Les isotopes du plutonium

Plutonium-239 mais aussi 238, 240, 241, 242 …

Les actinides majeurs générés par des captures de neutrons dans un combustible à base d’uranium sont des isotopes du plutonium. Si on n’extrait pas cet élément du combustible usé pour le recycler comme matière fissile, sa radiotoxicité devient après quelques dizaines d’années prépondérante bien qu’il ne constitue que 1 % du poids du combustible irradié.

En raison du rôle crucial joué par le plutonium-239, on oublie souvent que le plutonium comporte d’autres isotopes. Dans le cas d’un réacteur conventionnel à eau pressurisée brûlant de l’uranium enrichi, l’isotope 239 ne constitue que 58 % du plutonium retrouvé dans le combustible. Un second isotope, le plutonium-241 est également fissile, ce qui porte à 70 % la proportion d’isotopes fissiles.

Les autres isotopes du plutonium présents sont les isotopes 238, 240 et 242. Le plutonium-238 provient de captures dans l’uranium-235 non suivies de fission.

La radioactivité du plutonium provient surtout de deux isotopes à durée de vie relativement courte : l’isotope 241 (14,4 ans de période) et l’isotope 238 (88 ans de période). Le plutonium-238 est utilisé comme source d’énergie pour des missions lointaines dans l’espace. Sa période radioactive de l’ordre du siècle garantit une longue utilisation et il n’émet pas de rayons gamma dangereux.

Bien que présent seulement à raison de 12 %, le plutonium-241 contribue à pratiquement 100 % de l’activité du plutonium dans les premiers temps. Toutefois, émetteur bêta (il se transforme en américium-241), il est moins toxique que les isotopes 238, 239, 240 et 242 qui sont émetteurs alpha.

Parmi ces derniers, c’est l’isotope 238 qui contribue le plus au départ à la radiotoxicité en raison de sa durée de vie de l’ordre d’une centaine d’années. A long terme, le relais est pris par les isotopes-239, 240 et 242 à vie longue : activité et toxicité ont alors beaucoup décru, les isotopes du plutonium à vie courte ayant disparu.

Le plutonium est responsable de 97,5 % de l’activité radioactive et de 66 % de la toxicité potentielle des actinides dans le combustible sorti des réacteurs. S’il n’est pas recyclé et reste dans le combustible, le plutonium devient la principale source de toxicité quand les produits de fission ont pratiquement disparu. Par contre si on le fait disparaître des déchets grâce à un retraitement, la radioactivité résiduelle (due aux actinides mineurs) est divisée par 7.

La composition en isotopes dépend naturellement du combustible uutilisé et de son degré d’irradiation – le burn-up – au terme de son séjour en réacteur. En particulier, les combustibles qui contiennent au départ du plutonium – comme le MOX – en contiennent davantage en sortie.

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– Plutonium-238

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