Dioxyde de plutonium

Le dioxyde de plutonium est un composé chimique de formule PuO 2. C'est une céramique réfractaire de couleur jaune à vert olive selon la taille de ses grains, sa température et son mode de fabrication.



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Dioxyde de plutonium
CaF2 polyhedra.png
__ Pu4+     __ O2−
Structure du dioxyde de plutonium
Général
Nom IUPAC Dioxyde de plutonium
Synonymes Oxyde de plutonium (IV)
No CAS 12059-95-9
No EINECS 235-037-3
Apparence Solide jaune à vert olive
Propriétés chimiques
Formule brute O2PuPuO2
Masse molaire[1] 276 g·mol-1
O 11, 59 %, Pu 88, 43 %,
Propriétés physiques
T° fusion 2 400 °C
T° ébullition 2 800 °C
Solubilité insoluble
Masse volumique 11 500 kg·m-3
Cristallographie
Système cristallin Fm3m
Classe cristalline ou groupe d'espace Cubique
Structure type fluorite (CaF2) [2]
Paramètres de maille 540 pm
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le dioxyde de plutonium est un composé chimique de formule PuO2. C'est une céramique réfractaire de couleur jaune à vert olive selon la taille de ses grains, sa température et son mode de fabrication[3]. Il s'agit du principal composé du plutonium du point de vue des applications de ce métal.

Structure

Le dioxyde de plutonium a la même structure cristalline que la fluorine CaF2, qui est aussi celle du dioxyde d'uranium et du dioxyde de neptunium : les cations Pu4+ occupent les nœuds d'un réseau cubique face centrée alors que les anions O2- occupent les sites tétraédriques[4]. Le PuO2 se prête bien aux applications nucléaires à cause des lacunes dans les sites octaédriques, qui offrent de la place pour les produits de fission sans briser la structure cristalline du matériau.

Fabrication

Le plutonium métallique s'oxyde spontanément en dioxyde de plutonium PuO2 quand il est exposé à l'oxygène. Industriellement, il est produit par calcination à 300 °C de l'oxalate de plutonium Pu (C2O4) 2. 6H2O issu du traitement du combustible nucléaire usé.

Cylindre de 238PuO2 luisant sous l'effet de sa propre chaleur de désintégration.

Applications

Le dioxyde de plutonium entre dans la composition du combustible MOX utilisé par certains réacteurs nucléaires. Le dioxyde de plutonium 238 est utilisé comme source d'énergie pour les sondes spatiales dans leur générateur thermoélectrique à radioisotope, comme c'est le cas de la sonde New Horizons conçue pour atteindre le dispositif de (134340) Pluton en été 2015. L'isotope 238Pu se désintègre en effet principalement en émettant des particules α dont il est envisageable de convertir efficacement l'énergie cinétique en énergie thermique : la puissance spécifique du plutonium 238 pur est d'environ 567 W/kg, soit à peu près 390 W/kg sous forme de dioxyde de plutonium PuO2 — l'isotope 238Pu n'est jamais pur, il est le plus souvent concentré entre 75 à 80 %, avec fréquemment entre 15 et 20 % de 239Pu et divers autres actinides.

Cette technologie présente de très nombreux avantages du point de vue de l'exploration spatiale, mais suscite toujours la méfiance du public quant aux risques de contamination radioactive en cas d'accident lors du lancement ou en cas de chute de l'engin dans l'atmosphère terrestre — dans la mesure par exemple où New Horizons a dû repasser particulièrement près de la Terre pour bénéficier de son assistance gravitationnelle par effet de fronde avant de mettre le cap vers Jupiter.

Sécurité

Comme l'ensemble des composés du plutonium, le dioxyde de plutonium est tracé dans le cadre du traité sur la non-prolifération des armes nucléaires. Le PuO2 est chaud au toucher à cause de son intense radioactivité α, comme le sont d'ailleurs l'ensemble des autres composés du plutonium. Ce dernier n'est pas uniquement radiotoxique, mais également toxique d'un point de vue chimique, en particulier par inhalation[5].

Réferences

  1. Masse molaire calculée selon Atomic weights of the elements 2007 sur www. chem. qmul. ac. uk
  2. (en) Bodie E. Douglas, Shih-Ming Ho, Structure and Chemistry of Crystalline Solids, Springer Science + Business Media, Inc., Pittsburgh, PA, USA, 2006, 346 p. (ISBN 0-387-26147-8)  
  3. Los Alamos National Laboratory : Nitric acid processing.
  4. Norman N. Greenwood, A. Earnshaw, (1984) Chemistry of the Elements, Oxford : Pergamon, p. 1471, ISBN 0-08-022057-6
  5. Toxicological Profile For Plutonium, 2007-09-27

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 09/12/2010.
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