Plutonium (Latin Plutonium, dilambangkan dengan simbol Pu) adalah unsur kimia radioaktif dengan nomor atom 94 dan berat atom 244.064. Plutonium adalah elemen golongan III dari sistem periodik Dmitry Ivanovich Mendeleev, milik keluarga aktinida. Plutonium adalah logam radioaktif berat (kepadatan dalam kondisi normal 19,84 g/cm³), rapuh, berwarna putih perak.

Plutonium tidak memiliki isotop stabil. Dari ratusan kemungkinan isotop plutonium, dua puluh lima telah disintesis. Lima belas di antaranya telah dipelajari untuk sifat nuklir (nomor massa 232-246). Empat telah menemukan aplikasi praktis. Isotop berumur panjang - 244Pu (waktu paruh 8,26,107 tahun), 242Pu (waktu paruh 3,76 105 tahun), 239Pu (waktu paruh 2,41 104 tahun), 238Pu (waktu paruh 87,74 tahun) - -emitter dan 241Pu (waktu paruh 14 tahun) - -emitor. Di alam, plutonium terdapat dalam jumlah kecil dalam bijih uranium (239Pu); itu terbentuk dari uranium di bawah aksi neutron, yang sumbernya adalah reaksi yang terjadi selama interaksi partikel dengan elemen ringan (yang merupakan bagian dari bijih), fisi spontan inti uranium dan radiasi kosmik.

Unsur kesembilan puluh empat ditemukan oleh sekelompok ilmuwan Amerika - Glenn Seaborg, Kennedy, Edwin McMillan dan Arthur Wahl pada tahun 1940 di Berkeley (di University of California) saat membom target uranium oksida ( U3O8) oleh inti deuterium yang dipercepat (deuteron) dari siklotron enam puluh inci. Pada Mei 1940, sifat-sifat plutonium diprediksi oleh Louis Turner.

Pada bulan Desember 1940, isotop plutonium Pu-238 ditemukan, dengan waktu paruh ~90 tahun, setahun kemudian - Pu-239 yang lebih penting dengan waktu paruh ~24.000 tahun.

Edwin Macmillan pada tahun 1948 mengusulkan untuk memberi nama unsur kimia plutonium untuk menghormati penemuan planet baru Pluto dan dengan analogi dengan neptunium, yang dinamai setelah penemuan Neptunus.

Plutonium logam (isotop 239Pu) digunakan dalam senjata nuklir dan berfungsi sebagai bahan bakar nuklir untuk reaktor daya yang beroperasi pada neutron termal dan terutama cepat. Massa kritis untuk 239Pu dalam bentuk logam adalah 5,6 kg. Antara lain, isotop 239Pu adalah bahan awal untuk produksi unsur transplutonium dalam reaktor nuklir. Isotop 238Pu digunakan dalam sumber arus listrik nuklir berukuran kecil yang digunakan dalam penelitian ruang angkasa, serta dalam stimulator aktivitas jantung manusia.

Plutonium-242 penting sebagai "bahan mentah" untuk akumulasi relatif cepat unsur transuranium yang lebih tinggi dalam reaktor nuklir. Paduan plutonium yang distabilkan digunakan dalam pembuatan sel bahan bakar, karena memiliki sifat metalurgi yang lebih baik dibandingkan dengan plutonium murni, yang mengalami transisi fase saat dipanaskan. Plutonium oksida digunakan sebagai sumber energi untuk teknologi luar angkasa dan digunakan dalam batang bahan bakar.

Semua senyawa plutonium beracun, yang merupakan konsekuensi dari radiasi . Partikel alfa menimbulkan bahaya serius jika sumbernya ada di tubuh orang yang terinfeksi, mereka merusak jaringan tubuh di sekitar elemen tersebut. Radiasi gamma plutonium tidak berbahaya bagi tubuh. Patut dipertimbangkan bahwa isotop plutonium yang berbeda memiliki toksisitas yang berbeda, misalnya, plutonium tingkat reaktor tipikal 8-10 kali lebih beracun daripada 239Pu murni, karena didominasi oleh nuklida 240Pu, yang merupakan sumber radiasi alfa yang kuat. Plutonium adalah unsur paling radiotoksik dari semua aktinida, namun, ia dianggap jauh dari unsur paling berbahaya, karena radium hampir seribu kali lebih berbahaya daripada isotop plutonium paling beracun - 239Pu.

Sifat biologis

Plutonium terkonsentrasi oleh organisme laut: koefisien akumulasi logam radioaktif ini (rasio konsentrasi dalam tubuh dan lingkungan eksternal) untuk ganggang adalah 1000-9000, untuk plankton - sekitar 2300, untuk bintang laut - sekitar 1000, untuk moluska - hingga 380, untuk otot, tulang , hati dan perut ikan - masing-masing 5, 570, 200 dan 1060. Tanaman terestrial mengasimilasi plutonium terutama melalui sistem akar dan mengakumulasikannya hingga 0,01% dari massanya. Dalam tubuh manusia, unsur kesembilan puluh empat disimpan terutama di kerangka dan hati, dari mana ia hampir tidak dikeluarkan (terutama dari tulang).

Plutonium sangat beracun, dan bahaya kimianya (seperti logam berat lainnya) jauh lebih lemah (dari sudut pandang kimia, juga beracun seperti timbal.) Dibandingkan dengan toksisitas radioaktifnya, yang merupakan konsekuensi dari radiasi alfa. Selain itu, partikel memiliki daya tembus yang relatif rendah: untuk 239Pu, kisaran partikel di udara adalah 3,7 cm, dan dalam jaringan biologis lunak 43 mikron. Oleh karena itu, partikel menimbulkan bahaya serius jika sumbernya ada di dalam tubuh orang yang terinfeksi. Dengan melakukan itu, mereka merusak jaringan tubuh di sekitarnya.

Pada saat yang sama, sinar- dan neutron, yang juga dipancarkan plutonium dan yang mampu menembus tubuh dari luar, tidak terlalu berbahaya, karena kadarnya terlalu rendah untuk membahayakan kesehatan. Plutonium termasuk dalam kelompok unsur dengan radiotoksisitas yang sangat tinggi. Pada saat yang sama, isotop plutonium yang berbeda memiliki toksisitas yang berbeda, misalnya, plutonium tingkat reaktor yang khas adalah 8-10 kali lebih beracun daripada 239Pu murni, karena didominasi oleh nuklida 240Pu, yang merupakan sumber radiasi alfa yang kuat.

Ketika diambil dalam air dan makanan, plutonium kurang beracun dibandingkan zat seperti kafein, vitamin tertentu, pseudoefedrin, dan banyak tanaman dan jamur. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa unsur ini diserap dengan buruk oleh saluran pencernaan, bahkan ketika diambil dalam bentuk garam yang larut, garam ini terikat oleh isi lambung dan usus. Namun, menelan 0,5 gram plutonium yang dipecah atau dilarutkan dapat menyebabkan kematian akibat iradiasi pencernaan akut dalam beberapa hari atau minggu (untuk sianida, nilai ini adalah 0,1 gram).

Dari sudut pandang inhalasi, plutonium adalah racun biasa (kira-kira sesuai dengan uap merkuri). Ketika terhirup, plutonium bersifat karsinogenik dan dapat menyebabkan kanker paru-paru. Jadi, ketika seratus miligram plutonium dihirup dalam bentuk partikel dengan ukuran optimal untuk retensi di paru-paru (1-3 mikron), itu menyebabkan kematian akibat edema paru dalam 1-10 hari. Dosis dua puluh miligram menyebabkan kematian akibat fibrosis dalam waktu sekitar satu bulan. Dosis yang lebih kecil menyebabkan keracunan karsinogenik kronis. Risiko terhirupnya plutonium ke dalam tubuh meningkat karena plutonium cenderung membentuk aerosol.

Meskipun merupakan logam, ia sangat mudah menguap. Tinggal sebentar logam di dalam ruangan secara signifikan meningkatkan konsentrasinya di udara. Begitu berada di paru-paru, plutonium sebagian mengendap di permukaan paru-paru, sebagian masuk ke dalam darah, dan kemudian ke getah bening dan sumsum tulang. Sebagian besar (sekitar 60%) masuk ke jaringan tulang, 30% ke hati dan hanya 10% yang diekskresikan secara alami. Jumlah plutonium yang tertelan tergantung pada ukuran partikel aerosol dan kelarutannya dalam darah.

Plutonium yang memasuki tubuh manusia dalam satu atau lain cara memiliki sifat yang mirip dengan besi besi, oleh karena itu, ketika memasuki sistem peredaran darah, plutonium mulai terkonsentrasi di jaringan yang mengandung besi: sumsum tulang, hati, limpa. Tubuh menganggap plutonium sebagai besi, oleh karena itu, protein transferin mengambil plutonium, bukan besi, yang menghentikan transfer oksigen dalam tubuh. Mikrofag menyebarkan plutonium melalui kelenjar getah bening. Plutonium yang telah memasuki tubuh dikeluarkan darinya untuk waktu yang sangat lama - lebih dari 50 tahun, hanya 80% yang akan dikeluarkan dari tubuh. Waktu paruh eliminasi dari hati adalah 40 tahun. Untuk jaringan tulang, waktu paruh plutonium adalah 80-100 tahun, pada kenyataannya, konsentrasi elemen kesembilan puluh empat dalam tulang adalah konstan.

Sepanjang Perang Dunia II dan setelahnya, para ilmuwan yang bekerja di Proyek Manhattan, serta para ilmuwan dari Third Reich dan organisasi penelitian lainnya, melakukan eksperimen menggunakan plutonium pada hewan dan manusia. Penelitian pada hewan menunjukkan bahwa beberapa miligram plutonium per kilogram jaringan adalah dosis yang mematikan. Penggunaan plutonium pada manusia terdiri dari fakta bahwa pasien yang sakit kronis biasanya disuntikkan secara intramuskular dengan 5 mikrogram plutonium. Pada akhirnya, ditemukan bahwa dosis mematikan untuk pasien adalah satu mikrogram plutonium, dan plutonium itu lebih berbahaya daripada radium dan cenderung menumpuk di tulang.

Seperti yang Anda ketahui, plutonium adalah elemen yang praktis tidak ada di alam. Namun, sekitar lima ton dilepaskan ke atmosfer sebagai hasil uji coba nuklir pada periode 1945-1963. Jumlah total plutonium yang dilepaskan ke atmosfer akibat uji coba nuklir sebelum tahun 1980-an diperkirakan mencapai 10 ton. Menurut beberapa perkiraan, tanah di Amerika Serikat mengandung rata-rata 2 milicuries (28 mg) plutonium per km2 dari kejatuhan, dan keberadaan plutonium di Samudra Pasifik meningkat dibandingkan dengan total distribusi bahan nuklir di bumi.

Fenomena terakhir dikaitkan dengan dilakukannya uji coba nuklir AS di wilayah Kepulauan Marshall di lokasi uji coba Pasifik pada pertengahan 1950-an. Waktu tinggal plutonium di perairan permukaan laut adalah dari 6 hingga 21 tahun, namun, bahkan setelah periode ini, plutonium jatuh ke dasar bersama dengan partikel biogenik, dari mana ia dikembalikan ke bentuk larut sebagai hasil dekomposisi mikroba. .

Polusi dunia oleh elemen kesembilan puluh empat dikaitkan tidak hanya dengan uji coba nuklir, tetapi juga dengan kecelakaan dalam produksi dan peralatan yang berinteraksi dengan elemen ini. Jadi pada Januari 1968, sebuah B-52 Angkatan Udara AS yang membawa empat hulu ledak nuklir jatuh di Greenland. Akibat ledakan itu, muatannya hancur dan plutonium bocor ke laut.

Kasus lain kontaminasi radioaktif terhadap lingkungan akibat kecelakaan terjadi dengan pesawat ruang angkasa Soviet Kosmos-954 pada 24 Januari 1978. Sebagai hasil dari de-orbit yang tidak terkendali, sebuah satelit dengan sumber tenaga nuklir di dalamnya jatuh ke wilayah Kanada. Kecelakaan itu melepaskan lebih dari satu kilogram plutonium-238 ke lingkungan, menyebar di area seluas sekitar 124.000 m².

Contoh paling mengerikan dari pelepasan zat radioaktif yang tidak disengaja ke lingkungan adalah kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl, yang terjadi pada 26 April 1986. Sebagai hasil dari penghancuran unit daya keempat, 190 ton zat radioaktif (termasuk isotop plutonium) dilepaskan ke lingkungan di area seluas sekitar 2.200 km².

Pelepasan plutonium ke lingkungan tidak hanya dikaitkan dengan kecelakaan buatan manusia. Kasus kebocoran plutonium diketahui, baik dari kondisi laboratorium maupun pabrik. Lebih dari dua puluh kebocoran tidak disengaja dari laboratorium 235U dan 239Pu diketahui. Selama tahun 1953-1978. kasus darurat menyebabkan kerugian 0,81 (Mayak, 15 Maret 1953) menjadi 10,1 kg (Tomsk, 13 Desember 1978) 239Pu. Insiden di perusahaan industri mengakibatkan kematian dua orang di kota Los Alamos (21 Agustus 1945 dan 21 Mei 1946) karena dua kecelakaan dan kehilangan 6,2 kg plutonium. Di kota Sarov pada tahun 1953 dan 1963. sekitar 8 dan 17,35 kg jatuh di luar reaktor nuklir. Salah satunya menyebabkan kehancuran reaktor nuklir pada tahun 1953.

Ketika inti 238Pu dipecah oleh neutron, energi dilepaskan dalam jumlah 200 MeV, yang 50 juta kali lebih banyak daripada selama reaksi eksotermik yang paling terkenal: C + O2 → CO2. "Pembakaran" dalam reaktor nuklir, satu gram plutonium menghasilkan 2.107 kkal - ini adalah energi yang terkandung dalam 4 ton batu bara. Sebuah bidal bahan bakar plutonium dalam hal energi dapat disamakan dengan empat puluh gerobak kayu bakar yang baik!

"Isotop alami" plutonium (244Pu) diyakini sebagai isotop berumur panjang dari semua elemen transuranium. Waktu paruhnya adalah 8,26∙107 tahun. Para ilmuwan telah lama mencoba untuk mendapatkan isotop elemen transuranium yang akan ada lebih lama dari 244Pu - harapan besar dalam hal ini disematkan pada 247Cm. Namun, setelah disintesis, ternyata waktu paruh elemen ini hanya 14 juta tahun.

Cerita

Pada tahun 1934, sekelompok ilmuwan yang dipimpin oleh Enrico Fermi membuat pernyataan bahwa dalam perjalanan kerja ilmiah di Universitas Roma, mereka menemukan suatu unsur kimia dengan nomor seri 94. Atas desakan Fermi, unsur itu diberi nama hesperium, ilmuwan yakin bahwa ia telah menemukan unsur baru, yang sekarang disebut plutonium, sehingga membuat asumsi tentang keberadaan unsur transuranium dan menjadi penemu teoretisnya. Fermi mempertahankan hipotesis ini dalam kuliah Nobelnya pada tahun 1938. Hanya setelah penemuan fisi nuklir oleh ilmuwan Jerman Otto Frisch dan Fritz Strassmann, Fermi terpaksa membuat catatan dalam versi cetak, yang diterbitkan di Stockholm pada tahun 1939, yang menunjukkan perlunya merevisi "seluruh masalah elemen transuranium." Faktanya adalah bahwa karya Frisch dan Strassmann menunjukkan bahwa aktivitas yang ditemukan Fermi dalam eksperimennya justru disebabkan oleh fisi, dan bukan karena penemuan elemen transuranium, seperti yang dia yakini sebelumnya.

Yang baru, elemen kesembilan puluh empat, ditemukan pada akhir tahun 1940. Itu terjadi di Berkeley di University of California. Ketika membombardir uranium oksida (U3O8) dengan inti hidrogen berat (deuteron), sekelompok ahli radiokimia Amerika yang dipimpin oleh Glenn T. Seaborg menemukan pemancar partikel alfa yang sebelumnya tidak diketahui dengan waktu paruh 90 tahun. Pemancar ini ternyata merupakan isotop unsur No. 94 dengan nomor massa 238. Jadi, pada 14 Desember 1940, jumlah mikrogram pertama plutonium diperoleh, bersama dengan campuran unsur-unsur lain dan senyawanya.

Dalam percobaan yang dilakukan pada tahun 1940, ditemukan bahwa selama reaksi nuklir yang sedang berlangsung, isotop neptunium-238 yang berumur pendek (waktu paruh 2,117 hari) pertama kali diperoleh, dan plutonium-238 sudah diperoleh darinya:

23392U (d,2n) → 23893Np → (β−) 23894Pu

Eksperimen kimia yang panjang dan melelahkan untuk memisahkan unsur baru dari pengotor berlangsung selama dua bulan. Keberadaan unsur kimia baru dikonfirmasi pada malam 23-24 Februari 1941 oleh G.T. Seaborg, E.M. setidaknya dua keadaan oksidasi. Beberapa saat setelah akhir percobaan, ditemukan bahwa isotop ini tidak dapat fisil, dan oleh karena itu, tidak menarik untuk dipelajari lebih lanjut. Segera (Maret 1941) Kennedy, Seaborg, Segré dan Wahl mensintesis isotop plutonium-239 yang lebih penting dengan menyinari uranium dengan neutron yang dipercepat dalam siklotron. Isotop ini dihasilkan oleh peluruhan neptunium-239, memancarkan sinar alfa, dan memiliki waktu paruh 24.000 tahun. Senyawa murni pertama dari unsur tersebut diperoleh pada tahun 1942, dan logam plutonium pertama berdasarkan beratnya diperoleh pada tahun 1943.

Nama elemen baru 94 diusulkan pada tahun 1948 oleh Macmillan, yang, beberapa bulan sebelum penemuan plutonium, bersama dengan F. Aibelson, menerima elemen pertama yang lebih berat daripada uranium - elemen No. 93, yang dinamai neptunium untuk menghormati dari planet Neptunus - yang pertama di belakang Uranus. Dengan analogi, unsur No. 94 disebut plutonium, karena planet Pluto adalah planet kedua di belakang Uranus. Pada gilirannya, Seaborg menyarankan untuk memanggil elemen baru "plutonium", tetapi kemudian menyadari bahwa nama itu tidak terdengar sangat bagus dibandingkan dengan "plutonium". Selain itu, ia mengajukan nama lain untuk unsur baru: ultimium, extermium, karena penilaian yang salah pada saat itu bahwa plutonium akan menjadi unsur kimia terakhir dalam tabel periodik. Akibatnya, elemen itu dinamai "plutonium" untuk menghormati penemuan planet terakhir di tata surya.

Berada di alam

Waktu paruh dari isotop plutonium yang berumur panjang adalah 75 juta tahun. Angka tersebut sangat mengesankan, namun usia Galaksi diukur dalam miliaran tahun. Dari sini dapat disimpulkan bahwa isotop utama dari unsur kesembilan puluh empat, yang terbentuk selama sintesis besar unsur-unsur Alam Semesta, tidak memiliki peluang untuk bertahan hingga hari ini. Namun, ini tidak berarti bahwa tidak ada plutonium di Bumi sama sekali. Itu terus-menerus terbentuk dalam bijih uranium. Dengan menangkap neutron radiasi kosmik dan neutron yang dihasilkan oleh fisi spontan (spontan) dari inti 238U, beberapa - sangat sedikit - atom dari isotop ini berubah menjadi atom 239U. Inti elemen ini sangat tidak stabil, mereka memancarkan elektron dan dengan demikian meningkatkan muatannya, pembentukan neptunium, elemen transuranium pertama, terjadi. 239Np juga tidak stabil, intinya juga memancarkan elektron, jadi hanya dalam 56 jam setengah dari 239Np berubah menjadi 239Pu.

Waktu paruh isotop ini sudah cukup lama, yaitu 24.000 tahun. Rata-rata, kandungan 239Pu sekitar 400.000 kali lebih sedikit daripada radium. Oleh karena itu, tidak hanya mengekstraksi - bahkan mendeteksi plutonium "terestrial" sangat sulit. Sejumlah kecil 239Pu - sepertriliun - dan produk peluruhan dapat ditemukan dalam bijih uranium, misalnya, dalam reaktor nuklir alami di Oklo, Gabon (Afrika Barat). Apa yang disebut "reaktor nuklir alami" dianggap sebagai satu-satunya di dunia di mana pembentukan aktinida dan produk fisi mereka di geosfer sedang berlangsung. Menurut perkiraan modern, reaksi mandiri dengan pelepasan panas terjadi di wilayah ini beberapa juta tahun yang lalu, yang berlangsung lebih dari setengah juta tahun.

Jadi, kita sudah tahu bahwa dalam bijih uranium, sebagai hasil dari penangkapan neutron oleh inti uranium, neptunium (239Np) terbentuk, produk peluruhan di antaranya adalah plutonium-239 alami. Berkat instrumen khusus - spektrometer massa, keberadaan plutonium-244 (244Pu), yang memiliki waktu paruh terpanjang - sekitar 80 juta tahun, terdeteksi di bastnaesite Prakambrium (dalam bijih cerium). Di alam, 244Pu terjadi terutama dalam bentuk dioksida (PuO2), yang bahkan kurang larut dalam air daripada pasir (kuarsa). Karena isotop plutonium-240 (240Pu) yang relatif berumur panjang berada dalam rantai peluruhan plutonium-244, peluruhannya terjadi, tetapi ini sangat jarang terjadi (1 kasus per 10.000). Jumlah yang sangat kecil dari plutonium-238 (238Pu) mengacu pada peluruhan beta ganda yang sangat langka dari isotop induk, uranium-238, yang telah ditemukan dalam bijih uranium.

Jejak isotop 247Pu dan 255Pu telah ditemukan dalam debu yang terkumpul setelah ledakan bom termonuklir.

Jumlah minimal plutonium secara hipotetis dapat ditemukan dalam tubuh manusia, mengingat sejumlah besar uji coba nuklir telah dilakukan dengan satu atau lain cara terkait dengan plutonium. Plutonium terakumulasi terutama di kerangka dan hati, dari mana ia praktis tidak diekskresikan. Selain itu, unsur kesembilan puluh empat diakumulasikan oleh organisme laut; tanaman terestrial menyerap plutonium terutama melalui sistem akar.

Ternyata plutonium yang disintesis secara artifisial masih ada di alam, jadi mengapa tidak ditambang, tetapi diperoleh secara artifisial? Faktanya adalah konsentrasi elemen ini terlalu rendah. Mereka mengatakan tentang logam radioaktif lain - radium: "dalam satu gram produksi - dalam satu tahun kerja", dan radium di alam 400.000 kali lebih banyak daripada plutonium! Untuk alasan ini, tidak hanya untuk mengekstrak - bahkan untuk mendeteksi plutonium "terestrial" sangat sulit. Ini dilakukan hanya setelah sifat fisik dan kimia plutonium yang diperoleh dalam reaktor nuklir dipelajari.

Aplikasi

Isotop 239Pu (bersama dengan U) digunakan sebagai bahan bakar nuklir di reaktor daya yang beroperasi pada neutron termal dan cepat (terutama), serta dalam pembuatan senjata nuklir.

Sekitar 500 pembangkit listrik tenaga nuklir di seluruh dunia menghasilkan sekitar 370 GW listrik (atau 15% dari total pembangkit listrik dunia). Plutonium-236 digunakan dalam pembuatan baterai listrik atom, yang masa pakainya mencapai lima tahun atau lebih, mereka digunakan dalam generator saat ini yang merangsang jantung (alat pacu jantung). 238Pu digunakan dalam sumber tenaga nuklir kecil yang digunakan dalam penelitian luar angkasa. Jadi plutonium-238 adalah sumber daya untuk wahana New Horizons, Galileo dan Cassini, penjelajah Curiosity, dan pesawat ruang angkasa lainnya.

Dalam senjata nuklir, plutonium-239 digunakan, karena isotop ini adalah satu-satunya nuklida yang cocok untuk digunakan dalam bom nuklir. Selain itu, penggunaan plutonium-239 yang lebih sering dalam bom nuklir disebabkan oleh fakta bahwa plutonium menempati volume yang lebih kecil di bola (di mana inti bom berada), oleh karena itu, seseorang dapat memperoleh daya ledak bom karena ke properti ini.

Skema terjadinya ledakan nuklir yang melibatkan plutonium terletak pada desain bom itu sendiri, yang intinya terdiri dari bola yang diisi dengan 239Pu. Pada saat tumbukan dengan tanah, bola dikompresi menjadi satu juta atmosfer karena struktur dan karena ledakan yang mengelilingi bola ini. Setelah tumbukan, nukleus mengembang dalam volume dan kepadatan dalam waktu singkat - sepuluh mikrodetik, rakitan tergelincir melalui keadaan kritis pada neutron termal dan masuk ke keadaan superkritis pada neutron cepat - reaksi berantai nuklir dimulai dengan partisipasi neutron dan inti dari elemen. Dalam ledakan terakhir bom nuklir, suhu orde puluhan juta derajat dilepaskan.

Isotop plutonium telah menemukan aplikasinya dalam sintesis elemen transplutonium (berikut plutonium). Sebagai contoh, di Laboratorium Nasional Oak Ridge, penyinaran neutron jangka panjang dengan 239Pu menghasilkan 24496Cm, 24296Cm, 24997Bk, 25298Cf, 25399Es, dan 257100Fm. Americium 24195Am diperoleh dengan cara yang sama pada tahun 1944 untuk pertama kalinya. Pada tahun 2010, plutonium-242 oksida yang dibombardir dengan ion kalsium-48 berfungsi sebagai sumber ununquadium.

Paduan plutonium yang distabilkan digunakan dalam pembuatan batang bahan bakar, karena memiliki sifat metalurgi yang jauh lebih baik dibandingkan dengan plutonium murni, yang mengalami transisi fase saat dipanaskan dan merupakan bahan yang sangat rapuh dan tidak dapat diandalkan. Paduan plutonium dengan unsur-unsur lain (senyawa intermetalik) biasanya diperoleh dengan interaksi langsung unsur-unsur dalam rasio yang diperlukan, terutama digunakan peleburan busur, kadang-kadang paduan yang tidak stabil diperoleh dengan deposisi semprot atau pendinginan lelehan.

Unsur paduan industri utama untuk plutonium adalah galium, aluminium dan besi, meskipun plutonium mampu membentuk paduan dan senyawa antara dengan sebagian besar logam dengan pengecualian langka (kalium, natrium, litium, rubidium, magnesium, kalsium, strontium, barium, europium, dan iterbium. ). Logam tahan api: molibdenum, niobium, kromium, tantalum dan tungsten larut dalam plutonium cair, tetapi hampir tidak larut atau sedikit larut dalam plutonium padat. Indium, silikon, seng, dan zirkonium mampu membentuk metastabil -plutonium (δ"-fase) pada pendinginan cepat. Gallium, aluminium, amerisium, skandium, dan serium dapat menstabilkan -plutonium pada suhu kamar.

Sejumlah besar holmium, hafnium dan talium memungkinkan untuk menyimpan beberapa -plutonium pada suhu kamar. Neptunium adalah satu-satunya elemen yang dapat menstabilkan -plutonium pada suhu tinggi. Titanium, hafnium dan zirkonium menstabilkan struktur -plutonium pada suhu kamar setelah pendinginan cepat. Penggunaan paduan semacam itu cukup beragam. Misalnya, paduan plutonium-gallium digunakan untuk menstabilkan fase plutonium, yang menghindari transisi fase -δ. Paduan terner plutonium-gallium-kobalt (PuGaCo5) adalah paduan superkonduktor pada 18,5 K. Ada sejumlah paduan (plutonium-zirkonium, plutonium-cerium dan plutonium-cerium-kobalt) yang digunakan sebagai bahan bakar nuklir.

Produksi

Plutonium komersial diperoleh dengan dua cara. Ini adalah penyinaran inti 238U yang terkandung dalam reaktor nuklir, atau pemisahan dengan metode radiokimia (kopresipitasi, ekstraksi, pertukaran ion, dll.) plutonium dari uranium, elemen transuranium dan produk fisi yang terkandung dalam bahan bakar bekas.

Dalam kasus pertama, isotop 239Pu yang paling signifikan dalam praktiknya (dalam campuran dengan campuran kecil 240Pu) diproduksi di reaktor nuklir dengan partisipasi inti uranium dan neutron menggunakan peluruhan dan dengan partisipasi isotop neptunium sebagai perantara. produk fisi:

23892U + 21D → 23893Np + 210n;

23893Np → 23894Pu

--pembusukan

Dalam proses ini, deuteron memasuki uranium-238, menghasilkan pembentukan neptunium-238 dan dua neutron. Selanjutnya, neptunium-238 secara spontan membelah, memancarkan partikel beta-minus, yang membentuk plutonium-238.

Biasanya kandungan 239Pu dalam campuran adalah 90-95%, 240Pu-1-7%, kandungan isotop lainnya tidak melebihi sepersepuluh persen. Isotop dengan waktu paruh panjang - 242Pu dan 244Pu diperoleh dengan penyinaran berkepanjangan dengan neutron 239Pu. Selain itu, hasil 242Pu adalah beberapa puluh persen, dan 244Pu adalah sebagian kecil dari persentase kandungan 242Pu. Sejumlah kecil plutonium-238 murni secara isotop terbentuk ketika neptunium-237 disinari dengan neutron. Isotop ringan plutonium dengan nomor massa 232-237 biasanya diperoleh dalam siklotron dengan menyinari isotop uranium dengan partikel-α.

Metode kedua untuk produksi industri 239Pu menggunakan proses Purex berdasarkan ekstraksi dengan tributil fosfat dalam pengencer ringan. Pada siklus pertama, Pu dan U bersama-sama dimurnikan dari produk fisi, kemudian dipisahkan. Pada siklus kedua dan ketiga, plutonium mengalami pemurnian dan konsentrasi lebih lanjut. Skema proses tersebut didasarkan pada perbedaan sifat senyawa tetra dan heksavalen dari unsur-unsur yang akan dipisahkan.

Awalnya, batang bahan bakar bekas dibongkar dan kelongsong yang mengandung plutonium dan uranium bekas dihilangkan dengan cara fisik dan kimia. Selanjutnya, bahan bakar nuklir yang diekstraksi dilarutkan dalam asam nitrat. Bagaimanapun, itu adalah zat pengoksidasi kuat ketika dilarutkan, dan uranium, plutonium, dan pengotor teroksidasi. Atom plutonium valensi nol diubah menjadi Pu + 6, dan plutonium dan uranium dilarutkan. Dari larutan ini, unsur kesembilan puluh empat direduksi menjadi keadaan trivalen dengan sulfur dioksida, dan kemudian diendapkan dengan lantanum fluorida (LaF3).

Namun, endapan, selain plutonium, mengandung neptunium dan unsur tanah jarang, tetapi sebagian besar (uranium) tetap dalam larutan. Selanjutnya, plutonium dioksidasi ulang menjadi Pu + 6 dan lantanum fluorida ditambahkan lagi. Sekarang unsur tanah jarang masuk ke dalam endapan, dan plutonium tetap berada dalam larutan. Selanjutnya, neptunium dioksidasi menjadi keadaan tetravalen dengan kalium bromat, karena reagen ini tidak bekerja pada plutonium, maka selama pengendapan sekunder dengan lantanum fluorida yang sama, plutonium trivalen mengendap, dan neptunium tetap dalam larutan. Produk akhir dari operasi tersebut adalah senyawa yang mengandung plutonium - PuO2 dioksida atau fluorida (PuF3 atau PuF4), dari mana (melalui reduksi dengan barium, kalsium atau uap litium) diperoleh plutonium logam.

Plutonium yang lebih murni dapat dicapai dengan pemurnian elektrolitik logam yang dihasilkan secara pirokimia, yang dilakukan dalam sel elektrolisis pada suhu 700 ° C dengan elektrolit kalium, natrium dan plutonium klorida menggunakan katoda tungsten atau tantalum. Plutonium yang diperoleh memiliki kemurnian 99,99%.

Untuk mendapatkan plutonium dalam jumlah besar, reaktor pemulia sedang dibangun, yang disebut "peternak" (dari kata kerja bahasa Inggris untuk berkembang biak - untuk berkembang biak). Reaktor-reaktor ini mendapatkan namanya karena kemampuannya untuk memperoleh bahan fisil dalam jumlah yang melebihi biaya perolehan bahan ini. Perbedaan antara reaktor jenis ini dari yang lain adalah bahwa neutron di dalamnya tidak diperlambat (tidak ada moderator, misalnya, grafit) untuk bereaksi sebanyak mungkin dengan 238U.

Setelah reaksi, atom 239U terbentuk, yang kemudian membentuk 239Pu. Inti dari reaktor semacam itu, yang mengandung PuO2 dalam uranium dioksida (UO2), dikelilingi oleh cangkang uranium-238 dioksida (238UO2) yang lebih terkuras, di mana 239Pu terbentuk. Penggunaan bersama 238U dan 235U memungkinkan "peternak" menghasilkan energi dari uranium alam 50-60 kali lebih banyak daripada reaktor lain. Namun, reaktor ini memiliki kelemahan besar - batang bahan bakar harus didinginkan oleh media selain air, yang mengurangi energinya. Oleh karena itu, diputuskan untuk menggunakan natrium cair sebagai pendingin.

Pembangunan reaktor semacam itu di Amerika Serikat dimulai setelah berakhirnya Perang Dunia Kedua, Uni Soviet dan Inggris Raya baru memulai pembuatannya pada 1950-an.

Properti fisik

Plutonium adalah logam keperakan yang sangat berat (kepadatan pada n.a. 19,84 g / cm³), sangat mirip dengan nikel dalam keadaan murni, namun, plutonium cepat teroksidasi di udara, menodai, membentuk film warna-warni, pertama kuning muda, kemudian berubah menjadi ungu tua . Dengan oksidasi kuat, bubuk oksida hijau zaitun (PuO2) muncul di permukaan logam.

Plutonium adalah logam yang sangat elektronegatif dan reaktif, berkali-kali lipat lebih banyak daripada uranium. Ini memiliki tujuh modifikasi alotropik (α, , , , ", dan ), yang berubah dalam rentang suhu tertentu dan pada rentang tekanan tertentu. Pada suhu kamar, plutonium berada dalam bentuk - ini adalah modifikasi alotropik yang paling umum untuk plutonium Dalam fase alfa, plutonium murni rapuh dan cukup keras - struktur ini kira-kira sekeras besi tuang abu-abu kecuali jika dicampur dengan logam lain untuk membuat paduan itu ulet dan lunak.(Hanya osmium, iridium , platinum, renium, dan neptunium lebih berat daripadanya.) Transformasi alotropik lebih lanjut dari plutonium disertai dengan perubahan densitas yang tiba-tiba dan delta-prim.Ketika meleleh (transisi dari fase epsilon ke fase cair), plutonium juga berkontraksi, memungkinkan plutonium yang tidak meleleh mengapung.

Plutonium dibedakan oleh sejumlah besar sifat yang tidak biasa: ia memiliki konduktivitas termal terendah dari semua logam - pada 300 K adalah 6,7 W / (m K); plutonium memiliki konduktivitas listrik terendah; dalam fase cairnya, plutonium adalah logam yang paling kental. Resistivitas elemen kesembilan puluh empat pada suhu kamar sangat tinggi untuk logam, dan fitur ini akan meningkat dengan penurunan suhu, yang tidak khas untuk logam. "Anomali" semacam itu dapat dilacak hingga suhu 100 K - di bawah tanda ini, hambatan listrik akan berkurang. Namun, dari tanda 20 K, resistansi mulai meningkat lagi karena aktivitas radiasi logam.

Plutonium memiliki resistivitas listrik tertinggi dari setiap aktinida yang dipelajari (sejauh ini), yaitu 150 cm (pada 22°C). Logam ini memiliki titik leleh yang rendah (640 °C) dan titik didih yang sangat tinggi (3227 °C). Mendekati titik leleh, plutonium cair memiliki viskositas dan tegangan permukaan yang sangat tinggi dibandingkan dengan logam lain.

Karena radioaktivitasnya, plutonium terasa hangat saat disentuh. Sepotong besar plutonium dalam jaket termal dipanaskan hingga suhu melebihi titik didih air! Selain itu, karena radioaktivitasnya, plutonium mengalami perubahan kisi kristal dari waktu ke waktu - semacam anil terjadi karena penyinaran sendiri karena peningkatan suhu di atas 100 K.

Kehadiran sejumlah besar modifikasi alotropik dalam plutonium membuatnya menjadi logam yang sulit untuk diproses dan diluncurkan karena transisi fase. Kita telah mengetahui bahwa dalam bentuk alfa, unsur kesembilan puluh empat memiliki sifat yang mirip dengan besi tuang, tetapi memiliki sifat berubah dan berubah menjadi bahan yang ulet, dan membentuk bentuk- yang dapat ditempa pada rentang suhu yang lebih tinggi. Plutonium dalam bentuk biasanya stabil pada suhu antara 310 ° C dan 452 ° C, tetapi dapat ada pada suhu kamar jika didoping dengan persentase aluminium, serium, atau galium yang rendah. Menjadi paduan dengan logam ini, plutonium dapat digunakan dalam pengelasan. Secara umum, bentuk delta memiliki karakteristik logam yang lebih menonjol - mendekati aluminium dalam hal kekuatan dan kemampuan menempa.

Sifat kimia

Sifat kimia unsur kesembilan puluh empat dalam banyak hal mirip dengan sifat-sifat pendahulunya dalam sistem periodik - uranium dan neptunium. Plutonium adalah logam yang agak aktif; ia membentuk senyawa dengan bilangan oksidasi dari +2 hingga +7. Dalam larutan berair, unsur menunjukkan keadaan oksidasi berikut: Pu (III), karena Pu3+ (ada dalam larutan asam, memiliki warna ungu muda); Pu (IV), sebagai Pu4+ (warna coklat); Pu (V), sebagai PuO2+ (larutan bening); Pu(VI) sebagai PuO22+ (larutan jingga muda) dan Pu(VII) sebagai PuO53- (larutan hijau).

Selain itu, ion-ion ini (kecuali PuO53-) dapat berada dalam larutan secara bersamaan dalam kesetimbangan, yang dijelaskan dengan adanya elektron 5f, yang terletak di zona terlokalisasi dan terdelokalisasi orbital elektron. Pada pH 5-8, Pu (IV) mendominasi, yang paling stabil di antara valensi lainnya (kondisi oksidasi). Ion plutonium dari semua keadaan oksidasi rentan terhadap hidrolisis dan pembentukan kompleks. Kemampuan untuk membentuk senyawa tersebut meningkat pada seri Pu5+

Plutonium padat perlahan teroksidasi di udara, menjadi ditutupi dengan lapisan oksida berminyak yang berwarna-warni. Oksida plutonium berikut diketahui: PuO, Pu2O3, PuO2 dan fase komposisi variabel Pu2O3 - Pu4O7 (berthollides). Dengan adanya sedikit uap air, laju oksidasi dan korosi meningkat secara signifikan. Jika logam terkena sejumlah kecil udara lembab untuk waktu yang cukup lama, plutonium dioksida (PuO2) terbentuk di permukaannya. Dengan kekurangan oksigen, dihidrida (PuH2) juga dapat terbentuk. Anehnya, plutonium berkarat lebih cepat dalam gas inert (misalnya, argon) dengan uap air daripada di udara kering atau oksigen murni. Faktanya, fakta ini mudah dijelaskan - aksi langsung oksigen membentuk lapisan oksida pada permukaan plutonium, yang mencegah oksidasi lebih lanjut, adanya uap air menghasilkan campuran oksida dan hidrida yang longgar. Ngomong-ngomong, berkat lapisan seperti itu, logam menjadi piroforik, yaitu, ia mampu terbakar secara spontan, karena alasan ini, plutonium logam, biasanya, diproses dalam atmosfer argon atau nitrogen yang lembam. Pada saat yang sama, oksigen adalah zat pelindung dan mencegah kelembaban mempengaruhi logam.

Unsur kesembilan puluh empat bereaksi dengan asam, oksigen, dan uapnya, tetapi tidak dengan basa. Plutonium sangat larut hanya dalam media yang sangat asam (misalnya, asam klorida HCl), dan juga larut dalam hidrogen klorida, hidrogen iodida, hidrogen bromida, asam perklorat 72%, asam ortofosfat 85% H3PO4, CCl3COOH pekat, asam sulfamat, dan larutan pekat mendidih. asam sendawa. Plutonium tidak terlihat larut dalam larutan alkali.

Ketika alkali bekerja pada larutan yang mengandung plutonium tetravalen, endapan plutonium hidroksida Pu(OH)4 xH2O, yang memiliki sifat basa, mengendap. Ketika alkali bekerja pada larutan garam yang mengandung PuO2+, hidroksida amfoter PuO2OH mengendap. Garam sesuai dengannya - plutonit, misalnya, Na2Pu2O6.

Garam plutonium mudah terhidrolisis saat kontak dengan larutan netral atau basa, menghasilkan plutonium hidroksida yang tidak larut. Solusi plutonium terkonsentrasi tidak stabil karena dekomposisi radiolitik yang mengarah ke presipitasi.

plutonium
nomor atom	94
Penampilan zat sederhana
sifat atom
Massa atom (masa molar)	244.0642 a. e.m.(/mol)
jari-jari atom	151 sore
Energi ionisasi (elektron pertama)	491.9(5.10) kJ/mol (eV)
Konfigurasi elektronik	5f 6 7s 2
Sifat kimia
jari-jari kovalen	t/a malam
jari-jari ion	(+4e) 93 (+3e) 108 malam
Keelektronegatifan (menurut Pauling)	1,28
Potensial elektroda	Pu←Pu 4+ -1.25V Pu←Pu 3+ -2.0V Pu Pu 2+ -1.2V
Keadaan oksidasi	6, 5, 4, 3
Sifat termodinamika zat sederhana
Kepadatan	19,84 /cm³
Kapasitas panas molar	32,77 J /( mol)
Konduktivitas termal	(6.7) W / ( )
Suhu leleh	914
Panas leleh	2,8 kJ/mol
Suhu didih	3505
Panas penguapan	343,5 kJ / mol
Volume molar	12,12 cm³/mol
Kisi kristal dari zat sederhana
Struktur kisi	monoklinik
Parameter kisi	a=6.183 b=4.822 c=10.963 =101.8
rasio c/a	—
Debye suhu	162

plutonium- unsur kimia radioaktif dari kelompok aktinida, banyak digunakan dalam produksi senjata nuklir(yang disebut "plutonium tingkat senjata"), serta (secara eksperimental) sebagai bahan bakar nuklir untuk reaktor nuklir untuk keperluan sipil dan penelitian. Unsur buatan pertama diperoleh dalam jumlah yang tersedia untuk penimbangan (1942).

Tabel di sebelah kanan menunjukkan sifat utama -Pu, modifikasi alotropik utama plutonium, pada suhu kamar dan tekanan normal.

Sejarah plutonium

Isotop plutonium 238 Pu pertama kali diperoleh secara artifisial pada 23 Februari 1941 oleh sekelompok ilmuwan Amerika yang dipimpin oleh Glenn Seaborg dengan menyinari inti atom. uranium deuteron. Patut dicatat bahwa plutonium ditemukan di alam hanya setelah produksi buatan: sejumlah kecil 239 Pu biasanya ditemukan dalam bijih uranium sebagai produk transformasi radioaktif uranium.

Menemukan plutonium di alam

Dalam bijih uranium, sebagai akibat dari penangkapan neutron (misalnya, neutron dari radiasi kosmik) oleh inti uranium, neptunium(239 Np), yang produk peluruhan nya adalah plutonium-239 alami. Namun, plutonium terbentuk dalam jumlah mikroskopis (0,4-15 bagian Pu per 10 12 bagian U) sehingga ekstraksinya dari bijih uranium tidak mungkin dilakukan.

asal nama plutonium

Pada tahun 1930, dunia astronomi dihebohkan oleh berita luar biasa: sebuah planet baru telah ditemukan, keberadaan yang telah lama dibicarakan oleh Percival Lovell, seorang astronom, ahli matematika, dan penulis esai fantastis tentang kehidupan di Mars. Berdasarkan pengamatan gerakan jangka panjang uranium dan Neptunus Lovell sampai pada kesimpulan bahwa di luar Neptunus di tata surya pasti ada planet lain, planet kesembilan, empat puluh kali lebih jauh dari Matahari daripada Bumi.

Planet ini, elemen orbit yang dihitung Lovell pada tahun 1915, ditemukan pada gambar fotografi yang diambil pada 21, 23 dan 29 Januari 1930 oleh astronom K. Tombo di Flagstaff Observatory ( Amerika Serikat) . Planet itu bernama Pluto. Dengan nama planet ini, yang terletak di tata surya di luar Neptunus, elemen ke-94 dinamai plutonium, yang diperoleh secara artifisial pada akhir 1940 dari inti. atom uranium sekelompok ilmuwan Amerika yang dipimpin oleh G. Seaborg.

Properti fisik plutonium

Ada 15 isotop plutonium - Dalam jumlah terbesar, isotop dengan nomor massa 238 hingga 242 diperoleh:

238 Pu -> (waktu paruh 86 tahun, peluruhan alfa) -> 234 U,

Isotop ini digunakan hampir secara eksklusif di RTG luar angkasa, misalnya, pada semua perangkat yang terbang di luar orbit Mars.

239 Pu -> (waktu paruh 24.360 tahun, peluruhan alfa) -> 235 U,

Isotop ini paling cocok untuk desain senjata nuklir dan reaktor nuklir neutron cepat.

240 Pu -> (waktu paruh 6580 tahun, peluruhan alfa) -> 236 U, 241 Pu -> (waktu paruh 14,0 tahun, peluruhan beta) -> 241 Am, 242 Pu -> (waktu paruh 370.000 tahun, alfa -pembusukan) -> 238 U

Ketiga isotop ini tidak memiliki kepentingan industri yang serius, tetapi mereka diperoleh sebagai produk sampingan ketika energi diperoleh dalam reaktor nuklir pada uranium, dengan menangkap beberapa neutron secara berurutan oleh inti uranium-238. Isotop 242 memiliki sifat nuklir yang paling mirip dengan uranium-238. Amerisium-241, yang dihasilkan dari peluruhan 241 isotop, digunakan dalam detektor asap.

Plutonium menarik karena mengalami enam fase transisi dari suhu pemadatan ke suhu kamar, lebih dari unsur kimia lainnya. Dengan yang terakhir, kepadatan meningkat secara tiba-tiba sebesar 11%, sebagai akibatnya, coran plutonium retak. Fase alfa stabil pada suhu kamar, karakteristik yang diberikan dalam tabel. Untuk aplikasi, fase delta, yang memiliki kepadatan lebih rendah, dan kisi berpusat badan kubik lebih nyaman. Plutonium dalam fase delta sangat ulet, sedangkan fase alfa rapuh. Untuk menstabilkan plutonium dalam fase delta, paduan dengan logam trivalen digunakan (gallium digunakan dalam muatan nuklir pertama).

Penggunaan plutonium

Muatan nuklir berbasis plutonium pertama diledakkan pada 16 Juli 1945 di lokasi uji Alamogordo (kode uji bernama "Trinity").

Peran biologis plutonium

Plutonium sangat beracun; MPC untuk 239 Pu di badan air terbuka dan di udara tempat kerja masing-masing adalah 81,4 dan 3,3*10 5 Bq/l. Sebagian besar isotop plutonium memiliki kerapatan ionisasi yang tinggi dan jalur partikel yang pendek, sehingga toksisitasnya tidak terlalu disebabkan oleh sifat kimianya (mungkin, dalam hal ini, plutonium tidak lebih beracun daripada logam berat lainnya), tetapi karena efek pengion pada jaringan tubuh di sekitarnya. Plutonium termasuk dalam kelompok unsur dengan radiotoksisitas yang sangat tinggi. Di dalam tubuh, plutonium menghasilkan perubahan besar yang tidak dapat diubah dalam kerangka, hati, limpa, ginjal, dan menyebabkan kanker. Kandungan maksimum plutonium yang diizinkan dalam tubuh tidak boleh melebihi sepersepuluh mikrogram.

Karya seni yang berhubungan dengan tema plutonium

- Plutonium digunakan untuk mesin De Lorean DMC-12 dalam film Back to the Future sebagai bahan bakar untuk akumulator aliran untuk melakukan perjalanan ke masa depan atau masa lalu.

- Plutonium adalah muatan bom atom yang diledakkan oleh teroris di Denver, AS, dalam karya Tom Clancy "Semua ketakutan dunia"

- Kenzaburo Oe "Catatan Pinchrunner"

- Pada tahun 2006, perusahaan "Beacon Pictures" merilis film "Plutonium-239" ( "Pu-239")

Kimia

Plutonium Pu - elemen No. 94 dikaitkan dengan harapan yang sangat tinggi dan ketakutan yang sangat tinggi terhadap umat manusia. Hari ini adalah salah satu elemen yang paling penting, penting secara strategis. Ini adalah yang paling mahal dari logam penting secara teknis - jauh lebih mahal daripada perak, emas dan platinum. Dia benar-benar berharga.

Latar belakang dan sejarah

Pada awalnya ada proton - hidrogen galaksi. Sebagai hasil dari kompresi dan reaksi nuklir berikutnya, "ingot" nukleon yang paling luar biasa terbentuk. Di antara mereka, "ingot" ini, tampaknya, masing-masing mengandung 94 proton. Perkiraan para ahli teori menunjukkan bahwa sekitar 100 formasi nukleon, yang mencakup 94 proton dan dari 107 hingga 206 neutron, sangat stabil sehingga dapat dianggap sebagai inti isotop unsur No. 94.
Tetapi semua isotop ini - hipotetis dan nyata - tidak begitu stabil untuk dipertahankan hingga hari ini sejak unsur-unsur tata surya terbentuk. Waktu paruh dari isotop unsur No. 94 yang berumur paling lama adalah 81 juta tahun. Usia galaksi diukur dalam miliaran tahun. Akibatnya, plutonium "asli" tidak memiliki kesempatan untuk bertahan hingga hari ini. Jika itu terbentuk selama sintesis besar unsur-unsur Semesta, maka atom-atom kuno itu "mati" sejak lama, seperti dinosaurus dan mamut mati.
Pada abad XX. era baru, AD, elemen ini diciptakan kembali. Dari 100 kemungkinan isotop plutonium, 25 telah disintesis, 15 di antaranya telah dipelajari sifat nuklirnya. Empat telah menemukan aplikasi praktis. Dan itu baru saja dibuka. Pada bulan Desember 1940, ketika menyinari uranium dengan inti hidrogen berat, sekelompok ahli radiokimia Amerika yang dipimpin oleh Glenn T. Seaborg menemukan pemancar partikel alfa yang sampai sekarang tidak diketahui dengan waktu paruh 90 tahun. Pemancar ini ternyata merupakan isotop unsur No. 94 dengan nomor massa 238. Pada tahun yang sama, tetapi beberapa bulan sebelumnya, E.M. Macmillan dan F. Abelson menerima elemen pertama yang lebih berat dari uranium - elemen No. 93. Elemen ini disebut neptunium, dan plutonium ke-94. Sejarawan pasti akan mengatakan bahwa nama-nama ini berasal dari mitologi Romawi, tetapi pada dasarnya asal usul nama-nama ini agak bukan mitologis, tetapi astronomi.
Elemen No. 92 dan 93 dinamai planet jauh tata surya - Uranus dan Neptunus, tetapi Neptunus bukan yang terakhir di tata surya, orbit Pluto terletak lebih jauh - sebuah planet yang hampir tidak ada yang diketahui sejauh ini ... Konstruksi serupa yang juga kami amati di "sisi kiri" tabel periodik: uranium - neptunium - plutonium, namun, umat manusia tahu lebih banyak tentang plutonium daripada tentang Pluto. Omong-omong, para astronom menemukan Pluto hanya sepuluh tahun sebelum sintesis plutonium - periode waktu yang hampir sama memisahkan penemuan Uranus - planet dan uranium - elemen.

Teka-teki untuk ransomware

Isotop pertama dari unsur No. 94, plutonium-238, kini telah menemukan aplikasi praktis. Tetapi pada awal 1940-an, mereka bahkan tidak memikirkannya. Dimungkinkan untuk memperoleh plutonium-238 dalam jumlah kepentingan praktis hanya dengan mengandalkan industri nuklir yang kuat. Saat itu, dia baru saja memulai. Tetapi sudah jelas bahwa dengan melepaskan energi yang terkandung dalam inti unsur radioaktif berat, adalah mungkin untuk mendapatkan senjata dengan kekuatan yang belum pernah terjadi sebelumnya. Proyek Manhattan muncul, tidak memiliki apa-apa selain nama yang sama dengan daerah terkenal di New York. Ini adalah nama umum untuk semua pekerjaan yang berkaitan dengan pembuatan bom atom pertama di Amerika Serikat. Kepala Proyek Manhattan bukanlah seorang ilmuwan, tetapi seorang militer - Jenderal Groves, yang "dengan penuh kasih sayang" menyebut lingkungannya yang berpendidikan tinggi sebagai "panci pecah".
Para pemimpin "proyek" tidak tertarik pada plutonium-238. Inti atomnya, sebagaimana inti semua isotop plutonium dengan nomor massa genap, tidak membelah dengan neutron berenergi rendah, sehingga tidak dapat berfungsi sebagai bahan peledak nuklir. Namun demikian, laporan pertama yang tidak terlalu dapat dipahami tentang elemen No. 93 dan 94 hanya muncul di media cetak pada musim semi 1942.
Bagaimana ini bisa dijelaskan? Fisikawan mengerti: sintesis isotop plutonium dengan nomor massa ganjil adalah masalah waktu, dan tidak jauh. Isotop aneh diharapkan, seperti uranium-235, dapat mempertahankan reaksi berantai nuklir. Di dalamnya, belum diterima, beberapa orang melihat potensi ledakan nuklir. Dan harapan ini plutonium, sayangnya, dibenarkan.
Dalam sandi waktu itu, elemen No. 94 disebut tidak lebih dari ... tembaga. Dan ketika kebutuhan akan tembaga itu sendiri muncul (sebagai bahan struktural untuk beberapa bagian), maka dalam enkripsi, bersama dengan "tembaga", "tembaga asli" muncul.

"Pohon Pengetahuan Baik dan Jahat"

Pada tahun 1941, ditemukan isotop plutonium yang paling penting, sebuah isotop dengan nomor massa 239. Dan hampir seketika prediksi para ahli teori dikonfirmasi: inti plutonium-239 terbelah dengan neutron termal. Selain itu, dalam proses fisi mereka, jumlah neutron yang lahir tidak kurang dari pada fisi uranium-235. Cara mendapatkan isotop ini dalam jumlah besar segera diuraikan ...
Tahun telah berlalu. Sekarang bukan rahasia lagi bagi siapa pun bahwa bom nuklir yang disimpan di gudang senjata diisi dengan plutonium-239 dan bom ini cukup untuk menyebabkan kerusakan yang tidak dapat diperbaiki pada semua kehidupan di Bumi.
Dipercaya secara luas bahwa dengan ditemukannya reaksi berantai nuklir (konsekuensi yang tak terhindarkan adalah terciptanya bom nuklir), umat manusia jelas sedang terburu-buru. Anda dapat berpikir secara berbeda atau berpura-pura berpikir secara berbeda - lebih menyenangkan menjadi seorang yang optimis. Tetapi bahkan orang-orang yang optimis pun mau tidak mau menghadapi pertanyaan tentang tanggung jawab para ilmuwan. Kita ingat hari kemenangan di bulan Juni 1954, hari ketika pembangkit listrik tenaga nuklir pertama di Obninsk memberikan listrik. Tapi kita tidak bisa melupakan pagi Agustus 1945 - "Pagi Hiroshima", "hari hujan Albert Einstein"... Kita ingat tahun-tahun pertama pascaperang dan pemerasan atom yang tak terkendali - dasar kebijakan Amerika pada tahun-tahun itu. Tetapi apakah umat manusia menanggung sedikit kecemasan di tahun-tahun berikutnya? Selain itu, kekhawatiran ini ditambah dengan kesadaran bahwa jika perang dunia baru pecah, senjata nuklir akan digunakan.
Di sini Anda dapat mencoba membuktikan bahwa penemuan plutonium tidak menambah ketakutan umat manusia, bahwa, sebaliknya, itu hanya berguna.
Seandainya kebetulan karena suatu alasan, atau, seperti yang mereka katakan di masa lalu, atas kehendak Tuhan, plutonium tidak tersedia bagi para ilmuwan. Akankah ketakutan dan ketakutan kita berkurang? Tidak terjadi apa-apa. Bom nuklir akan dibuat dari uranium-235 (dan dalam jumlah tidak kurang dari dari plutonium), dan bom ini akan "memakan" bagian anggaran yang lebih besar daripada yang mereka lakukan sekarang.
Tetapi tanpa plutonium, tidak akan ada prospek penggunaan energi nuklir secara damai dalam skala besar. Untuk "atom damai" tidak akan cukup uranium-235. Kejahatan yang ditimbulkan pada umat manusia oleh penemuan energi nuklir tidak akan diimbangi, meskipun hanya sebagian, dengan pencapaian "atom yang baik".

Bagaimana mengukur, dengan apa yang dibandingkan

Ketika inti plutonium-239 dipecah oleh neutron menjadi dua fragmen dengan massa yang kira-kira sama, sekitar 200 MeV energi dilepaskan. Ini adalah 50 juta kali lebih banyak energi yang dilepaskan dalam reaksi eksotermik paling terkenal + O 2 = O 2 . "Pembakaran" dalam reaktor nuklir, satu gram plutonium menghasilkan 2.107 kkal. Agar tidak melanggar tradisi (dan dalam artikel populer, energi bahan bakar nuklir biasanya diukur dalam unit di luar sistem - ton batu bara, bensin, trinitrotoluena, dll.), kami juga mencatat: ini adalah energi yang terkandung dalam 4 ton dari batu bara. Dan dalam bidal biasa ditempatkan jumlah plutonium, yang secara energi setara dengan empat puluh gerbong kayu bakar birch yang baik.
Energi yang sama dilepaskan selama fisi inti uranium-235 oleh neutron. Tetapi sebagian besar uranium alam (99,3%!) adalah isotop 238 U, yang hanya dapat digunakan dengan mengubah uranium menjadi plutonium ...

energi batu

Mari kita evaluasi sumber daya energi yang terkandung dalam cadangan alam uranium.
Uranium adalah elemen yang tersebar, dan praktis ada di mana-mana. Siapapun yang pernah berkunjung, misalnya Karelia, pasti ingat bongkahan batu granit dan bebatuan pantai. Tetapi hanya sedikit orang yang tahu bahwa ada hingga 25 g uranium dalam satu ton granit. Granit membentuk hampir 20% dari berat kerak bumi. Jika kita hanya menghitung uranium-235, maka energi 3,5-105 kkal terkandung dalam satu ton granit. Banyak sih, tapi...
Pemrosesan granit dan ekstraksi uranium darinya membutuhkan energi yang lebih besar - sekitar 106-107 kkal/t. Sekarang, jika dimungkinkan untuk menggunakan tidak hanya uranium-235, tetapi juga uranium-238 sebagai sumber energi, maka granit setidaknya dapat dianggap sebagai bahan baku energi potensial. Maka energi yang diperoleh dari satu ton batu akan menjadi 8-107 hingga 5-108 kkal. Ini setara dengan 16-100 ton batu bara. Dan dalam hal ini, granit dapat memberi manusia hampir satu juta kali lebih banyak energi daripada semua cadangan bahan bakar kimia di Bumi.
Tetapi inti uranium-238 tidak mengalami fisi oleh neutron. Untuk energi nuklir, isotop ini tidak berguna. Lebih tepatnya, akan sia-sia jika tidak bisa diubah menjadi plutonium-239. Dan yang sangat penting: praktis tidak perlu menghabiskan energi untuk transformasi nuklir ini - sebaliknya, energi dihasilkan dalam proses ini!
Mari kita coba mencari tahu bagaimana ini terjadi, tetapi pertama-tama beberapa kata tentang plutonium alami.

400 ribu kali lebih kecil dari radium

Telah dikatakan bahwa isotop plutonium tidak dipertahankan sejak sintesis unsur-unsur selama pembentukan planet kita. Tetapi ini tidak berarti bahwa tidak ada plutonium di Bumi.
Itu terbentuk sepanjang waktu dalam bijih uranium. Menangkap radiasi kosmik neutron dan neutron yang dihasilkan oleh fisi spontan (spontan) inti uranium-238, beberapa - sangat sedikit - atom dari isotop ini berubah menjadi atom uranium-239. Inti ini sangat tidak stabil, mereka memancarkan elektron dan dengan demikian meningkatkan muatannya. Neptunium terbentuk - elemen transuranium pertama. Neptunium-239 juga sangat tidak stabil, dan intinya memancarkan elektron. Hanya dalam 56 jam, setengah dari neptunium-239 berubah menjadi plutonium-239, yang waktu paruhnya sudah cukup lama - 24 ribu tahun.
Mengapa plutonium tidak ditambang dari bijih uranium?? Kecil, konsentrasi terlalu rendah. "Produksi per gram adalah tenaga kerja per tahun" - ini tentang radium, dan plutonium dalam bijih 400 ribu kali lebih kecil dari radium. Oleh karena itu, tidak hanya mengekstraksi - bahkan mendeteksi plutonium "terestrial" sangat sulit. Ini dilakukan hanya setelah sifat fisik dan kimia plutonium yang diperoleh dalam reaktor nuklir dipelajari.
Plutonium terakumulasi dalam reaktor nuklir. Dalam fluks neutron yang kuat, reaksi yang sama terjadi seperti pada bijih uranium, tetapi laju pembentukan dan akumulasi plutonium dalam reaktor jauh lebih tinggi - satu miliar miliar kali. Untuk reaksi pengubahan uranium-238 pemberat menjadi plutonium-239 tingkat daya, kondisi optimal (dalam batas yang dapat diterima) dibuat.
Jika reaktor beroperasi dengan neutron termal (ingat bahwa kecepatannya sekitar 2000 m per detik, dan energinya adalah fraksi elektron volt), maka sejumlah plutonium diperoleh dari campuran alami isotop uranium, sedikit lebih kecil dari jumlah uranium-235 yang "terbakar habis". Tidak banyak, tetapi lebih sedikit, ditambah kehilangan plutonium yang tak terelakkan selama pemisahan kimianya dari uranium yang diiradiasi. Selain itu, reaksi berantai nuklir berlanjut dalam campuran alami isotop uranium hanya sampai sebagian kecil uranium-235 habis. Oleh karena itu kesimpulannya logis: reaktor "termal" pada uranium alam - jenis utama dari reaktor yang beroperasi saat ini - tidak dapat memastikan reproduksi bahan bakar nuklir yang diperluas. Tapi lalu apa masa depan? Untuk menjawab pertanyaan ini, mari kita bandingkan jalannya reaksi berantai nuklir di uranium-235 dan plutonium-239 dan memperkenalkan satu lagi konsep fisik ke dalam penalaran kita.
Karakteristik paling penting dari setiap bahan bakar nuklir adalah jumlah rata-rata neutron yang dipancarkan setelah nukleus menangkap satu neutron. Fisikawan menyebutnya nomor eta dan menunjukkannya dengan huruf Yunani c. Dalam reaktor uranium "termal", pola berikut diamati: setiap neutron menghasilkan rata-rata 2,08 neutron (η=2,08). Plutonium yang ditempatkan dalam reaktor semacam itu di bawah aksi neutron termal menghasilkan =2,03. Tetapi ada juga reaktor yang beroperasi dengan neutron cepat. Tidak ada gunanya memuat campuran alami isotop uranium ke dalam reaktor seperti itu: reaksi berantai tidak akan dimulai. Tetapi jika "bahan mentah" itu diperkaya dengan uranium-235, ia akan dapat berkembang dalam reaktor "cepat". Dalam hal ini, c akan sama dengan 2.23. Dan plutonium, ditempatkan di bawah api dengan neutron cepat, akan memberikan n sama dengan 2,70. Kami akan memiliki "neutron ekstra penuh" yang kami miliki. Dan ini tidak cukup.

Mari kita lihat untuk apa neutron yang diterima dihabiskan. Dalam reaktor apa pun, satu neutron diperlukan untuk mempertahankan reaksi berantai nuklir. 0,1 neutron diserap oleh bahan struktural fasilitas. "Kelebihan" mengarah pada akumulasi plutonium-239. Dalam satu kasus, "kelebihan" adalah 1,13, yang lain - 1,60. Setelah "pembakaran" satu kilogram plutonium dalam reaktor "cepat", energi kolosal dilepaskan dan 1,6 kg plutonium terakumulasi. Dan uranium dalam reaktor "cepat" akan memberikan energi yang sama dan 1,1 kg bahan bakar nuklir baru. Dalam kedua kasus, reproduksi yang diperluas terbukti. Tapi kita tidak boleh melupakan ekonomi.
Karena sejumlah alasan teknis, siklus pemuliaan plutonium membutuhkan waktu beberapa tahun. Katakanlah lima tahun. Ini berarti jumlah plutonium hanya akan meningkat sebesar 2% per tahun jika =2.23, dan sebesar 12% jika =2.7! Bahan bakar nuklir adalah modal, dan setiap modal harus menghasilkan, katakanlah, 5% per tahun. Dalam kasus pertama, ada kerugian besar, dan yang kedua - untung besar. Contoh primitif ini menggambarkan "berat" dari setiap bilangan kesepuluh dalam tenaga nuklir.
Hal lain yang juga penting. Tenaga nuklir harus mengikuti pertumbuhan permintaan energi. Perhitungan menunjukkan bahwa kondisinya layak di masa depan hanya ketika mendekati tiga. Jika pengembangan sumber energi nuklir tertinggal dari kebutuhan masyarakat akan energi, maka akan ada dua cara: "memperlambat kemajuan", atau mengambil energi dari beberapa sumber lain. Mereka dikenal: fusi termonuklir, energi pemusnahan materi dan antimateri, tetapi secara teknis belum tersedia. Dan tidak diketahui kapan mereka akan menjadi sumber energi nyata bagi umat manusia. Dan energi inti berat telah lama menjadi kenyataan bagi kita, dan hari ini plutonium, sebagai "pemasok" utama energi atom, tidak memiliki pesaing serius, kecuali, mungkin, uranium-233.

Jumlah dari banyak teknologi

Ketika jumlah plutonium yang diperlukan terakumulasi dalam uranium sebagai akibat dari reaksi nuklir, ia harus dipisahkan tidak hanya dari uranium itu sendiri, tetapi juga dari fragmen fisi - baik uranium dan plutonium, terbakar dalam reaksi berantai nuklir. Selain itu, ada sejumlah neptunium dalam massa uranium-plutonium. Yang paling sulit adalah memisahkan plutonium dari neptunium dan unsur tanah jarang (lantanida). Plutonium sebagai unsur kimia agak sial. Dari sudut pandang seorang ahli kimia, unsur utama energi nuklir hanyalah salah satu dari empat belas aktinida. Seperti elemen tanah jarang, semua elemen dari seri aktinium sangat dekat satu sama lain dalam sifat kimia, struktur kulit elektron terluar atom semua elemen dari aktinium hingga 103 adalah sama. Bahkan lebih tidak menyenangkan bahwa sifat kimia aktinida mirip dengan unsur tanah jarang, dan di antara fragmen fisi uranium dan plutonium ada lebih dari cukup lantanida. Tetapi di sisi lain, elemen ke-94 dapat berada dalam lima keadaan valensi, dan ini "mempermanis pil" - ini membantu memisahkan plutonium dari fragmen uranium dan fisi.
Valensi plutonium bervariasi dari tiga hingga tujuh. Senyawa plutonium tetravalen secara kimiawi paling stabil (dan, akibatnya, paling umum dan paling banyak dipelajari).
Pemisahan aktinida yang mirip secara kimiawi - uranium, neptunium, dan plutonium - dapat didasarkan pada perbedaan sifat senyawa tetra dan heksavalennya.

Tidak perlu menjelaskan secara rinci semua tahapan pemisahan kimia plutonium dan uranium. Biasanya, pemisahan mereka dimulai dengan pembubaran batang uranium dalam asam nitrat, setelah itu elemen uranium, neptunium, plutonium dan fragmen yang terkandung dalam larutan "dipisahkan", menggunakan metode radiokimia tradisional untuk ini - pengendapan, ekstraksi, pertukaran ion, dan lainnya. . Produk akhir yang mengandung plutonium dari teknologi multi-tahap ini adalah PuO 2 dioksidanya atau fluoridanya - PuF 3 atau PuF 4 . Mereka direduksi menjadi logam dengan barium, kalsium, atau uap lithium. Namun, plutonium yang diperoleh dalam proses ini tidak cocok untuk peran bahan struktural - tidak mungkin untuk membuat elemen bahan bakar reaktor tenaga nuklir darinya, tidak mungkin untuk melemparkan muatan bom atom. Mengapa? Titik leleh plutonium - hanya 640 ° C - cukup dapat dicapai.
Tidak peduli kondisi "ultra-sparing" apa yang digunakan untuk membuang bagian dari plutonium murni, retakan akan selalu muncul pada coran selama pemadatan. Pada 640°C, plutonium yang mengeras membentuk kisi kristal kubik. Ketika suhu menurun, kepadatan logam secara bertahap meningkat. Tetapi kemudian suhunya mencapai 480 ° C, dan kemudian tiba-tiba kepadatan plutonium turun tajam. Alasan anomali ini digali lebih cepat: pada suhu ini, atom plutonium disusun ulang dalam kisi kristal. Itu menjadi tetragonal dan sangat "longgar". Plutonium tersebut dapat mengapung dalam lelehannya sendiri, seperti es di atas air.
Suhu terus turun, sekarang telah mencapai 451 ° C, dan atom-atom kembali membentuk kisi kubik, tetapi terletak pada jarak yang lebih jauh satu sama lain daripada dalam kasus pertama. Dengan pendinginan lebih lanjut, kisi menjadi ortorombik pertama, kemudian monoklinik. Secara total, plutonium membentuk enam bentuk kristal yang berbeda! Dua di antaranya memiliki sifat yang luar biasa - koefisien ekspansi termal negatif: dengan meningkatnya suhu, logam tidak memuai, tetapi berkontraksi.
Ketika suhu mencapai 122°C dan atom plutonium menyusun kembali barisnya untuk keenam kalinya, densitasnya berubah sangat kuat - dari 17,77 menjadi 19,82 g/cm 3 . Lebih dari 10%!
Dengan demikian, volume batangan berkurang. Jika logam masih dapat menahan tekanan yang muncul pada transisi lain, maka pada saat ini kehancuran tidak dapat dihindari.
Lalu, bagaimana cara membuat bagian-bagian dari logam yang menakjubkan ini? Ahli metalurgi paduan plutonium (tambahkan sejumlah kecil elemen yang diperlukan ke dalamnya) dan dapatkan coran tanpa retakan tunggal. Mereka digunakan untuk membuat muatan plutonium untuk bom nuklir. Berat muatan (ditentukan terutama oleh massa kritis isotop) adalah 5-6 kg. Ini akan dengan mudah masuk ke dalam kubus dengan ukuran rusuk 10 cm.

Isotop berat plutonium

Plutonium-239 juga mengandung sejumlah kecil isotop yang lebih tinggi dari unsur ini - dengan nomor massa 240 dan 241. Isotop 240 Pu praktis tidak berguna - ia adalah pemberat dalam plutonium. Dari tanggal 241, diperoleh amerisium - elemen No. 95. Dalam bentuknya yang murni, tanpa campuran isotop lain, plutonium-240 dan plutonium-241 dapat diperoleh dengan pemisahan elektromagnetik dari plutonium yang terakumulasi dalam reaktor. Sebelum ini, plutonium juga disinari dengan fluks neutron dengan karakteristik yang ditentukan secara ketat. Tentu saja, semua ini sangat rumit, terutama karena plutonium tidak hanya bersifat radioaktif, tetapi juga sangat beracun. Bekerja dengannya membutuhkan kehati-hatian yang luar biasa.
Salah satu isotop plutonium yang paling menarik, 242 Pu, dapat diperoleh dengan menyinari 239 Pu dalam waktu lama dalam fluks neutron. 242 Pu sangat jarang menangkap neutron dan karena itu "terbakar habis" di dalam reaktor lebih lambat daripada isotop lainnya; ia tetap ada bahkan setelah sisa isotop plutonium hampir seluruhnya berubah menjadi fragmen atau berubah menjadi plutonium-242.
Plutonium-242 penting sebagai "bahan mentah" untuk akumulasi relatif cepat unsur transuranium yang lebih tinggi dalam reaktor nuklir. Jika plutonium-239 diiradiasi dalam reaktor konvensional, maka dibutuhkan sekitar 20 tahun untuk mengakumulasi jumlah mikrogram plutonium dari gram, misalnya, kalifornium-252.
Dimungkinkan untuk mengurangi waktu akumulasi isotop yang lebih tinggi dengan meningkatkan intensitas fluks neutron dalam reaktor. Mereka melakukannya, tetapi kemudian tidak mungkin untuk menyinari sejumlah besar plutonium-239. Bagaimanapun, isotop ini dibagi oleh neutron, dan terlalu banyak energi dilepaskan dalam aliran yang intens. Ada kesulitan tambahan dengan pendinginan reaktor. Untuk menghindari komplikasi ini, jumlah plutonium yang diradiasi harus dikurangi. Akibatnya, output California akan kembali menyedihkan. Lingkaran setan!
Plutonium-242 tidak fisil oleh neutron termal, dan dapat disinari dalam jumlah besar dalam fluks neutron yang intens ... Oleh karena itu, dalam reaktor, semua elemen dari amerisium hingga fermium "dibuat" dari isotop ini dan terakumulasi dalam jumlah berat.
Setiap kali para ilmuwan berhasil memperoleh isotop plutonium baru, mereka mengukur waktu paruh nukleusnya. Waktu paruh isotop inti radioaktif berat dengan nomor massa genap berubah secara teratur. (Hal yang sama tidak dapat dikatakan untuk isotop ganjil.)
Seiring bertambahnya massa, begitu pula "masa hidup" isotop. Beberapa tahun yang lalu, plutonium-242 adalah titik tertinggi pada grafik ini. Dan kemudian bagaimana kurva ini akan berjalan - dengan peningkatan lebih lanjut dalam nomor massa? Ke poin 1, yang sesuai dengan masa hidup 30 juta tahun, atau ke poin 2, yang sudah sesuai dengan 300 juta tahun? Jawaban atas pertanyaan ini sangat penting bagi geosains. Dalam kasus pertama, jika 5 miliar tahun yang lalu Bumi seluruhnya terdiri dari 244 Pu, sekarang hanya satu atom plutonium-244 yang akan tersisa di seluruh massa Bumi. Jika asumsi kedua benar, maka plutonium-244 mungkin berada di Bumi dalam konsentrasi yang sudah bisa dideteksi. Jika kita cukup beruntung untuk menemukan isotop ini di Bumi, sains akan menerima informasi paling berharga tentang proses yang terjadi selama pembentukan planet kita.

Waktu paruh beberapa isotop plutonium

Beberapa tahun yang lalu, para ilmuwan menghadapi pertanyaan: apakah pantas untuk mencoba menemukan plutonium berat di Bumi? Untuk menjawabnya, pertama-tama perlu ditentukan waktu paruh plutonium-244. Para ahli teori tidak dapat menghitung nilai ini dengan akurasi yang diperlukan. Semua harapan hanya untuk percobaan.
Plutonium-244 terakumulasi dalam reaktor nuklir. Unsur No. 95, amerisium (isotop 243 Am), disinari. Setelah menangkap neutron, isotop ini masuk ke amerisium-244; amerisium-244 dalam satu dari 10 ribu kasus masuk ke plutonium-244.
Sediaan plutonium-244 diisolasi dari campuran amerisium dan curium. Sampel ditimbang hanya beberapa sepersejuta gram. Tapi mereka cukup untuk menentukan waktu paruh dari isotop yang paling menarik ini. Ternyata sama dengan 75 juta tahun. Kemudian, peneliti lain menentukan waktu paruh plutonium-244, tetapi tidak banyak - 81 juta tahun. Pada tahun 1971, jejak isotop ini ditemukan di situs bastnäsite mineral tanah jarang.
Para ilmuwan telah melakukan banyak upaya untuk menemukan isotop unsur transuranium yang hidup lebih lama dari 244 Pu. Tapi semua upaya itu sia-sia. Pada suatu waktu, harapan ditempatkan pada curium-247, tetapi setelah isotop ini terakumulasi dalam reaktor, ternyata waktu paruhnya hanya 16 juta tahun. Itu tidak mungkin untuk mengalahkan rekor plutonium-244 - ini adalah yang paling lama hidup dari semua isotop elemen transuranium.
Isotop plutonium yang lebih berat pun dapat mengalami peluruhan beta, dan masa hidupnya berkisar dari beberapa hari hingga beberapa persepuluh detik. Kita tahu pasti bahwa semua isotop plutonium, hingga 257 Pu, terbentuk dalam ledakan termonuklir. Tetapi masa hidup mereka adalah sepersepuluh detik, dan banyak isotop plutonium berumur pendek yang belum dipelajari.

Kemungkinan isotop plutonium pertama

Dan akhirnya - tentang plutonium-238 - isotop plutonium "buatan manusia" pertama, sebuah isotop yang pada awalnya tampak tidak menjanjikan. Ini sebenarnya adalah isotop yang sangat menarik. Itu tunduk pada peluruhan alfa, yaitu, intinya secara spontan memancarkan partikel alfa - inti helium. Partikel alfa yang dihasilkan oleh inti plutonium-238 membawa banyak energi; dihamburkan dalam materi, energi ini diubah menjadi panas. Seberapa besar energi ini? Enam juta elektron volt dilepaskan ketika satu inti atom plutonium-238 meluruh. Dalam reaksi kimia, energi yang sama dilepaskan ketika beberapa juta atom dioksidasi. Sebuah sumber listrik yang mengandung satu kilogram plutonium-238 menghasilkan daya termal 560 watt. Daya maksimum dari sumber arus kimia dengan massa yang sama adalah 5 watt.
Ada banyak emitter dengan karakteristik energi yang sama, tetapi satu fitur plutonium-238 membuat isotop ini sangat diperlukan. Biasanya peluruhan alfa disertai dengan radiasi gamma yang kuat yang menembus materi dengan ketebalan yang besar. 238 Pu adalah pengecualian. Energi kuanta gamma yang menyertai peluruhan intinya rendah, dan tidak sulit untuk mempertahankannya: radiasi diserap oleh wadah berdinding tipis. Probabilitas fisi nuklir spontan dari isotop ini juga kecil. Oleh karena itu, telah menemukan aplikasi tidak hanya dalam sumber-sumber saat ini, tetapi juga dalam pengobatan. Baterai dengan plutonium-238 berfungsi sebagai sumber energi dalam stimulator jantung khusus.
Tetapi 238 Pu bukanlah yang paling ringan dari isotop unsur No. 94 yang diketahui; telah diperoleh isotop plutonium dengan nomor massa dari 232 hingga 237. Waktu paruh dari isotop paling ringan adalah 36 menit.

Plutonium adalah topik besar. Berikut adalah yang paling penting dari yang paling penting. Lagi pula, sudah menjadi ungkapan standar bahwa kimia plutonium telah dipelajari jauh lebih baik daripada kimia elemen "tua" seperti besi. Seluruh buku telah ditulis tentang sifat nuklir plutonium. Metalurgi plutonium adalah bagian lain yang menakjubkan dari pengetahuan manusia... Karena itu, Anda tidak boleh berpikir bahwa setelah membaca cerita ini, Anda benar-benar mempelajari plutonium - logam terpenting abad ke-20.

• BAGAIMANA PLUTONIUM DILAKUKAN. Plutonium radioaktif dan beracun membutuhkan perawatan khusus selama transportasi. Sebuah kontainer dirancang khusus untuk transportasinya - sebuah kontainer yang tidak runtuh bahkan selama kecelakaan penerbangan. Itu dibuat cukup sederhana: itu adalah bejana stainless steel berdinding tebal yang dikelilingi oleh cangkang mahoni. Jelas plutonium sepadan, tetapi bayangkan betapa tebal dindingnya jika Anda tahu bahwa wadah untuk mengangkut hanya dua kilogram plutonium memiliki berat 225 kg!
• RACUN DAN ANTIDOT. Pada tanggal 20 Oktober 1977, Agence France-Presse melaporkan bahwa senyawa kimia telah ditemukan yang dapat menghilangkan plutonium dari tubuh manusia. Beberapa tahun kemudian, cukup banyak yang diketahui tentang senyawa ini. Senyawa kompleks ini adalah karboksilase catechinamide linier, zat kelas chelate (dari bahasa Yunani - "hela" - cakar). Ke dalam cakar kimia inilah atom plutonium, bebas atau terikat, ditangkap. Pada tikus laboratorium, hingga 70% plutonium yang diserap dikeluarkan dari tubuh dengan bantuan zat ini. Dipercaya bahwa di masa depan senyawa ini akan membantu mengekstraksi plutonium dari limbah industri dan bahan bakar nuklir.

Plutonium ditemukan pada akhir tahun 1940 di Universitas California. Itu disintesis oleh McMillan, Kennedy dan Wahl dengan membombardir uranium oksida (U 3 O 8) dengan inti deuterium (deuteron) yang dipercepat dengan kuat dalam siklotron. Belakangan diketahui bahwa reaksi nuklir ini pertama kali menghasilkan isotop neptunium-238 yang berumur pendek, dan darinya sudah plutonium-238 dengan waktu paruh sekitar 50 tahun. Setahun kemudian, Kennedy, Seaborg, Segre, dan Wahl mensintesis isotop yang lebih penting, plutonium-239, dengan menyinari uranium dengan neutron yang dipercepat dalam siklotron. Plutonium-239 terbentuk dari peluruhan neptunium-239; ia memancarkan sinar alfa dan memiliki waktu paruh 24.000 tahun. Senyawa plutonium murni pertama kali diperoleh pada tahun 1942. Kemudian diketahui bahwa ada plutonium alami yang ditemukan dalam bijih uranium, khususnya dalam bijih, endapan di Kongo.

Nama elemen diusulkan pada tahun 1948: McMillan menyebut elemen transuranik pertama neptunium karena fakta bahwa planet Neptunus adalah yang pertama di luar Uranus. Dengan analogi, mereka memutuskan untuk menyebut unsur 94 plutonium, karena planet Pluto adalah planet kedua setelah Uranus. Pluto, ditemukan pada tahun 1930, mendapatkan namanya dari nama dewa Pluto, penguasa dunia bawah dalam mitologi Yunani. Pada awal abad XIX. Clark mengusulkan untuk memberi nama elemen barium plutonium, yang mengambil nama ini langsung dari nama dewa Pluto, tetapi usulannya tidak diterima.

Enrico Fermi, bersama rekan-rekannya di Universitas Roma, melaporkan bahwa mereka telah menemukan unsur kimia dengan nomor atom 94 pada tahun 1934. Fermi menamai elemen ini hesperium, percaya bahwa ia menemukan elemen yang sekarang disebut plutonium, sehingga membuat asumsi tentang keberadaan elemen transuranium dan menjadi penemu teoretisnya. Dia berpegang pada posisi ini dalam kuliah Nobelnya pada tahun 1938, namun, setelah mengetahui tentang penemuan fisi nuklir oleh Otto Frisch dan Fritz Strassmann, dia terpaksa membuat catatan dalam versi cetak, yang diterbitkan di Stockholm pada tahun 1939, yang menunjukkan perlunya untuk merevisi "seluruh masalah elemen transuranik." Karya ilmuwan Jerman menunjukkan bahwa aktivitas yang dideteksi Fermi dalam eksperimennya justru disebabkan oleh fisi, dan bukan karena penemuan unsur transuranium, seperti yang ia yakini sebelumnya.

Siklotron di Berkeley, digunakan untuk memproduksi neptunium dan plutonium.

Penemuan plutonium oleh sekelompok karyawan University of California di Berkeley, yang dipimpin oleh G. T. Seaborg, dibuat menggunakan siklotron 60 inci, yang tersedia di universitas. Pengeboman pertama triuranium-238 octoxide dengan deuteron dipercepat dalam siklotron hingga 14-22 MeV dan melewati aluminium foil setebal 0,002 inci dibuat pada 14 Desember 1940. Membandingkan sampel yang diperoleh dan berumur 2,3 hari dengan fraksi terisolasi neptunium murni, para ilmuwan menemukan perbedaan yang signifikan dalam aktivitas alfa mereka dan menyarankan bahwa peningkatannya setelah 2 hari disebabkan oleh pengaruh elemen baru yaitu anak dari neptunium. Studi fisik dan kimia lebih lanjut dilanjutkan selama 2 bulan. Pada malam tanggal 23-24 Februari 1941, percobaan yang menentukan dilakukan pada oksidasi unsur yang diusulkan menggunakan ion peroksida disulfat dan ion perak sebagai katalis, yang menunjukkan bahwa neptunium-238, setelah dua hari, mengalami beta-minus. meluruh, dan membentuk unsur kimia nomor 94 dalam reaksi berikut:

23892U → 23893Np → 23894Pu

Glenn Theodore Seaborg, bersama dengan kolaborator di Berkeley, mensintesis plutonium untuk pertama kalinya. Dia adalah pemimpin atau anggota kunci tim yang menerima delapan elemen lagi: Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No. Elemen seaborgium dinamai menurut namanya. Edwin Macmillan dan Glenn Seaborg dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1951 untuk "studi kimia unsur transuranium".

Dengan demikian, keberadaan unsur kimia baru dikonfirmasi oleh G. T. Seaborg, E. M. Macmillan, J. W. Kennedy, dan A. C. Wall dengan mempelajari sifat kimia pertamanya - kemampuan untuk memiliki setidaknya dua keadaan oksidasi.

Beberapa saat kemudian, ditemukan bahwa isotop ini non-fisil, dan karena itu tidak menarik untuk penelitian lebih lanjut untuk tujuan militer, karena inti ambang tidak dapat berfungsi sebagai dasar untuk reaksi berantai fisi. Menyadari hal ini, fisikawan nuklir AS mengarahkan upaya mereka untuk mendapatkan isotop fisil-239. Pada bulan Maret 1941, 1,2 kg garam uranium paling murni, yang direndam dalam blok besar parafin, dibombardir dengan neutron dalam siklotron. Pemboman inti uranium berlangsung selama dua hari, sebagai akibatnya diperoleh sekitar 0,5 mikrogram plutonium-239. Munculnya elemen baru, seperti yang diprediksi oleh teori, disertai dengan aliran partikel alfa.

Pada tanggal 28 Maret 1941, percobaan yang dilakukan menunjukkan bahwa Pu mampu fisi di bawah aksi neutron lambat, dengan penampang sangat signifikan melebihi penampang U, dan neutron yang diperoleh dalam proses fisi cocok untuk memperoleh mengikuti tindakan fisi nuklir, yaitu, mereka memungkinkan seseorang untuk mengandalkan pelaksanaan reaksi nuklir berantai. Sejak saat itu, percobaan dimulai pada pembuatan bom nuklir plutonium dan pembangunan reaktor untuk produksinya. Senyawa murni pertama dari unsur tersebut diperoleh pada tahun 1942, dan logam plutonium pertama berdasarkan beratnya pada tahun 1943.

Sebuah makalah yang diajukan untuk diterbitkan dalam jurnal Physical Review pada bulan Maret 1941 menjelaskan metode untuk memperoleh dan mempelajari elemen tersebut. Namun, publikasi dokumen ini dihentikan setelah data diterima bahwa elemen baru tersebut dapat digunakan dalam bom nuklir. Penerbitan karya tersebut dilakukan setahun setelah Perang Dunia Kedua karena alasan keamanan dan dengan beberapa penyesuaian.

Di Third Reich, peneliti atom juga tidak tinggal diam. Di laboratorium Manfred von Arden, metode dikembangkan untuk mendapatkan elemen ke-94. Pada bulan Agustus 1941, fisikawan Fritz Houtermans menyelesaikan laporan rahasianya "On the Question of Unleashing Nuclear Chain Reactions." Di dalamnya, ia menunjukkan kemungkinan teoretis untuk pembuatan bahan peledak baru dari uranium alam dalam "ketel" uranium.

asal nama

Dengan bantuan astrograf ini, gambar pertama Pluto diperoleh.

Pada tahun 1930, sebuah planet baru ditemukan, yang keberadaannya telah lama dibicarakan oleh Percival Lovell, seorang astronom, ahli matematika, dan penulis esai fantastis tentang kehidupan di Mars. Berdasarkan pengamatan bertahun-tahun terhadap pergerakan Uranus dan Neptunus, ia sampai pada kesimpulan bahwa di belakang Neptunus di tata surya pasti ada planet kesembilan lainnya, yang terletak empat puluh kali lebih jauh dari Matahari daripada Bumi. Elemen-elemen orbit planet baru dihitung olehnya pada tahun 1915. Pluto ditemukan dalam foto-foto yang diambil pada 21, 23 dan 29 Januari 1930 oleh astronom Clyde Tombaugh di Observatorium Lowell di Flagstaff. Planet ini ditemukan pada 18 Februari 1930. Nama planet itu diberikan oleh seorang siswi berusia sebelas tahun dari Oxford, Venetia Burney. Dalam mitologi Yunani, Hades adalah dewa dunia bawah.

Penyebutan tercetak pertama dari istilah plutonium berasal dari 21 Maret 1942. Nama unsur kimia ke-94 diusulkan oleh Arthur Wahl dan Glenn Seaborg. Pada tahun 1948, Edwin Macmillan menyarankan agar unsur kimia ke-93 diberi nama neptunium, karena Neptunus adalah planet pertama di luar Uranus. Dengan analogi, plutonium dinamai planet kedua di luar Uranus, Pluto. Penemuan plutonium terjadi 10 tahun setelah penemuan planet kerdil.

Awalnya, Seaborg menyarankan untuk memanggil elemen baru "plutium", tetapi kemudian memutuskan bahwa nama "plutonium" terdengar lebih baik. Untuk menunjuk elemen, ia bercanda memberikan dua huruf "Pu" - sebutan ini baginya yang paling dapat diterima dalam tabel periodik. Seaborg juga menyarankan beberapa varian nama lain, misalnya ultimium, extermia. Namun, karena kesalahpahaman pada saat itu bahwa plutonium akan menjadi unsur kimia terakhir pada tabel periodik, unsur tersebut dinamai "plutonium" setelah penemuan planet terakhir di tata surya.

Studi pertama

Setelah beberapa bulan penelitian awal, kimia plutonium mulai dianggap mirip dengan uranium. Penelitian lebih lanjut dilanjutkan di laboratorium metalurgi rahasia di Universitas Chicago. Berkat Cunningham dan Werner, pada 18 Agustus 1942, mikrogram pertama senyawa plutonium murni diisolasi dari 90 kg uranil nitrat yang disinari dengan neutron dalam siklotron. Pada 10 September 1942 - sebulan kemudian, di mana para ilmuwan meningkatkan jumlah senyawa - penimbangan dilakukan. Sampel historis ini memiliki berat 2,77 mikrogram dan terdiri dari plutonium dioksida; saat ini disimpan di Lawrence Hall, Berkeley. Pada akhir tahun 1942, 500 mikrogram garam unsur telah terakumulasi. Untuk studi yang lebih rinci tentang elemen baru di Amerika Serikat, beberapa kelompok dibentuk:

• sekelompok ilmuwan yang seharusnya mengisolasi plutonium murni dengan metode kimia,
• kelompok yang mempelajari perilaku plutonium dalam larutan, termasuk studi tentang keadaan oksidasi, potensial ionisasi, dan kinetika reaksi,
• kelompok yang mempelajari kimia pembentukan kompleks ion plutonium, dan kelompok lain.

Penelitian telah menunjukkan bahwa plutonium dapat ditemukan dalam keadaan oksidasi antara 3 dan 6, dan bahwa keadaan oksidasi yang lebih rendah cenderung lebih stabil daripada neptunium. Pada saat yang sama, kesamaan sifat kimia plutonium dan neptunium ditetapkan. Pada tahun 1942, Stan Thomson, anggota kelompok Glenn Seaborg, menemukan bahwa plutonium tetravalen diperoleh dalam jumlah besar ketika ditempatkan dalam larutan asam dengan adanya bismut fosfat. Selanjutnya, ini mengarah pada studi dan penerapan metode bismut-fosfat untuk ekstraksi plutonium. Pada bulan November 1943, sejumlah plutonium fluorida dipisahkan untuk mendapatkan sampel murni unsur dalam bentuk beberapa mikrogram bubuk halus. Selanjutnya diambil sampel yang dapat dilihat dengan mata telanjang.

Siklotron pertama di Uni Soviet digunakan untuk memproduksi plutonium.

Di Uni Soviet, percobaan pertama untuk mendapatkan Pu dimulai pada tahun 1943-1944. di bawah bimbingan akademisi I. V. Kurchatov dan V. G. Khlopin. Dalam waktu singkat, studi ekstensif tentang sifat-sifat plutonium dilakukan di Uni Soviet. Pada awal 1945, pada siklotron pertama di Eropa, dibangun pada tahun 1937 di Institut Radium, sampel plutonium Soviet pertama diperoleh dengan iradiasi neutron dari inti uranium. Di kota Ozyorsk, sejak 1945, pembangunan reaktor nuklir industri pertama untuk produksi plutonium dimulai, objek pertama Asosiasi Produksi Mayak, yang diluncurkan pada 19 Juni 1948.

Produksi di Proyek Manhattan

Lokasi paling penting untuk Proyek Manhattan.

Proyek Manhattan berasal dari surat Einstein kepada Roosevelt. Surat itu menarik perhatian presiden pada fakta bahwa Nazi Jerman sedang melakukan penelitian aktif, yang hasilnya dapat segera memperoleh bom atom. Pada Agustus 1939, Leo Sillard meminta temannya Albert Einstein untuk menandatangani surat. Sebagai hasil dari tanggapan positif Franklin Roosevelt, Proyek Manhattan kemudian dibentuk di Amerika Serikat.

Selama Perang Dunia II, tujuan dari proyek ini adalah untuk membuat bom nuklir. Rancangan program atom, dari mana Proyek Manhattan dibentuk, disetujui dan sekaligus dibuat dengan dekrit Presiden Amerika Serikat pada 9 Oktober 1941. Proyek Manhattan memulai kegiatannya pada 12 Agustus 1942. Tiga tujuan utamanya adalah:

• Produksi plutonium di kompleks Hanford
• Pengayaan uranium di Oak Ridge, Tennessee
• Penelitian di bidang senjata nuklir dan struktur bom atom di Laboratorium Nasional Los Alamos

Sebuah foto peringatan para ilmuwan yang ambil bagian dalam Chicago Woodpile-1. Barisan depan, kedua dari kanan: Leo Sillard; pertama dari kiri: Enrico Fermi.

Reaktor nuklir pertama yang menghasilkan sejumlah besar unsur dibandingkan dengan siklotron adalah Chicago Woodpile-1. Ini mulai beroperasi pada 2 Desember 1942 berkat Enrico Fermi dan Leo Sillard; Pada hari ini, reaksi berantai nuklir mandiri pertama terjadi. Uranium-238 dan uranium-235 digunakan untuk memproduksi plutonium-239. Reaktor dibangun di bawah tribun di Stagg Field di University of Chicago. Ini terdiri dari 6 ton logam uranium, 34 ton uranium oksida, dan 400 ton "bata hitam" grafit. Satu-satunya hal yang dapat menghentikan reaksi berantai nuklir adalah batang kadmium, yang menangkap neutron termal dengan baik dan, sebagai hasilnya, dapat mencegah kemungkinan insiden. Karena kurangnya perlindungan dan pendinginan radiasi, daya biasanya hanya 0,5 ... 200 watt.

Pekerja di Reaktor Grafit X-10.

Reaktor kedua yang memungkinkan untuk menghasilkan plutonium-239 adalah Reaktor Grafit X-10. Itu dioperasikan pada 4 November 1943 di kota Oak Ridge, saat ini terletak di wilayah Laboratorium Nasional Oak Ridge. Reaktor ini merupakan yang kedua di dunia setelah Chicago Woodpile-1 dan reaktor pertama yang dibuat dalam kelanjutan Proyek Manhattan. Reaktor adalah langkah pertama menuju penciptaan reaktor nuklir yang lebih kuat, yaitu eksperimental. Akhir karyanya datang pada tahun 1963; terbuka untuk umum sejak tahun 1980-an dan merupakan salah satu reaktor nuklir tertua di dunia.

Pada tanggal 5 April 1944, Emilio Segre menerima sampel pertama plutonium yang diproduksi di reaktor X-10. Dalam 10 hari, ia menemukan bahwa konsentrasi plutonium-240 dalam reaktor sangat tinggi dibandingkan dengan siklotron. Isotop ini memiliki kemampuan fisi spontan yang sangat tinggi, akibatnya latar belakang umum iradiasi neutron meningkat. Atas dasar ini, disimpulkan bahwa penggunaan plutonium dengan kemurnian tinggi dalam bom nuklir tipe meriam, khususnya bom Khudoy, ​​dapat menyebabkan ledakan dini. Karena fakta bahwa teknologi pengembangan bom nuklir semakin meningkat, ditemukan bahwa untuk muatan nuklir yang terbaik adalah menggunakan materi nuklir dalam bentuk bola.

Pembangunan Reaktor B, reaktor nuklir pertama yang mampu memproduksi plutonium dalam skala industri.

Reaktor nuklir produksi Pu komersial pertama adalah Reaktor B, berlokasi di Amerika Serikat. Konstruksi dimulai pada Juni 1943 dan berakhir pada September 1944. Daya reaktor adalah 250 MW. Untuk pertama kalinya, air digunakan sebagai pendingin dalam reaktor ini. Reaktor B menghasilkan plutonium-239, yang pertama kali digunakan dalam uji Trinity. Bahan nuklir yang diperoleh dari reaktor ini digunakan dalam bom yang dijatuhkan di Nagasaki pada 9 Agustus 1945. Reaktor yang dibangun ditutup pada Februari 1968 dan terletak di wilayah gurun Negara Bagian Washington, dekat kota Richland.

Kompleks Hanford. Reaktor B, D, F, dll. terletak di sepanjang sungai di bagian atas skema.

Selama Proyek Manhattan, banyak area dibuat di kompleks Hanford untuk penerimaan, penyimpanan, pemrosesan, dan penggunaan bahan nuklir. Situs pemakaman ini mengandung sekitar 205 kg isotop plutonium. Beberapa area dibentuk untuk menyimpan sembilan reaktor nuklir yang menghasilkan unsur kimia, sejumlah bangunan tambahan yang mencemari lingkungan. Daerah lain ini dibuat dengan tujuan memisahkan plutonium dan uranium dari pengotor dengan cara kimia. Setelah penutupan kompleks ini, lebih dari 20 ton plutonium dalam bentuk aman dibuang.

Pada tahun 2004, sebagai hasil penggalian, penguburan ditemukan di wilayah kompleks Hanford. Di antara mereka ditemukan plutonium tingkat senjata, yang berada di kapal kaca. Sampel plutonium tingkat senjata ini terbukti berumur panjang dan diperiksa oleh Laboratorium Nasional Pasifik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sampel ini dibuat pada reaktor grafit X-10 pada tahun 1944.

Salah satu peserta dalam proyek tersebut terlibat dalam transfer rahasia gambar tentang prinsip-prinsip konstruksi bom uranium dan plutonium, serta sampel uranium-235 dan plutonium-239.

Trinity dan Pria Gemuk

Uji coba nuklir pertama, yang disebut Trinity, pada 16 Juli 1945, dekat Alamogordo, New Mexico, menggunakan plutonium sebagai muatan nuklir. The Thing menggunakan lensa konvensional untuk mengompres plutonium menjadi massa kritis. Perangkat ini dibuat untuk menguji jenis baru bom nuklir "Fat Man" berdasarkan plutonium. Pada saat yang sama, neutron mulai mengalir dari Landak untuk reaksi nuklir. Perangkat itu terbuat dari polonium dan berilium; sumber ini digunakan pada bom nuklir generasi pertama, karena pada saat itu komposisi ini dianggap sebagai satu-satunya sumber neutron. Semua komposisi ini memungkinkan untuk mencapai ledakan nuklir yang kuat. Massa total bom yang digunakan dalam uji coba nuklir Trinity adalah 6 ton, meskipun inti bom hanya mengandung 6,2 kg plutonium, dan perkiraan ketinggian ledakan di atas kota adalah 225-500 m.Sekitar 20% dari plutonium yang digunakan dalam bom ini setara dengan 20.000 ton TNT.

Bom Fat Man dijatuhkan di Nagasaki pada 9 Agustus 1945. Akibat ledakan tersebut, 70 ribu orang tewas seketika dan 100 ribu lainnya luka-luka. cangkang aluminium, yang dikelilingi oleh bahan peledak kimia. Selama peledakan cangkang, muatan plutonium dikompresi dari semua sisi dan kepadatannya melebihi yang kritis, setelah itu reaksi berantai nuklir dimulai. Malysh, yang dijatuhkan di Hiroshima tiga hari sebelumnya, menggunakan uranium-235 tetapi bukan plutonium. Jepang menandatangani perjanjian menyerah pada 15 Agustus. Setelah kasus-kasus ini, sebuah pesan diterbitkan di media tentang penggunaan unsur radioaktif kimia baru - plutonium.

perang Dingin

Plutonium dalam jumlah besar diproduksi selama Perang Dingin oleh AS dan Uni Soviet. Reaktor AS di Savannah River Site dan Hanford menghasilkan 103 ton plutonium selama perang, sementara Uni Soviet menghasilkan 170 ton plutonium tingkat senjata. Saat ini, sekitar 20 ton plutonium diproduksi dalam tenaga nuklir sebagai produk sampingan dari reaksi nuklir. Untuk setiap 1.000 ton plutonium yang disimpan, ada 200 ton plutonium yang diperoleh dari reaktor nuklir. Untuk tahun 2007, SIIM memperkirakan plutonium dunia mencapai 500 ton, yang secara kasar dibagi menjadi kebutuhan senjata dan energi.

Tata letak yang diusulkan dari terowongan penyimpanan limbah nuklir di Yucca Mountain Repository.

Segera setelah berakhirnya Perang Dingin, semua cadangan nuklir menjadi masalah proliferasi. Misalnya, di Amerika Serikat, blok dua ton digabungkan dari plutonium yang diekstraksi dari senjata nuklir, di mana unsur tersebut dalam bentuk plutonium oksida inert. Blok ini dilapisi dengan kaca borosilikat dengan campuran zirkonium dan gadolinium. Kemudian balok-balok ini ditutup dengan baja tahan karat dan dikubur di dalam tanah hingga kedalaman 4 km. Otoritas lokal dan negara bagian AS tidak mengizinkan limbah nuklir disimpan di Gunung Yucca. Pada bulan Maret 2010, pihak berwenang AS memutuskan untuk mencabut lisensi hak untuk menyimpan limbah nuklir. Barack Obama mengusulkan untuk meninjau kebijakan penyimpanan limbah dan memberikan rekomendasi untuk pengembangan metode baru yang efektif untuk pengelolaan bahan bakar bekas dan limbah.

eksperimen medis

Sepanjang Perang Dunia Kedua dan setelahnya, para ilmuwan melakukan eksperimen pada hewan dan manusia, menyuntikkan dosis plutonium secara intravena. Penelitian pada hewan menunjukkan bahwa beberapa miligram plutonium per kilogram jaringan adalah dosis yang mematikan. Dosis "standar" adalah 5 mikrogram plutonium, dan pada tahun 1945 angka ini dikurangi menjadi 1 mikrogram karena fakta bahwa plutonium cenderung menumpuk di tulang dan karena itu lebih berbahaya daripada radium.

Delapan belas tes plutonium pada manusia dilakukan tanpa persetujuan sebelumnya, untuk mengetahui di mana dan bagaimana plutonium terkonsentrasi dalam tubuh manusia, dan untuk mengembangkan standar penanganan yang aman. Tempat pertama di mana eksperimen dilakukan sebagai bagian dari Proyek Manhattan adalah: Hanford, Berkeley, Los Alamos, Chicago, Oak Ridge, Rochester.