Dioxyde de plutonium

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Dioxyde de plutonium
CaF2 polyhedra.png
__ Pu4+     __ O2−
Structure du dioxyde de plutonium
Identification
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
O 11,59 %, Pu 88,43 %,
Propriétés physiques
fusion 2 400 °C
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
Précautions
Matériau radioactif
Composé radioactif
Unités du SI et 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[modifier | modifier le code]

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

Fabrication[modifier | modifier le code]

Le plutonium métallique s'oxyde spontanément en dioxyde de plutonium PuO2 lorsqu'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[modifier | modifier le code]

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 destinée à atteindre le système de Pluton en été 2015. L'isotope 238Pu se désintègre en effet essentiellement en émettant des particules α dont il est possible de convertir efficacement l'énergie cinétique en énergie thermique : la puissance spécifique du plutonium 238 pur est d'environ 567 W/kg, soit environ 390 W/kg sous forme de dioxyde de plutonium PuO2 — l'isotope 238Pu n'est jamais pur, il est généralement concentré entre 75 à 80 %, avec souvent 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 très près de la Terre pour bénéficier de son assistance gravitationnelle par effet de fronde avant de mettre le cap vers Jupiter.

Sécurité[modifier | modifier le code]

Comme tous les 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 en raison de son intense radioactivité α, comme le sont d'ailleurs tous les autres composés du plutonium. Ce dernier n'est pas seulement radiotoxique, mais également toxique d'un point de vue chimique, particulièrement par inhalation[5].

Références[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « 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, Pittsburgh, PA, USA, Springer Science + Business Media, Inc.,‎ 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. (en) « Toxicological Profile For Plutonium », U.S. Department of Health and Human Services,‎ 2007-09-27 (consulté en 2009-04-23)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]