Matière nucléaire de qualité militaire

Actinides et produits de fission par demi-vie
Actinides par chaîne de désintégration				Demi-vie (en années)	Produits de fission de ²³⁵U par rendement
4n	4n+1	4n+2	4n+3		Produits de fission de ²³⁵U par rendement
4n	4n+1	4n+2	4n+3			4.5–7 %	0.04–1.25 %	<0.001 %
²²⁸Ra^№				4–6	†		¹⁵⁵Eu^þ
²⁴⁴Cm^ƒ	²⁴¹Pu^ƒ	²⁵⁰Cf	²²⁷Ac^№	10–29		⁹⁰Sr	⁸⁵Kr	^113mCd^þ
²³²U^ƒ		²³⁸Pu^ƒ	²⁴³Cm^ƒ	29–97		¹³⁷Cs	¹⁵¹Sm^þ	^121mSn
²⁴⁸Bk	²⁴⁹Cf^ƒ	^242mAm^ƒ		141–351	Aucun produit de fission n'a une demi-vie de l'ordre de 100 à 210 k ans...
	²⁴¹Am^ƒ		²⁵¹Cf^ƒ	430–900
		²²⁶Ra^№	²⁴⁷Bk	1.3 k – 1.6 k
²⁴⁰Pu	²²⁹Th	²⁴⁶Cm^ƒ	²⁴³Am^ƒ	4.7 k – 7.4 k
	²⁴⁵Cm^ƒ	²⁵⁰Cm		8.3 k – 8.5 k
			²³⁹Pu^ƒ	24.1 k
		²³⁰Th^№	²³¹Pa^№	32 k – 76 k
²³⁶Np^ƒ	²³³U^ƒ	²³⁴U^№		150 k – 250 k	‡	⁹⁹Tc^₡	¹²⁶Sn
²⁴⁸Cm		²⁴²Pu		327 k – 375 k			⁷⁹Se^₡
				1.53 M		⁹³Zr
	²³⁷Np^ƒ			2.1 M – 6.5 M		¹³⁵Cs^₡	¹⁰⁷Pd
²³⁶U			²⁴⁷Cm^ƒ	15 M – 24 M			¹²⁹I^₡
²⁴⁴Pu				80 M	... ni au-delà de 15,7 millions d'années
²³²Th^№		²³⁸U^№	²³⁵U^ƒ№	0.7 G – 14.1 G	... ni au-delà de 15,7 millions d'années
Légende des symboles en exposant ₡ : a une section efficace de capture neutronique thermiques dans la plage de 8 à 50 barns ƒ : fissile m : isomère métastable № : principalement une matière radioactive naturelle (NORM) þ : Poison à neutrons (section efficace de capture des neutrons thermiques supérieure à 3 000 barns) † : produit de fission à vie moyenne ‡ : produit de fission à vie longue

Les matières nucléaires de qualité militaire sont toutes les matières nucléaires fissiles suffisamment pures pour fabriquer une arme nucléaire ou qui ont des propriétés qui les rendent particulièrement adaptées à l'utilisation d'armes nucléaires. Le plutonium et l'uranium dans les qualités normalement utilisées dans les armes nucléaires sont les exemples les plus courants. (Ces matières nucléaires ont d'autres catégorisations en fonction de leur pureté.)

Seuls les isotopes fissiles de certains éléments peuvent être utilisés dans les armes nucléaires. Pour une telle utilisation, la concentration d'isotopes fissiles d’uranium 235 et de plutonium 239 dans l'élément utilisé doit être suffisamment élevée. L'uranium provenant de sources naturelles est enrichi par séparation isotopique et le plutonium est produit dans un réacteur nucléaire prévu à cet effet.

Des expériences ont été menées avec l'uranium 233. Le neptunium 237 et certains isotopes de l'américium pourraient être utilisables, mais il n'est pas certain qu’ils aient jamais été mis en œuvre^[1].

Pays ayant produit des matières nucléaires de qualité militaire modifier

Dix pays ont produit des matières nucléaires de qualité militaire^[2] :

cinq « États reconnus comme étant dotés d'armes nucléaires » selon les termes du traité sur la non-prolifération des armes nucléaires (TNP) : les États-Unis (première arme nucléaire testée et deux bombes utilisées comme armes en 1945), la Russie (première arme testée en 1949), le Royaume-Uni (Opération Hurricane en 1952), la France (1960) et la Chine (projet 596 en 1964) ;
trois autres États nucléaires déclarés, non signataires du TNP : l'Inde (non signataire, arme testée en 1974), le Pakistan (non signataire, arme testée en 1998) et la Corée du Nord (qui s’est retiré du TNP en 2003, arme testée en 2006) ;
Israël, qui est largement connu pour avoir développé des armes nucléaires (probablement testées pour la première fois dans les années 1960 ou 1970) mais n'a pas déclaré ouvertement sa capacité ;
l'Afrique du Sud, qui avait également des capacités d'enrichissement et avait développé des armes nucléaires (peut-être testées en 1979), mais détruit son arsenal et rejoint le TNP en 1991.

Uranium de qualité militaire modifier

L'uranium naturel est transformé en uranium de qualité militaire grâce à l'enrichissement isotopique. L’uranium naturel, seulement environ 0,7 % de celui-ci est de l'uranium 235 (²³⁵U) fissile, le reste étant presque entièrement de l'uranium 238 (²³⁸U). Ils sont séparés grâce à leurs masses différentes. L'uranium hautement enrichi est considéré comme de qualité militaire lorsqu'il a été enrichi à environ 90 % en ²³⁵U.

L'uranium 233 est produit à partir du thorium 232 par capture de neutrons. L'(²³³U) produit ainsi ne nécessite pas d'enrichissement et peut être relativement facilement séparé chimiquement du (²³²Th) résiduel. Il est donc soumis à la réglementation en tant que matière nucléaire spéciale que sur la quantité totale présente. L'uranium 233 peut être intentionnellement mélangé avec l'uranium 238 pour éliminer les problèmes de prolifération^[3].

Alors que l'uranium 233 semble donc idéal pour l'armement, un obstacle important à cet objectif est la coproduction de traces d'uranium 232 en raison de réactions secondaires. Les dangers liés à l'uranium 232, résultant de ses produits de désintégration hautement radioactifs tels que le thallium 208, sont importants, même à hauteur de seulement 5 ppm. Les armes nucléaires à implosion nécessitent des niveaux d'uranium 232 inférieurs à 50 ppm (au-delà duquel l'uranium 233 est considéré comme « de faible qualité » ; cf. « Le plutonium de qualité militaire standard nécessite une teneur en ²⁴⁰Pu ne dépassant pas 6,5 %. », soit 65 000 ppm, et le ²³⁸Pu de façon analogue exige des niveaux inférieur à 0,5 % (5 000 ppm). Les armes à fission à insertion nécessiteraient de faibles niveaux d'²³²U et de faibles niveaux d'impuretés légères de l'ordre du ppm^[4].

Plutonium de qualité militaire modifier

Article connexe : Plutonium de qualité réacteur.

Le plutonium 239 est produit artificiellement dans les réacteurs nucléaires lorsqu'un neutron est absorbé par l'uranium 238, formant l'uranium 239, qui se désintègre ensuite en un processus rapide en deux étapes en ²³⁹Pu. Il peut ensuite être séparé de l'uranium dans une usine de retraitement nucléaire.

Le plutonium de qualité militaire est défini comme étant principalement du ²³⁹Pu, généralement à une pureté d’environ 93 %^[5]. Le ²⁴⁰Pu est produit lorsque le ²³⁹Pu absorbe un neutron supplémentaire et ne fissionne pas. Le ²⁴⁰Pu et ²³⁹Pu ne sont pas séparés par retraitement. Le ²⁴⁰Pu a un taux élevé de fission spontanée, ce qui peut faire exploser prématurément une arme nucléaire. Cela rend le plutonium impropre à une utilisation dans les armes nucléaires à insertion. Pour réduire la concentration en ²⁴⁰Pu dans le plutonium produit, les réacteurs de production de plutonium des programmes d'armement (par exemple le réacteur B) irradient l'uranium pendant une durée beaucoup plus courte que la normale pour un réacteur. Plus précisément, le plutonium de qualité militaire est obtenu à partir d'uranium irradié ayant un faible taux de combustion.

Cela représente une différence fondamentale entre ces deux types de réacteurs. Dans une centrale nucléaire, un taux de combustion élevé est souhaitable. Les centrales électriques telles que les anciens réacteurs britanniques Magnox et français UNGG, qui étaient conçues pour produire de l'électricité et du plutonium militaire, fonctionnaient à de faibles puissances avec de fréquents changements de combustible en utilisant le rechargement en continu pour produire du plutonium de qualité militaire. Une telle opération n'est pas possible avec les réacteurs à eau légère les plus couramment utilisés pour produire de l'énergie électrique. Dans ces derniers, le réacteur doit être arrêté et le réservoir sous pression démonté pour accéder au combustible irradié.

Le plutonium récupéré du combustible usé de réacteurs à eau légère, bien qu'il ne soit pas de qualité militaire, peut être utilisé pour produire des armes nucléaires de tous niveaux de sophistication^[6], bien que dans des conceptions simples, il ne puisse produire qu'un long feu^[7]. Les armes fabriquées avec du plutonium de qualité réacteur nécessiteraient un refroidissement spécial pour les garder en stock et prêtes à l'emploi^[8]. Un essai effectué en 1962 sur le site de sécurité nationale du Nevada (alors connu sous le nom de terrain d'essai du Nevada) mit en œuvre du plutonium non militaire produit dans un réacteur Magnox situé au Royaume-Uni. Le plutonium utilisé fut fourni aux États-Unis dans le cadre de l'accord de défense mutuelle américano-britannique de 1958. Sa composition isotopique n'a pas été divulguée, autrement que par la description « plutonium de qualité réacteur », sans plus de précision^[9]. Le plutonium provenait apparemment des réacteurs militaires Magnox de Calder Hall ou de Chapelcross. Le pourcentage de ²³⁹Pu dans le matériau utilisé pour l'essai de 1962 n'a pas été divulgué, mais il fut déduit qu'il était d'au moins 85 %, beaucoup plus élevé que le combustible usé typique des réacteurs actuellement en fonctionnement^[10].

Occasionnellement, un combustible usé à faible taux de combustion est produit par un réacteur à eau légère commercial lorsqu'un incident tel qu'une défaillance du revêtement de combustible nécessite un ravitaillement en combustible précoce. Si la période d'irradiation a été suffisamment courte, ce combustible usé pourrait être retraité pour produire du plutonium de qualité militaire.

Références modifier

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Weapons-grade nuclear material » (voir la liste des auteurs).

↑ David Albright et Kimberly Kramer, « Neptunium 237 and Americium: World Inventories and Proliferation Concerns », Institute for Science and International Security, 22 aout 2005 (consulté le 13 octobre 2011)
↑ Arjun Makhijani, Lois Chalmers et Brice Smith, « Uranium Enrichment: Just Plain Facts to Fuel an Informed Debate on Nuclear Proliferation and Nuclear Power », Institute for Energy and Environmental Research, 15 octobre 2004 (consulté le 17 mai 2017)
↑ Definition of Weapons-Usable Uranium-233, ORNL/TM-13517
↑ Nuclear Materials FAQ
↑ « Reactor-Grade and Weapons-Grade Plutonium in Nuclear Explosives », sur Nonproliferation and Arms Control Assessment of Weapons-Usable Fissile Material Storage and Excess Plutonium Disposition Alternatives (excerpted), U.S. Department of Energy, janvier 1997 (consulté le 5 septembre 2011)
↑ John Holdren et Matthew Bunn, « Managing military uranium and plutonium in the United States and the former Soviet Union », Annual Review of Energy and the Environment, vol. 22,‎ 1997, p. 403–496 (DOI 10.1146/annurev.energy.22.1.403, lire en ligne, consulté le 29 mars 2014)
↑ J. Carson Mark, « Reactor Grade Plutonium's Explosive Properties », Nuclear Control Institute, août 1990 (consulté le 10 mai 2010)
↑ (en) David Rossin, « U.S. Policy on Spent Fuel Reprocessing: The Issues », sur PBS (consulté le 29 mars 2014)
↑ « Additional Information Concerning Underground Nuclear Weapon Test of Reactor-Grade Plutonium », US Department of Energy, juin 1994 (consulté le 15 mars 2007)
↑ « Plutonium », World Nuclear Association, mars 2009 (consulté le 28 février 2010)

Liens externes modifier

(en) « Reactor-Grade and Weapons-Grade Plutonium in Nuclear Explosives », sur Canadian Coalition for Nuclear Responsibility
(en) Amory B. Lovins, « Nuclear weapons and power-reactor plutonium », Nature, vol. 283, n^o 5750,‎ 28 février 1980, p. 817–823 (lire en ligne [PDF])
(en) Richard L. Garwin, « The Nuclear Fuel Cycle: Does Reprocessing Make Sense? », dans B. van der Zwaan (dir.), Nuclear energy, World Scientific, 1999, 281 p. (ISBN 978-981-02-4011-0, lire en ligne), p. 144.
« But there is no doubt that the reactor-grade plutonium obtained from reprocessing LWR spent fuel can readily be used to make high-performance, high-reliability nuclear weaponry, as explained in the 1994 Committee on International Security and Arms Control (CISAC) publication. »

[1] David Albright et Kimberly Kramer, « Neptunium 237 and Americium: World Inventories and Proliferation Concerns », Institute for Science and International Security, 22 aout 2005 (consulté le 13 octobre 2011)

[IEER-2004-2] Arjun Makhijani, Lois Chalmers et Brice Smith, « Uranium Enrichment: Just Plain Facts to Fuel an Informed Debate on Nuclear Proliferation and Nuclear Power », Institute for Energy and Environmental Research, 15 octobre 2004 (consulté le 17 mai 2017)

[3] Definition of Weapons-Usable Uranium-233, ORNL/TM-13517

[4] Nuclear Materials FAQ

[5] « Reactor-Grade and Weapons-Grade Plutonium in Nuclear Explosives », sur Nonproliferation and Arms Control Assessment of Weapons-Usable Fissile Material Storage and Excess Plutonium Disposition Alternatives (excerpted), U.S. Department of Energy, janvier 1997 (consulté le 5 septembre 2011)

[6] John Holdren et Matthew Bunn, « Managing military uranium and plutonium in the United States and the former Soviet Union », Annual Review of Energy and the Environment, vol. 22,‎ 1997, p. 403–496 (DOI 10.1146/annurev.energy.22.1.403, lire en ligne, consulté le 29 mars 2014)

[7] J. Carson Mark, « Reactor Grade Plutonium's Explosive Properties », Nuclear Control Institute, août 1990 (consulté le 10 mai 2010)

[8] (en) David Rossin, « U.S. Policy on Spent Fuel Reprocessing: The Issues », sur PBS (consulté le 29 mars 2014)

[DOE-199406-9] « Additional Information Concerning Underground Nuclear Weapon Test of Reactor-Grade Plutonium », US Department of Energy, juin 1994 (consulté le 15 mars 2007)

[10] « Plutonium », World Nuclear Association, mars 2009 (consulté le 28 février 2010)

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