pluton

nieruchomości
[ Rn ] 5 f 6 7 s 2 94 Pu Układ okresowy
Ogólnie
Nazwa , symbol , liczba atomowaatomic	Pluton, Pu, 94
Kategoria elementu	aktynowce
Grupa , kropka , blok	Ac , 7 , f
Wygląd zewnętrzny	srebrzysty metal
numer CAS	7440-07-5
Numer WE	231-117-7
Karta informacyjna ECHA	100.028.288
Ułamek masowy powłoki Ziemi	2 x 10 -15  ppm
Atomowy
Masa atomowa	244.0642 u
Promień atomowy	151 po południu
Promień kowalencyjny	187 po południu
Konfiguracja elektronów	[ Rn ] 5 f 6 7 s 2
1. Energia jonizacji	6..02576 (25) eV ≈ 581.4 kJ / mol
2. Energia jonizacji	11.5 (4) eV ≈ 1 110 kJ/mol
3. Energia jonizacji	21.1 (4) eV ≈ 2 040 kJ / mol
4. Energia jonizacji	35.0 (4) eV ≈ 3 380 kJ / mol
5. Energia jonizacji	49.0 (1,9) eV ≈ 4 730 kJ / mol
Fizycznie
Stan fizyczny	naprawiony
Modyfikacje	6.
Struktura krystaliczna	Jednoskośny
gęstość	19,816 g cm- 3 −
magnetyzm	paramagnetyczny ( Χ m = 6,2 · 10 −4 )
Temperatura topnienia	912,5 K (639,4°C)
temperatura wrzenia	3509 K (3230 ° C)
Objętość molowa	12,29 10 -6 m 3 mol -1
Ciepło parowania	325 kJ mol- 1
Ciepło stapiania	11,48 kJ mol- 1 −
Prędkość dźwięku	2260 m s- 1 przy 293,15 K.
Specyficzna pojemność cieplna	130 J kg -1 K -1
Przewodność elektryczna	6,8 · 10 5 A · V −1 · m −1
Przewodność cieplna	6,74 W m -1 K -1
Chemicznie
Stany utleniania	+3, +4 , +5, +6, (+7)
Potencjał normalny	-2,031  V (Pu 3+ + 3 e - → Pu)
Elektroujemność	1,28 ( skala Paulinga )
Izotopy
izotop NH t 1/2 ZA ZE (M eV ) Z P 236 Pu {syn.} 2,86 α 5.867 232 U 237 Pu {syn.} 45.2 d ε 0,220 237 Np α  (0,0042%) 5,748 233 U 238 Pu {syn.} 87,7 α 5593 234 U SF  (1,9 10 -7  %) 239 Pu {syn.} 24110 α 5,245 235 jednostek SF  (3 · 10 -10  %) 240 pu {syn.} 6564 α 5.256 236 U SF  (5,7 10 -6  %) 241 Pu {syn.} 14,35 β - 0,021 241 wł. α (0,0025%) 5.14 237 jedn SF  (2 · 10 -14  %) 242 Pu {syn.} 375000 α 4,984 238 U SF  (0,00055%) 243 Pu {syn.} 4,956 godz β - 0,579 243 W 244 Pu 100  % 8,0 x 10 7 a α (99,88%) 4,666 240 jednostek SF  (0,12%)
Dla innych izotopów zobacz listę izotopów
Informacje o zagrożeniach i bezpieczeństwie
Radioaktywny
Oznakowanie zagrożeń GHS brak dostępnej klasyfikacji
W miarę możliwości i zwyczajowo stosowane są jednostki SI . O ile nie zaznaczono inaczej, podane dane dotyczą warunków standardowych .

Pluton to pierwiastek chemiczny o symbolu pierwiastka Pu i liczbie atomowej 94, najwyższej liczbie atomowej wszystkich naturalnie występujących pierwiastków. W układzie okresowym należy do grupy aktynowców ( 7 okres , blok f ) i należy do pierwiastków transuranowych . Został nazwany na cześć planety karłowatej Plutona .

Pluton jest toksycznym i radioaktywnym metalem ciężkim . Znajduje się w najmniejszych śladach w bardzo starych skałach. Ilość sztucznie generowana w elektrowniach jądrowych jest większa .

Jako jeden z nielicznych pierwiastków rozszczepialnych odgrywa ważną rolę w konstrukcji broni jądrowej . Był to materiał rozszczepialny bomby atomowej, która została zrzucona na Nagasaki 9 sierpnia 1945 roku ( Fat Man ). Podczas pracy reaktorów jądrowych z uranu zawartego w paliwie jądrowym powstaje pluton .

fabuła

Pluton został odkryty przez Amerykanów Glenna T. Seaborga , J. W. Kennedy'ego , E. M. McMillana , Michaela Cefolię i Arthura Wahla . 14 grudnia 1940 r. wyprodukowali izotop ²³⁸ Pu, bombardując uran ²³⁸ U deuteronami w cyklotronie . W tym celu próbki izotopu ²³⁸ U w postaci tlenku U ₃ O ₈ nałożono najpierw cienką warstwą na miedzianą płytkę. W reakcji jądrowej z deuteronami emitowane są dwa neutrony ; utworzony początkowo neptun rozpada się do ²³⁸ Pu. Arthur Wahl dostarczył jasnych dowodów na istnienie elementu 94 w dniu 23/24. Luty 1941.

${\ displaystyle \ mathrm {^ {238} _ {\ 92} U \ + \ _ {1} ^ {2} D \ \ longrightarrow \ _ {\ 93} ^ {238} Np \ + \ 2 \ _ {0 } ^ {1} n \ quad; \ quad _ {\ 93} ^ {238} Np \ {\ xrightarrow [{2,117 \ d}] {\ beta ^ {-}}} \ _ {\ 94} ^ {238 } Pu}}$

Drugi izotop został wygenerowany przez bombardowanie prędkimi neutronami:

${\ displaystyle \ mathrm {^ {238} _ {\ 92} U \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 92} ^ {239} U \ {\ xrightarrow [{23, 5 \ min}] {\ beta ^ {-}}} \ _ {\ 93} ^ {239} Np \ {\ xrightarrow [{2,3565 \ d}] {\ beta ^ {-}}} \ _ { \ 94} ^ {239} Pu}}$

Podane czasy to okresy półtrwania .

W marcu 1942 nazwali ją imieniem Plutona , który był wówczas uważany za najbardziej zewnętrzną planetę , która z kolei nosi imię boga podziemi o tej samej nazwie : "[...] nazwana na cześć planety Pluton po drugiej stronie Neptuna ze względu na piekielne skutki bomby Pu pojawia się wywodzące się od imienia Plutona, boga podziemi, bardziej uzasadnione!”Tak nazwano trzy najcięższe znane wówczas pierwiastki: uran, neptun i pluton. planety Uran , Neptun i Pluton.

Pierwszą ważoną ilość około 4 µg wyizolowali w sierpniu/wrześniu 1942 Burris B. Cunningham , M. Cefola i Louis B. Werner .

Odkrycie było utrzymywane w tajemnicy podczas II wojny światowej . Pluton został po raz pierwszy wyprodukowany na większą skalę w ramach amerykańskiego Projektu Manhattan . Bomba atomowa, za pomocą której test Trójcy spowodował pierwszą eksplozję broni nuklearnej ludzkości, oraz Fat Man , bomba, którą zniszczono japońskie miasto Nagasaki , zawierała pluton ²³⁹ Pu jako materiał rozszczepialny. Joseph Hamilton przeprowadził badania rozmieszczenia plutonu na osobach testowych, które są dziś kontrowersyjne ze względu na wyjątkowo toksyczne działanie plutonu.

W Niemczech, jeszcze przed odkryciem plutonu, Carl Friedrich von Weizsäcker wskazał, że w reaktorach jądrowych musiałby powstać nowy pierwiastek rozszczepialny ²³⁹ Eka Re (Eka-Rhen). Nawet Fritz Houtermans powiedział w 1942 r. o istnieniu pierwiastków transuranowych w teoretycznie oczekiwanym tajnym raporcie. Jednak , o ile dzisiaj wiemy, do końca wojny w ramach niemieckiego projektu uranu nie wyprodukowano żadnych znaczących ilości plutonu.

Zdarzyć

Naturalne występowanie

Pluton jest ostatnim, ale niezwykle rzadkim, znanym wcześniej naturalnie występującym pierwiastkiem układu okresowego pierwiastków . Przy zawartości wagowej 2 · 10 ^-19 % jest jednym z najrzadszych pierwiastków w skorupie ziemskiej. W złożach uranu może być wytwarzany w niewielkich ilościach poprzez absorpcję naturalnie uwalnianych neutronów z uranu. Przypuszcza się, że na każde 140 miliardów atomów uranu przypada jeden atom plutonu. W 1951 roku amerykański chemik DF Peppard wyekstrahował ²³⁹ pu z kongijskiego koncentratu blendy smołowej . Na każdy mikrogram potrzeba było 100 ton mieszanki smolistej.

Z naturalnych reaktorów w Oklo w Gabonie iz sąsiedniego złoża uranu wiadomo , że rozszczepienie jądra atomowego nastąpiło jako reakcja łańcuchowa w naturalnym środowisku około 1,5 do 2 miliardów lat temu przez kilka tysiącleci . Nagromadzenie neutronów rozszczepienia przy ²³⁸ U wytworzyło tam około 2 do 4 ton ²³⁹ Pu. W niektórych częściach złoża Oklo bezpośrednie rozszczepienie ²³⁹ Pu w znacznym stopniu przyczyniło się do ogólnego rozszczepienia rdzenia. O jedną trzecią całkowitego rozłamu ²³⁵ U mówi się, że pochodzą z rozpadu alfa z ²³⁹ Pu. Wszelkie pozostałości wytworzonego plutonu uległy całkowitemu rozkładowi.

Dzięki dopracowanej analizie śladowej udało się wykryć najmniejsze ślady najdłużej żyjącego izotopu plutonu ²⁴⁴ Pu w mineralnym bastnazycie , którego nazwa pochodzi od miejsca, w którym został znaleziony w Bastnäs w Szwecji . Ten pluton pochodzi z okresu powstania Układu Słonecznego , jest więc pierwotnym nuklidem . Znalezione ilości są tak małe, że odkryto je dopiero w 1971 roku, długo po sztucznej produkcji plutonu w reaktorach jądrowych.

Według doniesień najmniejszą ilość ²⁴⁴ Pu wyizolowano z osadów na dnie morskim, które podobno pochodzą z gwiezdnego pyłu. Podejrzewa się, że przyczyną tego są połączenia gwiazd neutronowych.

Sztuczne występowanie

Pluton jest produkowany w broni jądrowej oraz w reaktorach jądrowych poprzez transmutacji z uranu . W międzyczasie (2016) mocarstwa jądrowe i inne państwa, które eksploatują elektrownie jądrowe, dysponują łącznie setkami ton sztucznie wytworzonego w ten sposób plutonu, w tym Rosja 180 ton, a USA 90 ton odseparowanego plutonu.

Uwolnienie z przyczyn antropogenicznych

Pluton został uwolniony antropogenicznie w latach 1945-1980 poprzez naziemne testy broni jądrowej w ilościach od trzech do pięciu ton, których ślady są wykrywalne na całym świecie. Dalsze ilości zostały uwolnione w wyniku różnych niezamierzonych zdarzeń i wypadków.

• Uwolnienia w wypadkach z bronią jądrową i wypadkach w laboratoriach broni jądrowej
• Nieudane misje kosmiczne i ponowne wejście satelitów z bateriami radionuklidowymi , takich jak Transit 5BN-3 , Kosmos 954 i Apollo 13
• Pożar w reaktorze w fabryce plutonu Sellafield (wtedy Windscale) w 1957 r.
• Wypadki z udziałem atomowych okrętów podwodnych
• w ściekach z obiektów badań jądrowych oraz z zakładów przetwórczych
• W przeszłości dochodziło do legalnego i nielegalnego zrzucania odpadów radioaktywnych do oceanów
• Większość plutonu, który uciekł podczas katastrofy reaktora w Czarnobylu, pozostała w promieniu 100 kilometrów od reaktora. Również w 1957 r. w wypadku w Kyshtym w rosyjskich zakładach Majak uciekły znaczne ilości plutonu, które deponowano głównie lokalnie i regionalnie.

Ekstrakcja i prezentacja

Pluton jest nieuchronnie produkowany w elektrowniach jądrowych eksploatowanych z ²³⁸ mieszankami izotopów bogatych w U. Część ²³⁸ U stosuje się przekształcić w ²³⁹ Pu przez uchwycenie w neutronów i następnie beta próchnicy .

${\ displaystyle \ mathrm {^ {238} _ {\ 92} U \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 92} ^ {239} U \ {\ xrightarrow [{23, 5 \ min}] {\ beta ^ {-}}} \ _ {\ 93} ^ {239} Np \ {\ xrightarrow [{2,3565 \ d}] {\ beta ^ {-}}} \ _ { \ 94} ^ {239} Pu}}$     (HWZ: 24110a)

Podane czasy to okresy półtrwania .

W większości przypadków inny neutron prowadzi do rozszczepienia jądra, ale w niektórych przypadkach powstaje izotop ²⁴⁰ Pu (HWZ: 6560 a). Ponieważ izotop ten jest trudny do rozszczepienia, dalsze wychwytywanie neutronów prowadzi do powstania ²⁴¹ Pu (HWZ: 14 a), które z kolei łatwo ulega rozszczepieniu. Jednak nie wszystkie atomy są rozszczepione, przez co w niektórych z nich proces rozmnażania do ²⁴² Pu (HWZ: 373000 a) i nawet cięższych izotopów może być kontynuowany. Ponieważ jednak rozszczepialny ²⁴³ Pu ma bardzo krótki okres półtrwania (5 h), dalsze wychwytywanie neutronów, które zwykle prowadzi do rozszczepienia lub – w rzadszych przypadkach – do produkcji plutonu ²⁴⁴ Pu, jest mało prawdopodobne. Proces hodowli plutonu jest zatem praktycznie zakończony z ²⁴³ Pu i prowadzi poprzez rozpad beta ²⁴³ Pu do izotopu ameryku ²⁴³ Am (HWZ: 7370 a).

${\ displaystyle \ mathrm {^ {239} _ {\ 94} Pu \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 94} ^ {240} Pu \ + \ \ gamma}}$

${\ displaystyle \ mathrm {^ {240} _ {\ 94} Pu \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 94} ^ {241} Pu \ + \ \ gamma}}$

${\ displaystyle \ mathrm {^ {241} _ {\ 94} Pu \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 94} ^ {242} Pu \ + \ \ gamma}}$

${\ displaystyle \ mathrm {^ {242} _ {\ 94} Pu \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 94} ^ {243} Pu \ + \ \ gamma}}$

Ponieważ każdy etap tych kolejnych reakcji jądrowych zajmuje pewien czas, względne ilości izotopów w rdzeniu reaktora zmieniają się w czasie. Szybkość, z jaką zachodzą reakcje jądrowe, zależy od rozkładu prędkości neutronów. Ponieważ jednak duża część łatwo rozszczepialnych izotopów ulega rozszczepieniu i nie przekształca się w inne izotopy, możliwa wydajność (wydajność) procesu hodowli maleje wraz z wytworzeniem każdego dodatkowego łatwo rozszczepialnego izotopu.

Lżejszy izotop ²³⁸ Pu jest specjalnie produkowany w razie potrzeby. Powstaje przez wychwycenie kilku neutronów z izotopu uranu ²³⁵ U. Najpierw powstaje jądro ²³⁶ U w stanie wzbudzonym, którego okres półtrwania wynosi 120  nanosekund i jest bardzo prawdopodobne, że się rozszczepi. Jednak wzbudzone jądra ²³⁶ U mogą również przejść do długotrwałego stanu podstawowego poprzez emisję promieniowania gamma . Dalsze wychwytywanie neutronów i rozpad β prowadzi do neptunu ²³⁷ Np. Po pewnym czasie napromieniania z prętów paliwowych wydobywa się neptun, który składa się prawie wyłącznie z ²³⁷ Np . Następnie neptun jest ponownie wprowadzany do reaktora w postaci czystych prętów paliwowych neptunowych i napromieniowywany neutronami. Jest on przekształcany w ²³⁸ Np przez wychwytywanie neutronów , który rozpada się do ²³⁸ Pu, gdy emitowane jest promieniowanie beta .

${\ displaystyle \ mathrm {^ {235} _ {\ 92} U \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 92} ^ {236m} U \ {\ xrightarrow [{120 \ ns}] {}} \ _ {\ 92} ^ {236} U \ + \ \ gamma}}$

${\ displaystyle \ mathrm {^ {236} _ {\ 92} U \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 92} ^ {237} U \ {\ xrightarrow [{6, 75 \ d}] {\ beta ^ {-}}} \ _ {\ 93} ^ {237} Np}}$

${\ displaystyle \ mathrm {^ {237} _ {\ 93} Np \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 93} ^ {238} Np \ {\ xrightarrow [{2,117 \ d}] {\ beta ^ {-}}} \ _ {\ 94} ^ {238} Pu}}$

Podane czasy to okresy półtrwania .

Obrobione w ten sposób pręty paliwowe zawierają również cięższe izotopy plutonu. Ponadto niektóre atomy neptunu są również uderzane przez neutrony o energii powyżej 6,27 MeV, co również daje niewielką ilość ²³⁶ Pu. To rozpada się w szeregu toru , w którym występuje silny emiter gamma tal ²⁰⁸ Tl.

Jeśli ²³⁹ Pu jest rozdzielone przez szybkie neutrony, które nie są spowolnione, średnia liczba nowo uwolnionych neutronów przypadających na rozszczepione jądro atomowe jest szczególnie wysoka. W takim reaktorze teoretycznie więcej ²³⁸ U może zostać przekształconych w nowy ²³⁹ Pu niż jest jednocześnie zużywane przez rozszczepienie. Dlatego nazywa się to reaktorem powielającym lub „szybkim reaktorem hodowlanym”. W praktyce jednak osiągnięto do tej pory maksymalny współczynnik konwersji 0,7 , więc funkcjonowanie gospodarki reaktora wtórnego nie zostało jeszcze zademonstrowane na dużą skalę.

Po wyprodukowaniu pluton znajduje się w wypalonych elementach paliwowych wraz z produktami rozszczepienia i niewykorzystanym resztkowym paliwem jądrowym. W procesie PUREX wytwarzany pluton i pożądany również uran można z nich wydobyć w zakładach przetwarzania . W tym celu materiał najpierw rozpuszcza się w kwasie azotowym , a pluton i uran ekstrahuje fosforanem tri-n-butylu . Produkty dekoltu i inne składniki pozostają w tyle. Rocznie produkuje się około 20 ton plutonu, głównie w postaci izotopu ²³⁹ Pu.

Przekazywanie materiałów rozszczepialnych (takich jak ²³⁹ Pu i ²⁴¹ Pu) oraz materiałów nadających się do ich produkcji do państw nieposiadających broni jądrowej podlega kontroli Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA) zgodnie z paragrafem III z Traktatu o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej . W Niemczech postępowanie z materiałami rozszczepialnymi reguluje ustawa o energii atomowej . Określa, kto i na jakich warunkach może przewozić i posiadać pluton w Niemczech.

nieruchomości

Właściwości fizyczne

W normalnych warunkach pluton jest błyszczącym srebrnym metalem ciężkim o dużej gęstości (19,86 g/cm ³ ). Podobnie jak w przypadku wszystkich aktynowców , tylko radioaktywne izotopy istnieją z plutonu . Jest samonagrzewający się, na każdy 1 kg plutonu przypada około 2  waty mocy cieplnej (w przeliczeniu na ²³⁹ Pu). W porównaniu z innymi metalami pluton jest słabym przewodnikiem ciepła i elektryczności . Metal krystalizuje łącznie w sześciu modyfikacjach alotropowych , w zależności od temperatury . Niektóre z nich różnią się znacznie gęstością. Modyfikacja α-Pu, która jest stabilna w temperaturze pokojowej, jest jednoskośna . W plutonie występuje rzadki przypadek anomalii gęstości w wyższych temperaturach , gęstość wzrasta ponownie podczas przejścia fazowego do modyfikacji δ' i ε. Podobnie jak w przypadku wody , gęstość również wzrasta, gdy się topi . Ciekły pluton ma najwyższą lepkość ze wszystkich pierwiastków w stanie ciekłym. Pomimo nienormalnie wysokiej podatności magnetycznej na metale i tendencji do porządkowania w niskich temperaturach, pluton nie wykazuje uporządkowania na dużych obszarach i dlatego należy go opisać jako paramagnetyczny . Jednak stałe ogrzewanie spowodowane rozkładem plutonu ²³⁹ Pu zakłóca pomiar . Oznacza to, że nie można osiągnąć temperatur bliskich zeru bezwzględnego.

Modyfikacje pod ciśnieniem atmosferycznym atmospheric

Nazwa tej fazie	Stabilny w zakresie temperatur	Gęstość (temperatura)	Kryształowy system	Siatka Bravais	Grupa kosmiczna
α-Pu	0  K - 395 K	19,77 g / cm 3 (293 K)	Jednoskośny	prymitywny	P 2 1 / m (nr 11)Szablon: grupa pokoi / 11
β-Pu	395K - 479K	17,7 g / cm 3 (395 K)	Jednoskośny	skoncentrowany na ciele	I 2 / m (nr 12, pozycja 3)Szablon: grupa pokoi / 12,3
γ-pu	479K - 592K	17,14 g / cm 3 (479 K)	rombowy	skoncentrowany na twarzy	Fddd (nr 70)Szablon: grupa pokoi / 70
-Pu	592 tys. - 730 tys	15,9 g / cm 3 (592 K)	Jednoskośny	skoncentrowany na podstawie	Cm (nr 8)Szablon: grupa pokoi / 8
δ'-Pu	730K - 749K	16,0 g / cm 3 (730 K)	tetragonalny	skoncentrowany na ciele	I 4/ mmm (nr 139)Szablon: grupa pokoi / 139
ε-Pu	749K - 914K	16,5 g / cm 3 (749 K)	sześcienny	skoncentrowany na ciele	W 3 m (nr 229)Szablon: grupa pokoi / 229
płyn	914K - 3503K	16,63 g / cm 3 (914 K)	-	-	-

Ponadto znana jest modyfikacja wysokociśnieniowa, którą otrzymano z α-Pu pod ciśnieniem powyżej 40 GPa i która krystalizuje w grupie przestrzennej P 6 ₃ (grupa przestrzenna nr 173) .Szablon: grupa pokoi / 173

Właściwości chemiczne

Pluton jest metalem podstawowym i bardzo reaktywnym. W powietrzu szybko reaguje z tlenem i wilgocią. Metal najpierw matowieje i pokrywa się ciemnoniebiesko-czarną oksydowaną skórką, a jeśli stoisz w powietrzu przez dłuższy czas, tworzy się gruba, szaro-zielona, ​​proszkowa, ścierna warstwa tlenku. Metal reaguje z większością niemetali i wody po podgrzaniu . W temperaturze pokojowej nie jest jednak atakowany przez wodę ani roztwory alkaliczne . Nie rozpuszcza się w stężonym kwasie azotowym ze względu na jego pasywację . Pluton jest rozpuszczalny w kwasie solnym i kwasie azotowym zawierającym fluorki . Jony fluorkowe tłumią początek pasywacji metalu. Właściwości chemiczne plutonu są podobne do właściwości innych aktynowców. Podobnie jak w przypadku wielu innych z tych pierwiastków, silna radioaktywność determinuje chemiczne właściwości plutonu, ponieważ wiązania mogą zostać zerwane przez wytworzone ciepło. Uwolnione promieniowanie może również zerwać wiązania.

Pluton zawiera szereg związków, w których może występować na stopniach utlenienia od +3 do +7. Oznacza to, że pluton razem z neptunem tworzy najwyższy stopień utlenienia spośród wszystkich aktynowców. Najbardziej stabilny poziom to +4. W roztworze wodnym jony plutonu mają charakterystyczne barwy, jon Pu ³⁺ jest fioletowy, Pu ⁴⁺ brązowy, Pu ^V O ₂ ⁺ fioletowy, Pu ^VI O ₂ ²⁺ pomarańczowy i Pu ^VII O ₂ ³⁺ zielony.

Aspekty biologiczne

Biologiczna funkcja plutonu nie jest znana. Dalsze badania i badania koncentrowały się na interakcjach drobnoustrojów z plutonem w celu oczyszczenia skażonych składowisk i środowisk. Enterobakterie z rodzaju Citrobacter mogą wytrącać Pu (IV) z roztworu wodnego ze względu na aktywność fosfatazy w ich ścianie komórkowej i wiązać ją w postaci kompleksu lantanu z fosforanem.

Izotopy

→ Lista izotopów plutonu

Dla plutonu zmierzono 20 izotopów i 15 izomerów jądrowych o liczbach masowych od 228 do 247. Te okresy półtrwania wynoszą między 37 x 10 ^-12   a dla izomeru ^{236 m 1} Pu i 80 milionów lat do ²⁴⁴ PU. Najdłużej żyjące izotopy z okresem półtrwania większym niż 11 dni mają liczby masowe od 236 do 244. Wyjątkiem jest izotop ²⁴³ Pu, którego okres półtrwania wynosi mniej niż 5 godzin. Niektóre izotopy plutonu są postrzegane jako punkty wyjścia dla serii rozpadów promieniotwórczych .

• ²³⁶ Pu dzieli się na szereg toru . Pochodzi z okresem półtrwania 2,858 lat przez rozpad α do pośredniego ²³² U, któryrozpada sięz okresem półtrwania 68,9 lat do ²²⁸ Th, który jest głównym wątkiem serii. Ten izotop jest inkubowany tylko w niewielkich ilościach w reaktorach jądrowych, które działają na uran.
• Z okresem półtrwania wynoszącym 45,2 dni, ²³⁷ Pu przekształca się w 99,9958% przez wychwyt elektronów w izotop neptunu ²³⁷ Np, który jest oficjalnym punktem początkowym serii neptunów . Pozostałe 0,0042% rozpada się poprzez rozpad α do uranu ²³³ U, który również rozpada się poprzez szereg neptunów.
• ²³⁸ Pu jest α-emiterem z okresem półtrwania 87,7 lat. Najpierw rozpada się na ²³⁴ U i kontynuuje przez łańcuch rozpadu szeregu uranowo-radowego .
• ²³⁹ Pu jest najczęściej produkowanym izotopem plutonu. Ma okres półtrwania 24 110 lat i rozpada się głównie z emisją promieniowania α w ²³⁵ U. Dalszy rozpad następuje po serii uran-aktyn dla promieniotwórczości naturalnej, którazaczyna sięod ²³⁵ U.  Rozszczepienie spontaniczne następuje wproporcji 3 · 10 ^-10 %.
• ²⁴⁰ Pu rozpada się z okresem półtrwania 6564 lat przez promieniowanie α w ²³⁶ U. Ten izotop uranu rozpada się z okresem półtrwania 23,4 miliona lat do naturalnego ²³² Th. Dalszy rozpad następuje po serii toru.
• ²⁴¹ Pu jest często określany jako początek szeregu Neptunium, ponieważ (gdy szereg jest rozszerzony) występuje przed Neptunium. Rozkłada się z okresem półtrwania 14,35 lat i prawdopodobieństwem 99,9975% przy rozpadzie β do ²⁴¹ Am, a przy rozpadzie α z prawdopodobieństwem 0,0025% do ²³⁷ U. ²⁴¹ Am rozpada się przy rozpadzie α ( t _{1/ 2} = 432,2 a) i ²³⁷ U poprzez rozpad β do tego samego długożyciowego izotopu neptunu ²³⁷ Np, który jest emiterem alfa i ma okres półtrwania 2,14 miliona lat. Ten bardzo długi okres półtrwania stanowi problem dla dowodów bezpieczeństwa repozytoriów, jeśli ²⁴¹ Pu nie jest przekształcane w izotopy w elementach paliwowych z mieszanymi tlenkami w rozszczepieniu jądrowym, w którego serii rozpadu nie ma ²³⁷ Np.
• ²⁴² Pu rozpada się w tym samym łańcuchu rozpadu co ²³⁸ Pu. Jednakże, podczas gdy ²³⁸ Pudołącza do łańcucha rozpadujako ramię boczne ²³⁴ U, ²⁴² Pu jest jeszcze przed ²³⁸ U. Pluton ²⁴² Pu rozpada się na ²³⁸ Upoprzez rozpad α, początek naturalnego szeregu uranowo-radowego. Z okresem półtrwania wynoszącym 375 000 lat jestnajdłużej żyjącym izotopempo ²⁴⁴ Pu.
• ²⁴³ Pu jest krótkotrwały z okresem półtrwania 4956 godzin. Najpierw jest przekształcany w ameryk ²⁴³ Amprzez promieniowanie β, które przekształca się w neptun ²³⁹ Np i dalejrozpada siędo ²³⁹ Pu. Jest rozszerzeniem serii uranowo-aktynowej.
• ²⁴⁴ Pu jest jedynym naturalnie występującym izotopem plutonu ze względu na jego długi okres półtrwania wynoszący 80 milionów lat. Jest to punkt wyjścia serii torowej, dlatego bywa też nazywana serią plutonowo-torową. ²⁴⁴ Pu rozpada się przez rozpad α do ²⁴⁰ U, następnie przez dwa rozpady β powyżej ²⁴⁰ Np do ²⁴⁰ Pu, następnie przez dwa kolejne rozpady α powyżej ²³⁶ U do ^{232 tys} . Następnie następuje rozpad szeregu toru .

Łupliwość

Wszystkie izotopy plutonu o nieparzystej liczbie neutronów należą do nielicznych nuklidów, które są łatwo, tj. H. są łatwo rozszczepialne nawet przez neutrony termiczne . Odpowiedni przekrój to 752 Barn (b) dla ²³⁹ Pu  i 1010 b dla ²⁴¹ Pu, natomiast ²³⁸ Pu, ²⁴⁰ Pu i ²⁴² Pu z ^liczbami parzystymi tylko 17 b, 0,4 bi <0,2 b. Bardzo krótkotrwały, nawet ²³⁶ Pu (okres półtrwania 2,9 roku) ma średni przekrój szczeliny 169 b.

Wszystkie długowieczne izotopy plutonu również rozszczepiają się spontanicznie . Szybkość spontanicznego rozszczepienia jest najniższa przy ²³⁹ Pu i gwałtownie wzrasta zarówno w kierunku lżejszych, jak i cięższych izotopów. Zarówno izotopy o nieparzystej, jak i parzystej liczbie neutronów podlegają spontanicznemu rozszczepieniu. W szczególności ²⁴⁰ Pu ma szybkość spontanicznego rozszczepiania, która jest około 70 000 razy wyższa niż ²³⁹ Pu. Ponieważ neutrony uwalniane podczas spontanicznego rozszczepienia bomby atomowej mogą prowadzić do przedwczesnego zapłonu i znacznie zmniejszonych efektów wybuchowych, ²⁴⁰ Pu jest niepożądane w przypadku broni jądrowej. Pluton działa zawiera jak najmniej ²⁴⁰ Pu, ale nigdy nie jest od niego całkowicie wolny.

Wszystkie izotopy plutonu, w tym te o parzystej liczbie neutronów, mogą być rozszczepiane przez prędkie neutrony i dlatego w zasadzie nadają się do budowy broni jądrowej. Zdolność do rozszczepiania plutonu przez prędkie neutrony zmniejsza się wraz ze wzrostem liczby neutronów.

Masa krytyczna istotna dla konstrukcji bomby atomowej jest określona przez zdolność do rozszczepiania zarówno z wolnymi, jak i szybkimi neutronami, ponieważ ze względu na stosunkowo małe przekroje szczelin z szybkimi neutronami (1 do 3 barn) w bombie atomowej, niektóre neutrony po licznych zderzeniach z jądrami plutonu, ale jest spowolniony do energii cieplnej, zanim może wywołać kolejne rozszczepienie jądra. Przy ²³⁶ Pu masa krytyczna wynosi 8,04-8,42 kg, przy ²³⁷ Pu, która może być bardzo dobrze podzielona zarówno przez szybkie, jak i wolne neutrony, tylko 3,1 kg. Jednak oba wyżej wymienione izotopy nie są używane w broni jądrowej ze względu na ich wysoką szybkość samorzutnego rozszczepienia, krótki okres półtrwania, wysoką produkcję ciepła i skomplikowaną ekstrakcję. Zgodnie z obliczeniami , ²³⁸ Pu stosowany w bateriach jądrowych ma masę krytyczną ok. 9,04-10,31 kg. Dla najważniejszego izotopu broni jądrowej, ²³⁹ Pu, masa krytyczna (jak w przypadku wszystkich innych informacji bez moderatora i/lub reflektora) wynosi 10 kg. Z ²⁴¹ Pu to już 12,27–13,04 kg.

Sekcja 2 (1) ustawy o energii atomowej (Niemcy) przypisuje izotopy plutonu ²³⁹ Pu i ²⁴¹ Pu jako „specjalne substancje rozszczepialne” do paliw jądrowych.

Dwie z wielu możliwości indukowanego neutronowo rozszczepienia ²³⁹ Pu:

${\ displaystyle \ mathrm {^ {239} _ {\ 94} Pu \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 56} ^ {144} Ba \ + \ _ {38} ^ {94} Sr \ + \ 2 \ _ {0} ^ {1} n}}$

${\ displaystyle \ mathrm {^ {239} _ {\ 94} Pu \ + \ _ {0} ^ {1} n \ \ longrightarrow \ _ {\ 51} ^ {130} Sb \ + \ _ {\ 43} ^ {107} Tc \ + \ 3 \ _ {0} ^ {1} n}}$

posługiwać się

Tylko ²³⁸ Pu i ²³⁹ Pu są używane w większych ilościach. ²³⁸ Pu, gdy wykluwa się z Neptuna, jest zanieczyszczony innymi izotopami plutonu. Tylko ²³⁸ Pu, które jest inkubowane przez objazd Curium ²⁴² cm, jest wolne od ²³⁶ Pu.

²³⁹ Pu jest zawsze zanieczyszczone ²⁴⁰ Pu i jeszcze mniejszymi ilościami ²⁴¹ Pu i ²⁴² Pu.

Zastosowanie w elektrowniach jądrowych

Podczas pracy reaktorów jądrowych uran w elementach paliwowych jest przekształcany w pluton. Po separacji w zakładzie ponownego przetwarzania jest on przetwarzany razem ze wzbogaconym uranem w celu utworzenia elementów paliwowych MOX do reaktorów lekkowodnych . Tam zastosowanie MOX zamiast czystego paliwa uranowego nieznacznie zwiększa pewne ryzyko operacyjne: udział opóźnionych neutronów (patrz krytyczność ) zmniejsza się o kilka procent, a szybki przepływ neutronów - który powoduje uszkodzenie radiacyjne zbiornika ciśnieniowego reaktora - wzrasta o kilka procent.

W reaktorach regenerujących stosuje się paliwo MOX z około dziesięciokrotnie większym wzbogaceniem izotopów rozszczepialnych .

zastosowanie wojskowe

Do broni jądrowej odpowiednia broń pluton (angielski gatunek plutonu ) ma aż ²³⁹ Pu i minimum ²⁴⁰ zawiera Pu. Z zawartości około 92% ²³⁹ Pu pluton jest uważany za uzbrojony. W opinii MAEA każdy pluton w zasadzie nadaje się jednak do celów wojskowych. Jako pluton reaktorowy nazywa się pluton, który powstaje podczas normalnej pracy elektrowni jądrowych; może zawierać do 31% ²⁴⁰ Pu.

²⁴⁰ Pu nie może być rozszczepiony przez neutrony termiczne, ale rozpada się w wyniku spontanicznego rozszczepienia . Powoduje to uwolnienie neutronów, które mogą spowodować niepożądane zapłony bomby plutonowej i sprawić, że obliczenia siły wybuchu będą niedokładne. Dokładny zapłon i precyzyjne przewidywanie siły wybuchu są pożądane z militarnego punktu widzenia. Ciepło rozpadu emitera alfa ²³⁸ Pu ma również efekt zakłócający.

Najkrótszy możliwy czas napromieniowania jest wymagany do produkcji plutonu broni w reaktorach jądrowych: im dłuższy, tym więcej ²⁴⁰ Pu powstaje z ²³⁹ Pu (patrz także reakcje hodowlane w reaktorach jądrowych ). Z tego powodu pluton uzbrojenia można sensownie pozyskać z reaktora jądrowego z ciągłym wytwarzaniem energii, jeśli jest to reaktor rurowy ciśnieniowy , ponieważ tylko w tym reaktorze można wymieniać poszczególne elementy paliwowe podczas pracy (typy reaktorów np. CANDU , RBMK ). Natomiast w niemieckich elektrowniach jądrowych wszystkie elementy paliwowe znajdują się razem w zbiorniku ciśnieniowym reaktora , a usunięcie elementów paliwowych wymaga złożonego wyłączenia („wyłączenia”) elektrowni, co nie powinno być utrzymywane w tajemnicy (np. koniec z parą wodną). chmury nad chłodniami kominowymi).

Rosja produkowała pluton uzbrojenia w specjalnie zbudowanych reaktorach ADE ; ostatnia została zamknięta w 2010 roku po 46 latach eksploatacji.

Stany Zjednoczone i Rosja uzgodniły w 2010 roku w Umowie o zarządzaniu i dysponowaniu plutonem zmniejszenie swoich zapasów plutonu uzbrojeniowego o 34 tony każdy. Sekretarz stanu Hillary Clinton i Siergiej Ławrow podpisali w Waszyngtonie protokół uzupełniający . Będzie to kosztować Rosję 2,5 miliarda dolarów; USA przejmą z tego ponad 400 milionów dolarów. Pluton można utylizować po zmieszaniu z innymi odpadami nuklearnymi lub przerobieniu go na elementy MOX.

Baterie radionuklidowe do podróży kosmicznych

Wystarczająco duża, zwarta ilość ²³⁸ Pu nagrzewa się do żarzenia w wyniku własnego rozpadu radioaktywnego i emituje tylko bardzo małe ilości promieniowania gamma , dzięki czemu można sobie poradzić z najcieńszym ekranowaniem w porównaniu z pięcioma innymi potencjalnie odpowiednimi nuklidami. Dlatego jest on używany w postaci utlenionej jako chemicznie obojętny dwutlenek plutonu do wytwarzania energii elektrycznej w bateriach radionuklidowych .

Ze względu na swoją długowieczność baterie radionuklidowe są wykorzystywane w międzyplanetarnych podróżach kosmicznych , zwłaszcza w sondach kosmicznych, które mają dotrzeć do zewnętrznego Układu Słonecznego. Ponieważ ogniwa słoneczne nie dostarczają już wystarczającej ilości energii w dużej odległości od słońca. Takie baterie jądrowe zainstalowano m.in. w sondach Voyager , Cassini-Huygens (1997-2005 dla Saturna) czy New Horizons (2006-2015 dla Plutona); także w Wytrwałość (2020 Mars Rover). W przeszłości baterie radionuklidowe z plutonem ²³⁸ Pu były również używane w satelitach orbitalnych .

W 1964 roku satelita US Transit 5BN-3 z baterią radionuklidową na pokładzie spłonął podczas falstartu około 50 kilometrów nad Pacyfikiem. Satelita zawierał niecały kilogram plutonu, który był wówczas mierzalnie rozłożony na całej półkuli północnej.

W 1996 roku rosyjska sonda Mars 96 , w której udział brały Niemcy, rozbiła się z 270 gramami plutonu na pokładzie - na Pacyfiku lub na kontynencie południowoamerykańskim.

²³⁶ Wolny od Pu ²³⁸ Pu był stosowany w rozrusznikach serca w latach 70. XX wieku i był wytwarzany poprzez niezbyt wydajną, a zatem kosztowną inkubację Curium ²⁴² Cm. Jest to spowodowane wychwytywaniem neutronów przez ameryk ²⁴¹ Am, który z kolei otrzymuje się z ²⁴¹ Pu.

${\ displaystyle \ mathrm {^ {241} _ {\ 94} pu \ {\ xrightarrow [{14,35 \ a}] {\ beta ^ {-}}} \ _ {\ 95} ^ {241} na \ {\ xrightarrow {(n, \ gamma)}} \ _ {\ 95} ^ {242} na \ {\ xrightarrow [{16,02 \ h}] {\ beta ^ {-}}} \ _ {\ 96 } ^ {242 } cm \ \ lewo ({\ xrightarrow [{162,8 \ d}] {\ alfa}} \ _ {\ 94} ^ {238} Pu \ prawo)}}$

Podane czasy to okresy półtrwania .

Źródło neutronów

Co więcej, ²³⁸ Pu jest używany razem z berylem jako źródło neutronów , dzięki czemu cząstka α z rozpadu plutonu uderza w jądro berylu i zostaje do niego włączona z emisją neutronu.

toksyczność

Podobnie jak wiele innych metali ciężkich, pluton jest trujący i jest szczególnie szkodliwy dla nerek. Wiąże się również z białkami w osoczu krwi i odkłada się między innymi w kościach i wątrobie. Śmiertelną dawką dla człowieka jest prawdopodobnie w przedziale dwucyfrowych miligram na Psy ze LD ₅₀ dawka wynosi 0,32 mg / kg wagi ciała. Jednak toksyczność chemiczna plutonu jest przewyższana przez wiele innych substancji.

O wiele groźniejszy od efektu chemicznego jest – ze względu na różne właściwości fizyczne zależny od izotopu – wysoki poziom radioaktywności, uszkodzenia genetyczne, a co za tym idzie m.in. Może powodować raka , ale także objawy takie jak normalne zatrucie metalami ciężkimi. Nawet inhalacja 40 nanogramów ²³⁹ Pu wystarcza, aby osiągnąć dopuszczalną wartość rocznego poboru aktywności przy wdychaniu i połknięciu . Promieniowanie α emitowane przez pluton ²³⁹ Pu jest osłonięte na zewnątrz ciała przez wierzchnią warstwę skóry z martwych komórek, ale ta ochrona nie istnieje w przypadku inkorporacji , na przykład poprzez wdychanie pyłu zawierającego pluton lub przez skażoną żywność .

Według badań Arnulfa Seidela z Instytutu Biologii Radiacyjnej Centrum Badań Jądrowych w Karlsruhe , małe dawki ²³⁹ Pu prowadzą do raka kości u psów najwcześniej po dziesięciu latach, chociaż jest pięć razy bardziej niebezpieczny niż rad. Powodem tego może być nierównomierne rozmieszczenie plutonu w szkielecie, co prowadzi do obszarów silnie napromieniowanych.

Podobnie jak ²⁴⁰ Pu, który jest zawsze koinkubowany w reaktorach jądrowych, ²⁴¹ Pu rozpada się z okresem półtrwania około 14 lat na ameryk ²⁴¹ Am, który emituje duże ilości stosunkowo miękkiego promieniowania gamma . W przechowywanym plutonie stężenie ²⁴¹ Am ^{osiąga szczyt} po około 70 latach. Ponieważ same izotopy plutonu prawie nie emitują promieniowania gamma, to promieniowanie to (a co za tym idzie grubość wymaganej osłony) początkowo znacznie wzrasta z powodu powstającego ameryku, a następnie ponownie spada po około 70 latach przechowywania. Ze względu na dłuższy okres półtrwania wynoszący ²⁴¹ µm (432 lata), spadek ten następuje znacznie wolniej niż wzrost.

instrukcje bezpieczeństwa

Klasyfikacje zgodne z rozporządzeniem CLP nie są dostępne, chociaż znana jest toksyczność chemiczna. Podczas obchodzenia się z plutonem należy zachować szczególną ostrożność , zwłaszcza ze względu na jego wysoki poziom radioaktywności . Ponieważ promieniowanie α z plutonu ma tylko krótki zasięg, należy zachować szczególną ostrożność, aby metal nie dostał się do organizmu. Ponieważ ciepło jest wytwarzane podczas rozpadu , musi zostać rozproszone. Najlepszym sposobem na to jest trzymanie plutonu w suchym, cyrkulującym powietrzu. Drobno podzielony pluton jest piroforyczny .

Ponadto konieczne jest zapobieganie powstawaniu masy krytycznej, która prowadzi do łańcuchowej reakcji jądrowej, a tym samym do niekontrolowanego uwolnienia energii i promieniowania. Podkrytyczny charakter można osiągnąć albo przez wystarczająco małe masy, albo przez bezpieczną geometrię. W tym przypadku powierzchnia jest na tyle duża, że ​​traci się więcej neutronów niż powstaje w wyniku rozszczepienia indukowanego neutronami. Inną możliwością jest zastosowanie materiałów pochłaniających neutrony, takich jak bor , które przechwytują je przed możliwymi nowymi reakcjami rozszczepienia. W zasadzie należy zauważyć, że masa krytyczna może być również znacznie zmniejszona przez obecność pewnych substancji, w szczególności wody, ze względu na ich działanie moderujące lub odbijające neutrony.

spinki do mankietów

→ Kategoria związek plutonu

Tlenki

Najbardziej stabilnym i najważniejszym związkiem tlenu jest dwutlenek plutonu (PuO ₂ ). Związek ten jest ciałem stałym o wysokiej temperaturze topnienia. Jest stabilny w stosunku do wody i nierozpuszczalny w niej. Dlatego pluton jest stosowany w bateriach radionuklidowych i elektrowniach jądrowych w postaci tego tlenku. Oprócz dwutlenku plutonu znane są również tlenek plutonu (III) Pu ₂ O ₃ i tlenek plutonu (II) PuO.

Halogenki

Pluton tworzy liczne związki z halogenami fluoru , chloru , bromu i jodu . Ze wszystkich halogenów znany jest odpowiedni związek plutonu na stopniu utlenienia +3. Istnieje również plutonu (IV), fluorek , plutonu (IV), chlorek i plutonu (VI), fluorek .

Numer utleniania	F.	Cl	Br	I.
+6	Fluorek plutonu (VI) PuF 6 czerwono-brązowy
+4	Fluorek plutonu (IV) PuF 4 czerwono-brązowy	Chlorek plutonu (IV) PuCl 4
+3	Fluorek plutonu (III) PuF 3 fioletowy	Chlorek plutonu (III) PuCl 3 zielony	Bromek plutonu (III) PuBr 3 zielony	Jodek plutonu (III) PuI 3 zielony

Borek

Znane są cztery borki plutonu . Służą do redukcji emisji neutronów z materiału plutonu, a tym samym ryzyka krytyczności .

Związki metaloorganiczne

Analogiczny do uranocene An związek metaloorganiczny , w którym uran jest skompleksowany przez dwa cyklooktatetraen Ugandami, odpowiednie kompleksy toru , protaktyn , neptun, ameryk, a także plutonu (η ⁸ -C ₈ H ₈ ) ₂ Pu Prz.

Analityka

Ze względu na rzadkość występowania plutonu nie ma klasycznych, mokrych metod wykrywania chemicznego. Dlatego stosuje się tylko procedury instrumentalne.

Instrumentalna analiza ilościowa plutonu

spektrometria α

Pluton jest często wykrywany przez promieniowanie α izotopów ^{239 (40)} Pu i ²³⁸ Pu. Bezpośrednia analiza często nie jest możliwa, dlatego konieczne jest przeprowadzenie wcześniejszych technik rozdzielania. Często stosuje się tutaj chromatografię jonowymienną . Za pomocą spektrometrii α można oznaczyć ^{239 (40)} Pu w osadach morskich przy granicy wykrywalności 1 mBq/g.

Spektrometria mas pierwiastków (MS)

Jonizacja ICP (ICP, plazma sprzężona indukcyjnie, spektrometria mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie ) oraz AMS ( akceleratorowa spektrometria mas ) są wykorzystywane w spektrometrii mas do oznaczania plutonu . W porównaniu z ICP-MS, AMS jest bardziej czuły, ale złożony i kosztowny pod względem sprzętu, ponieważ do jonizacji musi być używany akcelerator cząstek. Dzięki AMS w systemie VERA w Wiedniu osiągnięto granicę wykrywalności około ¹⁰⁶ atomów izotopu ²³⁹ Pu. Za pomocą techniki ICP limit wykrywania 10 ⁸ atomów ²³⁹ PU można osiągnąć, co odpowiada 0,1 MBq aktywności.

Optyczna spektrometria emisyjna (OES)

Pluton można również wykryć za pomocą laserowego wariantu optycznej spektrometrii emisyjnej (OES). W spektroskopii indukowanej laserem (LIBS) do wykorzystania impulsów laserowych do stymulacji parowania i emisji próbki. Dostępna jest szeroka gama linii do pomiaru emisji, przy czym ze względu na najlepsze wartości natężenia stosowane są najczęściej linie przy 295,16 nm, 300,06 nm i 363,22 nm. Dzięki tej technice  można było osiągnąć granicę wykrywalności ^10-8 g/ml. Ten sam limit wykrywalności można osiągnąć za pomocą optycznej spektrometrii emisyjnej wykorzystującej plazmę sprzężoną indukcyjnie (ICP-OES).

Spektrometria fotoakustyczna indukowana laserem (LIPAS)

Dzięki technologii LIPAS do roztworu próbki wysyłany jest wysokoenergetyczny impuls laserowy, który indukuje falę fotoakustyczną. Amplituda tej fali jest wyznaczana za pomocą detektora piezoelektrycznego. Dzięki tej technice można było wykryć sześciowartościowy pluton z granicą wykrywalności 0,5 µg/ml.

Dowód produkcji poza reaktorem

Naukowcy z Sandia National Laboratories chcą wykorzystać antyneutrina emitowanych podczas rozpadu beta z produktów rozszczepienia do pomiaru produkcji plutonu w reaktorach jądrowych, tak, że MAEA nie jest już zależny jest na szacunkach i nie pluton mogą zostać przekierowane niezauważony do budowy broni jądrowej . Ze względu na ekstremalnie wysoką szybkość produkcji antyneutrin w reaktorach jądrowych, wystarczający byłby detektor z 1 m ³ cieczy detekcyjnej przed elektrownią jądrową.

Inwentaryzacja plutonu

Pod koniec 2009 r. Niemcy zgłosiły MAEA zapasy plutonu wynoszące 5,4 t oddzielonego, nienapromieniowanego plutonu w świeżych elementach paliwowych MOX lub innych wytwarzanych produktach. Ponadto w napromieniowanych elementach paliwowych, które były przechowywane w niemieckich reaktorach, znajdowało się 86,9 t plutonu, a w napromieniowanym paliwie przechowywanym w innych lokalizacjach – kolejne 5,9 t.

Pod koniec 2010 r. Szwajcaria zgłosiła MAEA, że posiada zapas plutonu wynoszący mniej niż 50 kg oddzielonego plutonu. Ponadto w napromieniowanych elementach paliwowych przechowywanych w miejscach reaktora znajdowało się 13 t plutonu, a w napromieniowanym paliwie przechowywanym w innych obiektach – kolejne 4 t.

Światowy spis plutonu podano od 1999 roku. Informacje oparte są na szacunkach Departamentu Energii . Liczby w nawiasach oznaczają ilość plutonu wyekstrahowanego ze zużytego paliwa. W przypadku Kazachstanu, według Biuletynu Naukowca Atomowego, jakość plutonu została błędnie sklasyfikowana przez Departament Energii i powinna być komercyjna. Pluton przeznaczony do broni zawiera mniej niż 7% izotopu ²⁴⁰ Pu. Pluton klasy handlowej składa się z paliwa o zawartości od 7 do 18% ²⁴⁰ Pu i gatunku reaktora z ponad 19% ²⁴⁰ Pu.

Stan (stan na 1999 r.)	zdolna do broni (w t)	jakość handlowa (w tonach)
Argentyna	0	6.
Belgia	0	23-31
Brazylia	0	0,6
Wielka Brytania	7,6	98,4 (51)
Chińska Republika Ludowa	1,7-2,8	1.2
Francja	6-7	151-205 (70)
Niemcy	0	75-105 (17)
Indie	0,15-0,25	6.
Izrael	0,3-0,5	0
Japonia	0	119–262 (21)
Kazachstan	2-3 *	0
Korea Północna	0,025-0,035	0
Rosja	140-162	65 (30)
USA	85	257,2 (14,5)
całkowity	242,3-267,4	802,4-1037,4 (203,5)

W 2000 roku USA i Rosja podpisały porozumienie o zbyciu lub rozbrojeniu 34 t plutonu. Na tle napięć politycznych Kreml zadeklarował w październiku 2016 roku, że „Rosja nie jest już w stanie samodzielnie realizować tego porozumienia”.

literatura

• Kate Brown: Plutopia: rodziny nuklearne, miasta atomowe oraz wielka sowiecka i amerykańska katastrofa plutonowa. Oxford University Press, Nowy Jork 2013, ISBN 978-0-19-985576-6 .
• David L. Clark, Siegfried S. Hecker, Gordon D. Jarvinen, Mary P. Nowość: Plutonium. W: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (red.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Springer, Dordrecht 2006, ISBN 1-4020-3555-1 , s. 813-1264 ( doi: 10.1007 / 1-4020-3598-5_7 ).

linki internetowe

• Wejście na pluton. W: Rompp Online . Georg Thieme Verlag, dostęp 3 stycznia 2015 r.
• Shenda M. Baker: pluton , Wiadomości chemiczne i inżynieryjne, 2003 r.
• Pluton: Arkusz informacyjny o zdrowiu człowieka (angielski, PDF, 57 kB)
• Produkcja i wytwarzanie plutonu (angielski)
• Instytut Badań nad Energią i Środowiskiem (Angielski)
• Teren skażony plutonem , Deutschlandfunk

Indywidualne dowody

1. ↑ https://www.seilnacht.com/Lexikon/94Pluton.html Thomas Seilnacht o Plutonium, dostęp 9 listopada 2019 r.
2. ↑ Wartości właściwości atomowych i fizycznych (pole informacyjne) są pobierane z www.webelements.com (pluton) , chyba że zaznaczono inaczej .
3. ↑ ^{a b c d e} Wpis na temat plutonu w Kramidzie, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. i NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (wersja 5.7.1) . Wyd.: NIST , Gaithersburg, MD. doi : 10.18434 / T4W30F ( https://physics.nist.gov/asd ).  Źródło 13 czerwca 2020 r.
4. ↑ ^{a b c d e} Wpis na temat plutonu w WebElements, https://www.webelements.com , dostęp 13 czerwca 2020 r.
5. ↑ David R. Lide (red.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . Wydanie 90. (wersja internetowa: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Magnetic Susceptibility of the Elements and Inorganic Compounds, s. 4-145. Tam wartości odnoszą się do g · mol ^-1 i są podane w jednostkach cgs. Podana tutaj wartość jest wartością SI obliczoną z niej, bez jednostki miary.
6. ↑ ^{a b c} Harry H. Spoiwo: Leksykon pierwiastków chemicznych. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 , s. 469-476.
7. ↑ Zagrożenia wynikające z radioaktywności nie należą do właściwości, które należy sklasyfikować zgodnie z oznakowaniem GHS. W odniesieniu do innych zagrożeń, element ten albo nie został jeszcze sklasyfikowany, albo nie znaleziono jeszcze wiarygodnego i przytaczanego źródła.
8. ^ GT Seaborg, E. McMillan, JW Kennedy, AC Wahl: Radioaktywny pierwiastek 94 z Deuterons na uranu. W: Przegląd fizyczny . 69 (7-8), 1946, s. 366-367 ( doi: 10.1103 / PhysRev.69.367 ).
9. ^ JW Kennedy, GT Seaborg, E. Segrè, AC Wahl: Właściwości pierwiastka 94. W: Przegląd fizyczny . 70 (7-8), 1946, s. 555-556 ( doi: 10.1103 / PhysRev.70.555 ).
10. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Podręcznik chemii nieorganicznej . Wydanie 102. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 1948.
11. ↑ Marco Fontani: Zagubiony żywioł. Oxford University Press, 2014, ISBN 978-0-19-938336-8 ( ograniczony podgląd w Google Book Search).
12. ↑ BB Cunningham, LB Werner: Pierwsza izolacja plutonu. W: Journal of the American Chemical Society . 71 (5), 1949, s. 1521-1528 ( doi: 10.1021/ja01173a001 ).
13. ^ Carl Friedrich von Weizsäcker: Możliwość wytwarzania energii z uranu 238, 17 lipca 1940. W: Tajne dokumenty dotyczące niemieckiego programu atomowego 1938-1945. Deutsches Museum , dostęp 8 marca 2010 . 
14. ↑ Markus Becker: Nuclear Forensics: „Kostka Heisenberga” ujawnia szczegóły dotyczące programu nuklearnego Hitlera. W: Spiegel Online . 19 marca 2009 . Źródło 7 maja 2009 . 
15. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Podręcznik chemii nieorganicznej . Wydanie 102. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 1949.
16. ↑ DF Peppard, MH Studier, MV Gergel, GW Mason, JC Sullivan, JF Mech: Izolacja mikrogramowych ilości naturalnie występującego plutonu i badanie jego składu izotopowego. W: J. Am. Chem.Soc. 73 (6), 1951, s. 2529-2531 ( doi: 10.1021/ja01150a034 ).
17. ^ ^B D.C. Hoffman, FO Lawrence, JL Mewherter FM Rourke: Wykrywanie plutonu-244 w naturze. W: Przyroda . 234, 1971, s. 132-134 ( doi: 10.1038 / 234132a0 ).
18. ↑ ^{a b} kernenergie-wissen.de: Co to jest pluton? ( Pamiątka z 25.12.2013 w Internetowym Archiwum )
19. ↑ Jan Dönges, Ślady na dnie oceanu: Kiedy pluton spływał na ziemię , Spektrum.de, 2021-05-17, dostęp pod adresem : https://www.spektrum.de/news/spuren-im-ozeanboden-als- pluton ściekający na ziemię / 1874062
20. ↑ Pavel Podvig: Czy można uratować amerykańsko-rosyjskie porozumienie w sprawie dysponowania plutonem? Biuletyn Naukowców Atomowych, 28 kwietnia 2016 r.
21. ↑ pluton w głębinach oceanów ; Pluton w środowisku en.wo, dostęp 2 maja 2012 r.
22. ^ Karlsruhe (Niemcy) Centrum Badań Jądrowych: KFK. . 1993 ( ograniczony podgląd w Google Book Search).
23. ^ Johannes Friedrich Diehl: Radioaktywność w żywności. John Wiley & Sons, 2008, ISBN 978-3-527-62374-7 , s. 82 ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce książek Google).
24. ↑ Rudolf Stagl: Wpływ obowiązku informacyjnego zakładu przetwórstwa plutonu Rocky Flats na percepcję i rynek ziemi w rejonie Denver / Boulder (Kolorado, USA) . Reimer, 1986, ISBN 978-3-496-00881-1 ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce książek Google).
25. ↑ Lasse Ringius: Unieszkodliwianie odpadów radioaktywnych na morzu – idee publiczne, transnarodowi przedsiębiorcy polityczni i systemy ochrony środowiska. MIT Press, Cambridge 2001, ISBN 0-262-18202-5 , s. 23 ( ograniczony podgląd w Google Book Search), dostęp 2 maja 2012 r.
26. ↑ Komunikat prasowy MAEA na temat Czarnobyla (1995) s. 9 ( Pamiątka z 13 kwietnia 2006 r. w Internet Archive ) (PDF; 180 kB).
27. ↑ Atlas dtv na temat chemii. Tom 1, dtv, 2000.
28. ^ Niemieckie tłumaczenie Traktatu o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej niemieckiego Federalnego Ministerstwa Spraw Zagranicznych .
29. ↑ Ustawa o pokojowym wykorzystaniu energii jądrowej i ochronie przed jej zagrożeniami (ustawa o energii atomowej) .
30. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Podręcznik chemii nieorganicznej . Wydanie 102. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 2149.
31. ^ ^{B c} Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: Chemistry elementów. Wydanie I. VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9 .
32. ↑ ^{a b c} Pluton: pierwiastek sprzeczny ze sobą. W: Nauka w Los Alamos. 26, 2000. (PDF; 881 kB)
33. ↑ www.kernchemie.de (Pluton - pierwiastek o wielu aspektach) .
34. ^ WH Zachariasen, FH Ellinger: Struktura krystaliczna alfa plutonu metalu. W: Acta Cryst. 16, 1963, s. 777-783 ( doi: 10.1107 / S0365110X63002012 ).
35. ^ WH Zachariasen, FH Ellinger: Struktura krystaliczna beta plutonu metalu. W: Acta Cryst. 16, 1963, s. 369-375 ( doi: 10.1107 / S0365110X6300992 ).
36. ^ WH Zachariasen: Crystal Badania chemiczne 5f-serii pierwiastków. XXIV Struktura krystaliczna i rozszerzalność cieplna γ-plutonu. W: Acta Cryst. 8, 1955, s. 431-433 ( doi: 10.1107 / S0365110X55001357 ).
37. ^ KT Moore, P. Söderlind, AJ Schwartz, DE Laughlin: Symetria i stabilność δ plutonu: wpływ struktury elektronowej . W: Fizyczne listy kontrolne . 96 (20), 2006, s. 206402/1-206402/4 ( doi: 10.1103 / PhysRevLett.96.206402 ).
38. ^ FH Ellinger: Struktura krystaliczna plutonu delta „i charakterystyka rozszerzalności cieplnej plutonu delta, delta” i epsilon. W: Journal of Metals . 8, 1956, s. 1256-1259.
39. ↑ JB Ball, JA Lee, PG Mardon, JAL Robertson: Oznaczanie właściwości fizycznych plutonu. W: Memoires Scientifiques de la Revue de Metallurgie . 57, 1960, s. 49-56.
40. ↑ David R. Lide (red.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . Wydanie 90. (Wersja internetowa: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Gęstość stopionych pierwiastków i reprezentatywnych soli, s. 4-141.
41. ↑ S. Dabos-Seignon, JP Dancausse, R. Gering, S. Heathman, U. Benedict: Przejście fazowe indukowane ciśnieniem w α-Pu. W: Journal of Alloys and Compounds . 190, 1993, str. 237-242 ( doi: 10.1016 / 0925-8388 (93) 90404-B ).
42. ↑ Georg Brauer (red.): Podręcznik preparatywnej chemii nieorganicznej . 3., przerobiony. Wydanie. taśma II . Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3 , s. 1293 . 
43. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Podręcznik chemii nieorganicznej . Wydanie 102. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 1956.
44. ^ Biochemiczne tablice okresowe - pluton .
45. ↑ P. Yong, LE Macaskie: Bioakumulacja lantanu, uranu i toru oraz Zastosowanie systemu modelowego do opracowania metody biologicznego usuwania plutonu z roztworu . W: Journal of Chemical Technology & Biotechnology . taśma 71 , nie. 1 , 1998, s. 15-26 , doi : 10.1002/(SICI) 1097-4660 (199801) 71:1 <15 :: AID-JCTB773> 3,0.CO; 2-8 . 
46. ↑ ^{a b c d e f g h i j k} G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, AH Wapstra: Ocena właściwości jądrowych i rozpadu w NUBASE. W: Fizyka Jądrowa. Tom A 729, 2003, s. 3-128. doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 . ( PDF ; 1,0 MB).
47. ↑ G. Pfennig, H. Klewe-Nebenius, W. Seelmann-Eggebert (red.): Karlsruher Nuklidkarte . Wydanie szóste. prawidłowy. Wydanie 1998.
48. ↑ Dane izotopowe dla plutonu-236 na atom.kaeri.re.kr , dostęp 12 sierpnia 2012 r.
49. ↑ dane izotopowe dotyczące plutonu atom.kaeri.re.kr , dostęp 12 sierpnia 2012 r.; Aby uzyskać szczegółowe informacje, najpierw wybierz izotop, a następnie kliknij „Podsumowanie n-XS”.
50. ↑ ^{a b} Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire : Ocena danych dotyczących bezpieczeństwa jądrowego i limitów dla aktynowców w transporcie ( Memento z 18 listopada 2014 r. w archiwum internetowym ) (PDF, s. 15-16).
51. ↑ Zaktualizowano szacunki masy krytycznej dla plutonu-238 .
52. ^ Koło informacyjne na temat energii jądrowej (red.): Podstawowa wiedza o energetyce jądrowej ( Memento z 17 czerwca 2012 r. w Internet Archive ) (PDF; 8,9 MB).
53. ↑ Cassini-Huygens: Statek kosmiczny (patrz Tabela 2-3) ( Memento z 19 stycznia 2012 w Internet Archive ) (PDF; 625 kB).
54. ^ Instytut Badań nad Energią i Środowiskiem .
55. ↑ Erich Übelacker: Energia atomowa. (= Co to jest. Tom 3). Tessloff Verlag, Norymberga 1995, ISBN 3-7886-0243-0 , s. 29.
56. ↑ Światowe Stowarzyszenie Jądrowe: pluton (w języku angielskim) ( pamiątka z dnia 29 grudnia 2013 r., archiwum internetowe ).
57. ↑ pluton z reaktora i pluton uzbrojenia (stan na 2005 r.).
58. ↑ Reaktor broni plutonu zamknięty po 46 latach. W: Wiadomości Rosja. 15 kwietnia 2010 r.
59. ↑ Nuklidy dla RTG (PDF; 297 kB) ostatnia strona.
60. ↑ Cassini-Huygens: Statek kosmiczny (patrz Tabela 2–2) ( Memento z 19 stycznia 2012 r. w Internet Archive ) (PDF; 625 kB).
61. ↑ Cytat: „Jego promieniotwórczość jest mierzalna” na wszystkich kontynentach i na każdej wysokości”, jak głosi raport OECD z 1989 r. W: Die Zeit. 39/1997.
62. ^ Kontrowersje wokół napędu plutonu sondy Cassini Saturna. W: Czas. 39/1997.
63. ↑ pluton rozrusznika serca (ang.)
64. ↑ Rozrusznik plutonowy: bateria atomowa w klatce piersiowej. W: Spiegel Online . 22 listopada 2009, dostęp 5 kwietnia 2015 . 
65. ↑ Podstawowa wiedza o energetyce jądrowej: Baterie plutonowe ( Memento z 26.12.2013 w Archiwum Internetowym ).
66. ↑ Uniwersytet w Oldenburgu: Niebezpieczeństwo uranu-238 i plutonu-239 w porównaniu .
67. ↑ Franz Frisch: Klip i wyczyść, 100 × energia. Bibliographisches Institut AG, Mannheim 1977, ISBN 3-411-01704-X , s. 184.
68. ↑ Bredl Southern Anti-pluton Campaign ( Memento z dnia 29 kwietnia 2015 r Internet Archive ).
69. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Podręcznik chemii nieorganicznej . Wydanie 102. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 1972.
70. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Podręcznik chemii nieorganicznej . Wydanie 102. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 1968-1971.
71. ↑ Christoph Elschenbroich : Chemia organometaliczna. Wydanie szóste. Wiesbaden 2008, ISBN 978-3-8351-0167-8 , s. 589.
72. ↑ T. Miura, S. Oikawa, T. Kishimoto, S. Banba, T. Morimoto: Szybka separacja plutonu w próbkach środowiskowych przy użyciu dysku z żywicą anionowymienną. W: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry . 250, 2001, s. 449-452 ( doi: 10.1023/A: 1017936703216 ).
73. ↑ E. Hrnecek, P. Steier, A. Wallner: Oznaczanie plutonu w próbkach środowiskowych metodą AMS i alfa-spektrometrii. W: Promieniowanie stosowane i izotopy . 63 (5-6), 2005, str. 633-638 ( doi: 10.1016/j.apradiso.2005.05.012 . PMID 15982894 ).
74. ↑ L. Fifield, R. Cresswell, M. di Tada, T. Ophel, J. Day, A. Clacher, S. King, N. Priest: Akceleratorowa spektrometria masowa izotopów plutonu. W: Instrumenty i metody jądrowe w badaniach fizycznych B . 117 (3), 1996, str. 295-303 ( doi: 10.1016 / 0168-583X (96) 00287-X ).
75. ^ ^B X Claudon J. Birolleau M. Lavergne, B., C. Miche Bergey: równoczesnego oznaczania Ameryki i plutonu indukcyjnie sprzężonej plazmowej atomowej spektroskopii emisyjnej. W: Spectrochimica Acta . 42B (1-2), 1987, s. 407-411 ( doi: 10.1016 / 0584-8547 (87) 80080-0 ).
76. ↑ C. Pasquini, J. Cortez, L. Silva, F. Gonzaga: Laser Induced Breakdown Spectroscopy. W: Dziennik brazylijskiego Towarzystwa Chemicznego . 18 (3), 2007 ( doi: 10.1590/S0103-50532007000300002 ).
77. ↑ N. Surugaya, S. Sato, S. Jitsukata, M. Watahiki: Zastosowanie laserowej spektroskopii fotoakustycznej do określania stężenia plutonu w roztworach odpadów jądrowych. W: Nauki analityczne . 24, 2008, s. 527-530. PMID 18403847 .
78. ↑ K. Adelhelm, W. Faubel, H. Ache: Spektroskopia fotoakustyczna indukowana laserem w próbkach ciekłych: wpływ temperatury i rozpuszczalnika. W: Fresenius Journal of Analytical Chemistry . 338, 1990, s. 259-264 ( doi: 10.1007 / BF00323020 ).
79. ↑ Antyneutrina monitorują produkcję plutonu .
80. ↑ Komunikat otrzymany z Niemiec. W sprawie jego polityk dotyczących zarządzania plutonem. ( Pamiątka z 22 października 2013 r. w Internet Archive ) PDF na www.iaea.org
81. ↑ Komunikat otrzymany ze Szwajcarii. Na temat jej polityk dotyczących zarządzania plutonem. ( Pamiątka z 22 października 2013 r. w Internet Archive ) PDF na www.iaea.org
82. ↑ ^{a b} Światowe inwentarze plutonu. W: Biuletyn Naukowca Atomowego. wrzesień/październik 1999, s. 71.
83. ↑ Rosja wstrzymuje niszczenie plutonu broni orf.at, 3 października 2016 r.

	Ten artykuł jest dostępny jako plik audio:
	Zapisz | Tekst informacyjny   w wersji mówionej (6 kwietnia 2006)
	Więcej informacji o mówionej Wikipedii