Plutoniu

iso	N / A	TD	DM	DE	DP
²³⁸ Pu	sintetic	87.74 ani	α fix	5.5 204.66	²³⁴ U
²³⁹ Pu	urme	2,41 x 10 ^{4 ani}	α fix	5.245 207.06	²³⁵ U
²⁴⁰ Pu	sintetic	6,5 x 10 ^{3 ani}	α fix	5.256 205.66	²³⁶ U
²⁴¹ Pu	sintetic	14 ani	β ^- fix	0.02078 210.83	²⁴¹ Am
²⁴² Pu	sintetic	3,73 x 10 ^{5 ani}	α fix	4.984 209.47	²³⁸ U
²⁴⁴ Pu	sintetic	8,08 x 10 ^{7 ani}	α fix	4666	²⁴⁰ U

iso: izotop
NA: abundență în natură
TD: timp de înjumătățire
DM: modul de descompunere
DE: energia de descompunere în MeV
DP: produs de descompunere

Plutoniu este " element chimic din numărul atomic 94 și simbolul său este Pu. Acesta este elementul cel mai utilizat pe scară largă în prezent în bombe nucleare în fisiune și caracterizate prin ceea ce este cel mai radioactivitate. Sa izotop cel mai important este ²³⁹ Pu, care are un " timp de înjumătățire de 24.100 de ani.

Caracteristici

Sferă de plutoniu în mijlocul a două blocuri de carbură de tungsten (simulare)

Pură de plutoniu este un metal argintiu , dar se închide la culoare când oxidează . Plutoniu suferă o contracție în volum cu creșterea temperaturii.

Căldura produsă prin dezintegrarea alfa face plutoniu cald sensibil la atingere; cantități mari poate face „fierberea apei .

În compușii săi plutoniu prezintă șase numere de oxidare , de la 2 la 7; în soluție apoasă formează preferențial patru specii ionice

Pu (II), cum ar fi Pu ²⁺ ion (Deep Purple)
Pu (III), cum ar fi Pu ³⁺ (albastru Lavandă ion)
Pu (IV), cum ar fi Pu ⁴⁺ (ion galben maro)
Pu (V), cum ar fi ion PUO + 2 (considerat a fi roz). Acest ion este instabilă în soluție și disproporziona în Pu ⁴⁺ și PUO 2 2+; Pu ⁴⁺ apoi oxida restul PUO + la PUO 2 2+ 2, redus la Pu ^3+. Soluțiile apoase de plutoniu tind timp pentru a deveni un amestec de Pu ³⁺ și PUO 2 2+.
Pu (VI), cum ar fi ion PUO 2 2+ (portocaliu-roz)
Pu (VII), cum ar fi ion PUO 5 3- (roșu închis). Ionul heptavalent este rară și preparate numai în condiții de oxidare extremă.

Plutoniu în spectacole formă metalică unele proprietăți particulare: spre deosebire de alte metale ea conduce caldura slab, indică variații puternice în volum datorită variațiilor modeste de temperatură sau presiune și nu este magnetic. Aceste proprietăți au fost explicate în 2007, printr-un model care presupune că electronii de valență fluctuează între orbitali, spre deosebire de modelele anterioare, care presupune un număr fix de electroni de valență în orbitali. ^[1]

Aplicații

Plutoniului pentru bombe atomice

Plutoniu pentru bombe atomice ( de asemenea , cunoscut în limba engleză pentru arme de grad sau arme plutoniu de calitate) are o compoziție foarte specific izotop. Având în vedere proprietățile de fisiune nucleară și fisiune spontană a unor izotopi, acesta trebuie să mențină compoziția ²³⁹ Pu> 93%, astfel încât să facă grajd dispozitiv și în condiții de siguranță pentru funcționare, în scopul de a face acest lucru vă păstrați burnup combustibilului la mai mici MWD pentru a maximiza producția de ²³⁹ Pu. ^[2]

Din cauza ușor de a fisiunea ²³⁹ Pu este o componentă cheie de fisiune în moderne arme nucleare . Masa critică pentru o sferă de plutoniu este de 16 kg, care pot fi reduse la 10 kg prin utilizarea unui scut care reflectă împotriva neutronii emise de aceasta. Această cantitate corespunde aproximativ unei sfere de 10 cm diametru pentru detonarea complet liberă " energie de 200 kilotone . ²³⁹ Pu are un timp de înjumătățire (timp de înjumătățire) de 24.200 de ani.

Plutoniu de la reactoarele nucleare

Plutoniu de la reactoarele nucleare (cunoscute în limba engleză reactor grad sau plutoniu reactor-grad) a dat burnup mai mare, are compozitii in jur de 60% din ²³⁹ Pu, 25% ²⁴⁰ Pu și restul de alți izotopi, cu aceste procente variind ca funcţia de burnup și tipul de reactor utilizat. ^[2]

Alte utilizări

Izotopul Pu ²³⁸ emite particule alfa și are un timp de înjumătățire de 87 de ani. Această caracteristică face potrivit pentru producerea de generatoare de curent pentru dispozitivele destinate să lucreze fără întreținere directă pentru un timp comparabil cu cel al unei vieți umane; pentru acest lucru este utilizat în radioizotopi generatoare termoelectric (RTG) , cum ar fi cele care au alimentat sondele Galileo și Cassini . Versiunile anterioare ale aceleiași tehnologii au furnizat dispozitive de energie pentru a efectua experimente seismologice pe suprafața Lunii în timpul misiunilor programului Apollo .

²³⁸ Pu a fost , de asemenea , utilizat pentru a alimenta unele modele de inima artificiala , pentru a reduce riscurile din cauza unei operații chirurgicale repetate. Acesta a fost inlocuita cu baterii la litiu reîncărcabilă prin inducție , dar se estimează că în Statele Unite, în 2003 , între 50 și 100 de stimulatoare cardiace de plutoniu au fost implantate la pacienți încă în viață.

Istorie

A fost observată Elementul transuranice cu numărul atomic 94 , pentru prima dată în 1936 de către Enrico Fermi , care l -au numit esperio , inspirat de un nume vechi de " Italia ^[3] .

Acesta a fost apoi sintetizat în 1940 de către Glenn Seaborg , Edwin McMillan , JW Kennedy și AC Wahl bombardat cu deutronilor de „ uraniu în ciclotron de Lawrence Berkeley National Laboratory , de la“ Universitatea Berkeley din California , dar descoperirea a fost ținută ascunsă. Acesta a fost considerat primul element sintetizat în mod artificial și nu pe Pământ, până la șaptezeci, Seaborg însuși și Perlman l - au găsit în unele pechblende din Canada ^[4] și mai târziu a fost găsit peste ²³⁹ Pu în minerale în Zair , Colorado , Rusia , Brazilia , care însoțește " uraniu ^[5] . A fost numit după pitic planeta Pluto , la vremea clasificată ca o planetă , deoarece ca urmare a uraniului și Neptunium ai vrut să păstreze analogia cu numele planetelor din sistemul solar . În mod curios, Seaborg a ales ca simbol să fie supus IUPAC pentru înregistrarea noului element, nu logic „Pl“, dar „Pu“, care corespunde direcției făcute de un copil , în prezența unui obiect urât mirositoare. Îi plăcea să -și imagineze faptul că noul element a avut un miros urât, dar cu toate acestea , a crezut că gluma va fi respinsă la înregistrare, spre surprinderea sa, Comitetul a aprobat simbolul ^[6] .

În timpul Proiectului Manhattan Lorzii au fost făcute reactoare nucleare la Hanford , în statul Washington , pentru a produce plutoniu pentru două bombe au fost mai târziu construite: Gadget a fost testat la site - ul Trinity , Fat Man a fost abandonat pe oraș japonez în Nagasaki în timpul atomice bombardarea Hiroshima și Nagasaki .

Atât Statele Unite este " Uniunea Sovietică acumulat stocuri mari de plutoniu în anii Războiului Rece ; se estimează că în 1982 stocurile au ridicat la 300 de tone. De la sfârșitul războiului rece aceste stocuri fac obiectul de interes pentru o eventuală proliferare necontrolată a armelor nucleare în lume. În Statele Unite , este luată în considerare din 2003 conversia mai multor centrale nucleare , în scopul de a le alimenta cu plutoniu ( MOX ) în loc de uraniu îmbogățit , în scopul de a se elimina parțial acestor stocuri.

Disponibilitate

Deși aproape toate plutoniu este de origine sintetică, foarte slab urme se gasesc in mod natural in minereuri de uraniu. Aceste linii provin dintr - un proces de captare a neutronilor de ^U-238 care se transformă mai întâi în ²³⁹ U care suferă două dezintegrează beta prin conversia la un ²³⁹ Np și apoi în ²³⁹ Pu. Același procedeu este utilizat pentru a produce ²³⁹ Pu în reactoarele nucleare. O concentrație semnificativă de plutoniu natural este situat pe locul râului Oklo din Gabon .

Din cauza lung de înjumătățire a acestora (80 de milioane de ani) , unele urme de ²⁴⁴ Pu de la nașterea sistemului solar , prodottesi de la explozii supernova .

Producție

Efectul temperaturii asupra volumului atomic de plutoniu.

Izotopul ²³⁹ Pu este fisionabil produs esențial pentru majoritatea armelor nucleare: producția sa este , prin urmare , important pentru națiuni cu dezvoltarea unor programe nucleare militare.

²³⁹ Pu este produsă în mod normal în reactoarele nucleare prin expunerea ²³⁸ U într - un flux de neutroni: reacția nucleară se numește fertilizare . Aceasta se transformă în ²³⁹ U care suferă două rapide dezintegrează beta , de cotitură pentru prima dată în ²³⁹ Np și , ulterior , în ²³⁹ Pu. După expunere ²³⁹ Pu format este amestecat cu o mare cantitate reziduală de ²³⁸ U și urme de alți izotopi ai uraniului, precum și orice produse de fisiune; acesta este apoi purificat chimic.

Dacă Pu ²³⁹ captures un neutron, la rândul său, este, cu toate acestea, se transformă în Pu ^240, un izotop care are o șansă în comparație cu cele anterioare , de 10.000 de ori mai mare decât fisiune spontană , crescând în mod corespunzător riscul de detonare nu este declanșat; pentru acest motiv, un plutoniu bogat în izotop său 240 este inutilizabil în arme nucleare, deoarece emite constant neutroni, ceea ce face problematică lor de manipulare și de a risca să o parte a detona arma înainte de ardere. Mai mult, este imposibil să se distingă chimic ²³⁹ Pu de ²⁴⁰ Pu, prin urmare , ar fi necesar să le separați prin mijloace fizice, un proces dificil și costisitor similar cu cel utilizat pentru îmbogățirea uraniului. Din acest motiv , în cazul în care doriți pentru a obține plutoniu-239, iradierea ²³⁸ U nu ar trebui să fie extinsă dincolo de un anumit prag dincolo de care concentrația de plutoniu-240 devine inacceptabil de mare.

Un reactor comercial apă necesită pentru combustibil înlocuirea complet oprit timp de zile sau chiar săptămâni, în timpul schimbării elementelor de combustibil : prin urmare , este descurajata un ciclu de programare pentru producția de plutoniu; este încă posibil, chiar dacă mult mai puțin convenabil punct de vedere economic, pentru a separa cantitățile mai mici din combustibilul uzat. Din acest motiv, și anume de a preveniproliferarea nucleară , The AIEA inspectează în mod regulat toate reactoarele nucleare în funcțiune în lume.

Un reactor special concepute pentru producția de plutoniu necesită în locul pieselor continue de mașini de combustibil , cum ar fi reactorul RBMK și CANDU , sau într- un reactor mai flexibil în special în pornirea și oprirea. În special, cerințele de flexibilitate în încărcare a RBMK făcut imposibilă în proiect structura de izolare adecvată, care a exacerbat drastic dezastrul de la Cernobîl " . Cele mai multe dintre plutoniul produs în lume provine de la reactoarele de cercetare sau reactoare militare , cum ar fi accidentul reactorului englezesc de gaz Windscale . Producția de plutoniu a fost de asemenea realizată cu reactoarele ameliorator de sodiu prin utilizarea mantalei radiale în miez.

Compuși

Imaginea prezintă culorile diferitelor stări de oxidare ale Pu în soluție.

Reacționează plutoniului rapid cu " oxigenul , formând PUO, PUO ₂ și alți oxizi intermediari. Reacționează cu halogeni care produc compuși de tipul PUX _3, în care X este fluor , clor , brom sau iod . Printre fluoruri, este , de asemenea cunoscut PUF _4: oxihalogenuri PuOCl, și poate mai sunt cunoscute PuOBr.

Plutoniu formează , de asemenea, carbura PUC, nitrura Pun și, prin reacția cu siliciu , compusul Puși _2.

Alotropii

Chiar și la presiune atmosferică plutoniu are loc în mai multe forme alotropice . Acestea au diferite structuri cristaline și densități: diferența dintre densitățile a și forme mai rmn mult de 25%. Prezența acestor numeroase forme alotropice face plutoniu dificil de lucrat. Motivele pentru diagrama de fază complicată, nu sunt pe deplin cunoscute; unele cercetări recente a fost axat pe a face modele matematice de calculator precisă a tranzițiilor de fază.

Izotopi

Acestea sunt 21 cunoscuți izotopi de plutoniu. Cel mai stabil sunt ²⁴⁴ Pu, cu un timp de înjumătățire de 80,8 milioane de ani, Pu ²⁴² cu o jumătate de viață 373,300 ani și ²³⁹ Pu, cu un timp de înjumătățire de 24.100 de ani. Toți ceilalți izotopi sunt extrem de radioactive și au perioade de înjumătățire mai mică de 7000 de ani. Acest element are , de asemenea , opt state metastabile , nici una dintre care este stabil (toate au timp de înjumătățire mai puțin de o secundă).

Izotopii de plutoniu au greutate atomică variind de la 228.0387 ⁽²²⁸ Pu) la 247.074 ⁽²⁴⁷ Pu). În modul principal dezintegrare inainte cel mai izotop stabil ⁽²⁴⁴ Pu) sunt fisiune spontane și alfa de emisie , în timp ce modul principal după cel mai stabil izotop este " emisia beta . De dezintegrările înainte ²⁴⁴ Pu (neglija multitudinea de nuclee fiice generate de procesul de fisiune) sunt izotopii de uraniu și Neptuniu , în timp ce aceia după sunt izotopi ai americium .

Principalii izotopi pentru aplicații practice sunt ²³⁹ Pu, care este potrivit pentru utilizarea în arme nucleare și de reactoare și ²³⁸ Pu, potrivite pentru utilizare în generatoarele termoelectrice cu radioizotopi (vezi mai sus pentru detalii). Izotopul ²⁴⁰ Pu este ușor supus fisiune spontană și ²³⁹ Pu este produs atunci când este expus la neutroni. Plutoniu compus din mai mult de 90% din ²³⁹ Pu este numit plutoniu de la arme nucleare; plutoniu obținut din reactoarele comerciale , conține , de obicei , cel puțin 20% din ²⁴⁰ Pu și se numește plutoniu din reactor.

Pericol

Toți izotopi și compuși de plutoniu sunt toxice și radioactive.

Prin urmare, Plutoniu este extrem de periculos dacă nu manipulate în mod corespunzător. Alpha particule care problemele nu penetrează pielea , dar poate afecta grav organele interne , atunci când plutoniu este inhalat sau ingerat. În special la risc sunt scheletul , suprafața care este absorbită de plutoniu, iar ficatul , unde este colectat și concentrat. Particulele de plutoniu fin (de ordinul a micrograme) cauza cancer de plămâni prin inhalare.

Spre deosebire de alte radioizotopi naturale , cum ar fi radio sau de carbon 14, plutoniu a fost produs, concentrat și izolat în cantități mari (sute de tone) în anii războiului rece pentru producția de arme. Aceste depozite, indiferent dacă sunt sau nu sub formă de arme, reprezintă un risc toxicologic semnificativ, în principal, deoarece nu există ușor de rute posibile pentru eliminarea acestora.

În plus față de problemele legate de toxicitate, trebuie luate măsuri de precauție pentru a evita acumularea de plutoniu în cantități apropiate la masa critică , sau cantitatea capabilă să declanșeze și auto-propaga o reacție de fisiune nucleară . În aceste condiții, chiar dacă nu este limitat, masa supraîncălzește plutoniu și, de rupere în sus, daune ce este în jurul ei. Formularul este relevant; Ar trebui evitate forme compacte, cum ar fi cea sferică. O explozie nucleară de ordinul unei bombe atomice nu se poate întâmpla în mod accidental, deoarece necesită o masă mare supercritic, cu toate acestea o masa critica poate produce doze letale de radiatii, așa cum sa întâmplat în unele incidente din trecut.

Mai multe astfel de incidente au avut loc atât în Statele Unite și în Uniunea Sovietică, în unele cazuri, cu consecințe letale. Nepăsători de manipulare a unei sfere de plutoniu 6,2 kg a cauzat expunerea letale la om de știință Harry Daghlian la Los Alamos 21 august 1945 , provocând moartea sa patru săptămâni mai târziu. Doza absorbită de Daghlian a fost 510 rem (5.1 Sv ). Nouă luni mai târziu, un alt accident întotdeauna ca Los Alamos a cauzat moartea lui Louis Slotin . Cu toate acestea la Los Alamos în 1958 , în timpul unui proces de purificare plutoniu, el a format o masă critică într - un reactor, provocând moartea unui operator al macaralei. incidente similare au avut loc, de asemenea, în Uniunea Sovietică, Japonia și alte țări.

plutoniu metalic reprezintă un pericol de incendiu, în special în cazul în care materialul este fin divizat. Acesta reacționează chimic cu oxigenul și cu apa, cu care se poate forma plutoniu hidrură, o substanță care se aprinde spontan în aer. Plutoniu extinde considerabil ca rezultat al oxidării și poate rupe chiar recipientul este în. Cel mai eficient materialul pentru a stinge un incendiu de plutoniu este pulberea de oxid de magneziu , care răcește masa arsă și blochează orice legătură cu oxigen.

Pentru a evita acest pericol, plutoniu este depozitat în general într-o atmosferă inertă și strict anhidru.

Referințe literare

Un element numit „plutoniu“ , este citat de Ippolito Nievo ^[7] , în lucrarea sa Istoria filosofică a secolelor viitoare 1860, 80 de ani înainte de a scurta sa:

„Am luat o jumătate de uncie de fosfor și o dramă de plutoniu, cele două elemente care alcătuiesc sămânța umană intimă; Le-am amestecat bine și eliminate din doza de particula infinitezimal care, probabil, formează instrumentul pasiv al inteligenței ".

(Istoria filosofică a secolelor viitoare, Introducere)

Notă

^ Fluctuant de electroni plutoniu , pe lescienze.espresso.repubblica.it, Le Scienze. Accesat la 3 aprilie 2007 .
^ ^A ^b Asociația Nucleară Mondială - Plutoniu
^ Enciclopedia Treccani, Esperio
^ Glenn Seaborg , Ed. Elemente Transuranice produse ale alchimiei moderne. (Elemente transuraniene, produse moderne alchimie) Stroudsburg: Dowden, Hutchinson și Ross, 1978
^ Pentru concentrațiile vezi Jacques Pradel , Plutoniu este natural! în protecția împotriva radiațiilor, GEDIM 1991, Vol. 26, N ° 1, paginile 89 și 90
^ O 80-Year-Old glumă Dezvăluit, ascunzându -se în tabelul periodic! Pe nationalgeographic.com, National Geographic. Adus la 28 aprilie 2019 .
^ Ippolito Nievo , Istoria filosofică a secolelor viitoare , Wikisource gratuit, [1860]. Adus la 18 noiembrie 2008 .

Bibliografie

Francesco Borgese, Elementele tabelului periodic. Descoperire, proprietăți, utilizări. Manual chimic, fizic, geologic , Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1 .
R. Barbucci, A. Sabatini și P. Dapporto, Tabel periodic și proprietăți ale elementelor , Florența, Edizioni V. Morelli, 1998 (arhivat din original la 22 octombrie 2010) .

Elemente conexe

Acordul privind gestionarea și distribuția de plutoniului

Alte proiecte

Wikicitat conține referințe bibliografice sau de plutoniu
Wikționar conține dicționarul intrare „ plutoniu “
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere de plutoniu

linkuri externe

Plutoniu , de Treccani.it - enciclopedii on - line, Institutul Enciclopediei Italiene .
(RO) plutoniul , din Enciclopedia Britannica , Encyclopaedia Britannica, Inc.
(RO) Este elementar - plutoniul , pe education.jlab.org.
(RO) plutoniul , pe WebElements.com.
(RO) plutoniul , pe EnvironmentalChemistry.com.
(FR) Federația Oamenilor de Știință Americani - producerea plutoniului pe fas.org. Adus de 17 mai 2005 (depusă de „URL - ul original , 03 februarie 2009).
(RO) Plutoniu Fabricarea și fabricarea pe nuclearweaponarchive.org.
(RO) P. Söderlind, diagrama ambiantă faza de presiune de plutoniu - O teorie unificată pentru α și δ-Pu-Pu , pe edpsciences.org, Europhys. Lett., 55 (4), p. 525, 2001. Accesat la o mai 2019 (depusă de către „URL - ul original , 13 februarie 2008).
(RO) Pericolele punctului de vedere al plutoniului -Anti-nucleare , de ccnr.org.
(RO) Colectarea de articole pe plutoniu la Coaliția canadian pentru responsabilitate nucleară , pe ccnr.org.
(RO) Armele nucleare: opțiunile de eliminare pentru excedentul arme Utila plutoniul , de globalsecurity.org.

Controlul autorității	Thesaurus BNCF 23908 · LCCN (RO) sh85103582 · GND (DE) 4136381-4 · NDL (RO, JA) 00569238

Portalul chimiei

Portalul Energiei Nucleare

[1] Fluctuant de electroni plutoniu , pe lescienze.espresso.repubblica.it, Le Scienze. Accesat la 3 aprilie 2007 .

[WNA-2] A ^b Asociația Nucleară Mondială - Plutoniu

[3] Enciclopedia Treccani, Esperio

[4] Glenn Seaborg , Ed. Elemente Transuranice produse ale alchimiei moderne. (Elemente transuraniene, produse moderne alchimie) Stroudsburg: Dowden, Hutchinson și Ross, 1978

[5] Pentru concentrațiile vezi Jacques Pradel , Plutoniu este natural! în protecția împotriva radiațiilor, GEDIM 1991, Vol. 26, N ° 1, paginile 89 și 90

[6] O 80-Year-Old glumă Dezvăluit, ascunzându -se în tabelul periodic! Pe nationalgeographic.com, National Geographic. Adus la 28 aprilie 2019 .

[7] Ippolito Nievo , Istoria filosofică a secolelor viitoare , Wikisource gratuit, [1860]. Adus la 18 noiembrie 2008 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]