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Les actinides mineurs



Neptunium, Américium et Curium

Parmi les déchets radioactifs, les actinides mineurs constituent une très petite minorité. On en retrouve environ 600 grammes par tonne de combustible irradié. Une tranche de centrale produisant un Gigawatt-électrique en génère environ 17,5 kg par an, soit pour l'ensemble des 60 réacteurs français une masse de 1,05 tonne. Toute cette production tiendrait sans mal dans un sac de 50 litres si elle n'était pas radioactive ....

De l'uranium aux actinides
La capture successive de plusieurs neutrons conduit à la formation de noyaux au delà de l'uranium, les transuraniens. On voit sur cette carte des noyaux, comment des captures multiples transforment l'uranium-235 et 238 du combustible en isotopes de plutonium, de neptunium, d'américium et de curium, appelés actinides. Les captures des neutrons ne sont pas fréquentes. Dans un assemblage de combustible qui séjourne 3 ou 4 années en réacteur, seuls 2,5 % des noyaux d'uranium-238 subissent au moins une capture. Un noyau instable résultant d'une capture se transforme généralement par désintégration bêta bien avant la capture suivante. Une capture peut aussi provoquer une fission, auquel cas il n'y aura pas de transuranien formé.
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Le neptunium-237 est l'actinide mineur le plus abondant. Il est généré à partir de captures dans l'uranium-235, mais il est de loin le moins actif, sa période étant de 2,15 millions d'années. Il est difficile à incinérer, sauf dans des réacteurs avec un haut flux de neutrons(*).

Les deux isotopes de l'américium sont plus actifs que le neptunium-237. L'activité de l'américium-241, dont la période est de 432 ans, devient prédominante à cette échelle de temps. Cet isotope s'accumule dans le plutonium des combustibles usés, car il est issu de la désintégration du plutonium-241 qui ne vit que 14 ans.

En raison de sa courte durée de vie (18 ans), le curium-244 est très actif, mais il disparaît à l'échelle du siècle. Il contribue au départ à environ 60 % de la radioactivité des actinides mineurs, bien qu'il soit produit en très petite quantité.

Si le combustible contient au départ du plutonium, les neutrons ont besoin de moins de captures pour synthétiser des actinides mineurs contenant plus de 240 nucléons. C'est la raison pour laquelle, la formation d'américium est quintuplée avec du combustible MOX. Cette production accrue d'actinides mineurs est un des principaux défauts du MOX.

Comparés aux isotopes du plutonium, les actinides mineurs sont très minoritaires en termes d'activité et de toxicité. Au départ, ils ne représentent que 2,5 % de l'activité, le reste étant dû au plutonium dont l'isotope 241 de 14 ans de période est très actif. En conséquence, si l'on extrait le plutonium du combustible irradié pour le brûler ultérieurement, l'activité et la toxicité sont beaucoup réduites.

Production et caractéristiques des actinides mineurs
Quantités d'actinides mineurs produites annuellement dans le combustible d'un réacteur conventionnel à eau pressurise ayant subi une combustion standard de 33 Gigawattjours et retrouvées après 3 ans de refroidissement. Ces quantités sont ramenées à une tonne et aux 23 tonnes de la consommation annuelle d'uranium. La table rappelle les périodes de ces éléments ainsi que leur facteur de dose, estimateur de leur toxicité potentielle.
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Les actinides mineurs - avec les produits de fission - se retrouvent dans les déchets vitrifiés issus du retraitement du combustible. Quand les produits de fission à vie courte et moyenne ont disparu, la contribution des actinides à la radioactivité des déchets devient prépondérante. Les déchets vitrifiés issus du retraitement sont alors 7 fois moins radioactifs que les assemblages dont on n'a pas extrait le plutonium. Si l'on poussait un jour le retraitement pour séparer les actinides mineurs afin de les brûler (par exemple dans des réacteurs à neutrons rapides) on pourrait aller beaucoup plus loin dans la réduction de la radioactivité des déchets.

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