प्लूटोनियम का विवरण

प्लूटोनियम(प्लूटोनियम) एक चांदी जैसा भारी रासायनिक तत्व है, परमाणु संख्या 94 के साथ एक रेडियोधर्मी धातु है, जिसे आवर्त सारणी में प्रतीक पु द्वारा नामित किया गया है।

यह इलेक्ट्रोनगेटिव सक्रिय रासायनिक तत्व 244.0642 के परमाणु द्रव्यमान के साथ एक्टिनाइड्स के समूह से संबंधित है, और, नेप्च्यूनियम की तरह, जिसे उसी नाम के ग्रह के सम्मान में अपना नाम मिला, इस रसायन का नाम प्लूटो ग्रह पर पड़ा है, क्योंकि इसके पूर्ववर्तियों मेंडेलीव की रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी में रेडियोधर्मी तत्व और नेपच्यूनियम हैं, जिनका नाम हमारी आकाशगंगा में दूर के ब्रह्मांडीय ग्रहों के नाम पर भी रखा गया था।

प्लूटोनियम की उत्पत्ति

तत्व प्लूटोनियमपहली बार इसकी खोज 1940 में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में रेडियोलॉजिस्ट और वैज्ञानिक शोधकर्ताओं जी. सीबॉर्ग, ई. मैकमिलन, कैनेडी, ए. वाल्च के एक समूह द्वारा तब की गई थी जब एक साइक्लोट्रॉन से ड्यूटेरॉन - भारी हाइड्रोजन नाभिक के साथ यूरेनियम लक्ष्य पर बमबारी की गई थी।

उसी साल दिसंबर में वैज्ञानिकों ने खोज की प्लूटोनियम आइसोटोप- पीयू-238, जिसका आधा जीवन 90 वर्ष से अधिक है, और यह पाया गया कि जटिल परमाणु रासायनिक प्रतिक्रियाओं के प्रभाव में प्रारंभ में आइसोटोप नेपच्यूनियम-238 का उत्पादन होता है, जिसके बाद आइसोटोप पहले से ही बनता है प्लूटोनियम-238.

1941 की शुरुआत में वैज्ञानिकों ने खोज की प्लूटोनियम 239 25,000 वर्षों की क्षय अवधि के साथ। प्लूटोनियम के समस्थानिकों के नाभिक में अलग-अलग न्यूट्रॉन सामग्री हो सकती है।

तत्व का एक शुद्ध यौगिक केवल 1942 के अंत में प्राप्त किया गया था। हर बार रेडियोलॉजिकल वैज्ञानिकों ने एक नए आइसोटोप की खोज की, उन्होंने हमेशा आइसोटोप के आधे जीवन को मापा।

फिलहाल, प्लूटोनियम समस्थानिक, जिनकी कुल संख्या 15 है, समय अवधि में भिन्न हैं हाफ लाइफ. यह इस तत्व के साथ है कि महान आशाएँ और संभावनाएँ जुड़ी हुई हैं, लेकिन साथ ही, मानवता के गंभीर भय भी जुड़े हुए हैं।

उदाहरण के लिए, प्लूटोनियम में यूरेनियम की तुलना में काफी अधिक गतिविधि है और यह रासायनिक प्रकृति के सबसे महंगे तकनीकी रूप से महत्वपूर्ण और महत्वपूर्ण पदार्थों में से एक है।

उदाहरण के लिए, एक ग्राम प्लूटोनियम की कीमत एक ग्राम, या अन्य समान रूप से मूल्यवान धातुओं से कई गुना अधिक है।

प्लूटोनियम का उत्पादन और निष्कर्षण महंगा माना जाता है, और हमारे समय में एक ग्राम धातु की कीमत आत्मविश्वास से लगभग 4,000 अमेरिकी डॉलर बनी हुई है।

प्लूटोनियम कैसे प्राप्त होता है? प्लूटोनियम उत्पादन

रासायनिक तत्व का उत्पादन परमाणु रिएक्टरों में होता है, जिसके अंदर जटिल रासायनिक और तकनीकी परस्पर संबंधित प्रक्रियाओं के प्रभाव में यूरेनियम विभाजित होता है।

परमाणु (परमाणु) ईंधन के उत्पादन में यूरेनियम और प्लूटोनियम मुख्य, मुख्य घटक हैं।

यदि बड़ी मात्रा में रेडियोधर्मी तत्व प्राप्त करना आवश्यक है, तो ट्रांसयूरानिक तत्वों के विकिरण की विधि का उपयोग किया जाता है, जिसे खर्च किए गए परमाणु ईंधन और यूरेनियम के विकिरण से प्राप्त किया जा सकता है। जटिल रासायनिक प्रतिक्रियाएं धातु को यूरेनियम से अलग करने की अनुमति देती हैं।

आइसोटोप प्राप्त करने के लिए, अर्थात् प्लूटोनियम-238 और हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम-239, जो मध्यवर्ती क्षय उत्पाद हैं, न्यूट्रॉन के साथ नेपच्यूनियम-237 के विकिरण का उपयोग किया जाता है।

प्लूटोनियम-244 का एक छोटा सा अंश, जो अपने लंबे आधे जीवन के कारण सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला आइसोटोप है, सेरियम अयस्क में खोजा गया था, जो संभवतः हमारे ग्रह पृथ्वी के गठन से संरक्षित है। यह रेडियोधर्मी तत्व प्रकृति में प्राकृतिक रूप से नहीं पाया जाता है।

प्लूटोनियम के बुनियादी भौतिक गुण और विशेषताएं

प्लूटोनियम चांदी जैसे रंग वाला एक काफी भारी रेडियोधर्मी रासायनिक तत्व है जो शुद्ध होने पर ही चमकता है। नाभिकीय धातु प्लूटोनियम का द्रव्यमान 244 ए के बराबर. खाओ।

अपनी उच्च रेडियोधर्मिता के कारण, यह तत्व छूने पर गर्म होता है और पानी के उबलते तापमान से अधिक तापमान तक गर्म हो सकता है।

प्लूटोनियम, ऑक्सीजन परमाणुओं के प्रभाव में, जल्दी से काला हो जाता है और शुरू में हल्के पीले, और फिर गहरे या भूरे रंग की इंद्रधनुषी पतली फिल्म से ढक जाता है।

मजबूत ऑक्सीकरण के साथ, तत्व की सतह पर पुओ2 पाउडर का निर्माण होता है। इस प्रकार की रासायनिक धातु आर्द्रता के निम्न स्तर पर भी मजबूत ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं और संक्षारण के अधीन है।

धातु की सतह के क्षरण और ऑक्सीकरण को रोकने के लिए सुखाने की सुविधा आवश्यक है। प्लूटोनियम का फोटोनीचे देखा जा सकता है.

प्लूटोनियम एक टेट्रावेलेंट रासायनिक धातु है; यह हाइड्रोआयोडिक पदार्थों और अम्लीय वातावरण में अच्छी तरह से और जल्दी से घुल जाता है, उदाहरण के लिए, क्लोरिक एसिड में।

अघुलनशील प्लूटोनियम हाइड्रॉक्साइड बनाते समय धातु के लवण तटस्थ प्रतिक्रिया, क्षारीय समाधान वाले वातावरण में जल्दी से बेअसर हो जाते हैं।

जिस तापमान पर प्लूटोनियम पिघलता है वह 641 डिग्री सेल्सियस है, क्वथनांक 3230 डिग्री है।

उच्च तापमान के प्रभाव में धातु के घनत्व में अप्राकृतिक परिवर्तन होते हैं। अपने रूप में, प्लूटोनियम के विभिन्न चरण होते हैं और इसमें छह क्रिस्टल संरचनाएं होती हैं।

चरणों के बीच संक्रमण के दौरान, तत्व की मात्रा में महत्वपूर्ण परिवर्तन होते हैं। तत्व छठे अल्फा चरण (संक्रमण के अंतिम चरण) में अपना सबसे सघन रूप प्राप्त करता है, जबकि इस अवस्था में धातु से भारी केवल नेपच्यूनियम और रेडियम हैं।

पिघलने पर, तत्व मजबूत संपीड़न से गुजरता है, इसलिए धातु पानी और अन्य गैर-आक्रामक तरल मीडिया की सतह पर तैर सकती है।

इस तथ्य के बावजूद कि यह रेडियोधर्मी तत्व रासायनिक धातुओं के समूह से संबंधित है, यह तत्व काफी अस्थिर है, और जब यह थोड़े समय के लिए एक बंद स्थान में होता है, तो हवा में इसकी एकाग्रता कई गुना बढ़ जाती है।

धातु के मुख्य भौतिक गुणों में शामिल हैं: निम्न डिग्री, सभी मौजूदा और ज्ञात रासायनिक तत्वों की तापीय चालकता का स्तर, विद्युत चालकता का निम्न स्तर; तरल अवस्था में, प्लूटोनियम सबसे चिपचिपी धातुओं में से एक है।

यह ध्यान देने योग्य है कि कोई भी प्लूटोनियम यौगिक जहरीला, जहरीला होता है और मानव शरीर के लिए विकिरण का गंभीर खतरा पैदा करता है, जो सक्रिय अल्फा विकिरण के कारण होता है, इसलिए सभी काम अत्यधिक सावधानी से और केवल रासायनिक सुरक्षा वाले विशेष सूट में ही किए जाने चाहिए। .

आप पुस्तक में एक अद्वितीय धातु की उत्पत्ति के गुणों और सिद्धांतों के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं ओब्रुचेव "प्लूटोनिया"" लेखक वी.ए. ओब्रुचेव पाठकों को प्लूटोनिया के शानदार देश की अद्भुत और अनोखी दुनिया में उतरने के लिए आमंत्रित करता है, जो पृथ्वी की गहराई में स्थित है।

प्लूटोनियम के अनुप्रयोग

औद्योगिक रासायनिक तत्व को आमतौर पर हथियार-ग्रेड और रिएक्टर-ग्रेड ("ऊर्जा-ग्रेड") प्लूटोनियम में वर्गीकृत किया जाता है।

इस प्रकार, परमाणु हथियारों के उत्पादन के लिए, सभी मौजूदा आइसोटोप में से, केवल प्लूटोनियम 239 का उपयोग करने की अनुमति है, जिसमें 4.5% से अधिक प्लूटोनियम 240 नहीं होना चाहिए, क्योंकि यह सहज विखंडन के अधीन है, जो सैन्य प्रोजेक्टाइल के उत्पादन को काफी जटिल बनाता है। .

प्लूटोनियम-238विद्युत ऊर्जा के छोटे आकार के रेडियोआइसोटोप स्रोतों के संचालन के लिए उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में।

कई दशक पहले, प्लूटोनियम का उपयोग दवा में पेसमेकर (हृदय गति बनाए रखने के लिए उपकरण) में किया जाता था।

दुनिया में बनाए गए पहले परमाणु बम में प्लूटोनियम चार्ज था। परमाणु प्लूटोनियम(पीयू 239) बिजली रिएक्टरों के कामकाज को सुनिश्चित करने के लिए परमाणु ईंधन के रूप में मांग में है। यह आइसोटोप रिएक्टरों में ट्रांसप्लूटोनियम तत्वों के उत्पादन के लिए एक स्रोत के रूप में भी कार्य करता है।

यदि हम परमाणु प्लूटोनियम की तुलना शुद्ध धातु से करते हैं, तो आइसोटोप में उच्च धातु पैरामीटर होते हैं और इसमें संक्रमण चरण नहीं होते हैं, इसलिए इसका उपयोग ईंधन तत्वों को प्राप्त करने की प्रक्रिया में व्यापक रूप से किया जाता है।

प्लूटोनियम 242 आइसोटोप के ऑक्साइड भी अंतरिक्ष घातक इकाइयों, उपकरणों और ईंधन छड़ों के लिए शक्ति स्रोत के रूप में मांग में हैं।

हथियार-ग्रेड प्लूटोनियमएक तत्व है जिसे एक कॉम्पैक्ट धातु के रूप में प्रस्तुत किया जाता है जिसमें कम से कम 93% पीयू 239 आइसोटोप होता है।

इस प्रकार की रेडियोधर्मी धातु का उपयोग विभिन्न प्रकार के परमाणु हथियारों के उत्पादन में किया जाता है।

हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का उत्पादन विशेष औद्योगिक परमाणु रिएक्टरों में किया जाता है जो न्यूट्रॉन के कब्जे के परिणामस्वरूप प्राकृतिक या कम समृद्ध यूरेनियम पर काम करते हैं।

प्लूटोनियम के 15 ज्ञात समस्थानिक हैं। इनमें से सबसे महत्वपूर्ण पीयू-239 है जिसका आधा जीवन 24,360 वर्ष है। 25°C के तापमान पर प्लूटोनियम का विशिष्ट गुरुत्व 19.84 है। धातु 641°C के तापमान पर पिघलना शुरू कर देती है और 3232°C पर उबलने लगती है। इसकी संयोजकता 3, 4, 5 या 6 है।

धातु में चांदी जैसा रंग होता है और ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर यह पीला हो जाता है। प्लूटोनियम एक रासायनिक प्रतिक्रियाशील धातु है और आसानी से सांद्र हाइड्रोक्लोरिक एसिड, पर्क्लोरिक एसिड और हाइड्रोआयोडिक एसिड में घुल जाता है। क्षय के दौरान, धातु ऊष्मा ऊर्जा छोड़ती है।

प्लूटोनियम खोजा गया दूसरा ट्रांसयूरेनिक एक्टिनाइड है। प्रकृति में, यह धातु यूरेनियम अयस्कों में कम मात्रा में पाई जा सकती है।

प्लूटोनियम जहरीला है और इसे सावधानी से संभालने की आवश्यकता है। प्लूटोनियम के सबसे विखंडनीय आइसोटोप का उपयोग परमाणु हथियार के रूप में किया गया है। विशेष रूप से, इसका उपयोग उस बम में किया गया था जो जापानी शहर नागासाकी पर गिराया गया था।

यह एक रेडियोधर्मी जहर है जो अस्थि मज्जा में जमा हो जाता है। प्लूटोनियम का अध्ययन करने के लिए लोगों पर प्रयोग करते समय कई दुर्घटनाएँ हुईं, जिनमें से कुछ घातक थीं। यह महत्वपूर्ण है कि प्लूटोनियम महत्वपूर्ण द्रव्यमान तक न पहुँचे। समाधान में, प्लूटोनियम ठोस अवस्था की तुलना में तेजी से एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान बनाता है।

परमाणु संख्या 94 का अर्थ है कि सभी प्लूटोनियम परमाणु 94 हैं। हवा में, धातु की सतह पर प्लूटोनियम ऑक्साइड बनता है। यह ऑक्साइड पायरोफोरिक है, इसलिए सुलगता हुआ प्लूटोनियम राख की तरह टिमटिमाता रहेगा।

प्लूटोनियम के छह एलोट्रोपिक रूप हैं। सातवाँ रूप उच्च तापमान पर प्रकट होता है।

जलीय घोल में प्लूटोनियम रंग बदलता है। ऑक्सीकरण होने पर धातु की सतह पर विभिन्न रंग दिखाई देते हैं। ऑक्सीकरण प्रक्रिया अस्थिर है और प्लूटोनियम का रंग अचानक बदल सकता है।

अधिकांश पदार्थों के विपरीत, पिघलने पर प्लूटोनियम सघन हो जाता है। पिघली हुई अवस्था में यह तत्व अन्य धातुओं की तुलना में अधिक चिपचिपा होता है।

धातु का उपयोग थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर में रेडियोधर्मी आइसोटोप में किया जाता है जो अंतरिक्ष यान को शक्ति प्रदान करते हैं। चिकित्सा में, इसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक हृदय उत्तेजक के उत्पादन में किया जाता है।

प्लूटोनियम वाष्प को अंदर लेना स्वास्थ्य के लिए खतरनाक है। कुछ मामलों में, यह फेफड़ों के कैंसर का कारण बन सकता है। साँस में लिए गए प्लूटोनियम का स्वाद धात्विक होता है।

प्लूटोनियम (लैटिन प्लूटोनियम, प्रतीक पु) एक रेडियोधर्मी रासायनिक तत्व है जिसका परमाणु क्रमांक 94 और परमाणु भार 244.064 है। प्लूटोनियम दिमित्री इवानोविच मेंडेलीव की आवर्त सारणी के समूह III का एक तत्व है और एक्टिनाइड परिवार से संबंधित है। प्लूटोनियम एक भारी (सामान्य परिस्थितियों में घनत्व 19.84 ग्राम/सेमी³) चांदी-सफेद रंग की भंगुर रेडियोधर्मी धातु है।

प्लूटोनियम का कोई स्थिर समस्थानिक नहीं है। प्लूटोनियम के सौ संभावित समस्थानिकों में से पच्चीस को संश्लेषित किया गया है। उनमें से पंद्रह के परमाणु गुणों का अध्ययन किया गया (द्रव्यमान संख्या 232-246)। चार को व्यावहारिक अनुप्रयोग मिला है। सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाले आइसोटोप हैं 244Pu (आधा जीवन 8.26-107 वर्ष), 242Pu (आधा जीवन 3.76-105 वर्ष), 239Pu (आधा जीवन 2.41-104 वर्ष), 238Pu (आधा जीवन 87.74 वर्ष) - α- उत्सर्जक और 241पीयू (आधा जीवन 14 वर्ष) - β-उत्सर्जक। प्रकृति में, प्लूटोनियम यूरेनियम अयस्कों (239पीयू) में नगण्य मात्रा में होता है; यह न्यूट्रॉन के प्रभाव में यूरेनियम से बनता है, जिसके स्रोत प्रकाश तत्वों (अयस्कों में शामिल), यूरेनियम नाभिक के सहज विखंडन और ब्रह्मांडीय विकिरण के साथ α-कणों की बातचीत के दौरान होने वाली प्रतिक्रियाएं हैं।

चौरानवेवें तत्व की खोज अमेरिकी वैज्ञानिकों के एक समूह - ग्लेन सीबॉर्ग, कैनेडी, एडविन मैकमिलन और आर्थर वाहल ने 1940 में बर्कले (कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में) में की थी, जब अत्यधिक त्वरित ड्यूटेरियम नाभिक द्वारा यूरेनियम ऑक्साइड (U3O8) के लक्ष्य पर बमबारी की गई थी। (ड्यूटेरॉन) साठ इंच के साइक्लोट्रॉन से। मई 1940 में लुईस टर्नर ने प्लूटोनियम के गुणों की भविष्यवाणी की थी।

दिसंबर 1940 में, प्लूटोनियम आइसोटोप पीयू-238 की खोज की गई, जिसका आधा जीवन ~90 वर्ष था, इसके एक साल बाद ~24,000 वर्षों के आधे जीवन के साथ अधिक महत्वपूर्ण पीयू-239 की खोज की गई।

1948 में एडविन मैकमिलन ने नए ग्रह प्लूटो की खोज के सम्मान में और नेपच्यूनियम के अनुरूप रासायनिक तत्व प्लूटोनियम का नाम रखने का प्रस्ताव रखा, जिसे नेपच्यून की खोज के बाद नाम दिया गया था।

धात्विक प्लूटोनियम (239Pu आइसोटोप) का उपयोग परमाणु हथियारों में किया जाता है और थर्मल और विशेष रूप से तेज़ न्यूट्रॉन पर चलने वाले बिजली रिएक्टरों में परमाणु ईंधन के रूप में कार्य करता है। धातु के रूप में 239Pu का क्रांतिक द्रव्यमान 5.6 किलोग्राम है। अन्य बातों के अलावा, 239Pu आइसोटोप परमाणु रिएक्टरों में ट्रांसप्लूटोनियम तत्वों के उत्पादन के लिए प्रारंभिक सामग्री है। 238Pu आइसोटोप का उपयोग अंतरिक्ष अनुसंधान में उपयोग किए जाने वाले छोटे आकार के परमाणु ऊर्जा स्रोतों के साथ-साथ मानव हृदय उत्तेजक में भी किया जाता है।

प्लूटोनियम-242 परमाणु रिएक्टरों में उच्च ट्रांसयूरेनियम तत्वों के अपेक्षाकृत तेजी से संचय के लिए "कच्चे माल" के रूप में महत्वपूर्ण है। δ-स्थिर प्लूटोनियम मिश्र धातुओं का उपयोग ईंधन कोशिकाओं के निर्माण में किया जाता है, क्योंकि उनमें शुद्ध प्लूटोनियम की तुलना में बेहतर धातुकर्म गुण होते हैं, जो गर्म होने पर चरण संक्रमण से गुजरता है। प्लूटोनियम ऑक्साइड का उपयोग अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जाता है और ईंधन छड़ों में उनका अनुप्रयोग पाया जाता है।

सभी प्लूटोनियम यौगिक जहरीले होते हैं, जो α-विकिरण का परिणाम है। यदि अल्फा कणों का स्रोत किसी संक्रमित व्यक्ति के शरीर में है तो वे गंभीर खतरा पैदा करते हैं; वे शरीर के आसपास के ऊतकों को नुकसान पहुंचाते हैं। प्लूटोनियम से निकलने वाला गामा विकिरण शरीर के लिए खतरनाक नहीं है। यह विचार करने योग्य है कि प्लूटोनियम के विभिन्न आइसोटोप में अलग-अलग विषाक्तता होती है, उदाहरण के लिए, विशिष्ट रिएक्टर प्लूटोनियम शुद्ध 239Pu की तुलना में 8-10 गुना अधिक विषाक्त होता है, क्योंकि इसमें 240Pu न्यूक्लाइड का प्रभुत्व होता है, जो अल्फा विकिरण का एक शक्तिशाली स्रोत है। प्लूटोनियम सभी एक्टिनाइड्स में सबसे अधिक रेडियोटॉक्सिक तत्व है, हालांकि, इसे सबसे खतरनाक तत्व से बहुत दूर माना जाता है, क्योंकि रेडियम प्लूटोनियम के सबसे जहरीले आइसोटोप - 239Pu से लगभग एक हजार गुना अधिक खतरनाक है।

जैविक गुण

प्लूटोनियम समुद्री जीवों द्वारा केंद्रित है: शैवाल के लिए इस रेडियोधर्मी धातु का संचय गुणांक (शरीर और बाहरी वातावरण में सांद्रता का अनुपात) 1000-9000 है, प्लवक के लिए - लगभग 2300, स्टारफिश के लिए - लगभग 1000, मोलस्क के लिए - 380 तक, मछली की मांसपेशियों, हड्डियों, यकृत और पेट के लिए - क्रमशः 5, 570, 200 और 1060। भूमि पौधे प्लूटोनियम को मुख्य रूप से जड़ प्रणाली के माध्यम से अवशोषित करते हैं और इसे अपने द्रव्यमान का 0.01% तक जमा करते हैं। मानव शरीर में, चौरानवे तत्व मुख्य रूप से कंकाल और यकृत में बरकरार रहता है, जहां से यह लगभग उत्सर्जित नहीं होता है (विशेषकर हड्डियों से)।

प्लूटोनियम अत्यधिक जहरीला है, और इसका रासायनिक खतरा (किसी भी अन्य भारी धातु की तरह) इसकी रेडियोधर्मी विषाक्तता की तुलना में बहुत कमजोर है (रासायनिक दृष्टिकोण से, यह भी सीसे की तरह जहरीला है।) जो अल्फा विकिरण का परिणाम है। इसके अलावा, α-कणों की भेदन क्षमता अपेक्षाकृत कम होती है: 239Pu के लिए, हवा में α-कणों की सीमा 3.7 सेमी है, और नरम जैविक ऊतक में 43 μm है। इसलिए, अल्फा कण एक गंभीर खतरा पैदा करते हैं यदि उनका स्रोत किसी संक्रमित व्यक्ति के शरीर में है। साथ ही, वे तत्व के आसपास के शरीर के ऊतकों को नुकसान पहुंचाते हैं।

साथ ही, γ-किरणें और न्यूट्रॉन, जो प्लूटोनियम भी उत्सर्जित करते हैं और जो बाहर से शरीर में प्रवेश करने में सक्षम हैं, बहुत खतरनाक नहीं हैं, क्योंकि उनका स्तर स्वास्थ्य को नुकसान पहुंचाने के लिए बहुत कम है। प्लूटोनियम विशेष रूप से उच्च रेडियोटॉक्सिसिटी वाले तत्वों के समूह से संबंधित है। एक ही समय में, प्लूटोनियम के विभिन्न आइसोटोप में अलग-अलग विषाक्तता होती है, उदाहरण के लिए, विशिष्ट रिएक्टर प्लूटोनियम शुद्ध 239Pu की तुलना में 8-10 गुना अधिक विषाक्त होता है, क्योंकि इसमें 240Pu न्यूक्लाइड का प्रभुत्व होता है, जो अल्फा विकिरण का एक शक्तिशाली स्रोत है।

जब पानी और भोजन के माध्यम से अंतर्ग्रहण किया जाता है, तो प्लूटोनियम कैफीन, कुछ विटामिन, स्यूडोएफ़ेड्रिन और कई पौधों और कवक जैसे पदार्थों की तुलना में कम विषाक्त होता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि यह तत्व जठरांत्र संबंधी मार्ग द्वारा खराब रूप से अवशोषित होता है, यहां तक ​​​​कि घुलनशील नमक के रूप में आपूर्ति किए जाने पर भी, यही नमक पेट और आंतों की सामग्री से बंधा होता है। हालाँकि, 0.5 ग्राम बारीक विभाजित या घुले हुए प्लूटोनियम के अंतर्ग्रहण से कुछ दिनों या हफ्तों के भीतर तीव्र पाचन विकिरण से मृत्यु हो सकती है (साइनाइड के लिए यह मान 0.1 ग्राम है)।

साँस लेने के दृष्टिकोण से, प्लूटोनियम एक साधारण विष है (लगभग पारा वाष्प के बराबर)। साँस लेने पर, प्लूटोनियम कार्सिनोजेनिक होता है और फेफड़ों के कैंसर का कारण बन सकता है। तो, जब साँस ली जाती है, तो फेफड़ों (1-3 माइक्रोन) में अवधारण के लिए इष्टतम आकार के कणों के रूप में एक सौ मिलीग्राम प्लूटोनियम 1-10 दिनों में फुफ्फुसीय एडिमा से मृत्यु की ओर ले जाता है। बीस मिलीग्राम की खुराक से लगभग एक महीने में फाइब्रोसिस से मृत्यु हो जाती है। छोटी खुराक क्रोनिक कार्सिनोजेनिक विषाक्तता का कारण बनती है। शरीर में प्लूटोनियम के साँस लेने का खतरा इस तथ्य के कारण बढ़ जाता है कि प्लूटोनियम से एरोसोल बनने का खतरा होता है।

भले ही यह एक धातु है, यह काफी अस्थिर है। एक कमरे में धातु के थोड़े समय तक रहने से हवा में इसकी सांद्रता काफी बढ़ जाती है। फेफड़ों में प्रवेश करने वाला प्लूटोनियम आंशिक रूप से फेफड़ों की सतह पर बस जाता है, आंशिक रूप से रक्त में और फिर लसीका और अस्थि मज्जा में चला जाता है। अधिकांश (लगभग 60%) हड्डी के ऊतकों में समाप्त होता है, 30% यकृत में और केवल 10% प्राकृतिक रूप से उत्सर्जित होता है। शरीर में प्रवेश करने वाले प्लूटोनियम की मात्रा एरोसोल कणों के आकार और रक्त में घुलनशीलता पर निर्भर करती है।

मानव शरीर में एक या दूसरे तरीके से प्रवेश करने वाला प्लूटोनियम फेरिक आयरन के गुणों के समान है, इसलिए, संचार प्रणाली में प्रवेश करते हुए, प्लूटोनियम आयरन युक्त ऊतकों में केंद्रित होना शुरू कर देता है: अस्थि मज्जा, यकृत, प्लीहा। शरीर प्लूटोनियम को आयरन मान लेता है, इसलिए ट्रांसफ़रिन प्रोटीन आयरन की जगह प्लूटोनियम ले लेता है, जिसके परिणामस्वरूप शरीर में ऑक्सीजन का स्थानांतरण रुक जाता है। माइक्रोफेज प्लूटोनियम को लिम्फ नोड्स तक ले जाते हैं। शरीर में प्रवेश करने वाले प्लूटोनियम को शरीर से निकालने में बहुत लंबा समय लगता है - 50 वर्षों के भीतर, केवल 80% ही शरीर से निकाला जाएगा। लीवर से आधा जीवन 40 वर्ष है। हड्डी के ऊतकों के लिए, प्लूटोनियम का आधा जीवन 80-100 वर्ष है; वास्तव में, हड्डियों में तत्व नब्बे-चार की सांद्रता स्थिर रहती है।

द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान और उसके अंत के बाद, मैनहट्टन परियोजना में काम करने वाले वैज्ञानिकों, साथ ही तीसरे रैह और अन्य शोध संगठनों के वैज्ञानिकों ने जानवरों और मनुष्यों पर प्लूटोनियम का उपयोग करके प्रयोग किए। पशु अध्ययनों से पता चला है कि प्रति किलोग्राम ऊतक में कुछ मिलीग्राम प्लूटोनियम एक घातक खुराक है। मनुष्यों में प्लूटोनियम के उपयोग में आमतौर पर 5 एमसीजी प्लूटोनियम को लंबे समय से बीमार रोगियों में इंट्रामस्क्युलर रूप से इंजेक्ट किया जाता है। अंततः यह निर्धारित किया गया कि एक मरीज के लिए घातक खुराक प्लूटोनियम की एक माइक्रोग्राम थी, और प्लूटोनियम रेडियम से अधिक खतरनाक था और हड्डियों में जमा हो जाता था।

जैसा कि ज्ञात है, प्लूटोनियम प्रकृति में व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित एक तत्व है। हालाँकि, 1945-1963 की अवधि में परमाणु परीक्षणों के परिणामस्वरूप इसका लगभग पाँच टन वायुमंडल में छोड़ा गया था। 1980 के दशक से पहले परमाणु परीक्षणों के कारण वायुमंडल में छोड़े गए प्लूटोनियम की कुल मात्रा 10 टन होने का अनुमान है। कुछ अनुमानों के अनुसार, संयुक्त राज्य अमेरिका की मिट्टी में प्रति किमी2 पर औसतन 2 मिलीक्यूरी (28 मिलीग्राम) प्लूटोनियम होता है, और प्रशांत महासागर में प्लूटोनियम की मात्रा पृथ्वी पर परमाणु सामग्री के समग्र वितरण के सापेक्ष बढ़ी हुई है।

नवीनतम घटना 1950 के दशक के मध्य में प्रशांत परीक्षण स्थल पर मार्शल द्वीप समूह में अमेरिकी परमाणु परीक्षण से जुड़ी है। सतही महासागरीय जल में प्लूटोनियम का निवास समय 6 से 21 वर्ष तक होता है, हालाँकि, इस अवधि के बाद भी, प्लूटोनियम बायोजेनिक कणों के साथ नीचे गिर जाता है, जहाँ से यह माइक्रोबियल अपघटन के परिणामस्वरूप घुलनशील रूपों में बदल जाता है।

चौरानवेवें तत्व के साथ वैश्विक प्रदूषण न केवल परमाणु परीक्षणों से जुड़ा है, बल्कि इस तत्व के साथ उत्पादन और उपकरणों में होने वाली दुर्घटनाओं से भी जुड़ा है। इसलिए जनवरी 1968 में, चार परमाणु हथियार ले जा रहा अमेरिकी वायु सेना बी-52 ग्रीनलैंड में दुर्घटनाग्रस्त हो गया। विस्फोट के परिणामस्वरूप, चार्ज नष्ट हो गए और प्लूटोनियम समुद्र में लीक हो गया।

एक दुर्घटना के परिणामस्वरूप पर्यावरण के रेडियोधर्मी संदूषण का एक और मामला 24 जनवरी, 1978 को सोवियत अंतरिक्ष यान कोसमोस-954 के साथ हुआ। अनियंत्रित डीऑर्बिट के परिणामस्वरूप, परमाणु ऊर्जा स्रोत वाला एक उपग्रह कनाडाई क्षेत्र में गिर गया। दुर्घटना के परिणामस्वरूप, एक किलोग्राम से अधिक प्लूटोनियम-238 पर्यावरण में जारी हुआ, जो लगभग 124,000 वर्ग मीटर के क्षेत्र में फैल गया।

पर्यावरण में रेडियोधर्मी पदार्थों के आपातकालीन रिसाव का सबसे भयानक उदाहरण चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में दुर्घटना है, जो 26 अप्रैल, 1986 को हुई थी। चौथी बिजली इकाई के विनाश के परिणामस्वरूप, लगभग 2200 वर्ग किमी के क्षेत्र में 190 टन रेडियोधर्मी पदार्थ (प्लूटोनियम आइसोटोप सहित) पर्यावरण में जारी किए गए।

पर्यावरण में प्लूटोनियम की रिहाई केवल मानव निर्मित घटनाओं से जुड़ी नहीं है। प्रयोगशाला और कारखाने दोनों स्थितियों से प्लूटोनियम रिसाव के ज्ञात मामले हैं। 235U और 239Pu प्रयोगशालाओं से बीस से अधिक आकस्मिक रिसाव ज्ञात हैं। 1953-1978 के दौरान. दुर्घटनाओं के कारण 0.81 (मायाक, 15 मार्च, 1953) से 10.1 किलोग्राम (टॉम्स्क, 13 दिसंबर, 1978) 239पु तक की हानि हुई। औद्योगिक घटनाओं के परिणामस्वरूप लॉस एलामोस (21 अगस्त, 1945 और 21 मई, 1946) में दो दुर्घटनाओं और 6.2 किलोग्राम प्लूटोनियम के नुकसान के कारण कुल दो मौतें हुईं। 1953 और 1963 में सरोव शहर में। लगभग 8 और 17.35 किलोग्राम परमाणु रिएक्टर के बाहर गिरे। उनमें से एक के कारण 1953 में एक परमाणु रिएक्टर का विनाश हुआ।

जब 238Pu नाभिक न्यूट्रॉन के साथ विखंडित होता है, तो 200 MeV ऊर्जा निकलती है, जो सबसे प्रसिद्ध एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया से 50 मिलियन गुना अधिक है: C + O2 → CO2। परमाणु रिएक्टर में "जलने" पर, एक ग्राम प्लूटोनियम 2,107 किलो कैलोरी पैदा करता है - यह 4 टन कोयले में निहित ऊर्जा है। ऊर्जा के संदर्भ में प्लूटोनियम ईंधन का एक हिस्सा अच्छी जलाऊ लकड़ी के चालीस वैगन के बराबर हो सकता है!

प्लूटोनियम (244पीयू) का "प्राकृतिक आइसोटोप" सभी ट्रांसयूरेनियम तत्वों में सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला आइसोटोप माना जाता है। इसका आधा जीवन 8.26∙107 वर्ष है। वैज्ञानिक लंबे समय से ट्रांसयूरेनियम तत्व का एक आइसोटोप प्राप्त करने की कोशिश कर रहे हैं जो 244Pu से अधिक समय तक मौजूद रहेगा - इस संबंध में बड़ी उम्मीदें 247Cm पर टिकी हुई थीं। हालाँकि, इसके संश्लेषण के बाद यह पता चला कि इस तत्व का आधा जीवन केवल 14 मिलियन वर्ष है।

कहानी

1934 में, एनरिको फर्मी के नेतृत्व में वैज्ञानिकों के एक समूह ने एक बयान दिया कि रोम विश्वविद्यालय में वैज्ञानिक कार्य के दौरान उन्होंने क्रम संख्या 94 के साथ एक रासायनिक तत्व की खोज की थी। फर्मी के आग्रह पर, तत्व का नाम हेस्परियम रखा गया, वैज्ञानिक आश्वस्त थे कि वह ने एक नए तत्व की खोज की थी, जिसे अब प्लूटोनियम कहा जाता है, इस प्रकार ट्रांसयूरेनियम तत्वों के अस्तित्व का सुझाव दिया गया और उनका सैद्धांतिक खोजकर्ता बन गया। फर्मी ने 1938 में अपने नोबेल व्याख्यान में इस परिकल्पना का बचाव किया। जर्मन वैज्ञानिकों ओटो फ्रिस्क और फ्रिट्ज स्ट्रैसमैन द्वारा परमाणु विखंडन की खोज के बाद ही फर्मी को 1939 में स्टॉकहोम में प्रकाशित मुद्रित संस्करण में एक नोट बनाने के लिए मजबूर होना पड़ा, जिसमें "ट्रांस्यूरेनियम तत्वों की पूरी समस्या" पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता का संकेत दिया गया था। तथ्य यह है कि फ्रिस्क और स्ट्रैसमैन के काम से पता चला कि फर्मी द्वारा अपने प्रयोगों में खोजी गई गतिविधि सटीक रूप से विखंडन के कारण थी, न कि ट्रांसयूरेनियम तत्वों की खोज के कारण, जैसा कि उन्होंने पहले माना था।

1940 के अंत में एक नया तत्व, चौरानवें, की खोज की गई। यह बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में हुआ। भारी हाइड्रोजन नाभिक (ड्यूटेरॉन) के साथ यूरेनियम ऑक्साइड (U3O8) पर बमबारी करके, ग्लेन टी. सीबॉर्ग के नेतृत्व में अमेरिकी रेडियोकेमिस्टों के एक समूह ने 90 साल के आधे जीवन के साथ एक पूर्व अज्ञात अल्फा कण उत्सर्जक की खोज की। यह उत्सर्जक 238 की द्रव्यमान संख्या के साथ तत्व संख्या 94 का आइसोटोप निकला। इस प्रकार, 14 दिसंबर, 1940 को, अन्य तत्वों और उनके यौगिकों के मिश्रण के साथ प्लूटोनियम की पहली माइक्रोग्राम मात्रा प्राप्त की गई थी।

1940 में किए गए एक प्रयोग के दौरान, यह पाया गया कि परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान, सबसे पहले अल्पकालिक आइसोटोप नेप्टुनियम -238 उत्पन्न होता है (अर्ध-जीवन 2.117 दिन), और इससे प्लूटोनियम -238:

23392यू (डी,2एन) → 23893एनपी → (β−) 23894पीयू

नए तत्व को अशुद्धियों से अलग करने के लिए लंबे और श्रमसाध्य रासायनिक प्रयोग दो महीने तक चले। एक नए रासायनिक तत्व के अस्तित्व की पुष्टि 23-24 फरवरी, 1941 की रात को जी.टी. सीबॉर्ग, ई.एम. मैकमिलन, जे.डब्ल्यू. कैनेडी और ए.सी. वॉल ने इसके पहले रासायनिक गुणों के अध्ययन के माध्यम से की थी - कम से कम दो ऑक्सीकरण रखने की क्षमता। राज्य. प्रयोगों के अंत से थोड़ी देर बाद, यह स्थापित किया गया कि यह आइसोटोप गैर-विखंडनीय है, और इसलिए, आगे के अध्ययन के लिए दिलचस्प नहीं है। जल्द ही (मार्च 1941), कैनेडी, सीबोर्ग, सेग्रे और वाहल ने एक साइक्लोट्रॉन में अत्यधिक त्वरित न्यूट्रॉन के साथ यूरेनियम को विकिरणित करके एक अधिक महत्वपूर्ण आइसोटोप, प्लूटोनियम -239 को संश्लेषित किया। यह आइसोटोप नेपच्यूनियम-239 के क्षय से बनता है, अल्फा किरणें उत्सर्जित करता है और इसका आधा जीवन 24,000 वर्ष है। तत्व का पहला शुद्ध यौगिक 1942 में प्राप्त किया गया था, और धात्विक प्लूटोनियम की पहली भार मात्रा 1943 में प्राप्त की गई थी।

नए तत्व 94 का नाम 1948 में मैकमिलन द्वारा प्रस्तावित किया गया था, जिन्होंने प्लूटोनियम की खोज से कुछ महीने पहले, एफ. आइबेल्सन के साथ मिलकर यूरेनियम से भारी पहला तत्व प्राप्त किया था - तत्व संख्या 93, जिसे सम्मान में नेपच्यूनियम नाम दिया गया था। नेप्च्यून ग्रह का - यूरेनस से परे पहला। सादृश्य से, उन्होंने तत्व संख्या 94 को प्लूटोनियम कहने का निर्णय लिया, क्योंकि प्लूटो ग्रह यूरेनस के बाद दूसरे स्थान पर है। बदले में, सीबॉर्ग ने नए तत्व को "प्लूटियम" कहने का प्रस्ताव रखा, लेकिन तब एहसास हुआ कि यह नाम "प्लूटोनियम" की तुलना में बहुत अच्छा नहीं लगता। इसके अलावा, उन्होंने नए तत्व के लिए अन्य नाम भी सामने रखे: अल्टीमियम, एक्सटर्मियम, उस समय के गलत निर्णय के कारण कि प्लूटोनियम आवर्त सारणी में अंतिम रासायनिक तत्व बन जाएगा। परिणामस्वरूप, सौर मंडल में अंतिम ग्रह की खोज के सम्मान में तत्व को "प्लूटोनियम" नाम दिया गया।

प्रकृति में होना

प्लूटोनियम के सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाले आइसोटोप का आधा जीवन 75 मिलियन वर्ष है। यह आंकड़ा बहुत प्रभावशाली है, हालाँकि, आकाशगंगा की आयु अरबों वर्षों में मापी गई है। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि ब्रह्मांड के तत्वों के महान संश्लेषण के दौरान बने चौरानवें तत्व के प्राथमिक समस्थानिकों के आज तक जीवित रहने की कोई संभावना नहीं थी। और फिर भी, इसका मतलब यह नहीं है कि पृथ्वी में बिल्कुल भी प्लूटोनियम नहीं है। यह यूरेनियम अयस्कों में लगातार बनता रहता है। ब्रह्मांडीय विकिरण से न्यूट्रॉन और 238U नाभिक के सहज विखंडन से उत्पन्न न्यूट्रॉन को कैप्चर करके, इस आइसोटोप के कुछ - बहुत कम - परमाणु 239U परमाणुओं में बदल जाते हैं। इस तत्व के नाभिक बहुत अस्थिर होते हैं, वे इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करते हैं और इस तरह अपना चार्ज बढ़ाते हैं, और पहला ट्रांसयूरेनियम तत्व नेप्च्यूनियम का निर्माण होता है। 239Np भी अस्थिर है, इसके नाभिक भी इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करते हैं, इसलिए केवल 56 घंटों में 239Np का आधा हिस्सा 239Pu में बदल जाता है।

इस आइसोटोप का आधा जीवन पहले से ही बहुत लंबा है और 24,000 वर्ष के बराबर है। औसतन, 239Pu की सामग्री रेडियम की तुलना में लगभग 400,000 गुना कम है। इसलिए, न केवल खनन करना, बल्कि "स्थलीय" प्लूटोनियम का पता लगाना भी बेहद मुश्किल है। 239Pu की छोटी मात्रा - प्रति ट्रिलियन भाग - और क्षय उत्पाद यूरेनियम अयस्कों में पाए जा सकते हैं, उदाहरण के लिए ओक्लो, गैबॉन (पश्चिम अफ्रीका) में प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर में। तथाकथित "प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर" को दुनिया में एकमात्र ऐसा माना जाता है जिसमें एक्टिनाइड्स और उनके विखंडन उत्पाद वर्तमान में भूमंडल में बन रहे हैं। आधुनिक अनुमानों के अनुसार, इस क्षेत्र में कई मिलियन वर्ष पहले गर्मी की रिहाई के साथ एक आत्मनिर्भर प्रतिक्रिया हुई थी, जो पांच लाख से अधिक वर्षों तक चली।

तो, हम पहले से ही जानते हैं कि यूरेनियम अयस्कों में, यूरेनियम नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन के कब्जे के परिणामस्वरूप, नेप्च्यूनियम (239Np) बनता है, जिसका β-क्षय उत्पाद प्राकृतिक प्लूटोनियम -239 है। विशेष उपकरणों के लिए धन्यवाद - मास स्पेक्ट्रोमीटर - प्लूटोनियम -244 (244Pu) की उपस्थिति, जिसका आधा जीवन सबसे लंबा है - लगभग 80 मिलियन वर्ष, प्रीकैम्ब्रियन बास्टनेसाइट (सेरियम अयस्क) में खोजा गया था। प्रकृति में, 244Pu मुख्य रूप से डाइऑक्साइड (PuO2) के रूप में पाया जाता है, जो रेत (क्वार्ट्ज) की तुलना में पानी में भी कम घुलनशील है। चूंकि अपेक्षाकृत लंबे समय तक जीवित रहने वाला आइसोटोप प्लूटोनियम-240 (240पीयू) प्लूटोनियम-244 की क्षय श्रृंखला में है, इसलिए इसका क्षय होता है, लेकिन ऐसा बहुत कम होता है (10,000 में 1 मामला)। प्लूटोनियम-238 (238पीयू) की बहुत कम मात्रा मूल आइसोटोप, यूरेनियम-238 के बहुत ही दुर्लभ दोहरे बीटा क्षय के कारण होती है, जो यूरेनियम अयस्कों में पाया गया था।

थर्मोन्यूक्लियर बमों के विस्फोट के बाद एकत्रित धूल में आइसोटोप 247Pu और 255Pu के अंश पाए गए।

प्लूटोनियम की न्यूनतम मात्रा काल्पनिक रूप से मानव शरीर में मौजूद हो सकती है, यह देखते हुए कि प्लूटोनियम से संबंधित किसी न किसी तरह से बड़ी संख्या में परमाणु परीक्षण किए गए हैं। प्लूटोनियम मुख्य रूप से कंकाल और यकृत में जमा होता है, जहां से यह व्यावहारिक रूप से उत्सर्जित नहीं होता है। इसके अलावा, तत्व नब्बे-चार समुद्री जीवों द्वारा संचित होता है; भूमि के पौधे मुख्य रूप से जड़ प्रणाली के माध्यम से प्लूटोनियम को अवशोषित करते हैं।

यह पता चला है कि कृत्रिम रूप से संश्लेषित प्लूटोनियम अभी भी प्रकृति में मौजूद है, तो इसका खनन क्यों नहीं किया जाता है, बल्कि कृत्रिम रूप से प्राप्त किया जाता है? तथ्य यह है कि इस तत्व की सांद्रता बहुत कम है। एक अन्य रेडियोधर्मी धातु - रेडियम के बारे में वे कहते हैं: "उत्पादन का एक ग्राम - काम का एक वर्ष," और प्रकृति में रेडियम प्लूटोनियम से 400,000 गुना अधिक प्रचुर मात्रा में है! इस कारण से, न केवल खनन करना, बल्कि "स्थलीय" प्लूटोनियम का पता लगाना भी बेहद मुश्किल है। ऐसा परमाणु रिएक्टरों में उत्पादित प्लूटोनियम के भौतिक और रासायनिक गुणों का अध्ययन करने के बाद ही किया गया था।

आवेदन

239Pu आइसोटोप (U के साथ) का उपयोग थर्मल और तेज़ न्यूट्रॉन (मुख्य रूप से) पर चलने वाले बिजली रिएक्टरों में परमाणु ईंधन के रूप में, साथ ही परमाणु हथियारों के निर्माण में भी किया जाता है।

दुनिया भर में लगभग आधा हजार परमाणु ऊर्जा संयंत्र लगभग 370 गीगावॉट बिजली (या दुनिया के कुल बिजली उत्पादन का 15%) उत्पन्न करते हैं। प्लूटोनियम-236 का उपयोग परमाणु विद्युत बैटरियों के निर्माण में किया जाता है, जिनकी सेवा जीवन पांच वर्ष या उससे अधिक तक पहुंचती है, इनका उपयोग वर्तमान जनरेटर में किया जाता है जो हृदय को उत्तेजित करते हैं (पेसमेकर)। 238Pu का उपयोग अंतरिक्ष अनुसंधान में उपयोग किए जाने वाले छोटे आकार के परमाणु ऊर्जा स्रोतों में किया जाता है। इस प्रकार, प्लूटोनियम-238 न्यू होराइजन्स, गैलीलियो और कैसिनी जांच, क्यूरियोसिटी रोवर और अन्य अंतरिक्ष यान के लिए शक्ति स्रोत है।

परमाणु हथियारों में प्लूटोनियम-239 का उपयोग होता है क्योंकि यह आइसोटोप परमाणु बम में उपयोग के लिए एकमात्र उपयुक्त न्यूक्लाइड है। इसके अलावा, परमाणु बमों में प्लूटोनियम-239 का अधिक बार उपयोग इस तथ्य के कारण होता है कि प्लूटोनियम गोले (जहां बम कोर स्थित है) में कम मात्रा में रहता है, इसलिए, बम की विस्फोटक शक्ति इसके कारण प्राप्त की जा सकती है संपत्ति।

वह योजना जिसके द्वारा प्लूटोनियम से युक्त परमाणु विस्फोट होता है, बम के डिज़ाइन में ही निहित है, जिसके मूल में 239Pu से भरा एक गोला होता है। ज़मीन से टकराने के समय, गोला डिज़ाइन के कारण और इस गोले के चारों ओर मौजूद विस्फोटक के कारण दस लाख वायुमंडल तक संकुचित हो जाता है। प्रभाव के बाद, कोर कम से कम संभव समय में मात्रा और घनत्व में विस्तारित होता है - दसियों माइक्रोसेकंड, असेंबली थर्मल न्यूट्रॉन के साथ महत्वपूर्ण स्थिति से गुजरती है और तेज न्यूट्रॉन के साथ सुपरक्रिटिकल स्थिति में चली जाती है - एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया की भागीदारी के साथ शुरू होती है तत्व के न्यूट्रॉन और नाभिक। परमाणु बम के अंतिम विस्फोट से लाखों डिग्री के क्रम का तापमान निकलता है।

प्लूटोनियम आइसोटोप ने ट्रांसप्लूटोनियम (प्लूटोनियम के बगल में) तत्वों के संश्लेषण में अपना उपयोग पाया है। उदाहरण के लिए, ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में, दीर्घकालिक न्यूट्रॉन विकिरण से 239Pu, 24496Cm, 24296Cm, 24997Bk, 25298Cf, 25399Es और 257100Fm प्राप्त होते हैं। इसी प्रकार अमेरिकियम 24195Am पहली बार 1944 में प्राप्त किया गया था। 2010 में, कैल्शियम-48 आयनों के साथ प्लूटोनियम-242 ऑक्साइड की बमबारी अनक्वाडियम के स्रोत के रूप में की गई।

δ-स्थिर प्लूटोनियम मिश्र धातुओं का उपयोग ईंधन छड़ों के निर्माण में किया जाता है, क्योंकि उनमें शुद्ध प्लूटोनियम की तुलना में काफी बेहतर धातुकर्म गुण होते हैं, जो गर्म होने पर चरण संक्रमण से गुजरता है और एक बहुत ही भंगुर और अविश्वसनीय सामग्री है। अन्य तत्वों (इंटरमेटेलिक यौगिकों) के साथ प्लूटोनियम के मिश्र धातु आमतौर पर आवश्यक अनुपात में तत्वों की सीधी बातचीत से प्राप्त होते हैं, जबकि चाप पिघलने का मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है; कभी-कभी अस्थिर मिश्र धातु स्प्रे जमाव या पिघल के ठंडा होने से प्राप्त होते हैं।

प्लूटोनियम के लिए मुख्य औद्योगिक मिश्रधातु तत्व गैलियम, एल्यूमीनियम और लोहा हैं, हालांकि प्लूटोनियम दुर्लभ अपवादों (पोटेशियम, सोडियम, लिथियम, रुबिडियम, मैग्नीशियम, कैल्शियम, स्ट्रोंटियम, बेरियम, यूरोपियम और यटरबियम) को छोड़कर अधिकांश धातुओं के साथ मिश्र धातु और मध्यवर्ती बनाने में सक्षम है। . दुर्दम्य धातुएँ: मोलिब्डेनम, नाइओबियम, क्रोमियम, टैंटलम और टंगस्टन तरल प्लूटोनियम में घुलनशील हैं, लेकिन ठोस प्लूटोनियम में लगभग अघुलनशील या थोड़ा घुलनशील हैं। इंडियम, सिलिकॉन, जिंक और ज़िरकोनियम तेजी से ठंडा होने पर मेटास्टेबल δ-प्लूटोनियम (δ"-चरण) बनाने में सक्षम हैं। गैलियम, एल्यूमीनियम, अमेरिकियम, स्कैंडियम और सेरियम कमरे के तापमान पर δ-प्लूटोनियम को स्थिर कर सकते हैं।

होल्मियम, हेफ़नियम और थैलियम की बड़ी मात्रा कुछ δ-प्लूटोनियम को कमरे के तापमान पर संग्रहीत करने की अनुमति देती है। नेपच्यूनियम एकमात्र तत्व है जो उच्च तापमान पर α-प्लूटोनियम को स्थिर कर सकता है। टाइटेनियम, हेफ़नियम और ज़िरकोनियम तेजी से ठंडा होने पर कमरे के तापमान पर β-प्लूटोनियम की संरचना को स्थिर करते हैं। ऐसे मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग काफी विविध हैं। उदाहरण के लिए, प्लूटोनियम के δ चरण को स्थिर करने के लिए प्लूटोनियम-गैलियम मिश्र धातु का उपयोग किया जाता है, जो α-δ चरण संक्रमण से बचाता है। प्लूटोनियम-गैलियम-कोबाल्ट टर्नरी मिश्र धातु (PuGaCo5) 18.5 K पर एक अतिचालक मिश्र धातु है। ऐसे कई मिश्र धातु हैं (प्लूटोनियम-ज़िरकोनियम, प्लूटोनियम-सेरियम और प्लूटोनियम-सेरियम-कोबाल्ट) जिनका उपयोग परमाणु ईंधन के रूप में किया जाता है।

उत्पादन

औद्योगिक प्लूटोनियम का उत्पादन दो प्रकार से किया जाता है। यह या तो परमाणु रिएक्टरों में निहित 238U नाभिक का विकिरण है, या रेडियोकेमिकल तरीकों (सह-वर्षा, निष्कर्षण, आयन विनिमय, आदि) द्वारा यूरेनियम, ट्रांसयूरेनिक तत्वों और खर्च किए गए ईंधन में निहित विखंडन उत्पादों से प्लूटोनियम को अलग करना है।

पहले मामले में, सबसे व्यावहारिक आइसोटोप 239Pu (240Pu के एक छोटे मिश्रण के साथ मिश्रित) परमाणु रिएक्टरों में यूरेनियम नाभिक और न्यूट्रॉन की भागीदारी के साथ β-क्षय का उपयोग करके और एक मध्यवर्ती विखंडन उत्पाद के रूप में नेपच्यूनियम आइसोटोप की भागीदारी के साथ उत्पादित किया जाता है:

23892यू + 21डी → 23893एनपी + 210एन;

23893एनपी → 23894पु

β-क्षय

इस प्रक्रिया में, एक ड्यूटेरॉन यूरेनियम-238 में प्रवेश करता है, जिसके परिणामस्वरूप नेपच्यूनियम-238 और दो न्यूट्रॉन बनते हैं। नेपच्यूनियम-238 फिर स्वतःस्फूर्त विखंडन करता है, जिससे बीटा-माइनस कण उत्सर्जित होते हैं जो प्लूटोनियम-238 बनाते हैं।

आमतौर पर, मिश्रण में 239Pu की सामग्री 90-95% है, 240Pu की सामग्री 1-7% है, अन्य आइसोटोप की सामग्री एक प्रतिशत के दसवें हिस्से से अधिक नहीं है। लंबे आधे जीवन वाले आइसोटोप - 242Pu और 244Pu 239Pu न्यूट्रॉन के साथ लंबे समय तक विकिरण द्वारा प्राप्त किए जाते हैं। इसके अलावा, 242Pu की उपज कई दसियों प्रतिशत है, और 244Pu 242Pu सामग्री के एक प्रतिशत का एक अंश है। जब नेप्च्यूनियम-237 को न्यूट्रॉन के साथ विकिरणित किया जाता है तो आइसोटोपिक रूप से शुद्ध प्लूटोनियम-238 की थोड़ी मात्रा बनती है। द्रव्यमान संख्या 232-237 वाले प्लूटोनियम के हल्के समस्थानिक आमतौर पर α-कणों के साथ यूरेनियम समस्थानिकों को विकिरणित करके साइक्लोट्रॉन में प्राप्त किए जाते हैं।

239पीयू के औद्योगिक उत्पादन की दूसरी विधि प्योरएक्स प्रक्रिया का उपयोग करती है, जो हल्के मंदक में ट्रिब्यूटाइल फॉस्फेट के निष्कर्षण पर आधारित है। पहले चक्र में, पु और यू को संयुक्त रूप से विखंडन उत्पादों से शुद्ध किया जाता है और फिर अलग किया जाता है। दूसरे और तीसरे चक्र में, प्लूटोनियम को और अधिक शुद्ध और केंद्रित किया जाता है। ऐसी प्रक्रिया की योजना अलग किए जा रहे तत्वों के टेट्रा- और हेक्सावलेंट यौगिकों के गुणों में अंतर पर आधारित है।

प्रारंभ में, प्रयुक्त ईंधन छड़ों को नष्ट कर दिया जाता है और प्रयुक्त प्लूटोनियम और यूरेनियम युक्त आवरण को भौतिक और रासायनिक तरीकों से हटा दिया जाता है। इसके बाद, निकाले गए परमाणु ईंधन को नाइट्रिक एसिड में घोल दिया जाता है। आख़िरकार, घुलने पर यह एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट होता है, और यूरेनियम, प्लूटोनियम और अशुद्धियाँ ऑक्सीकृत हो जाती हैं। शून्य संयोजकता वाले प्लूटोनियम परमाणु पु+6 में परिवर्तित हो जाते हैं, और प्लूटोनियम और यूरेनियम दोनों विघटित हो जाते हैं। इस तरह के समाधान से, चौरानवे तत्व को सल्फर डाइऑक्साइड के साथ त्रिसंयोजक अवस्था में कम किया जाता है और फिर लैंथेनम फ्लोराइड (LaF3) के साथ अवक्षेपित किया जाता है।

हालाँकि, प्लूटोनियम के अलावा, तलछट में नेपच्यूनियम और दुर्लभ पृथ्वी तत्व होते हैं, लेकिन थोक (यूरेनियम) समाधान में रहता है। इसके बाद, प्लूटोनियम को फिर से पु+6 में ऑक्सीकृत किया जाता है और लैंथेनम फ्लोराइड को फिर से जोड़ा जाता है। अब दुर्लभ पृथ्वी तत्व अवक्षेपित हो जाते हैं, और प्लूटोनियम घोल में रहता है। इसके बाद, नेपच्यूनियम को पोटेशियम ब्रोमेट के साथ टेट्रावैलेंट अवस्था में ऑक्सीकृत किया जाता है, क्योंकि इस अभिकर्मक का प्लूटोनियम पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, फिर उसी लैंथेनम फ्लोराइड के साथ द्वितीयक वर्षा के दौरान, त्रिसंयोजक प्लूटोनियम एक अवक्षेप में चला जाता है, और नेपच्यूनियम घोल में रहता है। ऐसे ऑपरेशनों के अंतिम उत्पाद प्लूटोनियम युक्त यौगिक होते हैं - पीयूओ2 डाइऑक्साइड या फ्लोराइड्स (पीयूएफ3 या पीयूएफ4), जिससे धात्विक प्लूटोनियम प्राप्त होता है (बेरियम, कैल्शियम या लिथियम वाष्प के साथ कमी करके)।

पाइरोकेमिकल रूप से उत्पादित धातु के इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन द्वारा शुद्ध प्लूटोनियम प्राप्त किया जा सकता है, जो टंगस्टन या टैंटलम कैथोड का उपयोग करके पोटेशियम, सोडियम और प्लूटोनियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलाइट के साथ 700 डिग्री सेल्सियस पर इलेक्ट्रोलिसिस कोशिकाओं में किया जाता है। इस प्रकार प्राप्त प्लूटोनियम की शुद्धता 99.99% होती है।

बड़ी मात्रा में प्लूटोनियम का उत्पादन करने के लिए, ब्रीडर रिएक्टर बनाए जाते हैं, तथाकथित "ब्रीडर्स" (अंग्रेजी क्रिया से ब्रीड - गुणा करना)। इन रिएक्टरों को यह नाम इस सामग्री को प्राप्त करने की लागत से अधिक मात्रा में विखंडनीय सामग्री का उत्पादन करने की क्षमता के कारण मिला है। इस प्रकार के रिएक्टरों और अन्य रिएक्टरों के बीच अंतर यह है कि उनमें न्यूट्रॉन धीमा नहीं होते हैं (उदाहरण के लिए, कोई मॉडरेटर नहीं है, ग्रेफाइट) ताकि उनमें से अधिक से अधिक 238U के साथ प्रतिक्रिया कर सकें।

प्रतिक्रिया के बाद, 239U परमाणु बनते हैं, जो बाद में 239Pu बनाते हैं। ऐसे रिएक्टर का कोर, जिसमें क्षीण यूरेनियम डाइऑक्साइड (UO2) में PuO2 होता है, और भी अधिक क्षीण यूरेनियम डाइऑक्साइड-238 (238UO2) के एक खोल से घिरा होता है, जिसमें 239Pu बनता है। 238U और 235U का संयुक्त उपयोग "प्रजनकों" को अन्य रिएक्टरों की तुलना में प्राकृतिक यूरेनियम से 50-60 गुना अधिक ऊर्जा का उत्पादन करने की अनुमति देता है। हालाँकि, इन रिएक्टरों में एक बड़ी खामी है - ईंधन की छड़ों को पानी के अलावा किसी अन्य माध्यम से ठंडा किया जाना चाहिए, जिससे उनकी ऊर्जा कम हो जाती है। इसलिए, शीतलक के रूप में तरल सोडियम का उपयोग करने का निर्णय लिया गया।

संयुक्त राज्य अमेरिका में ऐसे रिएक्टरों का निर्माण द्वितीय विश्व युद्ध की समाप्ति के बाद शुरू हुआ; यूएसएसआर और ग्रेट ब्रिटेन ने अपना निर्माण केवल 1950 के दशक में शुरू किया।

भौतिक गुण

प्लूटोनियम एक बहुत भारी (सामान्य स्तर पर घनत्व 19.84 ग्राम/सेमी³) चांदी जैसी धातु है, जो शुद्ध अवस्था में निकल के समान होती है, लेकिन हवा में प्लूटोनियम तेजी से ऑक्सीकरण करता है, फीका पड़ जाता है, एक इंद्रधनुषी फिल्म बनाता है, पहले हल्का पीला, फिर गहरे बैंगनी रंग में बदल जाता है . जब गंभीर ऑक्सीकरण होता है, तो धातु की सतह पर एक जैतून हरा ऑक्साइड पाउडर (PuO2) दिखाई देता है।

प्लूटोनियम एक अत्यधिक विद्युत ऋणात्मक और प्रतिक्रियाशील धातु है, यूरेनियम से भी कई गुना अधिक। इसमें सात एलोट्रोपिक संशोधन (α, β, γ, δ, δ", ε और ζ) हैं, जो एक निश्चित तापमान सीमा और एक निश्चित दबाव सीमा पर बदलते हैं। कमरे के तापमान पर, प्लूटोनियम α-रूप में होता है - यह है प्लूटोनियम के लिए सबसे आम एलोट्रोपिक संशोधन अल्फा चरण में, शुद्ध प्लूटोनियम भंगुर और काफी कठोर होता है - यह संरचना लगभग ग्रे कास्ट आयरन जितनी कठोर होती है जब तक कि इसे अन्य धातुओं के साथ मिश्रित नहीं किया जाता है, जो मिश्र धातु को लचीलापन और कोमलता देगा। इसके अलावा, इस उच्चतम घनत्व रूप में, प्लूटोनियम छठा सबसे सघन तत्व है (केवल ऑस्मियम, इरिडियम, प्लैटिनम, रेनियम और नेपच्यूनियम ही भारी होते हैं। प्लूटोनियम के आगे एलोट्रोपिक परिवर्तन घनत्व में अचानक परिवर्तन के साथ होते हैं। उदाहरण के लिए, जब 310 से 480 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है) , यह अन्य धातुओं की तरह फैलता नहीं है, लेकिन सिकुड़ता है (डेल्टा चरण " और "डेल्टा प्राइम") पिघलने पर (एप्सिलॉन चरण से तरल चरण में संक्रमण), प्लूटोनियम भी सिकुड़ता है, जिससे बिना पिघला हुआ प्लूटोनियम तैरने लगता है।

प्लूटोनियम में बड़ी संख्या में असामान्य गुण हैं: इसमें सभी धातुओं की तुलना में सबसे कम तापीय चालकता है - 300 K पर यह 6.7 W/(m K) है; प्लूटोनियम में सबसे कम विद्युत चालकता है; अपने तरल चरण में, प्लूटोनियम सबसे चिपचिपी धातु है। कमरे के तापमान पर चौरानवेवें तत्व की प्रतिरोधकता किसी धातु के लिए बहुत अधिक होती है, और यह विशेषता घटते तापमान के साथ बढ़ेगी, जो धातुओं के लिए विशिष्ट नहीं है। इस "विसंगति" का पता 100 K के तापमान तक लगाया जा सकता है - इस निशान के नीचे विद्युत प्रतिरोध कम हो जाएगा। हालाँकि, 20 K से धातु की विकिरण गतिविधि के कारण प्रतिरोध फिर से बढ़ना शुरू हो जाता है।

प्लूटोनियम में अब तक अध्ययन किए गए सभी एक्टिनाइड्स की तुलना में उच्चतम विद्युत प्रतिरोधकता है, जो 150 μΩ सेमी (22 डिग्री सेल्सियस पर) है। इस धातु का गलनांक कम (640 डिग्री सेल्सियस) और असामान्य रूप से उच्च क्वथनांक (3,227 डिग्री सेल्सियस) होता है। पिघलने बिंदु के करीब, तरल प्लूटोनियम में अन्य धातुओं की तुलना में बहुत अधिक चिपचिपापन और सतह तनाव होता है।

अपनी रेडियोधर्मिता के कारण प्लूटोनियम छूने पर गर्म होता है। थर्मल शेल में प्लूटोनियम के एक बड़े टुकड़े को पानी के क्वथनांक से अधिक तापमान पर गर्म किया जाता है! इसके अलावा, अपनी रेडियोधर्मिता के कारण, प्लूटोनियम समय के साथ अपने क्रिस्टल जाली में परिवर्तन से गुजरता है - 100 K से ऊपर तापमान बढ़ने के कारण स्व-विकिरण के कारण एक प्रकार की एनीलिंग होती है।

प्लूटोनियम में बड़ी संख्या में एलोट्रोपिक संशोधनों की उपस्थिति इसे चरण संक्रमण के कारण संसाधित करने और रोल आउट करने के लिए एक कठिन धातु बनाती है। हम पहले से ही जानते हैं कि अल्फ़ा रूप में नब्बेवाँ तत्व कच्चे लोहे के गुणों के समान है, हालाँकि, यह बदल जाता है और एक लचीले पदार्थ में बदल जाता है, और उच्च तापमान रेंज में एक निंदनीय β-रूप बनाता है। δ रूप में प्लूटोनियम आमतौर पर 310 डिग्री सेल्सियस और 452 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर स्थिर होता है, लेकिन एल्यूमीनियम, सेरियम या गैलियम के कम प्रतिशत के साथ मिलाए जाने पर यह कमरे के तापमान पर भी मौजूद रह सकता है। जब इन धातुओं के साथ मिश्रित किया जाता है, तो प्लूटोनियम का उपयोग वेल्डिंग में किया जा सकता है। सामान्य तौर पर, डेल्टा रूप में धातु की अधिक स्पष्ट विशेषताएं होती हैं - यह ताकत और क्षमाशीलता में एल्यूमीनियम के करीब है।

रासायनिक गुण

चौरानवेवें तत्व के रासायनिक गुण कई मायनों में आवर्त सारणी में इसके पूर्ववर्तियों - यूरेनियम और नेपच्यूनियम के गुणों के समान हैं। प्लूटोनियम एक काफी सक्रिय धातु है; यह +2 से +7 तक ऑक्सीकरण अवस्था वाले यौगिक बनाता है। जलीय घोल में, तत्व निम्नलिखित ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित करता है: पु (III), पु3+ के रूप में (अम्लीय जलीय घोल में मौजूद होता है, इसका रंग हल्का बैंगनी होता है); पु (IV), पु4+ (चॉकलेट शेड) के रूप में; पु (वी), पुओ2+ (प्रकाश समाधान) के रूप में; पु (VI), पुओ22+ (हल्का नारंगी घोल) और पु(VII), पुओ53- (हरा घोल) के रूप में।

इसके अलावा, ये आयन (PuO53- को छोड़कर) समाधान में एक साथ संतुलन में हो सकते हैं, जिसे 5f इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति से समझाया गया है, जो इलेक्ट्रॉन कक्षक के स्थानीयकृत और डेलोकलाइज्ड क्षेत्र में स्थित हैं। पीएच 5-8 पर, पु (IV) हावी है, जो अन्य वैलेंस (ऑक्सीकरण अवस्था) के बीच सबसे अधिक स्थिर है। सभी ऑक्सीकरण अवस्थाओं के प्लूटोनियम आयन हाइड्रोलिसिस और जटिल गठन के लिए प्रवण होते हैं। ऐसे यौगिकों को बनाने की क्षमता पु5+ श्रृंखला में बढ़ जाती है

कॉम्पैक्ट प्लूटोनियम धीरे-धीरे हवा में ऑक्सीकरण करता है, ऑक्साइड की एक इंद्रधनुषी, तैलीय फिल्म से ढक जाता है। निम्नलिखित प्लूटोनियम ऑक्साइड ज्ञात हैं: पुओ, पु2ओ3, पुओ2 और चर संरचना पु2ओ3 - पु4ओ7 (बर्थोलाइड्स) का एक चरण। थोड़ी मात्रा में नमी की उपस्थिति में, ऑक्सीकरण और संक्षारण की दर काफी बढ़ जाती है। यदि कोई धातु लंबे समय तक थोड़ी मात्रा में नम हवा के संपर्क में रहती है, तो उसकी सतह पर प्लूटोनियम डाइऑक्साइड (PuO2) बनता है। ऑक्सीजन की कमी से इसका डाइहाइड्राइड (PuH2) भी बन सकता है। आश्चर्यजनक रूप से, प्लूटोनियम सूखी हवा या शुद्ध ऑक्सीजन की तुलना में जल वाष्प के साथ अक्रिय गैस (जैसे आर्गन) के वातावरण में बहुत तेजी से जंग खाता है। वास्तव में, इस तथ्य को समझाना आसान है - ऑक्सीजन की सीधी क्रिया प्लूटोनियम की सतह पर ऑक्साइड की एक परत बनाती है, जो आगे ऑक्सीकरण को रोकती है; नमी की उपस्थिति ऑक्साइड और हाइड्राइड का एक ढीला मिश्रण पैदा करती है। वैसे, इस कोटिंग के लिए धन्यवाद, धातु पायरोफोरिक बन जाती है, यानी, यह सहज दहन में सक्षम है; इस कारण से, धातु प्लूटोनियम आमतौर पर आर्गन या नाइट्रोजन के निष्क्रिय वातावरण में संसाधित होता है। वहीं, ऑक्सीजन एक सुरक्षात्मक पदार्थ है और नमी को धातु को प्रभावित करने से रोकता है।

चौरानवेवाँ तत्व अम्ल, ऑक्सीजन और उनके वाष्प के साथ प्रतिक्रिया करता है, लेकिन क्षार के साथ नहीं। प्लूटोनियम केवल बहुत अम्लीय मीडिया (उदाहरण के लिए, हाइड्रोक्लोरिक एसिड एचसीएल) में अत्यधिक घुलनशील है, और हाइड्रोजन क्लोराइड, हाइड्रोजन आयोडाइड, हाइड्रोजन ब्रोमाइड, 72% पर्क्लोरिक एसिड, 85% ऑर्थोफोस्फोरिक एसिड H3PO4, केंद्रित CCl3COOH, सल्फामिक एसिड और उबलने में भी घुलनशील है। सांद्र नाइट्रिक एसिड. प्लूटोनियम क्षारीय घोलों में स्पष्ट रूप से नहीं घुलता है।

जब टेट्रावेलेंट प्लूटोनियम युक्त समाधान क्षार के संपर्क में आते हैं, तो प्लूटोनियम हाइड्रॉक्साइड पु (ओएच) 4 xH2O का एक अवक्षेप, जिसमें मूल गुण होते हैं, अवक्षेपित होता है। जब पुओ2+ युक्त लवणों के घोल को क्षार के संपर्क में लाया जाता है, तो एम्फोटेरिक हाइड्रॉक्साइड पुओ2ओएच अवक्षेपित हो जाता है। इसका उत्तर लवणों द्वारा दिया जाता है - प्लूटोनाइट्स, उदाहरण के लिए, Na2Pu2O6।

प्लूटोनियम लवण तटस्थ या क्षारीय समाधानों के संपर्क में आने पर आसानी से हाइड्रोलाइज हो जाते हैं, जिससे अघुलनशील प्लूटोनियम हाइड्रॉक्साइड बनता है। प्लूटोनियम के सांद्रित घोल रेडियोलाइटिक अपघटन के कारण अस्थिर होते हैं जिससे वर्षा होती है।

इस धातु को कीमती कहा जाता है, लेकिन इसकी सुंदरता के लिए नहीं, बल्कि इसकी अपूरणीयता के लिए। मेंडेलीव की आवर्त सारणी में, यह तत्व सेल नंबर 94 पर है। यह इस पर है कि वैज्ञानिक अपनी सबसे बड़ी उम्मीदें लगाते हैं, और यह प्लूटोनियम है जिसे वे मानवता के लिए सबसे खतरनाक धातु कहते हैं।

प्लूटोनियम: विवरण

दिखने में यह चांदी जैसी सफेद धातु है। यह रेडियोधर्मी है और इसे अलग-अलग आधे जीवन वाले 15 आइसोटोप के रूप में दर्शाया जा सकता है, उदाहरण के लिए:

• पु-238 - लगभग 90 वर्ष
• पु-239 - लगभग 24 हजार वर्ष
• पु-240 - 6580 वर्ष
• पु-241 - 14 वर्ष
• पु-242 - 370 हजार वर्ष
• पु-244 - लगभग 80 मिलियन वर्ष

इस धातु को अयस्क से नहीं निकाला जा सकता, क्योंकि यह यूरेनियम के रेडियोधर्मी परिवर्तन का उत्पाद है।

प्लूटोनियम कैसे प्राप्त होता है?

प्लूटोनियम के उत्पादन के लिए यूरेनियम के विखंडन की आवश्यकता होती है, जो केवल परमाणु रिएक्टरों में ही किया जा सकता है। यदि हम पृथ्वी की पपड़ी में पु तत्व की उपस्थिति की बात करें तो 4 मिलियन टन यूरेनियम अयस्क के लिए केवल 1 ग्राम शुद्ध प्लूटोनियम होगा। और यह ग्राम यूरेनियम नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन के प्राकृतिक कब्जे से बनता है। इस प्रकार, कई किलोग्राम की मात्रा में इस परमाणु ईंधन (आमतौर पर आइसोटोप 239-पु) को प्राप्त करने के लिए, परमाणु रिएक्टर में एक जटिल तकनीकी प्रक्रिया को अंजाम देना आवश्यक है।

प्लूटोनियम के गुण

रेडियोधर्मी धातु प्लूटोनियम में निम्नलिखित भौतिक गुण हैं:

• घनत्व 19.8 ग्राम/सेमी 3
• गलनांक - 641°C
• क्वथनांक - 3232°C
• तापीय चालकता (300 K पर) - 6.74 W/(m K)

प्लूटोनियम रेडियोधर्मी है, यही कारण है कि यह छूने पर गर्म होता है। इसके अलावा, इस धातु की विशेषता सबसे कम तापीय और विद्युत चालकता है। तरल प्लूटोनियम सभी मौजूदा धातुओं में सबसे अधिक चिपचिपा है।

प्लूटोनियम के तापमान में मामूली बदलाव से पदार्थ के घनत्व में तुरंत बदलाव आ जाता है। सामान्य तौर पर, प्लूटोनियम का द्रव्यमान लगातार बदल रहा है, क्योंकि इस धातु के नाभिक छोटे नाभिक और न्यूट्रॉन में निरंतर विखंडन की स्थिति में हैं। प्लूटोनियम का क्रांतिक द्रव्यमान किसी विखंडनीय पदार्थ के न्यूनतम द्रव्यमान को दिया गया नाम है जिस पर विखंडन (एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया) संभव रहता है। उदाहरण के लिए, हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का महत्वपूर्ण द्रव्यमान 11 किलोग्राम है (तुलना के लिए, अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम का महत्वपूर्ण द्रव्यमान 52 किलोग्राम है)।

यूरेनियम और प्लूटोनियम मुख्य परमाणु ईंधन हैं। बड़ी मात्रा में प्लूटोनियम प्राप्त करने के लिए दो तकनीकों का उपयोग किया जाता है:

• यूरेनियम विकिरण
• खर्च किए गए ईंधन से प्राप्त ट्रांसयूरेनियम तत्वों का विकिरण

दोनों विधियों में रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्लूटोनियम और यूरेनियम को अलग करना शामिल है।

शुद्ध प्लूटोनियम-238 प्राप्त करने के लिए नेपच्यूनियम-237 के न्यूट्रॉन विकिरण का उपयोग किया जाता है। वही आइसोटोप हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम-239 के निर्माण में शामिल है; विशेष रूप से, यह एक मध्यवर्ती क्षय उत्पाद है। 1 किलो प्लूटोनियम-238 की कीमत 1 मिलियन डॉलर है।

प्लूटोनियम आइसोटोप 238 पु को पहली बार कृत्रिम रूप से 23 फरवरी, 1941 को जी. सीबोर्ग के नेतृत्व में अमेरिकी वैज्ञानिकों के एक समूह द्वारा ड्यूटेरॉन के साथ यूरेनियम नाभिक को विकिरणित करके प्राप्त किया गया था। तभी प्रकृति में प्लूटोनियम की खोज हुई: यूरेनियम के रेडियोधर्मी परिवर्तन के उत्पाद के रूप में 239 पु आमतौर पर यूरेनियम अयस्कों में नगण्य मात्रा में पाया जाता है। प्लूटोनियम वज़न के लिए उपलब्ध मात्रा में प्राप्त पहला कृत्रिम तत्व है (1942) और पहला जिसका उत्पादन औद्योगिक पैमाने पर शुरू हुआ।
तत्व का नाम खगोलीय विषय को जारी रखता है: इसका नाम प्लूटो के नाम पर रखा गया है, जो यूरेनस के बाद दूसरा ग्रह है।

प्रकृति में रहना, प्राप्त करना:

यूरेनियम अयस्कों में, यूरेनियम नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन (उदाहरण के लिए, ब्रह्मांडीय विकिरण से न्यूट्रॉन) को पकड़ने के परिणामस्वरूप, नेप्च्यूनियम (239 एनपी) बनता है, उत्पाद बी- जिसका क्षय प्राकृतिक प्लूटोनियम-239 है। हालाँकि, प्लूटोनियम इतनी सूक्ष्म मात्रा में बनता है (0.4-15 भाग पु प्रति 10 12 भाग यू) कि यूरेनियम अयस्कों से इसका निष्कर्षण प्रश्न से बाहर है।
प्लूटोनियम का उत्पादन परमाणु रिएक्टरों में होता है। शक्तिशाली न्यूट्रॉन धाराओं में, वही प्रतिक्रिया होती है जो यूरेनियम अयस्कों में होती है, लेकिन रिएक्टर में प्लूटोनियम के गठन और संचय की दर बहुत अधिक है - एक अरब अरब गुना। गिट्टी यूरेनियम-238 को ऊर्जा-ग्रेड प्लूटोनियम-239 में परिवर्तित करने की प्रतिक्रिया के लिए, इष्टतम (स्वीकार्य के भीतर) स्थितियाँ बनाई जाती हैं।
प्लूटोनियम-244 भी परमाणु रिएक्टर में जमा हो गया। तत्व संख्या 95 का आइसोटोप - अमेरिकियम, 243 एएम, एक न्यूट्रॉन को पकड़कर, अमेरिकियम-244 में बदल गया; अमेरिकियम-244 क्यूरियम में बदल गया, लेकिन 10 हजार मामलों में से एक में प्लूटोनियम-244 में संक्रमण हुआ। एक प्लूटोनियम-244 तैयारी जिसका वजन केवल कुछ मिलियन ग्राम था, को अमेरिकियम और क्यूरियम के मिश्रण से अलग किया गया था। लेकिन वे इस दिलचस्प आइसोटोप का आधा जीवन निर्धारित करने के लिए पर्याप्त थे - 75 मिलियन वर्ष। बाद में इसे परिष्कृत किया गया तो यह 82.8 करोड़ वर्ष के बराबर निकला। 1971 में, इस आइसोटोप के निशान दुर्लभ पृथ्वी खनिज बास्टनासाइट में पाए गए थे। 244 पु, ट्रांसयूरेनियम तत्वों के सभी समस्थानिकों में सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला तत्व है।

भौतिक गुण:

चांदी जैसी सफेद धातु में 6 एलोट्रोपिक संशोधन हैं। गलनांक 637°C, क्वथनांक - 3235°C. घनत्व: 19.82 ग्राम/सेमी3।

रासायनिक गुण:

प्लूटोनियम ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके ऑक्साइड (IV) बनाने में सक्षम है, जिसका, सभी पहले सात एक्टिनाइड्स की तरह, कमजोर बुनियादी चरित्र है।
पु + ओ 2 = पुओ 2
तनु सल्फ्यूरिक, हाइड्रोक्लोरिक, पर्क्लोरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है।
पु + 2एचसीएल(पी) = पुसीएल 2 + एच 2; पु + 2एच 2 एसओ 4 = पु(एसओ 4) 2 + 2एच 2
नाइट्रिक और सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है। प्लूटोनियम की संयोजकता तीन से सात तक होती है। रासायनिक रूप से, सबसे स्थिर (और इसलिए सबसे आम और सबसे अधिक अध्ययन किया गया) यौगिक टेट्रावेलेंट प्लूटोनियम हैं। समान रासायनिक गुणों वाले एक्टिनाइड्स - यूरेनियम, नेप्टुनियम और प्लूटोनियम - का पृथक्करण उनके टेट्रा- और हेक्सावलेंट यौगिकों के गुणों में अंतर पर आधारित हो सकता है।

सबसे महत्वपूर्ण कनेक्शन:

प्लूटोनियम (IV) ऑक्साइड, पुओ2, का मूल चरित्र कमजोर है।
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आवेदन पत्र:

प्लूटोनियम का व्यापक रूप से परमाणु हथियारों (तथाकथित "हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम") के उत्पादन में उपयोग किया जाता था। पहला प्लूटोनियम-आधारित परमाणु उपकरण 16 जुलाई, 1945 को अलामोगोर्डो परीक्षण स्थल (परीक्षण कोडनेम ट्रिनिटी) पर विस्फोट किया गया था।
इसका उपयोग (प्रयोगात्मक रूप से) नागरिक और अनुसंधान उद्देश्यों के लिए परमाणु रिएक्टरों के लिए परमाणु ईंधन के रूप में किया जाता है।
प्लूटोनियम-242 परमाणु रिएक्टरों में उच्च ट्रांसयूरेनियम तत्वों के अपेक्षाकृत तेजी से संचय के लिए "कच्चे माल" के रूप में महत्वपूर्ण है। यदि प्लूटोनियम-239 को एक पारंपरिक रिएक्टर में विकिरणित किया जाता है, तो उदाहरण के लिए, प्लूटोनियम के ग्राम से कैलिफ़ोर्निया-251 की माइक्रोग्राम मात्रा जमा करने में लगभग 20 साल लगेंगे। प्लूटोनियम-242 थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित नहीं होता है, और बड़ी मात्रा में भी इसे तीव्र न्यूट्रॉन फ्लक्स में विकिरणित किया जा सकता है। इसलिए, रिएक्टरों में, कैलिफ़ोर्निया से आइंस्टीनियम तक सभी तत्व इस आइसोटोप से "बनते" हैं और वजन मात्रा में जमा होते हैं।

कोवलेंको ओ.ए.
एचएफ टूमेन स्टेट यूनिवर्सिटी

स्रोत:
"हानिकारक रसायन: रेडियोधर्मी पदार्थ" निर्देशिका एल. 1990 पी. 197
राबिनोविच वी.ए., खविन ज़.या. "एक लघु रासायनिक संदर्भ पुस्तक" एल.: रसायन विज्ञान, 1977 पृष्ठ 90, 306-307।
में। बेकमैन. प्लूटोनियम. (पाठ्यपुस्तक, 2009)