Plutonium 240

Le plutonium 240, noté ²⁴⁰Pu, est l'isotope du plutonium dont le nombre de masse est égal à 240 : son noyau atomique compte 94 protons et 146 neutrons avec un spin 0+ pour une masse atomique de 240,053 81 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de 50 125,3 ± 1,1 keV et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de 7 556,04 keV^[1]. Il se forme à partir du plutonium 239 par capture neutronique. Il a été découvert au Laboratoire national de Los Alamos en 1944 à partir de sa fission spontanée et a eu d'importantes conséquences sur le projet Manhattan^[2].

Plutonium 240

table

Général

Nom	Plutonium 240
Symbole	240 94Pu 146
Neutrons	146
Protons	94

Données physiques

Demi-vie	6 561(7) ans[1]
Produit de désintégration	236U
Masse atomique	240,0538117(12) u
Spin	0+
Excès d'énergie	50 125,3 ± 1,1 keV[1]
Énergie de liaison par nucléon	7 556,043 ± 0,005 keV[1]

Production radiogénique

Isotope parent	Désintégration	Demi-vie
240 93Np	β−	61,9(2) min
240 95Am	β+	50,8(3) heures
244 96Cm	α	18,11(3) ans

Désintégration radioactive

Désintégration	Produit	Énergie (MeV)
α	236 92U	5,25575

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Il se désintègre en uranium 236 par désintégration α et est par ailleurs sujet à un taux de fission spontanée qui reste faible mais ne peut être négligé dans les applications militaires, ce qui limite l'utilisation du ²⁴⁰Pu dans les armes nucléaires : le flux de neutrons générés dans le matériau par fission spontanée est susceptible de déclencher une réaction en chaîne prématurée qui dilue la puissance de l'explosion^[3].

Propriétés

Le plutonium 239 subit une fission nucléaire dans 62 à 73 % des captures neutroniques et forme du plutonium 240 dans les autres cas. Plus un combustible nucléaire demeure dans un réacteur nucléaire, plus il forme du plutonium 240.

²⁴⁰Pu et ²³⁹Pu ont à peu près la même section efficace de capture neutronique (289,5 ± 1,4 barns contre 269,3 ± 2,9 barns)^[4],[5] mais ont une section efficace de fission par neutrons thermiques de seulement 0,064 barns. Lorsque ²⁴⁰Pu capture un neutron, il a environ 4 500 fois plus de chance de former du plutonium 241 que de fissionner. En général, les isotopes ayant un nombre de masse impair ont plus de chances d'absorber un neutron et de fissionner à la suite de cette capture neutronique que les isotopes ayant un nombre de masse pair. C'est la raison pour laquelle les nucléides ayant un nombre de masse pair tendent à s'accumuler, notamment dans les réacteurs à neutrons thermiques.

Notes et références

1. (en) « Live Chart of Nuclides: 240
   94Pu
   146 », sur www-nds.iaea.org, AIEA, 31 mars 2004 (consulté le 21 août 2021).
2. (en) G. W. Farwell, « Emilio Segre, Enrico Fermi, Pu-240, and the atomic bomb », sur inis.iaea.org, American Chemical Society, Division of Nuclear Chemistry and Technology, 1990 (consulté le 21 août 2021).
3. (en) Sümer Şahin, « Reply to “Remarks on the Plutonium-240 Induced Pre-Ignition Problem in a Nuclear Device” », Nuclear Technology, vol. 54, n^o 3,‎ 1981, p. 431-432 (DOI 10.13182/NT81-A32795, lire en ligne)
4. (en) S. F. Mughabghab, Atlas of neutron resonances : resonance parameters and thermal cross sections Z=1-100, Elsevier, 2006. (ISBN 978-0-08-046106-9)
5. (en) « A5. Actinide data: Thermal neutron cross sections, resonance integrals, and Westcott factors », sur www-nds.iaea.org, AIEA (consulté le 21 août 2021).

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