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Transmuter quoi ?



Transmuter actinides et produits de fission à vies longues

Eléments candidats à la transmutation
Les éléments radioactifs candidats à la transmutation en raison de leur longue période radioactive sont des actinides mineurs et certains produits de fission. Les premiers sont les plus radiotoxiques mais peu mobiles. A l’inverse, les produits de fission moins radiotoxiques peuvent se retrouver sous un forme mobile comme le technétium-99, le césium-135 ou l’iode-129. La dernière colonne donne la teneur dans le déchet de l’isotope à transmuter au sein de l’élément, par exemple du césium-135 pour le césium.
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Des éléments à vie longue : actinides et produits de fission

Dans le cas des déchets radioactifs, les éléments radioactifs à électionner pour une transmutation sont ceux dont la durée de vie, mesurée par leur période radioactive, se compte en milliers d’années, voire en millions d’années. L’avantage des durées de vie extrêmement longues – une activité à petite vitesse – est compensé par l’inconvénient de la quasi éternité qu’ils mettent à disparaître.

On se préoccupera de transmuter en priorité les actinides mineurs, des noyaux plus lourds que l’uranium formés dans les réacteurs par la capture successive de un ou plusieurs neutrons. Généralement émetteurs de rayons alpha, ces noyaux sont radiotoxiques en cas d’ingestion.

Les actinides mineurs sont heureusement peu mobiles et peu abondants (moins de 1 kilo par tonne d’uranium sorti des réacteurs). Ce sont les américiums 243 et 241 (de 7370 et 432 ans de période, le curium-245 (8 500 ans) et le neptunium-237 (2 100 000 ans). Rappelons que le plutonium (un actinide majeur) ne figure pas dans cette liste, car il est déjà transmuté dans certains réacteurs.

En dehors des actinides, est-il intéressant de transmuter les quelques produits de fission qui ont une très longue durée de vie. Les produits de fission qui émettent des rayons bêta sont beaucoup moins toxiques en cas d’ingestion que les actinides. Mais, sous certaines formes chimiques, ils peuvent être relativement mobiles en condition de stockage. Rentrent dans cette catégorie l’iode-129 (période 17 000 000 ans), le césium-135 (2 300 000 ans) et le technétium-99 (213 000 ans).

Principe de la transmutation du technétium-99
Produit de fission à vie longue – sa période est de 210 000 ans – le technétium-99 est l’un des éléments dont on peut envisager la transmutation. La capture d’un neutron accélère son retour à la stabilité, provoquant une désintégration bêta beaucoup plus rapide. Après capture, le technétium-99 est devenu du technétium-100, un noyau beaucoup plus instable. Ce dernier se transforme en un noyau stable de ruthénium-100 au bout de quelques secondes. Encore faut-il capturer des neutrons en nombre suffisants pour tirer profit de ce phénomène.
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Le technétium-99 est le plus abondant (810 g par tonne d'uranium (TU) du combustible nucléaire et le plus important à transmuter. Son activité (0,5 Tbq/TU) et sa radiotoxicité (175 Sv/TU) représentent 96 % et 60 % du total des trois éléments. Pour donner une idée du risque radioactif, quel serait le nombre de décès causés par l’ingestion de tout le technétium contenu dans une tonne de combustible usé ? En appliquant le calcul usuel de le relation linéaire sans seuil préconisé par la CIPR, on trouverait 9 décès. Mais si le technétium était enfoui à grande profondeur, sele une toute petite fraction finirait dans l'axxiette de nos lointains descendants.

Cependant si le recours au nucléaire dure, l’enjeu de réduire la quantité de technétium produite se justifie. Par capture d’un neutron, le noyau retrouve la stabilité en quelques minutes. Dans certaines conditions, le technétium est à même de capturer efficacement des neutrons et la transmutation de ce produit de fission est envisageable, sinon économique, avec des réacteurs spécialisés.

Le césium-135 (360 g/TU) n’est pas intéressant à transmuter. Il ne représente que 17 % du césium retrouvé dans les déchets. Une partie de ce césium est stable. Le césium-137 de 30 ans de période, également présent, est 80 000 fois plus actif que l’isotope 135. Une irradiation par des neutrons réduira bien la durée de vie de quelques noyaux de césium-135 mais rendra radioactifs des noyaux qui ne l’étaient plus. Le bénéfice de l’opération est douteux. Pour bien faire, il faudrait séparer au préalable l’isotope 135, mais ce serait excessivement coûteux.

Le troisième élément, l’iode-129, n’est pas intéressant non plus à transmuter. Ce produit de fission est le moins abondant (170 g/TU), sa période est de 17 millions d‘années et son activité ne représente qu’un cinq centième de celle du technétium. Un spécialiste a pu écrire que la thyroïde pourrait absorber beaucoup d’iode-129 sans dommages, une façon de rappeler sous forme d’une boutade provocante que, du simple fait du rapport des périodes, l’iode-129 est 1 milliard de fois moins actif que l’iode-131 dispersé à Tchernobyl.

(NB : L’iode-129, imparfaitement piégé lors des opérations de retraitement, fait partie des rejets autorisés).