Le plutonium est un métal argenté radioactif qui peut être utilisé pour créer ou détruire. Bien qu'il ait été utilisé pour la destruction peu de temps après sa fabrication, l'élément est aujourd'hui principalement utilisé pour créer de l'énergie à travers le monde.
Le plutonium a été produit et isolé pour la première fois en 1940 et a été utilisé pour fabriquer la bombe atomique "Fat Man" qui a été larguée sur Nagasaki à la fin de la Seconde Guerre mondiale, juste cinq ans après sa première production, a déclaré Amanda Simson, professeur adjoint de génie chimique à l'Université de New Haven.
Juste les faits
Voici les propriétés du plutonium, selon le Los Alamos National Laboratory:
- Numéro atomique: 94
- Symbole atomique: Pu
- Poids atomique: 244
- Point de fusion: 1,184 F (640 C)
- Point d'ébullition: 5 842 F (3 228 C)
Découverte & histoire
Le plutonium a été découvert en 1941 par les scientifiques Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan et Arthur C. Wohl à l'Université de Californie à Berkley. La découverte a eu lieu lorsque l'équipe a bombardé de l'uranium-238 avec des deutons accélérés dans un cyclotron, ce qui a créé du neptunium-238 et deux neutrons libres. Le neptunium-238 s'est ensuite désintégré en plutonium-238 par désintégration bêta.
Cette expérience n'a été partagée avec le reste de la communauté scientifique qu'en 1946, après la Seconde Guerre mondiale. Seaborg a soumis un article sur leur découverte à la revue Physical Review en mars 1941, mais l'article a été retiré lorsqu'il a été découvert qu'un isotope du plutonium, le Pu-239, pouvait être utilisé pour créer une bombe atomique.
Bientôt, Seaborg a été envoyé pour diriger le laboratoire de production de plutonium, également connu sous le nom de Met Lab, à l'Université de Chicago, selon le Los Alamos National Laboratory. Le but du laboratoire était de créer du plutonium dans le cadre du projet Manhattan. Le projet Manhattan était une entreprise secrète pendant la Seconde Guerre mondiale qui a travaillé exclusivement pour développer une bombe atomique.
Le 18 août 1942, ils connaissent leur premier grand succès. Ils ont pu créer une trace de plutonium visible à l'œil nu. Il ne valait qu'environ 1 microgramme. À partir du petit échantillon, le scientifique a déterminé le poids atomique du plutonium.
Le projet Manhattan a finalement produit suffisamment de plutonium pour le «test de la Trinité». Au cours de l'essai, la première bombe atomique du monde, ou "Le gadget", a explosé près de Socorro, au Nouveau-Mexique, le 16 juillet 1945, par le directeur du laboratoire Los Alamos, Robert Oppenheimer, et le général de l'armée Leslie Groves.
Du test, Oppenheimer a déclaré: "Nous savions que le monde ne serait pas le même. Quelques personnes ont ri, quelques personnes ont pleuré. La plupart des gens se sont tus. Je me suis souvenu de la ligne de l'Écriture hindoue, la Bhagavad-Gita. Vishnu essaie persuader le prince qu'il devrait faire son devoir et l'impressionner prend sa forme à plusieurs bras et dit: «Maintenant, je suis devenu la mort, le destructeur des mondes». Je suppose que nous avons tous pensé cela, d'une manière ou d'une autre ", selon la Royal Society of Chemistry.
L'explosion avait l'équivalent énergétique d'environ 20 000 tonnes de TNT. La première bombe atomique à usage de guerre est tombée sur Hiroshima, au Japon, le 6 août 1945. Cette bombe atomique, surnommée "Little Boy", avait cependant un noyau d'uranium. La deuxième bombe, larguée sur Nagasaki, au Japon, le 9 août 1945, avait un noyau de plutonium. Le «gros homme», comme on l'appelait, hâta la fin de la Seconde Guerre mondiale.
Propriétés du plutonium
Le plutonium fraîchement préparé a une couleur argentée brillante mais prend une teinte gris terne, jaune ou vert olive lorsqu'il est oxydé dans l'air. Le métal se dissout rapidement en acides minéraux concentrés. Un gros morceau de plutonium est chaud au toucher en raison de l'énergie dégagée par la désintégration alpha; des morceaux plus gros peuvent produire suffisamment de chaleur pour faire bouillir l'eau. À température ambiante, le plutonium sous forme alpha (la forme la plus courante) est aussi dur et cassant que la fonte. Il peut être allié à d'autres métaux pour former la forme delta stabilisée à température ambiante, qui est douce et ductile. Contrairement à la plupart des métaux, le plutonium n'est pas un bon conducteur de chaleur ou d'électricité. Il a un point de fusion bas et un point d'ébullition inhabituellement élevé.
Le plutonium peut former des alliages et des composés intermédiaires avec la plupart des autres métaux et des composés avec une variété d'autres éléments. Certains alliages ont des capacités supraconductrices et d'autres sont utilisés pour fabriquer des pastilles de combustible nucléaire. Ses composés viennent dans une variété de couleurs, selon l'état d'oxydation et la complexité des divers ligands. En solution aqueuse, il existe cinq états ioniques de valence.
Le plutonium, ainsi que tous les autres éléments transuraniens, est un danger radiologique et doit être manipulé avec un équipement et des précautions spécialisés. Des études animales ont montré que quelques milligrammes de plutonium par kilogramme de tissu sont mortels.
Sources
Le plutonium n'est généralement pas présent dans la nature. Des oligo-éléments de plutonium se trouvent dans les minerais d'uranium naturels. Ici, il se forme d'une manière similaire au neptunium: par irradiation de l'uranium naturel avec des neutrons suivie d'une désintégration bêta.
Cependant, le plutonium est principalement un sous-produit de l'industrie nucléaire. Chaque année, environ 20 tonnes de plutonium sont produites, selon le Los Alamos National Laboratory. Le combustible nucléaire irradié peut également être retraité pour séparer le plutonium utilisable des autres éléments du combustible.
Selon la World Nuclear Association, les essais d'armes atmosphériques dans les années 50 et 60 ont laissé des tonnes de plutonium dans l'atmosphère terrestre qui est toujours là aujourd'hui.
Les usages
Pour la plupart, le plutonium n'est pas beaucoup utilisé. En fait, sur les cinq isotopes communs, seuls deux des isotopes du plutonium, le plutonium-238 et le plutonium-239, sont utilisés pour quoi que ce soit.
Le plutonium-238 est utilisé pour produire de l'électricité pour les sondes spatiales à l'aide de générateurs thermoélectriques à radio-isotopes. Ces générateurs sont allumés lorsque les sondes ne peuvent pas obtenir suffisamment d'énergie solaire car elles se sont trop éloignées du soleil. Certaines sondes qui utilisent du plutonium-238 sont Cassini et Galileo.
Lorsqu'il est suffisamment concentré, le plutonium-239 subit une réaction de fission en chaîne. Pour cette raison, il est utilisé dans les armes nucléaires et certains réacteurs nucléaires.
En fait, l'une des plus grandes utilisations du plutonium est l'énergie. Selon la World Nuclear Association, plus du tiers de l'énergie produite dans la plupart des centrales nucléaires provient du plutonium. Le plutonium est le principal combustible des réacteurs à neutrons rapides.
Qui savait?
Pendant des décennies, les scientifiques se sont demandé pourquoi le plutonium n'agissait pas comme les autres métaux de son groupe. Par exemple, le plutonium est un mauvais conducteur d'électricité et ne colle pas aux aimants. Maintenant, les chercheurs ont découvert où se cachait son «magnétisme manquant» et cela a à voir avec le comportement farfelu des électrons dans la coque extérieure de l'élément. Contrairement à d'autres métaux, qui ont un nombre défini d'électrons dans leur enveloppe extérieure, lorsqu'ils sont à l'état fondamental, le plutonium peut y avoir quatre, cinq ou six électrons.
Ce nombre fluctuant d'électrons de l'enveloppe extérieure explique pourquoi le plutonium n'est pas magnétique: pour qu'un atome interagisse avec des aimants, les électrons non appariés dans sa coquille extérieure doivent s'aligner dans un champ magnétique.
L'isotope le plus stable du plutonium, le plutonium-244, peut durer longtemps. Il a une demi-vie d'environ 82 millions d'années et se désintègre en uranium 240 grâce à la désintégration alpha, selon le Jefferson Lab.
Le plutonium doit son nom à la planète Pluton. C'est parce qu'il est venu après Uranium, qui a été nommé d'après la planète Uranus, et le neptunium, qui a été nommé d'après la planète Neptune.
Le plutonium émet des neutrons, des particules bêta et des rayons gamma.
