dans le même temps, l'option principale a été choisie comme seule technologie possible: le combustible MOX - un réacteur de centrale nucléaire. Tout changement n'est possible qu'avec le consentement écrit des deux parties - il est évident que de cette manière, la Russie s'assurait déjà contre les tentatives américaines d'utiliser l'immobilisation.

Unité de puissance n ° 4 de la centrale nucléaire de Beloyarsk avec un réacteur à neutrons rapides BN-800, Photo: sdelanounas.ru

L'assurance était tout à fait logique pour la Russie et Rosatom, principalement pour des raisons techniques. Ni nos centrales nucléaires conventionnelles ni le réacteur à neutrons rapides BN-600 n'ont encore utilisé de combustible MOX, et y passer n'est pas le plaisir le moins cher, nécessitant de lourds investissements. Néanmoins, la Russie a néanmoins rempli ses obligations de manière cohérente et précise: elle a construit le réacteur BN-800, développé une technologie de transformation du plutonium de qualité militaire en combustible MOX, achevant soigneusement ce développement avec la construction d'une usine unique à Jeleznogorsk. Il s'agit de la seule usine au monde capable de convertir le plutonium du combustible nucléaire usé et du plutonium de qualité militaire en combustible MOX. Et encore une fois, il est évident qu'ici aussi Rosatom jouait la sécurité : nous ne recyclerons pas d'armes dans le cadre d'un accord avec les États-Unis - nous utiliserons notre combustible nucléaire usé, en favorisant mise en œuvre pratique technologies du cycle fermé du combustible nucléaire. Si nous ne le faisons pas, nous pouvons potentiellement avoir une usine "morte", des investissements de l'État enfouis dans le béton.

Les États-Unis avec la technologie "plutonium de qualité militaire - combustible MOX - réacteur de centrale nucléaire" ne pouvaient pas faire face au mot "absolument". Il n'y a pas de technologie ni d'ailleurs d'usine de production de combustible MOX. Il n'y a pas un seul réacteur industriel à neutrons rapides. Pas une seule autorisation de l'AIEA n'a été obtenue pour l'utilisation du combustible MOX dans les réacteurs conventionnels. Dans le même temps, selon le protocole de la SOUPE de 2010, je vous rappelle que la destruction pratique du plutonium devait commencer en 2018 - c'est-à-dire que les Américains n'avaient plus qu'un an et demi en stock. Et même si la Russie fermait les yeux sur tout cela et acceptait l'immobilisation notoire, les Américains ne pourraient pas la mettre en œuvre dans une telle période : eh bien, ils n'ont pas une seule installation de stockage dans une formation géologique profonde ! Le projet Yucca Mountain est gelé, laissé sans financement, ni Madame Clinton ni M. Trump n'ont de position définie sur ce projet. L'accueil des déchets radioactifs à l'entrepôt WIPP, tel qu'il avait été suspendu après l'incendie de 2014, n'a pas été repris jusqu'à présent "pour des raisons techniques". Où « immobiliser », excusez-moi ?

Vladimir Poutine (Russie), Photo : http://politikus.ru/

Au vu de tout ce qui a été dit, il semble qu'il n'y a pas le moindre sens à qualifier la loi d'aujourd'hui de sorte d'"ultimatum" de notre part. À notre avis, Vladimir Vladimirovitch, en général, a sauvé l'image des États-Unis de l'inévitable disgrâce : si ce n'était de son initiative de suspendre la SOUPE, le nouveau président américain devrait simplement admettre que son État n'est pas en mesure remplir ses obligations en raison de son incohérence technologique. Mais la Russie n'a pas non plus l'intention de pardonner à ces gars sans espoir - les conditions dans lesquelles la Russie est prête à reprendre le fonctionnement de la SOUPE nécessitent un changement complet de l'ensemble police étrangère ETATS-UNIS. "Rien de personnel, juste des affaires" - si les messieurs des Américains ont soudainement oublié le proverbe qu'ils ont inventé, ils s'en souviennent. Dur? Indubitablement.

Mais ni Poutine personnellement, ni Rosatom en particulier, ni la Russie du tout ne sont à blâmer pour le fait que les mains de la génération actuelle de scientifiques nucléaires américains poussent de ... mmm ... pas de leurs épaules, en général. Le fait que Bush Jr. ait refusé de soumettre un accord de coopération avec la Russie dans l'industrie nucléaire à l'examen du Congrès américain en raison de "l'agression russe en Ossétie du Sud et en Abkhazie" n'est pas non plus notre casse-tête. Les Américains ont eu la chance d'adopter une expérience réussie dans divers domaines du projet atomique - ils l'ont refusée. À eux seuls, ils n'ont pu dépenser que 7,7 milliards de dollars pour le développement d'une technologie de transformation du plutonium de qualité militaire en combustible MOX, ce qui n'a donné aucun résultat.

Aujourd'hui, on ne peut que deviner quel pourrait être le sort du plutonium de qualité militaire, qui n'est pas nécessaire aux programmes de défense. La Russie n'a pas l'intention de la détruire unilatéralement, la technologie développée, mise en œuvre pour la centrale de Jeleznogorsk, nous permet de faire face aux problèmes de combustible nucléaire usé et de cycle du combustible fermé - nous n'avons rien perdu ici. Mais la suspension de SOUPE-2000 fournit les arguments les plus sérieux aux sentiments les plus inquiétants, alimentant le spectre d'une nouvelle guerre froide. Il s'agit de START III, signé par la Russie et les États-Unis le 10 mars 2010 et ratifié en 2011.

Barack Obama (États-Unis) et Dmitry Medvedev (Russie), Photo : Defense.ru

Ce traité contient de nouvelles limites sur le nombre d'ogives nucléaires, mais il convient de rappeler que lorsqu'il sera ratifié Douma d'État une déclaration a également été adoptée par les députés, qui indiquait la nécessité de surveiller la construction d'un système de défense antimissile américain en Europe, ainsi que la nécessité de retirer les armes nucléaires tactiques américaines du continent. Ces déclarations faisaient suite à une résolution adoptée par le Sénat américain lors de la ratification de START III :

"Le nouveau traité n'impose pas de restrictions à la création d'un système de défense antimissile."

Il est évident que les deux parties se sont assuré la possibilité de se retirer de START III ("Voulez-vous limiter notre défense antimissile ? Nous nous retirons de START !" versus "Voulez-vous continuer à déployer la défense antimissile ? Nous nous retirons de START ! ”), et les 34 tonnes de plutonium restant non détruites font qu'une telle sortie est plutôt "de mauvais augure". Nous vous rappelons que les experts militaires de notre époque considèrent que seulement 25 kg de plutonium de qualité militaire sont nécessaires pour une certaine ogive «conditionnelle». Le calculateur vous dira en combien de nouvelles armes nucléaires le rejet de START III pourrait se transformer : théoriquement, cela permet la création de 1 360 nouvelles ogives pour la Russie et les États-Unis.

Missile balistique intercontinental Topol-M, Photo: 3mv.ru

Mais prenons en compte, cependant, un détail technique de plus. La composition de la bombe atomique, en plus du plutonium de qualité militaire, comprend également de l'uranium de qualité militaire. L'uranium de qualité militaire est également un composant d'une bombe thermonucléaire. Si quelqu'un a oublié, l'uranium est considéré comme de qualité militaire, le contenu de l'isotope de l'uranium 235 dans lequel est de 90%. D'un commun accord, la production d'uranium de qualité militaire a été arrêtée des deux côtés de l'océan, mais nous construisons une hypothèse basée sur le fait qu'un nouveau cycle d'escalade de tension sera très serré, non ? Aux États-Unis, le nombre d'entreprises potentiellement capables de produire de l'uranium de qualité militaire est nul (dont, bien sûr, un « merci » spécial au mari de la nouvelle candidate à la présidentielle américaine, qui a réussi à privatiser l'American Enrichment Company). En Russie, le nombre de ces entreprises est de quatre. Dans cet esprit, traduisons enfin le texte de la nouvelle loi dans un langage compréhensible. Oui, ce n'est que notre version "fait maison" de la traduction, mais les critiques devront commencer par chercher des trous dans la logique. Et nous, comme d'habitude, serons heureux d'entendre des critiques constructives. À notre avis, la "traduction" ressemble à ceci.

« Messieurs partenaires américains ! Vous ne pouvez pas éliminer le plutonium parce que vous n'êtes tout simplement pas formé, parce que vous avez conduit votre industrie nucléaire dans un égout. Oublions cette très SOUPE, que le plutonium de qualité militaire "supplémentaire" reste une réserve stratégique pour vous et pour nous. Mais en même temps, ni vous ni nous n'oublierons que vous ne pouvez tout simplement pas produire de l'uranium de qualité militaire : vous-même ne pourriez pas faire face aux centrifugeuses, et le traité sur la non-prolifération des armes nucléaires ne vous permettra pas d'acheter de la technologie sur le côté. Et, même si vous le mettez sur et avec l'appareil, vous perdez 5 à 10 ans dans le temps: pendant que vous construisez des usines, pendant que vous maîtrisez une nouvelle technologie pour vous, nous aurons le temps de créer de nouvelles ogives et de les mettre en service de combat . Avouons-le : vous, messieurs, partenaires, n'êtes en aucun cas capables de gagner contre nous la course aux armements nucléaires. C'est pourquoi, pour la dernière fois nous vous proposons : vivons sereinement, chacun faisant ses affaires. Qu'est-ce que "mêlez-vous de vos affaires", vous ne comprenez pas ? Pas de problème, nous énumérons" - et plus loin dans le texte se trouvent les conditions du retour de la Russie à l'action de SOUP-2000.

Il vaut peut-être la peine de souligner une fois de plus que le retard désespéré des États-Unis dans le projet atomique n'est pas le résultat de quelques intrigues ou intrigues de la part de la Russie. Poutine n'a pas couru avec Kirienko avec des pistolets noirs, ils n'ont pas écrit de lettres anonymes, tout le monde était "Sama-sama-sama". Les Américains n'ont pas été à la traîne - ils ont simplement freiné, se sont calmés après la victoire dans la guerre froide, après l'effondrement de l'URSS. Et la Russie, son Rosatom, a marché indéfiniment.

Plutonium
numéro atomique	94
Apparence une substance simple
Propriétés de l'atome
Masse atomique (masse molaire)	244,0642 un. e. m. (/mol)
Rayon de l'atome	151h
Énergie d'ionisation (premier électron)	491,9(5,10) kJ/mol (eV)
Configuration électronique	5f 6 7s 2
Propriétés chimiques
rayon covalent	s/o pm
Rayon ionique	(+4e) 93 (+3e) 22h
Électronégativité (d'après Pauling)	1,28
Le potentiel de l'électrode	Pu ← Pu 4+ -1.25V Pu←Pu 3+ -2.0V Pu ← Pu 2+ -1,2 V
États d'oxydation	6, 5, 4, 3
Propriétés thermodynamiques d'une substance simple
Densité	19,84 /cm³
Capacité calorifique molaire	32,77 J /( mol)
Conductivité thermique	(6.7) W /( )
Température de fusion	914
Chaleur fondante	2,8 kJ/mole
Température d'ébullition	3505
Chaleur d'évaporation	343,5 kJ / mol
Volume molaire	12,12 cm³/mole
Le réseau cristallin d'une substance simple
La structure en treillis	monoclinique
Paramètres de réseau	a=6,183 b=4,822 c=10,963 β=101,8
rapport c/a	—
Au revoir température	162

Plutonium- un élément chimique radioactif du groupe des actinides, largement utilisé dans la production armes nucléaires(le soi-disant "plutonium de qualité militaire"), ainsi que (à titre expérimental) comme combustible nucléaire pour les réacteurs nucléaires à des fins civiles et de recherche. Le premier élément artificiel obtenu en quantités disponibles pour la pesée (1942).

Le tableau de droite montre les principales propriétés de l'α-Pu, la principale modification allotropique du plutonium, à température ambiante et pression normale.

Histoire du plutonium

L'isotope 238 Pu du plutonium a été obtenu artificiellement pour la première fois le 23 février 1941 par un groupe de scientifiques américains dirigé par Glenn Seaborg en irradiant des noyaux uranium deutérons. Il est à noter que le plutonium n'a été découvert dans la nature qu'après production artificielle : des quantités négligeables de 239 Pu se trouvent généralement dans les minerais d'uranium en tant que produit de la transformation radioactive de l'uranium.

Trouver du plutonium dans la nature

Dans les minerais d'uranium, à la suite de la capture de neutrons (par exemple, les neutrons du rayonnement cosmique) par les noyaux d'uranium, neptunium(239 Np), dont le produit de désintégration β est le plutonium-239 naturel. Cependant, le plutonium se forme en quantités tellement microscopiques (0,4 à 15 parties de Pu pour 10 12 parties d'U) que son extraction des minerais d'uranium est hors de question.

origine du nom plutonium

En 1930, le monde astronomique est enthousiasmé par une nouvelle remarquable : une nouvelle planète vient d'être découverte, dont l'existence a longtemps été évoquée par Percival Lovell, astronome, mathématicien et auteur d'essais fantastiques sur la vie sur Mars. Basé sur des observations à long terme des mouvements uranium et Neptune Lovell est arrivé à la conclusion qu'au-delà de Neptune dans système solaire il doit y avoir une autre, la neuvième planète, quarante fois plus éloignée du Soleil que la Terre.

Cette planète, dont Lovell a calculé les éléments d'orbite dès 1915, a été découverte sur des images photographiques prises les 21, 23 et 29 janvier 1930 par l'astronome K. Tombo à l'observatoire de Flagstaff ( Etats-Unis) . La planète a été nommée Pluton. Du nom de cette planète, située dans le système solaire au-delà de Neptune, le 94e élément a été nommé plutonium, obtenu artificiellement fin 1940 à partir des noyaux atomes uranium un groupe de scientifiques américains dirigé par G. Seaborg.

Propriétés physiques plutonium

Il existe 15 isotopes de plutonium - Dans les plus grandes quantités, les isotopes avec des nombres de masse de 238 à 242 sont obtenus :

238 Pu -> (demi-vie 86 ans, désintégration alpha) -> 234 U,

Cet isotope est utilisé presque exclusivement dans les RTG spatiaux, par exemple, sur tous les appareils qui ont volé au-delà de l'orbite de Mars.

239 Pu -> (demi-vie 24 360 ans, désintégration alpha) -> 235 U,

Cet isotope est le plus approprié pour la conception d'armes nucléaires et de réacteurs nucléaires à neutrons rapides.

240 Pu -> (demi-vie 6580 ans, désintégration alpha) -> 236 U, 241 Pu -> (demi-vie 14,0 ans, désintégration bêta) -> 241 Am, 242 Pu -> (demi-vie 370 000 ans, alpha -décroissance) -> 238 U

Ces trois isotopes n'ont pas d'importance industrielle sérieuse, mais ils sont obtenus comme sous-produits lors de l'obtention d'énergie dans les réacteurs nucléaires sur l'uranium, par capture successive de plusieurs neutrons par des noyaux d'uranium-238. L'isotope 242 est le plus similaire dans les propriétés nucléaires à l'uranium-238. L'américium-241, produit par la désintégration de l'isotope 241, était utilisé dans les détecteurs de fumée.

Le plutonium est intéressant en ce qu'il subit six transitions de phase de la température de solidification à la température ambiante, plus que tout autre élément chimique. Avec ce dernier, la densité augmente brusquement de 11%, en conséquence, les coulées de plutonium se fissurent. La phase alpha est stable à température ambiante dont les caractéristiques sont données dans le tableau. Pour l'application, la phase delta, qui a une densité plus faible, et un réseau cubique centré sur le corps sont plus pratiques. Le plutonium en phase delta est très ductile, tandis que la phase alpha est cassante. Pour stabiliser le plutonium en phase delta, un alliage avec des métaux trivalents est utilisé (le gallium était utilisé dans les premières charges nucléaires).

Utilisation du plutonium

La première charge nucléaire à base de plutonium a explosé le 16 juillet 1945 sur le site d'essai d'Alamogordo (test portant le nom de code "Trinity").

Le rôle biologique du plutonium

Le plutonium est hautement toxique; La CPM du 239 Pu dans les plans d'eau et dans l'air des locaux de travail est respectivement de 81,4 et 3,3*10 −5 Bq/l. La plupart des isotopes du plutonium ont une densité d'ionisation élevée et un court trajet des particules, de sorte que sa toxicité n'est pas tant due à ses propriétés chimiques (probablement, à cet égard, le plutonium n'est pas plus toxique que les autres métaux lourds), mais à l'effet ionisant sur les tissus environnants du corps. Le plutonium appartient au groupe des éléments à radiotoxicité particulièrement élevée. Dans le corps, le plutonium produit de grands changements irréversibles dans le squelette, le foie, la rate, les reins et provoque le cancer. La teneur maximale autorisée en plutonium dans le corps ne doit pas dépasser des dixièmes de microgramme.

Œuvres artistiques liées au thème plutonium

- Le plutonium a été utilisé pour la machine De Lorean DMC-12 dans le film Retour vers le futur comme carburant pour que l'accumulateur de flux voyage vers le futur ou le passé.

- Le plutonium était la charge de la bombe atomique explosée par des terroristes à Denver, aux États-Unis, dans l'œuvre de Tom Clancy "Toutes les peurs du monde"

- Kenzaburo Oe "Notes de Pinchrunner"

- En 2006, la société "Beacon Pictures" a sorti le film "Plutonium-239" ( "Pu-239")

Chimie

Le plutonium Pu - l'élément n ° 94 est associé à de très grands espoirs et à de très grandes peurs de l'humanité. Aujourd'hui, c'est l'un des éléments les plus importants, stratégiquement importants. C'est le plus cher des métaux techniquement importants - il est beaucoup plus cher que l'argent, l'or et le platine. Il est vraiment précieux.

Contexte et histoire

Au début, il y avait des protons - l'hydrogène galactique. À la suite de sa compression et des réactions nucléaires ultérieures, les "lingots" de nucléons les plus incroyables se sont formés. Parmi eux, ces « lingots », contenaient, apparemment, 94 protons chacun. Les estimations des théoriciens permettent de considérer qu'environ 100 formations de nucléons, qui comprennent 94 protons et de 107 à 206 neutrons, sont si stables qu'elles peuvent être considérées comme des noyaux d'isotopes de l'élément n°94.
Mais tous ces isotopes - hypothétiques et réels - ne sont pas suffisamment stables pour être conservés à ce jour à partir du moment où les éléments du système solaire se sont formés. La demi-vie de l'isotope ayant la plus longue durée de vie de l'élément n° 94 est de 81 millions d'années. L'âge de la galaxie se mesure en milliards d'années. Par conséquent, le plutonium "original" n'avait aucune chance de survivre à ce jour. S'il s'est formé lors de la grande synthèse des éléments de l'Univers, alors ses anciens atomes se sont "éteints" il y a longtemps, tout comme les dinosaures et les mammouths se sont éteints.
Au XXe siècle. nouvelle ère, AD, cet élément a été recréé. Sur 100 isotopes possibles du plutonium, 25 ont été synthétisés, dont 15 ont été étudiés pour leurs propriétés nucléaires. Quatre ont trouvé des applications pratiques. Et il n'a été ouvert que récemment. En décembre 1940, alors qu'il irradiait de l'uranium avec des noyaux d'hydrogène lourds, un groupe de radiochimistes américains dirigé par Glenn T. Seaborg découvrit un émetteur de particules alpha jusqu'alors inconnu avec une demi-vie de 90 ans. Cet émetteur s'est avéré être un isotope de l'élément n ° 94 avec un nombre de masse de 238. La même année, mais plusieurs mois plus tôt, E.M. Macmillan et F. Abelson ont reçu le premier élément plus lourd que l'uranium - l'élément n ° 93. Cet élément s'appelait neptunium et le 94e - plutonium. L'historien dira certainement que ces noms trouvent leur origine dans la mythologie romaine, mais en substance l'origine de ces noms n'est pas mythologique, mais astronomique.
Les éléments n ° 92 et 93 portent le nom des planètes éloignées du système solaire - Uranus et Neptune, mais Neptune n'est pas la dernière du système solaire, l'orbite de Pluton se trouve encore plus loin - une planète dont on ne sait presque rien jusqu'à présent ... Une construction similaire que nous observons également sur le "flanc gauche" du tableau périodique : uranium - neptunium - plutonium, cependant, l'humanité en sait beaucoup plus sur le plutonium que sur Pluton. Soit dit en passant, les astronomes ont découvert Pluton à peine dix ans avant la synthèse du plutonium - presque la même période séparait les découvertes d'Uranus - la planète et de l'uranium - l'élément.

Énigmes pour les rançongiciels

Le premier isotope de l'élément n° 94, le plutonium-238, a maintenant trouvé une application pratique. Mais au début des années 1940, ils n'y pensaient même pas. Il n'est possible d'obtenir du plutonium-238 en quantités d'intérêt pratique qu'en s'appuyant sur une puissante industrie nucléaire. A l'époque, elle ne faisait que commencer. Mais il était déjà clair qu'en libérant l'énergie contenue dans les noyaux des éléments radioactifs lourds, il était possible d'obtenir des armes d'une puissance sans précédent. Le Manhattan Project est apparu, n'ayant qu'un nom en commun avec le quartier bien connu de New York. C'était le nom général de tous les travaux liés à la création des premières bombes atomiques aux États-Unis. Le chef du projet Manhattan n'était pas un scientifique, mais un militaire - le général Groves, qui appelait "affectueusement" ses pupilles très instruites "des pots cassés".
Les dirigeants du "projet" n'étaient pas intéressés par le plutonium-238. Ses noyaux, comme, en effet, les noyaux de tous les isotopes de plutonium avec des nombres de masse pairs, ne fissionnent pas avec des neutrons de basse énergie, il ne pourrait donc pas servir d'explosif nucléaire. Néanmoins, les premiers rapports peu intelligibles sur les éléments nos 93 et 94 ne parurent sous forme imprimée qu'au printemps 1942.
Comment peut-on l'expliquer? Les physiciens l'ont compris : la synthèse d'isotopes de plutonium de nombres de masse impairs est une question de temps, et pas loin. Les isotopes impairs devaient, comme l'uranium 235, être capables de soutenir une réaction nucléaire en chaîne. En eux, pas encore reçus, certaines personnes ont vu un explosif nucléaire potentiel. Et ces espoirs plutonium, malheureusement, justifié.
Dans les chiffres de cette époque, l'élément n ° 94 n'était appelé rien de plus que ... cuivre. Et lorsque le besoin du cuivre lui-même s'est fait sentir (en tant que matériau de structure pour certaines pièces), alors dans le cryptage, avec le «cuivre», le «cuivre véritable» est apparu.

"Arbre de la connaissance du bien et du mal"

En 1941, l'isotope le plus important du plutonium a été découvert, un isotope avec un nombre de masse de 239. Et presque immédiatement la prédiction des théoriciens a été confirmée : les noyaux de plutonium-239 fissionnés avec des neutrons thermiques. De plus, au cours de leur fission, pas moins de neutrons sont nés que lors de la fission de l'uranium-235. Les moyens d'obtenir cet isotope en grande quantité ont été immédiatement esquissés ...
Les années ont passé. Désormais, ce n'est un secret pour personne que les bombes nucléaires stockées dans les arsenaux sont bourrées de plutonium-239 et que ces bombes suffisent à causer des dommages irréparables à toute vie sur Terre.
Il est largement admis qu'avec la découverte d'une réaction nucléaire en chaîne (dont la conséquence inévitable a été la création d'une bombe nucléaire), l'humanité était clairement pressée. Vous pouvez penser différemment ou faire semblant de penser différemment - c'est plus agréable d'être optimiste. Mais même les optimistes sont inévitablement confrontés à la question de la responsabilité des scientifiques. Nous nous souvenons du jour triomphal de juin 1954, le jour où la première centrale nucléaire d'Obninsk a donné de l'électricité. Mais nous ne pouvons pas oublier le matin d'août 1945 - "le matin d'Hiroshima", "le jour pluvieux d'Albert Einstein"... Nous nous souvenons des premières années d'après-guerre et du chantage atomique débridé - la base de la politique américaine de ces années-là. Mais l'humanité a-t-elle enduré peu d'angoisses dans les années suivantes ? De plus, ces angoisses ont été à plusieurs reprises intensifiées par la conscience que si un nouveau Guerre mondiale, des armes nucléaires seront lancées.
Ici, vous pouvez essayer de prouver que la découverte du plutonium n'a pas ajouté aux craintes de l'humanité, qu'au contraire, elle n'a été qu'utile.
Supposons qu'il arrive que pour une raison ou, comme on disait autrefois, par la volonté de Dieu, le plutonium ne soit pas disponible pour les scientifiques. Nos peurs et peurs diminueraient-elles alors ? Rien ne s'est passé. Les bombes nucléaires seraient fabriquées à partir d'uranium-235 (et en quantité non moindre qu'à partir de plutonium), et ces bombes "mangeraient" des parts encore plus importantes des budgets qu'elles ne le font actuellement.
Mais sans plutonium, il n'y aurait aucune perspective d'utilisation pacifique de l'énergie nucléaire à grande échelle. Pour un "atome pacifique", il n'y aurait tout simplement pas assez d'uranium-235. Le mal infligé à l'humanité par la découverte de l'énergie nucléaire ne serait pas compensé, ne serait-ce que partiellement, par les réalisations du "bon atome".

Comment mesurer, avec quoi comparer

Lorsqu'un noyau de plutonium-239 est divisé par des neutrons en deux fragments de masse approximativement égale, environ 200 MeV d'énergie sont libérés. C'est 50 millions de fois plus d'énergie libérée dans la réaction exothermique la plus célèbre С + O 2 = СO 2 . "En brûlant" dans un réacteur nucléaire, un gramme de plutonium donne 2 107 kcal. Afin de ne pas violer les traditions (et dans les articles populaires, l'énergie du combustible nucléaire est généralement mesurée en unités hors système - tonnes de charbon, essence, trinitrotoluène, etc.), notons également: c'est l'énergie contenue dans 4 tonnes de charbon. Et dans un dé à coudre ordinaire est placée la quantité de plutonium, énergétiquement équivalente à quarante wagons de bon bois de bouleau.
La même énergie est libérée lors de la fission des noyaux d'uranium 235 par les neutrons. Mais le gros de l'uranium naturel (99,3% !) est l'isotope 238 U, qui ne peut être utilisé qu'en convertissant l'uranium en plutonium...

L'énergie de la pierre

Évaluons les ressources énergétiques contenues dans les réserves naturelles d'uranium.
L'uranium est un élément dispersé, et il est pratiquement partout. Quiconque a visité, par exemple, la Carélie, s'est sûrement souvenu des rochers de granit et des rochers côtiers. Mais peu de gens savent qu'il y a jusqu'à 25 g d'uranium dans une tonne de granit. Les granites représentent près de 20 % du poids de la croûte terrestre. Si l'on ne compte que l'uranium 235, alors 3,5 à 105 kcal d'énergie sont contenues dans une tonne de granit. C'est beaucoup, mais...
Le traitement du granite et l'extraction de son uranium nécessitent une quantité d'énergie encore plus importante - environ 106-107 kcal/t. Or, s'il était possible d'utiliser non seulement l'uranium 235, mais aussi l'uranium 238 comme source d'énergie, alors le granit pourrait être considéré au moins comme une matière première énergétique potentielle. Alors l'énergie obtenue à partir d'une tonne de pierre serait déjà de 8-107 à 5-108 kcal. Cela équivaut à 16 à 100 tonnes de charbon. Et dans ce cas, le granit pourrait donner aux gens près d'un million de fois plus d'énergie que toutes les réserves de carburant chimique sur Terre.
Mais les noyaux d'uranium 238 ne fissionnent pas par les neutrons. Pour l'énergie nucléaire, cet isotope est inutile. Plus précisément, il serait inutile s'il ne pouvait être transformé en plutonium-239. Et ce qui est particulièrement important : il n'y a pratiquement pas besoin de dépenser de l'énergie pour cette transformation nucléaire - au contraire, de l'énergie est produite dans ce processus !
Essayons de comprendre comment cela se produit, mais d'abord quelques mots sur le plutonium naturel.

400 mille fois plus petit que le radium

Il a déjà été dit que les isotopes du plutonium ne se sont pas conservés depuis la synthèse des éléments lors de la formation de notre planète. Mais cela ne signifie pas qu'il n'y a pas de plutonium sur Terre.
Il se forme tout le temps dans les minerais d'uranium. En captant les neutrons du rayonnement cosmique et les neutrons produits par la fission spontanée (spontanée) des noyaux d'uranium 238, certains - très peu - atomes de cet isotope se transforment en atomes d'uranium 239. Ces noyaux sont très instables, ils émettent des électrons et augmentent ainsi leur charge. Neptunium est formé - le premier élément transuranien. Le Neptunium-239 est également très instable et ses noyaux émettent des électrons. En seulement 56 heures, la moitié du neptunium-239 se transforme en plutonium-239, dont la demi-vie est déjà assez longue - 24 000 ans.
Pourquoi le plutonium n'est-il pas extrait des minerais d'uranium ?? Petit, trop faible concentration. "La production par gramme est du travail par an" - il s'agit de radium, et le plutonium dans les minerais est 400 000 fois moins que le radium. Par conséquent, non seulement extraire - même détecter le plutonium "terrestre" est extrêmement difficile. Cela n'a été fait qu'après l'étude des propriétés physiques et chimiques du plutonium obtenu dans les réacteurs nucléaires.
Le plutonium s'accumule dans les réacteurs nucléaires. Dans les flux de neutrons puissants, la même réaction se produit que dans les minerais d'uranium, mais le taux de formation et d'accumulation de plutonium dans le réacteur est beaucoup plus élevé - un milliard de milliards de fois. Pour la réaction de conversion de l'uranium 238 de ballast en plutonium 239 de qualité énergétique, des conditions optimales (dans des limites acceptables) sont créées.
Si le réacteur fonctionne avec des neutrons thermiques (rappelons que leur vitesse est d'environ 2000 m par seconde et que l'énergie est de fractions d'électron-volt), alors une quantité de plutonium est obtenue à partir d'un mélange naturel d'isotopes de l'uranium, légèrement inférieure à la quantité d'uranium 235 "brûlé". Pas beaucoup, mais moins, plus les inévitables pertes de plutonium lors de sa séparation chimique de l'uranium irradié. De plus, une réaction nucléaire en chaîne ne se poursuit dans un mélange naturel d'isotopes d'uranium que jusqu'à ce qu'une petite fraction d'uranium 235 soit épuisée. La conclusion est donc logique : un réacteur "thermique" à uranium naturel - le principal type de réacteurs actuellement en fonctionnement - ne peut assurer la reproduction élargie du combustible nucléaire. Mais alors quel est l'avenir ? Pour répondre à cette question, comparons le déroulement d'une réaction nucléaire en chaîne dans l'uranium-235 et le plutonium-239 et introduisons un concept physique supplémentaire dans notre raisonnement.
La caractéristique la plus importante de tout combustible nucléaire est le nombre moyen de neutrons émis après que le noyau a capturé un neutron. Les physiciens l'appellent le nombre eta et le désignent par la lettre grecque c. Dans les réacteurs "thermiques" à uranium, on observe le schéma suivant : chaque neutron génère en moyenne 2,08 neutrons (η=2,08). Le plutonium placé dans un tel réacteur sous l'action des neutrons thermiques donne η = 2,03. Mais il existe aussi des réacteurs fonctionnant aux neutrons rapides. Il est inutile de charger un mélange naturel d'isotopes de l'uranium dans un tel réacteur : la réaction en chaîne ne démarrera pas. Mais si les "matières premières" sont enrichies en uranium 235, celui-ci pourra se développer dans un réacteur "rapide". Dans ce cas, c sera déjà égal à 2,23. Et le plutonium, placé sous le feu des neutrons rapides, donnera n égal à 2,70. Nous aurons "un neutron complet supplémentaire" à notre disposition. Et cela ne suffit pas.

Voyons à quoi servent les neutrons reçus. Dans tout réacteur, un neutron est nécessaire pour maintenir une réaction nucléaire en chaîne. 0,1 neutron est absorbé par les matériaux de structure de l'installation. Le « surplus » va à l'accumulation de plutonium-239. Dans un cas, "l'excès" est de 1,13, dans l'autre de 1,60. Après la "combustion" d'un kilogramme de plutonium dans le réacteur "rapide", une énergie colossale est libérée et 1,6 kg de plutonium s'accumule. Et l'uranium dans un réacteur "rapide" donnera la même énergie et 1,1 kg de nouveau combustible nucléaire. Dans les deux cas, la reproduction élargie est évidente. Mais il ne faut pas oublier l'économie.
Pour plusieurs raisons techniques, le cycle de reproduction du plutonium prend plusieurs années. Disons cinq ans. Cela signifie que la quantité de plutonium n'augmentera que de 2 % par an si η=2,23, et de 12 % si η=2,7 ! Le combustible nucléaire est un capital, et tout capital doit rapporter, disons, 5 % par an. Dans le premier cas, il y a de grosses pertes et dans le second, de gros profits. Cet exemple primitif illustre le "poids" de chaque dixième de nombre dans l'énergie nucléaire.
Une autre chose est également importante. L'énergie nucléaire doit suivre la croissance de la demande d'énergie. Les calculs montrent que sa condition n'est réalisable dans le futur que lorsque η tend vers trois. Si le développement des sources d'énergie nucléaire est en retard par rapport aux besoins énergétiques de la société, il y aura alors deux façons : soit « ralentir le progrès », soit prendre de l'énergie à partir d'autres sources. Ils sont connus : la fusion thermonucléaire, l'énergie d'annihilation de la matière et de l'antimatière, mais ne sont pas encore techniquement disponibles. Et on ne sait pas quand ils seront de véritables sources d'énergie pour l'humanité. Et l'énergie des noyaux lourds est depuis longtemps devenue une réalité pour nous, et aujourd'hui le plutonium, en tant que principal "fournisseur" d'énergie atomique, n'a pas de concurrents sérieux, à l'exception peut-être de l'uranium-233.

La somme de nombreuses technologies

Lorsque la quantité requise de plutonium s'accumule dans l'uranium à la suite de réactions nucléaires, elle doit être séparée non seulement de l'uranium lui-même, mais également des fragments de fission - à la fois l'uranium et le plutonium, brûlés lors d'une réaction nucléaire en chaîne. De plus, il y a une certaine quantité de neptunium dans la masse uranium-plutonium. Le plus difficile est de séparer le plutonium du neptunium et des terres rares (lanthanides). Le plutonium en tant qu'élément chimique est quelque peu malchanceux. Du point de vue d'un chimiste, l'élément principal de l'énergie nucléaire n'est qu'un des quatorze actinides. Comme les éléments de terres rares, tous les éléments de la série de l'actinium sont très proches les uns des autres en termes de propriétés chimiques, la structure des couches électroniques externes des atomes de tous les éléments de l'actinium au 103 est la même. Il est d'autant plus désagréable que les propriétés chimiques des actinides sont similaires à celles des terres rares, et parmi les fragments de fission de l'uranium et du plutonium, les lanthanides suffisent amplement. Mais d'un autre côté, le 94e élément peut être dans cinq états de valence, et cela "adoucit la pilule" - cela aide à séparer le plutonium des fragments d'uranium et de fission.
La valence du plutonium varie de trois à sept. Les composés du plutonium tétravalent sont chimiquement les plus stables (et, par conséquent, les plus courants et les plus étudiés).
La séparation d'actinides chimiquement similaires - uranium, neptunium et plutonium - peut être basée sur la différence des propriétés de leurs composés tétra- et hexavalents.

Il n'est pas nécessaire de décrire en détail toutes les étapes de la séparation chimique du plutonium et de l'uranium. Habituellement, leur séparation commence par la dissolution des barres d'uranium dans l'acide nitrique, après quoi les éléments d'uranium, de neptunium, de plutonium et de fragments contenus dans la solution sont «séparés», en utilisant pour cela des méthodes radiochimiques traditionnelles - précipitation, extraction, échange d'ions et autres . Les produits finaux contenant du plutonium de cette technologie multi-étapes sont son dioxyde PuO 2 ou ses fluorures - PuF 3 ou PuF 4 . Ils sont réduits en métal avec des vapeurs de baryum, de calcium ou de lithium. Cependant, le plutonium obtenu dans ces procédés ne convient pas au rôle de matériau de structure - il est impossible d'en fabriquer des éléments combustibles de réacteurs nucléaires, il est impossible de lancer une charge de bombe atomique. Pourquoi? Le point de fusion du plutonium - seulement 640 ° C - est tout à fait réalisable.
Quelles que soient les conditions « ultra économes » utilisées pour couler des pièces à partir de plutonium pur, des fissures apparaîtront toujours dans les pièces moulées lors de la solidification. A 640°C, le plutonium en solidification forme un réseau cristallin cubique. Lorsque la température diminue, la densité du métal augmente progressivement. Mais ensuite la température atteint 480°C, et puis soudain la densité de plutonium chute brutalement. Les raisons de cette anomalie ont été découvertes assez rapidement : à cette température, les atomes de plutonium se réarrangent dans le réseau cristallin. Il devient tétragonal et très "lâche". Ce plutonium peut flotter dans sa propre fonte, comme de la glace sur l'eau.
La température continue de baisser, maintenant elle a atteint 451 ° C, et les atomes ont à nouveau formé un réseau cubique, mais situés à une plus grande distance les uns des autres que dans le premier cas. Avec un refroidissement supplémentaire, le réseau devient d'abord orthorhombique, puis monoclinique. Au total, le plutonium forme six formes cristallines différentes ! Deux d'entre eux ont une propriété remarquable - un coefficient de dilatation thermique négatif : avec l'augmentation de la température, le métal ne se dilate pas, mais se contracte.
Lorsque la température atteint 122°C et que les atomes de plutonium réarrangent leurs rangées pour la sixième fois, la densité change particulièrement fortement - de 17,77 à 19,82 g/cm 3 . Plus que 10%!
En conséquence, le volume du lingot diminue. Si le métal pouvait encore résister aux contraintes qui se sont produites lors d'autres transitions, alors à ce moment la destruction est inévitable.
Comment, alors, fabriquer des pièces à partir de ce métal étonnant ? Les métallurgistes allient du plutonium (y ajoutent de petites quantités des éléments nécessaires) et obtiennent des pièces moulées sans une seule fissure. Ils sont utilisés pour fabriquer des charges de plutonium pour les bombes nucléaires. Le poids de la charge (il est déterminé principalement par la masse critique de l'isotope) est de 5 à 6 kg. Il rentrerait facilement dans un cube avec une taille de côtes de 10 cm.

Isotopes lourds du plutonium

Le plutonium-239 contient également une petite quantité d'isotopes supérieurs de cet élément - avec des nombres de masse 240 et 241. L'isotope 240 Pu est pratiquement inutile - il est ballast dans le plutonium. À partir du 241e, on obtient l'américium - élément n ° 95. Sous sa forme pure, sans mélange d'autres isotopes, le plutonium-240 et le plutonium-241 peuvent être obtenus par séparation électromagnétique du plutonium accumulé dans le réacteur. Auparavant, le plutonium est en outre irradié par des flux de neutrons aux caractéristiques strictement définies. Bien sûr, tout cela est très compliqué, d'autant plus que le plutonium est non seulement radioactif, mais aussi très toxique. Travailler avec lui demande une extrême prudence.
L'un des isotopes les plus intéressants du plutonium, le 242 Pu, peut être obtenu en irradiant longtemps le 239 Pu dans des flux de neutrons. Le 242 Pu capture très rarement des neutrons et « brûle » donc plus lentement dans le réacteur que les autres isotopes ; il persiste même après que les isotopes restants du plutonium se sont presque complètement transformés en fragments ou transformés en plutonium-242.
Le plutonium-242 est important en tant que "matière première" pour l'accumulation relativement rapide d'éléments transuraniens supérieurs dans les réacteurs nucléaires. Si le plutonium-239 est irradié dans un réacteur conventionnel, il faudra environ 20 ans pour accumuler des microgrammes de plutonium à partir de grammes, par exemple de californium-252.
Il est possible de réduire le temps d'accumulation des isotopes supérieurs en augmentant l'intensité du flux de neutrons dans le réacteur. Ils le font, mais il est alors impossible d'irradier une grande quantité de plutonium-239. Après tout, cet isotope est divisé par des neutrons et trop d'énergie est libérée dans des flux intenses. Il existe des difficultés supplémentaires avec le refroidissement du réacteur. Pour éviter ces complications, il faudrait réduire la quantité de plutonium irradié. Dès lors, le rendement de la Californie serait à nouveau misérable. Cercle vicieux!
Le plutonium-242 n'est pas fissile par les neutrons thermiques, et il peut être irradié en grande quantité dans des flux de neutrons intenses... Ainsi, dans les réacteurs, tous les éléments de l'américium au fermium sont "fabriqués" à partir de cet isotope et s'accumulent en masse.
Chaque fois que les scientifiques réussissaient à obtenir un nouvel isotope du plutonium, ils mesuraient la demi-vie de ses noyaux. Les demi-vies des isotopes de noyaux radioactifs lourds avec des nombres de masse pairs changent régulièrement. (On ne peut pas en dire autant des isotopes impairs.)
À mesure que la masse augmente, la "durée de vie" de l'isotope augmente également. Il y a quelques années, le plutonium-242 était le point le plus élevé de ce graphique. Et ensuite, comment cette courbe ira-t-elle - avec une nouvelle augmentation du nombre de masse ? Au point 1, qui correspond à une durée de vie de 30 millions d'années, ou au point 2, qui correspond déjà à 300 millions d'années ? La réponse à cette question était très importante pour les géosciences. Dans le premier cas, s'il y a 5 milliards d'années la Terre était entièrement constituée de 244 Pu, il ne resterait plus qu'un seul atome de plutonium-244 dans toute la masse de la Terre. Si la deuxième hypothèse est correcte, alors le plutonium-244 peut être dans la Terre à des concentrations qui pourraient déjà être détectées. Si nous avions la chance de trouver cet isotope sur la Terre, la science recevrait les informations les plus précieuses sur les processus qui ont eu lieu lors de la formation de notre planète.

Demi-vies de certains isotopes du plutonium

Il y a quelques années, les scientifiques se sont posé la question : cela vaut-il la peine d'essayer de trouver du plutonium lourd sur Terre ? Pour y répondre, il fallait tout d'abord déterminer la demi-vie du plutonium-244. Les théoriciens ne pouvaient pas calculer cette valeur avec la précision requise. Tout espoir n'était que pour l'expérience.
Plutonium-244 accumulé dans un réacteur nucléaire. L'élément n° 95, l'américium (isotope 243 Am), a été irradié. Ayant capturé un neutron, cet isotope est passé dans l'américium-244 ; l'américium-244 dans l'un des 10 000 cas est passé au plutonium-244.
Une préparation de plutonium-244 a été isolée d'un mélange d'américium et de curium. L'échantillon ne pesait que quelques millionièmes de gramme. Mais ils étaient suffisants pour déterminer la demi-vie de cet isotope des plus intéressants. Il s'est avéré être égal à 75 millions d'années. Plus tard, d'autres chercheurs ont précisé la demi-vie du plutonium-244, mais pas de beaucoup - 81 millions d'années. En 1971, des traces de cet isotope ont été trouvées dans la bastnäsite minérale de terre rare.
Les scientifiques ont fait de nombreuses tentatives pour trouver un isotope d'un élément transuranien qui vit plus longtemps que le 244 Pu. Mais toutes les tentatives ont été vaines. À un moment donné, on avait placé des espoirs sur le curium-247, mais après que cet isotope s'est accumulé dans un réacteur, il s'est avéré que sa demi-vie n'était que de 16 millions d'années. Il n'a pas été possible de battre le record du plutonium-244 - c'est le plus long de tous les isotopes des éléments transuraniens.
Même les isotopes plus lourds du plutonium sont sujets à la désintégration bêta et leur durée de vie varie de quelques jours à quelques dixièmes de seconde. Nous savons avec certitude que tous les isotopes du plutonium, jusqu'au 257 Pu, se forment lors d'explosions thermonucléaires. Mais leur durée de vie est de quelques dixièmes de seconde et de nombreux isotopes à courte durée de vie du plutonium n'ont pas encore été étudiés.

Possibilités du premier isotope du plutonium

Et enfin - à propos du plutonium-238 - le tout premier des isotopes "créés par l'homme" du plutonium, un isotope qui semblait au premier abord peu prometteur. C'est en fait un isotope très intéressant. Il est sujet à la désintégration alpha, c'est-à-dire que ses noyaux émettent spontanément des particules alpha - noyaux d'hélium. Les particules alpha générées par les noyaux de plutonium-238 transportent beaucoup d'énergie ; dissipée dans la matière, cette énergie est convertie en chaleur. Quelle est la taille de cette énergie ? Six millions d'électrons-volts sont libérés lorsqu'un noyau atomique de plutonium-238 se désintègre. Dans une réaction chimique, la même énergie est libérée lorsque plusieurs millions d'atomes sont oxydés. Une source d'électricité contenant un kilogramme de plutonium-238 développe une puissance thermique de 560 watts. La puissance maximale d'une source de courant chimique de même masse est de 5 watts.
Il existe de nombreux émetteurs ayant des caractéristiques énergétiques similaires, mais une caractéristique du plutonium-238 rend cet isotope indispensable. Habituellement, la désintégration alpha s'accompagne d'un fort rayonnement gamma pénétrant à travers de grandes épaisseurs de matière. 238 Pu est une exception. L'énergie des quanta gamma accompagnant la désintégration de ses noyaux est faible, et il n'est pas difficile de s'en défendre : le rayonnement est absorbé par un récipient à paroi mince. La probabilité de fission nucléaire spontanée de cet isotope est également faible. Par conséquent, il a trouvé une application non seulement dans les sources actuelles, mais également en médecine. Les batteries au plutonium-238 servent de source d'énergie dans des stimulateurs cardiaques spéciaux.
Mais le 238 Pu n'est pas le plus léger des isotopes connus de l'élément n° 94. On a obtenu des isotopes de plutonium avec des nombres de masse de 232 à 237. La demi-vie de l'isotope le plus léger est de 36 minutes.

Le plutonium est un grand sujet. Voici le plus important des plus importants. Après tout, c'est déjà devenu une expression courante que la chimie du plutonium a été bien mieux étudiée que la chimie d'éléments "anciens" comme le fer. Des livres entiers ont été écrits sur les propriétés nucléaires du plutonium. La métallurgie du plutonium est une autre section étonnante de la connaissance humaine... Par conséquent, vous ne devriez pas penser qu'après avoir lu cette histoire, vous avez vraiment appris le plutonium - le métal le plus important du 20e siècle.

COMMENT LE PLUTONIUM EST RÉALISÉ. Le plutonium radioactif et toxique nécessite des précautions particulières pendant le transport. Un conteneur a été conçu spécifiquement pour son transport - un conteneur qui ne s'effondre pas même lors d'accidents d'aviation. Il est fait tout simplement : c'est un récipient à paroi épaisse fait de en acier inoxydable entouré d'une coquille d'acajou. Évidemment, le plutonium en vaut la peine, mais imaginez l'épaisseur des murs si vous savez qu'un conteneur pour transporter seulement deux kilogrammes de plutonium pèse 225 kg !
POISON ET ANTIDOTE. Le 20 octobre 1977, l'Agence France-Presse a signalé qu'un composé chimique avait été découvert qui pourrait éliminer le plutonium du corps humain. Quelques années plus tard, beaucoup de choses sont devenues connues sur ce composé. Ce composé complexe est un catéchinamide carboxylase linéaire, une substance de la classe des chélates (du grec - "hela" - une griffe). C'est dans cette griffe chimique que l'atome de plutonium, libre ou lié, est capté. Chez les souris de laboratoire, jusqu'à 70% du plutonium absorbé a été éliminé du corps à l'aide de cette substance. On pense qu'à l'avenir, ce composé aidera à extraire le plutonium des déchets industriels et du combustible nucléaire.

Le plutonium métal est utilisé dans les armes nucléaires et sert de combustible nucléaire. Les oxydes de plutonium sont utilisés comme source d'énergie pour la technologie spatiale et sont utilisés dans les barres de combustible. Le plutonium est utilisé dans les batteries des engins spatiaux. Les noyaux de plutonium-239 sont capables d'une réaction nucléaire en chaîne lorsqu'ils sont exposés à des neutrons, de sorte que cet isotope peut être utilisé comme source d'énergie atomique. L'utilisation plus fréquente du plutonium-239 dans les bombes nucléaires est due au fait que le plutonium occupe un plus petit volume dans la sphère, par conséquent, on peut gagner en puissance explosive de la bombe grâce à cette propriété. Un noyau de plutonium lors d'une réaction nucléaire émet en moyenne environ 2,895 neutrons contre 2,452 neutrons pour l'uranium-235. Cependant, les coûts de production du plutonium sont environ six fois plus élevés que ceux de l'uranium-235.

Les isotopes du plutonium ont trouvé leur application dans la synthèse des éléments transplutonium. Ainsi, l'oxyde mixte de plutonium-242 en 2009 et le bombardement avec des ions calcium-48 en 2010 du même isotope ont été utilisés pour produire un ununquadium. Au laboratoire national d'Oak Ridge, une irradiation neutronique prolongée de Pu est utilisée pour produire 24496Cm, 24296Cm, 24997Bk, 25298Cf et 25399Es et 257100Fm. À l'exception du Pu, tous les éléments transuraniens restants ont été produits dans le passé à des fins de recherche. Grâce à la capture neutronique des isotopes du plutonium, en 1944 G. T. Seaborg et son groupe ont obtenu le premier isotope de l'américium - 24195 Am Am). Pour confirmer qu'il n'y avait que 14 actinides, la synthèse des noyaux de rutherfordium a été réalisée en 1966 à Dubna sous la direction de l'académicien G. N. Flerov :

24294Pu + 2210Ne → 260104Rf + 4n.

Les alliages de plutonium δ-stabilisés sont utilisés dans la fabrication de réservoirs de carburant, car ils ont de meilleures propriétés métallurgiques par rapport au plutonium pur, qui subit des transitions de phase lorsqu'il est chauffé.

Le plutonium "ultra-pur" est utilisé dans les armes nucléaires de la marine américaine et sur les navires et les sous-marins sous blindage nucléaire en plomb, ce qui réduit l'exposition de l'équipage aux radiations.

Le plutonium-238 et le plutonium-239 sont les isotopes les plus largement synthétisés.

La première charge nucléaire à base de plutonium a explosé le 16 juillet 1945 sur le site d'essai d'Alamogordo.

Arme nucléaire

Le plutonium était très souvent utilisé dans les bombes nucléaires. Un fait historique est le largage d'une bombe nucléaire sur Nagasaki en 1945 par les États-Unis. La bombe larguée sur cette ville contenait 6,2 kg de plutonium. La puissance de l'explosion était de 21 kilotonnes. À la fin de 1945, 60 à 80 000 personnes sont mortes. Après 5 ans, le nombre total de morts, y compris ceux qui sont morts du cancer et d'autres effets à long terme de l'explosion, pourrait atteindre ou même dépasser 140 000 personnes.

Le principe selon lequel une explosion nucléaire impliquant du plutonium a eu lieu était la conception d'une bombe nucléaire. Le "noyau" de la bombe consistait en une sphère remplie de plutonium-239, qui, au moment de l'impact avec la terre, était comprimée à un million d'atmosphères en raison de la conception et grâce à l'explosif entourant cette sphère. Après l'impact, le noyau a augmenté de volume et de densité en dix microsecondes, tandis que l'assemblage compressible a glissé à travers l'état critique sur les neutrons thermiques et est devenu significativement supercritique sur les neutrons rapides, c'est-à-dire qu'une réaction nucléaire en chaîne a commencé avec la participation de neutrons et de noyaux de l'élément. Il faut tenir compte du fait que la bombe n'était pas censée exploser prématurément. Cependant, cela est pratiquement impossible, car pour comprimer une boule de plutonium de seulement 1 cm en dix nanosecondes, il faut donner à la substance une accélération des dizaines de billions de fois supérieure à l'accélération de la chute libre. Avec l'explosion finale d'une bombe nucléaire, la température monte à des dizaines de millions de degrés. Il convient de noter qu'à notre époque, 8 à 9 kg de cet élément suffisent pour créer une charge nucléaire à part entière.

Un seul kilogramme de plutonium-239 peut produire une explosion équivalente à 20 000 tonnes de TNT. Même 50 g de l'élément lors de la fission de tous les noyaux produiront une explosion égale à la détonation de 1000 tonnes de TNT. Cet isotope est le seul nucléide approprié pour une utilisation dans les armes nucléaires, car la présence même de 1% de Pu entraînera la formation d'un grand nombre de neutrons, ce qui ne permettra pas l'utilisation efficace d'un schéma de charge de canon pour une bombe nucléaire. Les isotopes restants ne sont pris en compte qu'en raison de leurs effets nocifs.

Le plutonium-240 peut être trouvé dans une bombe nucléaire en petites quantités, mais si son contenu est augmenté, une réaction en chaîne prématurée se produira. Cet isotope a une forte probabilité de fission spontanée, ce qui rend impossible une grande partie de son contenu en matière fissile.

Selon la chaîne de télévision Al-Jazeera, Israël possède environ 118 ogives contenant du plutonium comme substance radioactive. On pense que la Corée du Sud possède environ 40 kg de plutonium, assez pour produire 6 missiles nucléaires. L'AIEA a estimé en 2007 que la production de plutonium de l'Irak était suffisante pour deux ogives nucléaires par an. En 2006, le Pakistan a commencé à construire un réacteur nucléaire qui produirait environ 200 kg de matières radioactives par an. En termes de nombre d'ogives nucléaires, ce chiffre serait d'environ 40 à 50 bombes.

Plusieurs traités ont été signés entre la Russie et les États-Unis au cours de la première décennie du 21e siècle. Ainsi, notamment, en 2003, un accord a été signé pour transformer 68 tonnes de plutonium de la centrale de Balakovo en combustible MOX jusqu'en 2024. En 2007, les pays ont signé un plan pour que la Russie se débarrasse de 34 tonnes de plutonium créées pour les programmes d'armement russes. En 2010, un accord a été signé sur l'élimination des armes nucléaires, en particulier du plutonium, dont la quantité serait suffisante pour produire 17 000 ogives nucléaires.

Le 17 novembre 2010, un accord a été signé entre les États-Unis et le Kazakhstan pour arrêter le réacteur nucléaire industriel BN-350 dans la ville d'Aktau, qui produisait de l'électricité à partir de plutonium. Ce réacteur était le premier réacteur pilote à neutrons rapides au monde et au Kazakhstan ; Son mandat était de 27 ans.

pollution nucléaire

Au cours de la période où les essais nucléaires ont commencé, basés sur le plutonium, et alors que ses propriétés radioactives commençaient tout juste à être étudiées, plus de 5 tonnes de l'élément ont été rejetées dans l'atmosphère. Depuis les années 1970, la part du plutonium dans la contamination radioactive de l'atmosphère terrestre a commencé à augmenter.

Le plutonium est entré dans le nord-ouest du Pacifique principalement par le biais d'essais nucléaires. L'augmentation du contenu de l'élément s'explique par le fait que les États-Unis ont effectué des essais nucléaires dans les îles Marshall sur le site d'essai du Pacifique dans les années 1950. La principale contamination issue de ces tests s'est produite en 1960. Selon l'évaluation des scientifiques, la présence de plutonium dans l'océan Pacifique est accrue par rapport à la répartition générale des matières nucléaires sur terre. Selon certains calculs, la dose de rayonnement provenant du césium 137 sur les atolls des Îles Marshall est d'environ 95 %, et les 5 autres sont des isotopes du strontium, de l'américium et du plutonium.

Le plutonium est transporté dans l'océan par des processus physiques et biogéochimiques. Le temps de séjour du plutonium dans les eaux de surface de l'océan est de 6 à 21 ans, ce qui est généralement plus court que celui du césium-137. Contrairement à cet isotope, le plutonium est un élément qui réagit partiellement avec l'environnement et forme 1 à 10 % de composés insolubles à partir de poids total qui est entré dans environnement. Le plutonium dans l'océan tombe au fond avec des particules biogéniques, à partir desquelles il est réduit en formes solubles par décomposition microbienne. Les plus courants de ses isotopes dans le milieu marin sont le plutonium-239 et le plutonium-240.

En janvier 1968, un avion américain B-52 transportant quatre armes nucléaires s'est écrasé sur la glace près de Thulé, au Groenland, à la suite d'un atterrissage infructueux. La collision a provoqué une explosion et une fragmentation de l'arme, provoquant la chute de plutonium sur la banquise. Après l'explosion, la couche supérieure de neige contaminée a été démolie et, par conséquent, une fissure s'est formée, à travers laquelle du plutonium est entré dans l'eau. Pour réduire les dommages causés à la nature, environ 1,9 milliard de litres de neige et de glace ont été collectés, ce qui aurait pu être exposé à une contamination radioactive. Par la suite, il s'est avéré que l'un des quatre chefs d'accusation n'a jamais été retrouvé.

Il y a un cas connu où le vaisseau spatial soviétique Kosmos-954 le 24 janvier 1978 avec une source d'énergie nucléaire à bord est tombé en territoire canadien lors d'une désorbitation incontrôlée. Cet incident a entraîné le rejet de 1 kg de plutonium 238 dans l'environnement sur une superficie d'environ 124 000 m².

Le rejet de plutonium dans l'environnement n'est pas seulement associé à des accidents d'origine humaine. Des cas de fuite de plutonium sont connus à la fois dans les conditions de laboratoire et d'usine. Il y a eu environ 22 fuites accidentelles de laboratoires d'uranium-235 et de plutonium-239. Pendant 1953-1978. les accidents ont entraîné la perte de 0,81 à 10,1 kg de Pu. Les accidents dans les installations industrielles ont entraîné un total de deux décès à Los Alamos en raison de deux accidents et de la perte de 6,2 kg de plutonium. Dans la ville de Sarov en 1953 et 1963. environ 8 et 17,35 kg sont tombés à l'extérieur du réacteur nucléaire. L'un d'eux a conduit à la destruction d'un réacteur nucléaire en 1953.

Niveaux de radioactivité isotopique en avril 1986.

Il existe un cas connu d'accident à la centrale nucléaire de Tchernobyl, survenu le 26 avril 1986. À la suite de la destruction de la quatrième unité de puissance, 190 tonnes de substances radioactives ont été rejetées dans l'environnement sur une superficie d'environ 2200 km². Huit des 140 tonnes de combustible radioactif du réacteur se sont retrouvées dans l'air. La zone contaminée était de 160 000 km². Des ressources importantes ont été mobilisées pour éliminer les conséquences, plus de 600 000 personnes ont participé à la liquidation des conséquences de l'accident. L'activité totale des substances rejetées dans l'environnement était, selon diverses estimations, jusqu'à 14×10 Bq, dont :

1,8 EBq - 13153I,
0,085 EBq - 13755Cs,
0,01 EBq - 9038Sr
0,003 EBq - isotopes du plutonium,
les gaz nobles représentaient environ la moitié de l'activité totale.

Actuellement, la plupart des habitants de la zone contaminée reçoivent moins de 1 mSv par an en excès du fond naturel.

Source d'énergie et de chaleur

Comme vous le savez, l'énergie nucléaire est utilisée pour la convertir en électricité en chauffant de l'eau qui, en s'évaporant et en formant de la vapeur surchauffée, fait tourner les aubes de turbine des générateurs électriques. L'avantage de cette technologie est l'absence de gaz à effet de serre nocif pour l'environnement. En 2009, 438 centrales nucléaires dans le monde produisaient environ 371,9 GW d'électricité. Cependant, le moins de l'industrie nucléaire est les déchets nucléaires, dont environ 12 000 tonnes sont traitées par an.Cette quantité de déchets est une tâche assez difficile pour les employés des centrales nucléaires. En 1982, on estimait qu'environ 300 tonnes de plutonium avaient été accumulées.

Tablette de dioxyde de plutonium-238.

La poudre jaune-brun, composée de dioxyde de plutonium, peut résister à des températures allant jusqu'à 1200 °C. La synthèse du composé se produit par décomposition du tétrahydroxyde ou du tétranitrate de plutonium dans une atmosphère d'oxygène :

La poudre de couleur chocolat résultante est frittée et chauffée dans un courant d'hydrogène humide jusqu'à 1500 °C. Dans ce cas, des comprimés d'une densité de 10,5 à 10,7 g/cm³ sont formés, qui peuvent être utilisés comme combustible nucléaire. Le dioxyde de plutonium est le plus stable et le plus inerte des oxydes de plutonium et se décompose en composants en chauffant à des températures élevées, et est donc utilisé dans le traitement et le stockage du plutonium, ainsi que son utilisation ultérieure comme source d'électricité. Un kilogramme de plutonium équivaut à environ 22 millions de kWh d'énergie thermique.

En URSS, plusieurs RTG Topaz ont été produits, conçus pour générer de l'électricité pour les engins spatiaux. Ces dispositifs ont été conçus pour fonctionner avec du plutonium-238, qui est un émetteur α. Après la chute Union soviétique Les États-Unis ont acheté plusieurs de ces appareils pour étudier leur conception et leur utilisation ultérieure dans leurs programmes spatiaux à long terme.

Sonde RTG New Horizons.

Un digne remplaçant du plutonium-238 pourrait être appelé polonium-210. Sa dissipation thermique est de 140 W/g et un seul gramme peut chauffer jusqu'à 500 °C. Cependant, en raison de sa demi-vie extrêmement courte pour les missions spatiales, l'utilisation de cet isotope dans industrie spatiale sévèrement limitée.

Le plutonium-238 en 2006, lors du lancement de la sonde New Horizons sur Pluton, a trouvé son utilisation comme source d'énergie pour la sonde. Le générateur de radio-isotopes contenait 11 kg de dioxyde de Pu de haute pureté, qui produisait en moyenne 220 watts d'électricité tout au long du trajet. Des inquiétudes ont été exprimées quant au lancement infructueux de la sonde, mais celui-ci a tout de même eu lieu. Après son lancement, la sonde a atteint une vitesse de 36 000 milles à l'heure grâce aux forces de gravité terrestre. En 2007, une manœuvre gravitationnelle autour de Jupiter a augmenté sa vitesse de 9 000 milles supplémentaires, lui permettant de s'approcher de son approche la plus proche de Pluton en juillet 2015, puis de poursuivre son observation de la ceinture de Kuiper.

Les sondes Galileo et Cassini étaient également équipées de sources d'énergie à base de plutonium. L'isotope sera utilisé lors de futures missions, par exemple, le rover Curiosity sera propulsé par du plutonium-238. Sa descente à la surface de Mars est prévue pour août 2012. Le rover utilisera la dernière génération de RTG, appelée générateur thermoélectrique à radio-isotopes multi-missions. Cet appareil produira 125 watts de puissance électrique et après 14 ans - 100 watts. Pour le fonctionnement du rover, 2,5 kWh d'énergie seront produits en raison de la désintégration des noyaux. Le plutonium-238 est la source d'énergie optimale, émettant 0,56 Wg. L'utilisation de cet isotope avec le tellurure de plomb, qui est utilisé comme élément thermoélectrique, forme une source d'électricité très compacte et à long terme sans aucune pièce mobile de la structure, ce qui permet de "sauver" l'espace des engins spatiaux.

RTG SNAP-27 utilisé dans la mission Apollo 14.

Plusieurs kilogrammes de PuO 2 ont été utilisés non seulement sur Galileo, mais aussi sur certaines des missions Apollo. Le générateur d'énergie électrique SNAP-27, dont la puissance thermique et électrique était respectivement de 1480 W et 63,5 W, contenait 3,735 kg de dioxyde de plutonium-238. Pour réduire le risque d'explosion ou d'autres accidents possibles, le béryllium a été utilisé comme élément résistant à la chaleur, léger et durable. SNAP-27 était le dernier type de générateur utilisé par la NASA pour les missions spatiales ; les types précédents utilisaient d'autres sources d'électricité.

Lors de la réalisation d'une expérience sismique passive sur la Lune dans le cadre de la mission Apollo 11, deux sources de chaleur radio-isotopes d'une puissance de 15 W ont été utilisées, contenant 37,6 g de dioxyde de plutonium sous forme de microsphères. Le générateur a été utilisé dans les missions Apollo 12, 14, 15, 16, 17. Il a été conçu pour fournir de l'électricité à l'équipement scientifique installé sur vaisseau spatial. Au cours de la mission Apollo 13, le module lunaire a dévié de sa trajectoire, à la suite de quoi il a brûlé dans les couches denses de l'atmosphère. À l'intérieur de SNAP-27, l'isotope susmentionné a été utilisé, qui est entouré de matériaux résistant à la corrosion et y sera stocké pendant encore 870 ans.

Le plutonium-236 et le plutonium-238 sont utilisés pour fabriquer des batteries électriques atomiques dont la durée de vie atteint 5 ans ou plus. Ils sont utilisés dans les générateurs de courant qui stimulent le cœur. En 2003, il y avait 50 à 100 personnes aux États-Unis avec un stimulateur cardiaque au plutonium. L'utilisation du plutonium-238 pourrait s'étendre aux combinaisons des plongeurs et des astronautes. Le béryllium avec l'isotope ci-dessus est utilisé comme source de rayonnement neutronique.

En 2007, le Royaume-Uni a commencé la démolition de Calder Hall, la plus ancienne centrale nucléaire au plutonium, qui a commencé à fonctionner le 17 octobre 1956 et s'est achevée le 29 septembre 2007.

Réacteurs surgénérateurs

Représentation schématique de réacteurs surgénérateurs à neutrons rapides avec caloporteur à métal liquide, avec disposition intégrale et en boucle des équipements.

Pour obtenir de grandes quantités de plutonium, on construit des réacteurs surgénérateurs qui permettent de produire des quantités importantes de plutonium. Les réacteurs sont appelés "surgénérateurs" car avec leur aide, il est possible d'obtenir de la matière fissile en quantité supérieure à son coût d'obtention.

Aux États-Unis, la construction des premiers réacteurs de ce type a commencé avant 1950. En URSS et en Grande-Bretagne, leur création a commencé au début des années 1950. Cependant, les premiers réacteurs ont été créés pour étudier les caractéristiques neutroniques des réacteurs à spectre de neutrons durs. Par conséquent, les premiers échantillons devaient démontrer non pas de grandes quantités de production, mais la possibilité de mettre en œuvre des solutions techniques prévues dans les premiers réacteurs de ce type.

La différence entre les réacteurs de surpression et les réacteurs nucléaires conventionnels est que les neutrons n'y sont pas ralentis, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de modérateur de neutrons pour qu'ils réagissent le plus possible avec l'uranium-238. Après la réaction, des atomes d'uranium-239 sont formés, qui forment plus tard du plutonium-239. Dans de tels réacteurs, la partie centrale, contenant du dioxyde de plutonium dans du dioxyde d'uranium appauvri, est entourée d'une enveloppe de dioxyde d'uranium 238 encore plus appauvri, dans laquelle se forme du Pu. En utilisant U et U ensemble, de tels réacteurs peuvent produire 50 à 60 fois plus d'énergie à partir d'uranium naturel, permettant ainsi d'utiliser les réserves des plus adaptées au traitement des minerais d'uranium. Le taux de reproduction est calculé comme le rapport entre le combustible nucléaire produit et le combustible usé. Cependant, atteindre des taux de reproduction élevés n'est pas une tâche facile. Les éléments combustibles qu'ils contiennent doivent être refroidis par autre chose que de l'eau, ce qui réduit leur énergie. L'utilisation de sodium liquide comme élément de refroidissement a été proposée. Dans les réacteurs surgénérateurs, l'uranium 235 enrichi à plus de 15 % en masse est utilisé pour obtenir l'irradiation neutronique requise et un taux de surgénération d'environ 1-1,2.

À l'heure actuelle, il est économiquement plus rentable d'obtenir de l'uranium à partir de minerai d'uranium enrichi jusqu'à 3 % en uranium 235 que de produire de l'uranium en plutonium 239 à partir d'uranium 235 enrichi de 15 %. En termes simples, l'avantage des surgénérateurs est la capacité, en cours d'exploitation, non seulement de produire de l'électricité, mais également d'éliminer l'uranium 238 qui ne convient pas comme combustible nucléaire.

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