პლუტონიუმი (ლათინური Plutonium, აღინიშნება სიმბოლო Pu) არის რადიოაქტიური ქიმიური ელემენტი ატომური ნომრით 94 და ატომური წონა 244,064. პლუტონიუმი არის დიმიტრი ივანოვიჩ მენდელეევის პერიოდული სისტემის III ჯგუფის ელემენტი, მიეკუთვნება აქტინიდების ოჯახს. პლუტონიუმი არის მძიმე (სიმკვრივე ნორმალურ პირობებში 19,84 გ/სმ³), მყიფე, მოვერცხლისფრო-თეთრი რადიოაქტიური ლითონი.

პლუტონიუმს არ აქვს სტაბილური იზოტოპები. პლუტონიუმის ასი შესაძლო იზოტოპიდან ოცდახუთი სინთეზირებულია. თხუთმეტმა მათგანმა შეისწავლა ბირთვული თვისებები (მასური ნომრები 232-246). ოთხმა იპოვა პრაქტიკული გამოყენება. ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპები - 244Pu (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 8,26,107 წელი), 242Pu (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 3,76 105 წელი), 239Pu (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 2,41 104 წელი), 238Pu (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 8,26,107 წელი) და α7-ემიტერია 87. 241Pu (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 14 წელი) - β-ემიტერი. ბუნებაში, პლუტონიუმი მცირე რაოდენობით გვხვდება ურანის მადნებში (239Pu); იგი წარმოიქმნება ურანისგან ნეიტრონების გავლენის ქვეშ, რომლის წყაროა რეაქციები, რომლებიც წარმოიქმნება α-ნაწილაკების მსუბუქ ელემენტებთან (რომლებიც მადნების ნაწილია), ურანის ბირთვების სპონტანური დაშლა და კოსმოსური გამოსხივება ურთიერთქმედების დროს.

ოთხმოცდამეოთხე ელემენტი აღმოაჩინა ამერიკელმა მეცნიერთა ჯგუფმა - გლენ სიბორგმა, კენედიმ, ედვინ მაკმილანმა და არტურ უოლმა 1940 წელს ბერკლიში (კალიფორნიის უნივერსიტეტში) ურანის ოქსიდის (U3O8) სამიზნის დაბომბვისას მაღალაჩქარებული დეიტერიუმის ბირთვებით. (დეიტრონები) სამოცი დიუმიანი ციკლოტრონიდან. 1940 წლის მაისში პლუტონიუმის თვისებები იწინასწარმეტყველა ლუი ტერნერმა.

1940 წლის დეკემბერში აღმოაჩინეს პლუტონიუმის იზოტოპი Pu-238, რომლის ნახევარგამოყოფის პერიოდი ~ 90 წელია, ერთი წლის შემდეგ - უფრო მნიშვნელოვანი Pu-239 ნახევარგამოყოფის პერიოდით ~24000 წელი.

1948 წელს ედვინ მაკმილანმა შესთავაზა, რომ ქიმიურ ელემენტს დაარქვეს პლუტონიუმი ახალი პლანეტის პლუტონის აღმოჩენის პატივსაცემად და ნეპტუნის ანალოგიით, რომელსაც ნეპტუნის აღმოჩენის შემდეგ დაერქვა სახელი.

ლითონის პლუტონიუმი (იზოტოპი 239Pu) გამოიყენება ბირთვულ იარაღში და ემსახურება როგორც ბირთვულ საწვავს თერმულ და განსაკუთრებით სწრაფ ნეიტრონებზე მომუშავე ენერგეტიკული რეაქტორებისთვის. კრიტიკული მასა 239Pu-სთვის ლითონის სახით არის 5,6 კგ. სხვა საკითხებთან ერთად, 239Pu იზოტოპი არის საწყისი მასალა ტრანსპლუტონიუმის ელემენტების წარმოებისთვის ბირთვულ რეაქტორებში. 238Pu იზოტოპი გამოიყენება ელექტრო დენის მცირე ზომის ბირთვულ წყაროებში, რომლებიც გამოიყენება კოსმოსურ კვლევებში, ასევე ადამიანის გულის აქტივობის სტიმულატორებში.

პლუტონიუმი-242 მნიშვნელოვანია, როგორც "ნედლეული" ბირთვულ რეაქტორებში უმაღლესი ტრანსურანის ელემენტების შედარებით სწრაფი დაგროვებისთვის. δ-სტაბილიზებული პლუტონიუმის შენადნობები გამოიყენება საწვავის უჯრედების წარმოებაში, რადგან მათ აქვთ უკეთესი მეტალურგიული თვისებები სუფთა პლუტონიუმთან შედარებით, რომელიც გაცხელებისას განიცდის ფაზურ გადასვლებს. პლუტონიუმის ოქსიდები გამოიყენება როგორც ენერგიის წყარო კოსმოსური ტექნოლოგიებისთვის და გამოიყენება საწვავის ღეროებში.

პლუტონიუმის ყველა ნაერთი შხამიანია, რაც α- გამოსხივების შედეგია. ალფა ნაწილაკები სერიოზულ საფრთხეს უქმნიან, თუ მათი წყარო ინფიცირებული ადამიანის სხეულშია, ისინი აზიანებენ ელემენტის მიმდებარე სხეულის ქსოვილებს. პლუტონიუმის გამა გამოსხივება არ არის მავნე ორგანიზმისთვის. გასათვალისწინებელია, რომ პლუტონიუმის სხვადასხვა იზოტოპებს აქვთ განსხვავებული ტოქსიკურობა, მაგალითად, ტიპიური რეაქტორის კლასის პლუტონიუმი 8-10-ჯერ უფრო ტოქსიკურია ვიდრე სუფთა 239Pu, ვინაიდან მასში დომინირებს 240Pu ნუკლიდები, რაც ალფა გამოსხივების მძლავრი წყაროა. პლუტონიუმი არის ყველაზე რადიოტოქსიკური ელემენტი ყველა აქტინიდიდან, თუმცა, იგი შორს არის ყველაზე საშიში ელემენტი, რადგან რადიუმი თითქმის ათასჯერ უფრო საშიშია, ვიდრე პლუტონიუმის ყველაზე შხამიანი იზოტოპი - 239Pu.

ბიოლოგიური თვისებები

პლუტონიუმი კონცენტრირებულია ზღვის ორგანიზმებში: ამ რადიოაქტიური ლითონის დაგროვების კოეფიციენტი (სხეულში და გარე გარემოში კონცენტრაციების თანაფარდობა) წყალმცენარეებისთვის არის 1000-9000, პლანქტონისთვის - დაახლოებით 2300, ვარსკვლავური თევზისთვის - დაახლოებით 1000, მოლუსკებისთვის - 380-მდე, თევზის კუნთებისთვის, ძვლებისთვის, ღვიძლისა და კუჭისთვის - შესაბამისად 5, 570, 200 და 1060. ხმელეთის მცენარეები პლუტონიუმს ძირითადად ფესვთა სისტემის მეშვეობით ითვისებენ და მასის 0,01%-მდე აგროვებენ. ადამიანის ორგანიზმში ოთხმოცდამეოთხე ელემენტი შენარჩუნებულია ძირითადად ჩონჩხსა და ღვიძლში, საიდანაც იგი თითქმის არ გამოიყოფა (განსაკუთრებით ძვლებიდან).

პლუტონიუმი უაღრესად ტოქსიკურია და მისი ქიმიური საშიშროება (როგორც ნებისმიერი სხვა მძიმე მეტალი) გაცილებით სუსტია (ქიმიური თვალსაზრისით ის ასევე შხამიანია, როგორც ტყვია.) მის რადიოაქტიურ ტოქსიკურობასთან შედარებით, რაც ალფა გამოსხივების შედეგია. უფრო მეტიც, α-ნაწილაკებს აქვთ შედარებით დაბალი შეღწევადობის ძალა: 239Pu-სთვის α-ნაწილაკების დიაპაზონი ჰაერში არის 3,7 სმ, ხოლო რბილ ბიოლოგიურ ქსოვილში 43 მიკრონი. ამიტომ, α-ნაწილაკები სერიოზულ საფრთხეს წარმოადგენს, თუ მათი წყარო ინფიცირებულის სხეულშია. ამით ისინი აზიანებენ სხეულის მიმდებარე ქსოვილებს.

ამავდროულად, γ-სხივები და ნეიტრონები, რომლებსაც პლუტონიუმი ასევე ასხივებს და რომლებსაც შეუძლიათ ორგანიზმში გარედან შეღწევა, არ არის ძალიან საშიში, რადგან მათი დონე ძალიან დაბალია ჯანმრთელობისთვის ზიანის მიყენებისთვის. პლუტონიუმი განსაკუთრებით მაღალი რადიოტოქსიკურობის მქონე ელემენტების ჯგუფს მიეკუთვნება. ამავდროულად, პლუტონიუმის სხვადასხვა იზოტოპებს აქვთ განსხვავებული ტოქსიკურობა, მაგალითად, ტიპიური რეაქტორის კლასის პლუტონიუმი 8-10-ჯერ უფრო ტოქსიკურია ვიდრე სუფთა 239Pu, რადგან მასში დომინირებს 240Pu ნუკლიდები, რაც ალფა გამოსხივების მძლავრი წყაროა.

წყალსა და საკვებში მიღებისას პლუტონიუმი ნაკლებად ტოქსიკურია, ვიდრე ისეთ ნივთიერებებზე, როგორიცაა კოფეინი, გარკვეული ვიტამინები, ფსევდოეფედრინი და მრავალი მცენარე და სოკო. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ეს ელემენტი ცუდად შეიწოვება კუჭ-ნაწლავის ტრაქტის მიერ, თუნდაც ხსნადი მარილის სახით მიღებისას, სწორედ ეს მარილი უკავშირდება კუჭისა და ნაწლავების შიგთავსს. თუმცა, 0,5 გრამი წვრილად დაყოფილი ან გახსნილი პლუტონიუმის მიღებამ შეიძლება გამოიწვიოს საჭმლის მომნელებელი სისტემის მწვავე დასხივების შედეგად სიკვდილი დღეებში ან კვირაში (ციანიდისთვის ეს მნიშვნელობა არის 0,1 გრამი).

ინჰალაციის თვალსაზრისით, პლუტონიუმი ჩვეულებრივი ტოქსინია (დაახლოებით შეესაბამება ვერცხლისწყლის ორთქლს). შესუნთქვისას პლუტონიუმი კანცეროგენულია და შეიძლება გამოიწვიოს ფილტვის კიბო. ასე რომ, როდესაც ასი მილიგრამი პლუტონიუმი ისუნთქება ფილტვებში შესანარჩუნებლად ოპტიმალური ზომის ნაწილაკების სახით (1-3 მიკრონი), ეს იწვევს სიკვდილს ფილტვის შეშუპებისგან 1-10 დღეში. ოცი მილიგრამის დოზა იწვევს ფიბროზის სიკვდილს დაახლოებით ერთ თვეში. მცირე დოზები იწვევს ქრონიკულ კანცეროგენულ მოწამვლას. ორგანიზმში პლუტონიუმის ინჰალაციის რისკი იზრდება იმის გამო, რომ პლუტონიუმი მიდრეკილია აეროზოლების წარმოქმნისკენ.

მიუხედავად იმისა, რომ მეტალია, ის ძალზე არასტაბილურია. ოთახში ლითონის ხანმოკლე ყოფნა მნიშვნელოვნად ზრდის მის კონცენტრაციას ჰაერში. ფილტვებში მოხვედრის შემდეგ პლუტონიუმი ნაწილობრივ ჩერდება ფილტვების ზედაპირზე, ნაწილობრივ გადადის სისხლში, შემდეგ კი ლიმფსა და ძვლის ტვინში. უმეტესობა (დაახლოებით 60%) მიდის ძვლოვან ქსოვილში, 30% ღვიძლში და მხოლოდ 10% გამოიყოფა ბუნებრივად. მიღებული პლუტონიუმის რაოდენობა დამოკიდებულია აეროზოლის ნაწილაკების ზომაზე და სისხლში ხსნადობაზე.

პლუტონიუმი, რომელიც ამა თუ იმ გზით შედის ადამიანის სხეულში, მსგავსია რკინის რკინის თვისებებით, ამიტომ, როდესაც ის შედის სისხლის მიმოქცევის სისტემაში, პლუტონიუმი იწყებს კონცენტრაციას რკინის შემცველ ქსოვილებში: ძვლის ტვინი, ღვიძლი, ელენთა. ორგანიზმი პლუტონიუმს რკინად აღიქვამს, ამიტომ ტრანსფერინის ცილა რკინის ნაცვლად იღებს პლუტონიუმს, რაც აჩერებს ორგანიზმში ჟანგბადის გადაცემას. მიკროფაგები ანაწილებენ პლუტონიუმს ლიმფური კვანძების მეშვეობით. სხეულში შესულ პლუტონიუმს ძალიან დიდი ხნით აშორებენ მისგან - 50 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში ორგანიზმიდან მხოლოდ 80% გამოიყოფა. ღვიძლიდან ნახევარგამოყოფის პერიოდი შეადგენს 40 წელს. ძვლოვანი ქსოვილისთვის პლუტონიუმის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 80-100 წელია, ფაქტობრივად, ოთხმოცდამეოთხე ელემენტის კონცენტრაცია ძვლებში მუდმივია.

მეორე მსოფლიო ომის განმავლობაში და მის შემდეგ, მანჰეტენის პროექტში მომუშავე მეცნიერები, ისევე როგორც მესამე რაიხის და სხვა კვლევითი ორგანიზაციების მეცნიერები, ატარებდნენ ექსპერიმენტებს პლუტონიუმის გამოყენებით ცხოველებზე და ადამიანებზე. ცხოველებზე ჩატარებულმა კვლევებმა აჩვენა, რომ რამდენიმე მილიგრამი პლუტონიუმი თითო კილოგრამ ქსოვილზე სასიკვდილო დოზაა. პლუტონიუმის გამოყენება ადამიანებში მდგომარეობდა იმაში, რომ ქრონიკულად დაავადებულ პაციენტებს ჩვეულებრივ შეჰყავდათ 5 მიკროგრამი პლუტონიუმის ინტრამუსკულარული ინექცია. საბოლოოდ გაირკვა, რომ პაციენტისთვის სასიკვდილო დოზაა ერთი მიკროგრამი პლუტონიუმი და რომ პლუტონიუმი უფრო საშიშია ვიდრე რადიუმი და მიდრეკილია ძვლებში დაგროვებისკენ.

მოგეხსენებათ, პლუტონიუმი არის ელემენტი, რომელიც პრაქტიკულად არ არსებობს ბუნებაში. თუმცა, დაახლოებით ხუთი ტონა ატმოსფეროში 1945-1963 წლებში ჩატარებული ბირთვული ტესტების შედეგად გათავისუფლდა. 1980-იან წლებამდე ბირთვული ტესტირების შედეგად ატმოსფეროში გამოთავისუფლებული პლუტონიუმის მთლიანი რაოდენობა შეფასებულია 10 ტონად. ზოგიერთი შეფასებით, ამერიკის შეერთებულ შტატებში ნიადაგი შეიცავს საშუალოდ 2 მილიკური (28 მგ) პლუტონიუმს კმ2-ზე ჩავარდნიდან, ხოლო პლუტონიუმის არსებობა წყნარ ოკეანეში გაიზარდა ბირთვული მასალების მთლიან განაწილებასთან შედარებით. დედამიწა.

ეს უკანასკნელი ფენომენი უკავშირდება აშშ-ს ბირთვული ტესტების ჩატარებას მარშალის კუნძულების ტერიტორიაზე წყნარი ოკეანის საცდელ ადგილზე 1950-იანი წლების შუა პერიოდში. ოკეანის ზედაპირულ წყლებში პლუტონიუმის ბინადრობის დრო 6-დან 21 წლამდეა, თუმცა ამ პერიოდის შემდეგაც პლუტონიუმი ბიოგენურ ნაწილაკებთან ერთად ძირში ეცემა, საიდანაც იგი მიკრობული დაშლის შედეგად ხსნად ფორმებად აღდგება. .

ოთხმოცდამეოთხე ელემენტით მსოფლიოს დაბინძურება დაკავშირებულია არა მხოლოდ ბირთვულ ტესტებთან, არამედ წარმოების უბედურ შემთხვევებთან და ამ ელემენტთან ურთიერთქმედების მოწყობილობასთან. ასე რომ, 1968 წლის იანვარში გრენლანდიაში ჩამოვარდა აშშ-ს საჰაერო ძალების B-52, რომელსაც ოთხი ბირთვული ქობინი ჰქონდა. აფეთქების შედეგად მუხტები განადგურდა და პლუტონიუმი გაჟონა ოკეანეში.

ავარიის შედეგად გარემოს რადიოაქტიური დაბინძურების კიდევ ერთი შემთხვევა მოხდა საბჭოთა კოსმოსურ ხომალდ Kosmos-954-თან 1978 წლის 24 იანვარს. უკონტროლო დეორბიტის შედეგად, სატელიტი, რომელსაც ბორტზე ატომური ენერგიის წყარო ჰქონდა, კანადის ტერიტორიაზე ჩავარდა. უბედური შემთხვევის შედეგად გარემოში კილოგრამზე მეტი პლუტონიუმ-238 გავრცელდა, რომელიც დაახლოებით 124000 მ² ფართობზე გავრცელდა.

გარემოში რადიოაქტიური ნივთიერებების შემთხვევით გათავისუფლების ყველაზე საშინელი მაგალითია ავარია ჩერნობილის ატომურ ელექტროსადგურზე, რომელიც მოხდა 1986 წლის 26 აპრილს. მეოთხე ენერგობლოკის განადგურების შედეგად, 190 ტონა რადიოაქტიური ნივთიერება (მათ შორის პლუტონიუმის იზოტოპები) გათავისუფლდა გარემოში დაახლოებით 2200 კმ² ფართობზე.

პლუტონიუმის გარემოში გამოყოფა დაკავშირებულია არა მხოლოდ ადამიანის მიერ წარმოქმნილ ავარიებთან. ცნობილია პლუტონიუმის გაჟონვის შემთხვევები, როგორც ლაბორატორიული, ასევე ქარხნის პირობებში. ცნობილია ოცზე მეტი შემთხვევითი გაჟონვა 235U და 239Pu ლაბორატორიებიდან. 1953-1978 წლებში. გადაუდებელმა შემთხვევებმა გამოიწვია 0,81 (მაიაკი, 15 მარტი, 1953) ზარალი 10,1 კგ-მდე (ტომსკი, 1978 წლის 13 დეკემბერი) 239 Pu. სამრეწველო საწარმოებში მომხდარი ინციდენტების შედეგად დაიღუპა ორი ადამიანი ქალაქ ლოს ალამოსში (1945 წლის 21 აგვისტო და 1946 წლის 21 მაისი) ორი ავარიის გამო და 6,2 კგ პლუტონიუმის დაკარგვა. ქალაქ საროვში 1953 და 1963 წლებში. დაახლოებით 8 და 17,35 კგ დაეცა ბირთვული რეაქტორის გარეთ. ერთ-ერთმა მათგანმა გამოიწვია ბირთვული რეაქტორის განადგურება 1953 წელს.

როდესაც 238Pu ბირთვი ნეიტრონების მიერ დაიშლება, ენერგია გამოიყოფა 200 მევ ოდენობით, რაც 50 მილიონჯერ მეტია, ვიდრე ყველაზე ცნობილი ეგზოთერმული რეაქციის დროს: C + O2 → CO2. ატომურ რეაქტორში „იწვის“ ერთი გრამი პლუტონიუმი იძლევა 2107 კკალს – ეს არის ენერგია, რომელსაც შეიცავს 4 ტონა ნახშირი. პლუტონიუმის საწვავის თითო ენერგეტიკული თვალსაზრისით შეიძლება გაიგივდეს ორმოცი ვაგონი კარგი შეშა!

პლუტონიუმის "ბუნებრივი იზოტოპი" (244Pu) ითვლება ყველაზე ხანგრძლივ იზოტოპად ყველა ტრანსურანის ელემენტებს შორის. მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდია 8,26∙107 წელი. მეცნიერები დიდი ხნის განმავლობაში ცდილობდნენ მიეღოთ ტრანსურანის ელემენტის იზოტოპი, რომელიც იარსებებდა 244 Pu-ზე მეტ ხანს - ამ მხრივ დიდი იმედი იყო 247 სმ-ზე. თუმცა, მისი სინთეზის შემდეგ აღმოჩნდა, რომ ამ ელემენტის ნახევარგამოყოფის პერიოდი მხოლოდ 14 მილიონი წელია.

ამბავი

1934 წელს მეცნიერთა ჯგუფმა ენრიკო ფერმის ხელმძღვანელობით გააკეთა განცხადება, რომ რომის უნივერსიტეტში მეცნიერული მუშაობის დროს მათ აღმოაჩინეს ქიმიური ელემენტი სერიული ნომრით 94. ფერმის დაჟინებული თხოვნით ელემენტს ეწოდა ჰესპერიუმი. მეცნიერი დარწმუნებული იყო, რომ მან აღმოაჩინა ახალი ელემენტი, რომელსაც ახლა პლუტონიუმი ჰქვია, რითაც გამოითქვა ვარაუდი ტრანსურანის ელემენტების არსებობის შესახებ და გახდა მათი თეორიული აღმომჩენი. ფერმიმ დაიცვა ეს ჰიპოთეზა თავის ნობელის ლექციაში 1938 წელს. მხოლოდ გერმანელი მეცნიერების ოტო ფრიშისა და ფრიც შტრასმანის მიერ ბირთვული დაშლის აღმოჩენის შემდეგ, ფერმი იძულებული გახდა გაეკეთებინა ჩანაწერი 1939 წელს სტოკჰოლმში გამოქვეყნებულ ბეჭდურ ვერსიაში, სადაც მიუთითებდა "ტრანსურანის ელემენტების მთელი პრობლემის გადახედვის აუცილებლობაზე". ფაქტია, რომ ფრიშისა და სტრასმანის ნაშრომებმა აჩვენა, რომ ფერმის მიერ მის ექსპერიმენტებში აღმოჩენილი აქტივობა განპირობებული იყო ზუსტად დაშლით და არა ტრანსურანის ელემენტების აღმოჩენით, როგორც მას ადრე სჯეროდა.

ახალი, ოთხმოცდამეოთხე ელემენტი აღმოაჩინეს 1940 წლის ბოლოს. ეს მოხდა ბერკლიში, კალიფორნიის უნივერსიტეტში. ურანის ოქსიდის (U3O8) მძიმე წყალბადის ბირთვებით (დეიტრონები) დაბომბვისას ამერიკელმა რადიოქიმიკოსთა ჯგუფმა გლენ ტ. სიბორგის ხელმძღვანელობით აღმოაჩინა მანამდე უცნობი ალფა ნაწილაკების ემიტერი, რომლის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 90 წელია. ეს ემიტერი აღმოჩნდა No94 ელემენტის იზოტოპი, მასობრივი რიცხვით 238. ამრიგად, 1940 წლის 14 დეკემბერს მიიღეს პლუტონიუმის პირველი მიკროგრამიანი რაოდენობა სხვა ელემენტებისა და მათი ნაერთების შერევასთან ერთად.

1940 წელს ჩატარებული ექსპერიმენტის დროს დადგინდა, რომ მიმდინარე ბირთვული რეაქციის დროს პირველად მიიღება ხანმოკლე იზოტოპი ნეპტუნიუმ-238 (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 2,117 დღე) და მისგან უკვე მიიღება პლუტონიუმი-238:

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

ხანგრძლივი და შრომატევადი ქიმიური ექსპერიმენტები ახალი ელემენტის მინარევებისაგან გამოსაყოფად ორი თვე გაგრძელდა. ახალი ქიმიური ელემენტის არსებობა დაადასტურა 1941 წლის 23-24 თებერვლის ღამეს G.T. Seaborg, E.M. Macmillan, J.W. სულ მცირე ორი დაჟანგვის მდგომარეობის მიერ. ექსპერიმენტების დასრულებიდან ცოტა ხნის შემდეგ გაირკვა, რომ ეს იზოტოპი არ არის დაშლილი და, შესაბამისად, უინტერესოა შემდგომი შესწავლისთვის. მალე (1941 წლის მარტი) კენედიმ, სიბორგმა, სეგრემ და უოლმა ასინთეზეს უფრო მნიშვნელოვანი იზოტოპი პლუტონიუმ-239 ურანის დასხივებით ციკლოტრონში მაღალაჩქარებული ნეიტრონებით. ეს იზოტოპი წარმოიქმნება ნეპტუნიუმ-239-ის დაშლის შედეგად, ასხივებს ალფა სხივებს და ნახევარგამოყოფის პერიოდი 24000 წელია. ელემენტის პირველი სუფთა ნაერთი მიიღეს 1942 წელს, ხოლო პირველი პლუტონიუმის ლითონი წონით 1943 წელს.

ახალი ელემენტის სახელი 94 1948 წელს შემოგვთავაზა მაკმილანმა, რომელმაც პლუტონიუმის აღმოჩენამდე რამდენიმე თვით ადრე ფ.აიბელსონთან ერთად მიიღო ურანზე მძიმე პირველი ელემენტი - ელემენტი No93, რომელსაც პატივსაცემად ნეპტუნიუმი დაარქვეს. პლანეტა ნეპტუნი - პირველი ურანის უკან. ანალოგიით, 94-ე ელემენტს პლუტონიუმი ეწოდა, ვინაიდან პლანეტა პლუტონი ურანის შემდეგ მეორე პლანეტაა. თავის მხრივ, Seaborg-მა შესთავაზა ახალი ელემენტის დარქმევა "პლუტონიუმი", მაგრამ შემდეგ მიხვდა, რომ სახელი არც თუ ისე კარგად ჟღერს "პლუტონიუმთან" შედარებით. გარდა ამისა, მან დაასახელა ახალი ელემენტის სხვა სახელები: ულტიმიუმი, ექსტერმიუმი, იმ დროისთვის მცდარი განსჯის გამო, რომ პლუტონიუმი იქნება ბოლო ქიმიური ელემენტი პერიოდულ სისტემაში. შედეგად, ელემენტს ეწოდა "პლუტონიუმი" მზის სისტემის ბოლო პლანეტის აღმოჩენის პატივსაცემად.

ბუნებაში ყოფნა

პლუტონიუმის ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 75 მილიონი წელია. ეს მაჩვენებელი ძალიან შთამბეჭდავია, თუმცა გალაქტიკის ასაკი მილიარდობით წლით იზომება. აქედან გამომდინარეობს, რომ სამყაროს ელემენტების დიდი სინთეზის დროს წარმოქმნილ ოთხმოცდამეოთხე ელემენტის პირველადი იზოტოპები დღემდე არ ჰქონდათ გადარჩენის შანსი. და მაინც, ეს არ ნიშნავს იმას, რომ დედამიწაზე პლუტონიუმი საერთოდ არ არის. ის მუდმივად წარმოიქმნება ურანის მადნებში. კოსმოსური გამოსხივების ნეიტრონების და ნეიტრონების დაჭერით, რომლებიც წარმოიქმნება 238U ბირთვების სპონტანური (სპონტანური) დაშლის შედეგად, ამ იზოტოპის ზოგიერთი - ძალიან ცოტა - ატომები გადაიქცევა 239U ატომად. ამ ელემენტის ბირთვები ძალიან არასტაბილურია, ისინი ასხივებენ ელექტრონებს და ამით ზრდის მათ მუხტს, ხდება ნეპტუნიუმის, პირველი ტრანსურანის ელემენტის წარმოქმნა. 239Np ასევე არასტაბილურია, მისი ბირთვებიც ასხივებენ ელექტრონებს, ასე რომ სულ რაღაც 56 საათში 239Np ნახევარი იქცევა 239Pu.

ამ იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდი უკვე საკმაოდ გრძელია, 24000 წელი. საშუალოდ, 239Pu შემცველობა დაახლოებით 400000-ჯერ ნაკლებია რადიუმის შემცველობაზე. მაშასადამე, არამარტო მოპოვება - "მიწის" პლუტონიუმის აღმოჩენაც კი უკიდურესად რთულია. მცირე რაოდენობით 239 Pu - ტრილიონედი - და დაშლის პროდუქტები გვხვდება ურანის მადნებში, მაგალითად, ბუნებრივ ბირთვულ რეაქტორში ოკლოში, გაბონი (დასავლეთ აფრიკა). ეგრეთ წოდებული "ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორი" ითვლება ერთადერთ მსოფლიოში, რომელშიც ამჟამად მიმდინარეობს აქტინიდების და მათი დაშლის პროდუქტების წარმოქმნა გეოსფეროში. თანამედროვე შეფასებით, ამ რეგიონში რამდენიმე მილიონი წლის წინ მოხდა თვითშენარჩუნებული რეაქცია სითბოს გამოყოფით, რომელიც ნახევარ მილიონ წელზე მეტს გაგრძელდა.

ასე რომ, უკვე ვიცით, რომ ურანის მადნებში ურანის ბირთვების მიერ ნეიტრონების დაჭერის შედეგად წარმოიქმნება ნეპტუნიუმი (239Np), რომლის β-დაშლის პროდუქტია ბუნებრივი პლუტონიუმი-239. სპეციალური ინსტრუმენტების - მასის სპექტრომეტრების წყალობით, პლუტონიუმ-244-ის (244Pu) არსებობა, რომელსაც აქვს ყველაზე გრძელი ნახევარგამოყოფის პერიოდი - დაახლოებით 80 მილიონი წელი, გამოვლინდა პრეკამბრიულ ბასტნეზიტში (ცერიუმის საბადოში). ბუნებაში, 244Pu ძირითადად გვხვდება დიოქსიდის (PuO2) სახით, რომელიც წყალში ქვიშაზე (კვარცი) შედარებით ნაკლებად ხსნადია. ვინაიდან შედარებით ხანგრძლივი იზოტოპი პლუტონიუმ-240 (240Pu) პლუტონიუმ-244-ის დაშლის ჯაჭვშია, მისი დაშლა ხდება, მაგრამ ეს ხდება ძალიან იშვიათად (10000-დან 1). პლუტონიუმ-238-ის ძალიან მცირე რაოდენობა (238Pu) ეხება ურანის მადნებში ნაპოვნი საწყისი იზოტოპის, ურანი-238-ის ძალიან იშვიათ ორმაგ ბეტა დაშლას.

247Pu და 255Pu იზოტოპების კვალი აღმოჩენილია თერმობირთვული ბომბების აფეთქების შემდეგ შეგროვებულ მტვერში.

პლუტონიუმის მინიმალური რაოდენობა ჰიპოთეტურად შეიძლება მოიძებნოს ადამიანის სხეულში, იმის გათვალისწინებით, რომ პლუტონიუმთან ამა თუ იმ გზით ჩატარებული იყო ბირთვული ტესტების უზარმაზარი რაოდენობა. პლუტონიუმი გროვდება ძირითადად ჩონჩხსა და ღვიძლში, საიდანაც იგი პრაქტიკულად არ გამოიყოფა. გარდა ამისა, ოთხმოცდამეოთხე ელემენტს აგროვებენ ზღვის ორგანიზმები; ხმელეთის მცენარეები პლუტონიუმს ძირითადად ფესვთა სისტემის მეშვეობით შთანთქავენ.

გამოდის, რომ ხელოვნურად სინთეზირებული პლუტონიუმი ჯერ კიდევ არსებობს ბუნებაში, რატომ არ არის მოპოვებული, არამედ ხელოვნურად მიღებული? ფაქტია, რომ ამ ელემენტის კონცენტრაცია ძალიან დაბალია. სხვა რადიოაქტიურ ლითონზე - რადიუმზე ამბობენ: „წარმოების გრამში - მუშაობის წელიწადში“, ხოლო ბუნებაში რადიუმი 400 000-ჯერ მეტია პლუტონიუმზე! ამ მიზეზით, არა მხოლოდ მოპოვება - თუნდაც "მიწის" პლუტონიუმის აღმოჩენა ძალიან რთულია. ეს გაკეთდა მხოლოდ მას შემდეგ, რაც შეისწავლეს ბირთვულ რეაქტორებში მიღებული პლუტონიუმის ფიზიკური და ქიმიური თვისებები.

განაცხადი

239Pu იზოტოპი (U-თან ერთად) გამოიყენება როგორც ბირთვული საწვავი თერმულ და სწრაფ ნეიტრონებზე მომუშავე ენერგეტიკულ რეაქტორებში (ძირითადად), ასევე ბირთვული იარაღის წარმოებაში.

დაახლოებით 500 ატომური ელექტროსადგური მთელს მსოფლიოში გამოიმუშავებს დაახლოებით 370 გიგავატ ელექტროენერგიას (ანუ მსოფლიოში მთლიანი ელექტროენერგიის 15%-ს). პლუტონიუმი-236 გამოიყენება ატომური ელექტრო ბატარეების წარმოებაში, რომელთა ექსპლუატაციის ვადა აღწევს ხუთ წელს ან მეტს, ისინი გამოიყენება დენის გენერატორებში, რომლებიც ასტიმულირებენ გულს (კარდიოსტიმულატორები). 238Pu გამოიყენება მცირე ბირთვული ენერგიის წყაროებში, რომლებიც გამოიყენება კოსმოსურ კვლევებში. ასე რომ, პლუტონიუმი-238 არის ენერგიის წყარო New Horizons, Galileo და Cassini ზონდებისთვის, Curiosity rover-ისთვის და სხვა კოსმოსური ხომალდებისთვის.

ბირთვულ იარაღში გამოიყენება პლუტონიუმი-239, რადგან ეს იზოტოპი ერთადერთი შესაფერისი ნუკლიდია ბირთვული ბომბისთვის გამოსაყენებლად. გარდა ამისა, პლუტონიუმ-239-ის უფრო ხშირი გამოყენება ატომურ ბომბებში განპირობებულია იმით, რომ პლუტონიუმი იკავებს მცირე მოცულობას სფეროში (სადაც მდებარეობს ბომბის ბირთვი), შესაბამისად, ბომბის ფეთქებადი სიმძლავრის მოპოვება შესაძლებელია. ამ ქონებას.

სქემა, რომლითაც ხდება ბირთვული აფეთქება პლუტონიუმის მონაწილეობით, მდგომარეობს თავად ბომბის დიზაინში, რომლის ბირთვი შედგება 239 Pu-ით სავსე სფეროსგან. მიწაზე ზემოქმედების მომენტში, სფერო შეკუმშულია მილიონ ატმოსფეროში სტრუქტურის გამო და ამ სფეროს გარშემო არსებული ასაფეთქებელი ნივთიერებების გამო. ზემოქმედების შემდეგ ბირთვი ფართოვდება მოცულობით და სიმკვრივით უმოკლეს დროში - ათი მიკროწამი, შეკრება სრიალებს თერმული ნეიტრონების კრიტიკულ მდგომარეობაში და გადადის სუპერკრიტიკულ მდგომარეობაში სწრაფ ნეიტრონებზე - იწყება ბირთვული ჯაჭვის რეაქცია ნეიტრონების მონაწილეობით და ელემენტის ბირთვები. ბირთვული ბომბის საბოლოო აფეთქებისას გამოიყოფა ათეულობით მილიონი გრადუსის რიგის ტემპერატურა.

პლუტონიუმის იზოტოპებმა იპოვეს მათი გამოყენება ტრანსპლუტონიუმის (პლუტონიუმის შემდეგ) ელემენტების სინთეზში. მაგალითად, Oak Ridge-ის ეროვნულ ლაბორატორიაში, გრძელვადიანი ნეიტრონული დასხივება 239Pu-ით წარმოქმნის 24496Cm, 24296Cm, 24997Bk, 25298Cf, 25399Es და 257100Fm. Americium 24195Am ანალოგიურად 1944 წელს პირველად იქნა მიღებული. 2010 წელს, პლუტონიუმ-242 ოქსიდი, რომელიც დაბომბეს კალციუმ-48 იონებით, ემსახურებოდა არაუნკვადიუმის წყაროს.

δ-სტაბილიზებული პლუტონიუმის შენადნობები გამოიყენება საწვავის ღეროების წარმოებაში, რადგან მათ აქვთ მნიშვნელოვნად უკეთესი მეტალურგიული თვისებები სუფთა პლუტონიუმთან შედარებით, რომელიც გაცხელებისას განიცდის ფაზურ გადასვლებს და არის ძალიან მყიფე და არასანდო მასალა. პლუტონიუმის შენადნობები სხვა ელემენტებთან (მეტალთაშორის ნაერთებთან) ჩვეულებრივ მიიღება ელემენტების საჭირო თანაფარდობით უშუალო ურთიერთქმედებით, ძირითადად გამოიყენება რკალი დნობით, ზოგჯერ არასტაბილური შენადნობები მიიღება შესხურებით ან დნობის გაგრილებით.

პლუტონიუმის ძირითადი სამრეწველო შენადნობის ელემენტებია გალიუმი, ალუმინი და რკინა, თუმცა პლუტონიუმს შეუძლია შექმნას შენადნობები და შუალედური ნაერთები უმეტეს ლითონებთან იშვიათი გამონაკლისებით (კალიუმი, ნატრიუმი, ლითიუმი, რუბიდიუმი, მაგნიუმი, კალციუმი, სტრონციუმი, ბარიუმი, ევროპიუმი და იტერბიუმი. ). ცეცხლგამძლე ლითონები: მოლიბდენი, ნიობიუმი, ქრომი, ტანტალი და ვოლფრამი ხსნადია თხევად პლუტონიუმში, მაგრამ თითქმის უხსნადი ან ოდნავ ხსნადი მყარ პლუტონიუმში. ინდიუმს, სილიციუმს, თუთიას და ცირკონიუმს შეუძლიათ სწრაფად გაცივებისას შექმნან მეტასტაბილური δ-პლუტონიუმი (δ"-ფაზა. გალიუმს, ალუმინს, ამერიციუმს, სკანდიუმს და ცერიუმს შეუძლიათ δ-პლუტონიუმის სტაბილიზაცია ოთახის ტემპერატურაზე.

დიდი რაოდენობით ჰოლმიუმი, ჰაფნიუმი და ტალიუმი შესაძლებელს ხდის გარკვეული δ-პლუტონიუმის შენარჩუნებას ოთახის ტემპერატურაზე. ნეპტუნიუმი ერთადერთი ელემენტია, რომელსაც შეუძლია α-პლუტონიუმის სტაბილიზაცია მაღალ ტემპერატურაზე. ტიტანი, ჰაფნიუმი და ცირკონიუმი ასტაბილურებს β-პლუტონიუმის სტრუქტურას ოთახის ტემპერატურაზე სწრაფი გაგრილებისას. ასეთი შენადნობების გამოყენება საკმაოდ მრავალფეროვანია. მაგალითად, პლუტონიუმ-გალიუმის შენადნობი გამოიყენება პლუტონიუმის δ ფაზის სტაბილიზაციისთვის, რაც თავიდან აიცილებს α-δ ფაზის გადასვლას. პლუტონიუმ-გალიუმ-კობალტის სამჯერადი შენადნობი (PuGaCo5) არის ზეგამტარი შენადნობი 18,5 კ ტემპერატურაზე. არსებობს მთელი რიგი შენადნობები (პლუტონიუმ-ცირკონიუმი, პლუტონიუმ-ცერიუმი და პლუტონიუმ-ცერიუმ-კობალტი), რომლებიც გამოიყენება როგორც ბირთვული საწვავი.

წარმოება

კომერციული პლუტონიუმი მიიღება ორი გზით. ეს არის ან ბირთვულ რეაქტორებში შემავალი 238U ბირთვების დასხივება, ან პლუტონიუმის გამოყოფა რადიოქიმიური მეთოდებით (თანაპრეციპიტაცია, მოპოვება, იონური გაცვლა და ა.შ.) ურანის, ტრანსურანის ელემენტებისა და დახარჯული საწვავის დაშლის პროდუქტებისგან.

პირველ შემთხვევაში, პრაქტიკაში ყველაზე მნიშვნელოვანი 239Pu იზოტოპი (ნარევში 240Pu მცირე შერევით) იწარმოება ბირთვულ რეაქტორებში ურანისა და ნეიტრონის ბირთვების მონაწილეობით β-დაშლის გამოყენებით და ნეპტუნიუმის იზოტოპების მონაწილეობით, როგორც შუალედური. დაშლის პროდუქტი:

23892U + 21D → 23893Np + 210n;

23893Np → 23894Pu

β--დაშლა

ამ პროცესში დეიტრონი შედის ურანი-238-ში, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ნეპტუნი-238 და ორი ნეიტრონი. შემდეგი, ნეპტუნიუმი-238 სპონტანურად იშლება, გამოყოფს ბეტა-მინუს ნაწილაკებს, რომლებიც ქმნიან პლუტონიუმ-238-ს.

ჩვეულებრივ ნარევში 239Pu შემცველობა არის 90-95%, 240Pu-1-7%, სხვა იზოტოპების შემცველობა არ აღემატება პროცენტის მეათედს. იზოტოპები ხანგრძლივი ნახევარგამოყოფის პერიოდით - 242Pu და 244Pu მიიღება 239Pu ნეიტრონების ხანგრძლივი დასხივებით. უფრო მეტიც, 242Pu გამოსავლიანობა არის რამდენიმე ათეული პროცენტი, ხოლო 244Pu არის 242Pu შემცველობის პროცენტული ნაწილი. მცირე რაოდენობით იზოტოპურად სუფთა პლუტონიუმ-238 წარმოიქმნება ნეპტუნიუმ-237 ნეიტრონებით დასხივებისას. პლუტონიუმის მსუბუქი იზოტოპები მასობრივი ნომრებით 232-237 ჩვეულებრივ მიიღება ციკლოტრონში ურანის იზოტოპების α-ნაწილაკებით დასხივებით.

239Pu-ს სამრეწველო წარმოების მეორე მეთოდი იყენებს პურექსის პროცესს, რომელიც დაფუძნებულია ტრიბუტილ ფოსფატით ექსტრაქციაზე მსუბუქ გამხსნელში. პირველ ციკლში Pu და U ერთობლივად იწმინდება დაშლის პროდუქტებისგან, შემდეგ კი გამოყოფენ. მეორე და მესამე ციკლებში პლუტონიუმი ექვემდებარება შემდგომ გაწმენდას და კონცენტრაციას. ასეთი პროცესის სქემა ეფუძნება განცალკევებული ელემენტების ტეტრა- და ექვსვალენტური ნაერთების თვისებებში განსხვავებას.

თავდაპირველად ხდება დახარჯული საწვავის ღეროების დემონტაჟი და დახარჯული პლუტონიუმის და ურანის შემცველი საფარის მოცილება ფიზიკური და ქიმიური საშუალებებით. შემდეგ, მოპოვებული ბირთვული საწვავი იხსნება აზოტის მჟავაში. ყოველივე ამის შემდეგ, ეს არის ძლიერი ჟანგვის აგენტი, როდესაც იხსნება და ურანი, პლუტონიუმი და მინარევები იჟანგება. ნულოვანი პლუტონიუმის ატომები გარდაიქმნება Pu + 6-ად და იხსნება პლუტონიუმიც და ურანიც. ამ ხსნარიდან ოთხმოცდამეოთხე ელემენტი გოგირდის დიოქსიდით მცირდება სამვალენტიან მდგომარეობაში, შემდეგ კი ლანთანის ფტორიდით (LaF3).

თუმცა, ნალექი, პლუტონიუმის გარდა, შეიცავს ნეპტუნიუმს და იშვიათი დედამიწის ელემენტებს, მაგრამ ძირითადი ნაწილი (ურანი) რჩება ხსნარში. შემდეგ, პლუტონიუმი ხელახლა იჟანგება Pu + 6-მდე და კვლავ უმატებენ ლანთანუმის ფტორს. ახლა იშვიათი დედამიწის ელემენტები გადადის ნალექში და პლუტონიუმი რჩება ხსნარში. შემდეგი, ნეპტუნიუმი იჟანგება ოთხვალენტიან მდგომარეობაში კალიუმის ბრომატით, რადგან ეს რეაგენტი არ მოქმედებს პლუტონიუმზე, შემდეგ მეორადი ნალექების დროს იმავე ლანთანის ფტორიდით, სამვალენტიანი პლუტონიუმი აგროვებს და ნეპტუნიუმი რჩება ხსნარში. ასეთი ოპერაციების საბოლოო პროდუქტებია პლუტონიუმის შემცველი ნაერთები - PuO2 დიოქსიდი ან ფტორიდები (PuF3 ან PuF4), საიდანაც (ბარიუმით, კალციუმის ან ლითიუმის ორთქლით შემცირებით) მიიღება მეტალური პლუტონიუმი.

უფრო სუფთა პლუტონიუმის მიღწევა შესაძლებელია პიროქიმიურად წარმოებული ლითონის ელექტროლიტური გადამუშავებით, რომელიც ხორციელდება ელექტროლიზის უჯრედებში 700 ° C ტემპერატურაზე კალიუმის, ნატრიუმის და პლუტონიუმის ქლორიდის ელექტროლიტით ვოლფრამის ან ტანტალის კათოდის გამოყენებით. ამგვარად მიღებულ პლუტონიუმს აქვს 99,99% სისუფთავე.

დიდი რაოდენობით პლუტონიუმის მისაღებად შენდება სელექციონერი რეაქტორები, ეგრეთ წოდებული „ბრეიდერები“ (ინგლისური ზმნიდან breed - გამრავლება). ამ რეაქტორებმა დასახელება მიიღეს იმის გამო, რომ მათ შეუძლიათ მიიღონ დასაშლელი მასალა იმ რაოდენობით, რომელიც აღემატება ამ მასალის მოპოვების ღირებულებას. ამ ტიპის რეაქტორებს შორის განსხვავება დანარჩენებისგან არის ის, რომ მათში ნეიტრონები არ არის შენელებული (არ არსებობს მოდერატორი, მაგალითად, გრაფიტი), რათა მაქსიმალურად რეაგირება მოახდინონ 238U-სთან.

რეაქციის შემდეგ წარმოიქმნება 239U ატომები, რომლებიც მოგვიანებით ქმნიან 239Pu. ასეთი რეაქტორის ბირთვი, რომელიც შეიცავს PuO2-ს დაქვეითებულ ურანის დიოქსიდში (UO2), გარშემორტყმულია კიდევ უფრო გაფუჭებული ურანის-238 დიოქსიდის (238UO2) გარსით, რომელშიც წარმოიქმნება 239Pu. 238U-სა და 235U-ის ერთობლივი გამოყენება საშუალებას აძლევს "გამომშენებლებს" გამოიმუშაონ ენერგია ბუნებრივი ურანიდან 50-60-ჯერ მეტი, ვიდრე სხვა რეაქტორები. თუმცა, ამ რეაქტორებს დიდი ნაკლი აქვთ - საწვავის ღეროები წყლის გარდა სხვა საშუალებით უნდა გაცივდეს, რაც მათ ენერგიას ამცირებს. ამიტომ, გადაწყდა თხევადი ნატრიუმის გამოყენება როგორც გამაგრილებელი.

ასეთი რეაქტორების მშენებლობა ამერიკის შეერთებულ შტატებში დაიწყო მეორე მსოფლიო ომის დასრულების შემდეგ, სსრკ-მ და დიდმა ბრიტანეთმა მათი შექმნა მხოლოდ 1950-იან წლებში დაიწყეს.

ფიზიკური თვისებები

პლუტონიუმი არის ძალიან მძიმე (სიმკვრივე 19,84 გ/სმ³) ვერცხლისფერი ლითონი, გასუფთავებულ მდგომარეობაში ძალიან ჰგავს ნიკელს, თუმცა, პლუტონიუმი სწრაფად იჟანგება ჰაერში, ჭუჭყიანდება, წარმოქმნის მოლურჯო ფენას, ჯერ ღია ყვითლად, შემდეგ გადაიქცევა მუქ მეწამულად. . ძლიერი დაჟანგვის დროს ლითონის ზედაპირზე ჩნდება ზეთისხილის-მწვანე ოქსიდის ფხვნილი (PuO2).

პლუტონიუმი არის ძალიან ელექტროუარყოფითი და რეაქტიული ლითონი, ბევრჯერ მეტი ვიდრე ურანიც კი. მას აქვს შვიდი ალოტროპული მოდიფიკაცია (α, β, γ, δ, δ", ε და ζ), რომლებიც იცვლება ტემპერატურის გარკვეულ დიაპაზონში და გარკვეული წნევის დიაპაზონში.ოთახის ტემპერატურაზე პლუტონიუმი არის α-ფორმაში - ეს არის პლუტონიუმის ყველაზე გავრცელებული ალოტროპული მოდიფიკაცია ალფა ფაზაში სუფთა პლუტონიუმი მყიფე და საკმაოდ მყარია - ეს სტრუქტურა დაახლოებით ისეთივე მყარია, როგორც ნაცრისფერი თუჯის, თუ იგი არ არის შენადნობი სხვა ლითონებთან, რათა შენადნობი გახდეს დრეკადი და რბილი. (მხოლოდ ოსმიუმი, ირიდიუმი. პლატინა, რენიუმი და ნეპტუნიუმი მასზე მძიმეა.) პლუტონიუმის შემდგომ ალოტროპულ გარდაქმნებს თან ახლავს სიმკვრივის მკვეთრი ცვლილებები და დელტა-პრიმი). საშუალებას აძლევს გაუხსნელ პლუტონიუმს ცურვას.

პლუტონიუმი გამოირჩევა არაჩვეულებრივი თვისებების დიდი რაოდენობით: მას აქვს ყველაზე დაბალი თბოგამტარობა ყველა ლითონთან შედარებით - 300 K-ზე არის 6,7 W / (m K); პლუტონიუმს აქვს ყველაზე დაბალი ელექტრული გამტარობა; თხევად ფაზაში პლუტონიუმი ყველაზე ბლანტი მეტალია. ოთახის ტემპერატურაზე ოთხმოცდამეოთხე ელემენტის წინაღობა ძალიან მაღალია ლითონისთვის და ეს თვისება გაიზრდება ტემპერატურის კლებასთან ერთად, რაც არ არის დამახასიათებელი მეტალებისთვის. ასეთი "ანომალია" შეიძლება გამოვლინდეს 100 K ტემპერატურამდე - ამ ნიშნის ქვემოთ, ელექტრული წინააღმდეგობა შემცირდება. თუმცა, 20 K ნიშნიდან, წინააღმდეგობა კვლავ იწყებს ზრდას ლითონის რადიაციული აქტივობის გამო.

პლუტონიუმს აქვს ყველაზე მაღალი ელექტრული წინაღობა ყველა შესწავლილ აქტინიდთან შედარებით (ჯერჯერობით), 150 μΩ სმ (22°C-ზე). ამ ლითონს აქვს დაბალი დნობის წერტილი (640°C) და უჩვეულოდ მაღალი დუღილის წერტილი (3227°C). დნობის წერტილთან უფრო ახლოს, თხევად პლუტონიუმს აქვს ძალიან მაღალი სიბლანტე და ზედაპირული დაძაბულობა სხვა ლითონებთან შედარებით.

მისი რადიოაქტიურობის გამო პლუტონიუმი თბილია შეხებისას. თერმულ ქურთუკში პლუტონიუმის დიდი ნაჭერი თბება ტემპერატურაზე, რომელიც აღემატება წყლის დუღილს! გარდა ამისა, თავისი რადიოაქტიურობის გამო, პლუტონიუმი დროთა განმავლობაში განიცდის ცვლილებებს თავის კრისტალურ გისოსში - ერთგვარი ანილირება ხდება თვითდასხივების გამო 100 კ-ზე მეტი ტემპერატურის ზრდის გამო.

პლუტონიუმში დიდი რაოდენობით ალოტროპული მოდიფიკაციების არსებობა ართულებს ლითონს დამუშავებასა და გამოყვანას ფაზური გადასვლების გამო. ჩვენ უკვე ვიცით, რომ ალფა ფორმაში ოთხმოცდამეოთხე ელემენტი თვისებებით თუჯის მსგავსია, თუმცა მას აქვს თვისება შეიცვალოს და გადაიქცეს დრეკად მასალად და შექმნას ელასტიური β-ფორმა მაღალ ტემპერატურულ დიაპაზონში. პლუტონიუმი δ სახით ჩვეულებრივ სტაბილურია 310°C-დან 452°C-მდე ტემპერატურაზე, მაგრამ შეიძლება არსებობდეს ოთახის ტემპერატურაზე, თუ დოპინგი იქნება ალუმინის, ცერიუმის ან გალიუმის დაბალი პროცენტული შემცველობით. ამ ლითონებთან შენადნობით, პლუტონიუმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას შედუღებაში. ზოგადად, დელტა ფორმას აქვს უფრო გამოხატული ლითონის მახასიათებლები - იგი ახლოს არის ალუმინისთან სიმტკიცით და გაყალბების უნარით.

ქიმიური თვისებები

ოთხმოცდამეოთხე ელემენტის ქიმიური თვისებები მრავალი თვალსაზრისით ჰგავს პერიოდულ სისტემაში მისი წინამორბედების - ურანისა და ნეპტუნის თვისებებს. პლუტონიუმი საკმაოდ აქტიური ლითონია, ის ქმნის ნაერთებს ჟანგვის მდგომარეობით +2-დან +7-მდე. წყალხსნარებში ელემენტი ავლენს შემდეგ ჟანგვის მდგომარეობებს: Pu (III), როგორც Pu3+ (არსებობს მჟავე წყალხსნარებში, აქვს ღია მეწამული ფერი); Pu (IV), როგორც Pu4+ (შოკოლადის ჩრდილი); Pu (V), როგორც PuO2+ (გამჭვირვალე ხსნარი); Pu(VI) როგორც PuO22+ (ღია ნარინჯისფერი ხსნარი) და Pu(VII) როგორც PuO53- (მწვანე ხსნარი).

უფრო მეტიც, ეს იონები (გარდა PuO53--ისა) შეიძლება ერთდროულად იყვნენ ხსნარში წონასწორობაში, რაც აიხსნება 5f-ელექტრონების არსებობით, რომლებიც განლაგებულია ელექტრონის ორბიტალის ლოკალიზებულ და დელოკალიზებულ ზონაში. pH 5-8-ზე დომინირებს Pu (IV), რომელიც ყველაზე სტაბილურია სხვა ვალენტობათა შორის (ჟანგვის მდგომარეობები). ყველა ჟანგვის მდგომარეობის პლუტონიუმის იონები მიდრეკილია ჰიდროლიზისა და კომპლექსების წარმოქმნისკენ. ასეთი ნაერთების წარმოქმნის უნარი იზრდება Pu5+ სერიებში

კომპაქტური პლუტონიუმი ნელ-ნელა იჟანგება ჰაერში და იფარება ოქსიდის ირისისფერი ცხიმიანი ფენით. ცნობილია პლუტონიუმის შემდეგი ოქსიდები: PuO, Pu2O3, PuO2 და ცვლადი შემადგენლობის ფაზა Pu2O3 - Pu4O7 (ბერთოლიდები). მცირე რაოდენობით ტენიანობის არსებობისას, ჟანგვის და კოროზიის სიჩქარე მნიშვნელოვნად იზრდება. თუ მეტალი საკმარისად დიდხანს ექვემდებარება მცირე რაოდენობით ტენიან ჰაერს, მის ზედაპირზე წარმოიქმნება პლუტონიუმის დიოქსიდი (PuO2). ჟანგბადის ნაკლებობით, მისი დიჰიდრიდი (PuH2) ასევე შეიძლება ჩამოყალიბდეს. გასაკვირია, რომ პლუტონიუმი ბევრად უფრო სწრაფად ჟანგდება ინერტულ აირში (მაგ. არგონში) წყლის ორთქლთან ერთად, ვიდრე მშრალ ჰაერში ან სუფთა ჟანგბადში. სინამდვილეში, ეს ფაქტი ადვილი ასახსნელია – ჟანგბადის პირდაპირი მოქმედება პლუტონიუმის ზედაპირზე აყალიბებს ოქსიდის ფენას, რაც ხელს უშლის შემდგომ დაჟანგვას, ტენის არსებობა წარმოქმნის ოქსიდისა და ჰიდრიდის ფხვიერ ნარევს. სხვათა შორის, სწორედ ასეთი საფარის წყალობით, ლითონი ხდება პიროფორული, ანუ მას შეუძლია სპონტანური წვა, ამ მიზეზით, მეტალის პლუტონიუმი, როგორც წესი, მუშავდება არგონის ან აზოტის ინერტულ ატმოსფეროში. ამავდროულად, ჟანგბადი არის დამცავი ნივთიერება და ხელს უშლის ტენიანობის ზემოქმედებას მეტალზე.

ოთხმოცდამეოთხე ელემენტი რეაგირებს მჟავებთან, ჟანგბადთან და მათ ორთქლებთან, მაგრამ არა ტუტეებთან. პლუტონიუმი ძალიან ხსნადია მხოლოდ ძალიან მჟავე გარემოში (მაგალითად, მარილმჟავა HCl), ასევე იხსნება წყალბადის ქლორიდში, წყალბადის იოდიდში, წყალბადის ბრომიდში, 72% პერქლორინის მჟავაში, 85% ფოსფორის მჟავაში H3PO4, კონცენტრირებულ CCl3COOH, კონცენტრირებულ სულფამის მჟავაში და დუღილში. აზოტის მჟავა. პლუტონიუმი შესამჩნევად არ იხსნება ტუტე ხსნარებში.

როდესაც ტუტეები მოქმედებენ ოთხვალენტიანი პლუტონიუმის შემცველ ხსნარებზე, ნალექი ჩნდება პლუტონიუმის ჰიდროქსიდის Pu(OH)4 xH2O-ის ნალექი, რომელსაც აქვს ძირითადი თვისებები. როდესაც ტუტეები მოქმედებენ PuO2+-ის შემცველ მარილების ხსნარებზე, ამფოტერული ჰიდროქსიდი PuO2OH გროვდება. მას შეესაბამება მარილები - პლუტონიტები, მაგალითად, Na2Pu2O6.

პლუტონიუმის მარილები ადვილად ჰიდროლიზდება ნეიტრალურ ან ტუტე ხსნარებთან შეხებისას, რაც ქმნის უხსნად პლუტონიუმის ჰიდროქსიდს. კონცენტრირებული პლუტონიუმის ხსნარები არასტაბილურია რადიოლიზური დაშლის გამო, რაც იწვევს ნალექებს.

პლუტონიუმი
ატომური ნომერი	94
მარტივი ნივთიერების გარეგნობა
ატომის თვისებები
ატომური მასა (მოლური მასა)	244.0642 ა. ე. მ. (/მოლი)
ატომის რადიუსი	151 საათი
იონიზაციის ენერგია (პირველი ელექტრონი)	491.9 (5.10) კჯ/მოლი (eV)
ელექტრონული კონფიგურაცია	5f 6 7s 2
ქიმიური თვისებები
კოვალენტური რადიუსი	n/a pm
იონის რადიუსი	(+4e) 93 (+3e) 108 pm
ელექტრონეგატიურობა (პოლინგის მიხედვით)	1,28
ელექტროდის პოტენციალი	Pu ← Pu 4+ -1.25V Pu←Pu 3+ -2.0V Pu ← Pu 2+ -1.2V
ჟანგვის მდგომარეობები	6, 5, 4, 3
მარტივი ნივთიერების თერმოდინამიკური თვისებები
სიმკვრივე	19.84 / სმ³
მოლური სითბოს მოცულობა	32.77 ჯ /(მოლ)
თბოგამტარობა	(6.7) ვ/( )
დნობის ტემპერატურა	914
დნობის სითბო	2,8 კჯ/მოლ
დუღილის ტემპერატურა	3505
აორთქლების სითბო	343,5 კჯ / მოლ
მოლური მოცულობა	12.12 სმ³/მოლ
მარტივი ნივთიერების ბროლის ბადე
გისოსების სტრუქტურა	მონოკლინიკა
გისოსების პარამეტრები	a=6.183 b=4.822 c=10.963 β=101.8
გ/ა თანაფარდობა	—
დებიე ტემპერატურა	162

პლუტონიუმი- აქტინიდის ჯგუფის რადიოაქტიური ქიმიური ელემენტი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება წარმოებაში ბირთვული იარაღები(ე.წ. „იარაღის ხარისხის პლუტონიუმი“), ასევე (ექსპერიმენტულად) როგორც ბირთვული საწვავი ბირთვული რეაქტორებისთვის სამოქალაქო და კვლევითი მიზნებისთვის. პირველი ხელოვნური ელემენტი, რომელიც მიღებულია ასაწონად ხელმისაწვდომი რაოდენობით (1942).

ცხრილი მარჯვნივ გვიჩვენებს α-Pu-ს, პლუტონიუმის მთავარი ალოტროპული მოდიფიკაციის ძირითად თვისებებს ოთახის ტემპერატურაზე და ნორმალურ წნევაზე.

პლუტონიუმის ისტორია

პლუტონიუმის იზოტოპი 238 Pu პირველად ხელოვნურად იქნა მიღებული 1941 წლის 23 თებერვალს ამერიკელი მეცნიერების ჯგუფმა გლენ სიბორგის ხელმძღვანელობით ბირთვების დასხივებით. ურანიდეიტრონები. აღსანიშნავია, რომ პლუტონიუმი ბუნებაში მხოლოდ ხელოვნური წარმოების შემდეგ იქნა აღმოჩენილი: ურანის მადნებში, როგორც ურანის რადიოაქტიური ტრანსფორმაციის პროდუქტი, ჩვეულებრივ გვხვდება უმნიშვნელო რაოდენობით 239 Pu.

ბუნებაში პლუტონიუმის აღმოჩენა

ურანის მადნებში, ურანის ბირთვების მიერ ნეიტრონების (მაგალითად, კოსმოსური გამოსხივების ნეიტრონების) დაჭერის შედეგად, ნეპტუნიუმი(239 Np), რომლის β-დაშლის პროდუქტია ბუნებრივი პლუტონიუმი-239. თუმცა, პლუტონიუმი წარმოიქმნება ისეთი მიკროსკოპული რაოდენობით (0,4-15 წილი Pu 10 12 ნაწილად U), რომ მისი მოპოვება ურანის მადნებიდან გამორიცხულია.

სახელის წარმოშობაპლუტონიუმი

1930 წელს ასტრონომიული სამყარო აღფრთოვანებული იყო შესანიშნავი ამბით: აღმოჩენილი იქნა ახალი პლანეტა, რომლის არსებობაზეც დიდი ხანია საუბრობდა ასტრონომი, მათემატიკოსი და მარსზე სიცოცხლის შესახებ ფანტასტიკური ნარკვევების ავტორი პერსივალ ლოველი. მოძრაობებზე ხანგრძლივი დაკვირვების საფუძველზე ურანიდა ნეპტუნილოველი მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ მზის სისტემაში ნეპტუნის მიღმა უნდა არსებობდეს სხვა, მეცხრე პლანეტა, მზიდან ორმოცჯერ უფრო შორს, ვიდრე დედამიწა.

ეს პლანეტა, რომლის ორბიტის ელემენტები ლაველმა ჯერ კიდევ 1915 წელს გამოთვალა, აღმოაჩინეს 1930 წლის 21, 23 და 29 იანვარს გადაღებულ ფოტოსურათებზე ასტრონომ კ. ტომბოს მიერ Flagstaff Observatory-ში. აშშ) . პლანეტას დაარქვეს სახელი პლუტონი. ამ პლანეტის სახელით, რომელიც მდებარეობს მზის სისტემაში ნეპტუნის მიღმა, 94-ე ელემენტს ეწოდა პლუტონიუმი, რომელიც ხელოვნურად იქნა მიღებული 1940 წლის ბოლოს ბირთვებისგან. ატომები ურანიამერიკელ მეცნიერთა ჯგუფი გ.სიბორგის ხელმძღვანელობით.

ფიზიკური თვისებებიპლუტონიუმი

პლუტონიუმის 15 იზოტოპია - ყველაზე დიდი რაოდენობით მიიღება იზოტოპები მასობრივი რიცხვებით 238-დან 242-მდე:

238 Pu -> (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 86 წელი, ალფა დაშლა) -> 234 U,

ეს იზოტოპი გამოიყენება თითქმის ექსკლუზიურად კოსმოსურ RTG-ებში, მაგალითად, ყველა მოწყობილობაზე, რომელიც გაფრინდა მარსის ორბიტის მიღმა.

239 Pu -> (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 24360 წელი, ალფა დაშლა) -> 235 U,

ეს იზოტოპი ყველაზე შესაფერისია ბირთვული იარაღისა და სწრაფი ნეიტრონული ბირთვული რეაქტორების შესაქმნელად.

240 Pu -> (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 6580 წელი, ალფა დაშლა) -> 236 U, 241 Pu -> (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 14.0 წელი, ბეტა დაშლა) -> 241 Am, 242 Pu -> (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 370,000 წელი, ალფა -დაშლა) -> 238 U

ეს სამი იზოტოპი არ არის სერიოზული ინდუსტრიული მნიშვნელობის, მაგრამ ისინი მიიღება როგორც ქვეპროდუქტები, როდესაც ენერგია მიიღება ურანის ბირთვულ რეაქტორებში, ურანი-238 ბირთვების მიერ რამდენიმე ნეიტრონის თანმიმდევრული დაჭერით. იზოტოპი 242 ბირთვული თვისებებით ყველაზე მეტად ჰგავს ურანს-238-ს. Americium-241, რომელიც წარმოიქმნება 241 იზოტოპის დაშლის შედეგად, გამოიყენებოდა კვამლის დეტექტორებში.

პლუტონიუმი საინტერესოა იმით, რომ იგი გადის ექვს ფაზურ გადასვლას გამაგრების ტემპერატურიდან ოთახის ტემპერატურამდე, ვიდრე ნებისმიერი სხვა ქიმიური ელემენტი. ამ უკანასკნელთან ერთად სიმკვრივე მკვეთრად იზრდება 11%-ით, რის შედეგადაც პლუტონიუმის ჩამოსხმა იბზარება. ალფა ფაზა სტაბილურია ოთახის ტემპერატურაზე, რომლის მახასიათებლები მოცემულია ცხრილში. განაცხადისთვის უფრო მოსახერხებელია დელტა ფაზა, რომელსაც აქვს უფრო დაბალი სიმკვრივე და კუბური სხეულზე ორიენტირებული გისოსი. დელტა ფაზაში პლუტონიუმი ძალიან დრეკადია, ხოლო ალფა ფაზა მყიფეა. დელტა ფაზაში პლუტონიუმის სტაბილიზაციისთვის გამოიყენება სამვალენტიანი ლითონებით შენადნობი (პირველ ბირთვულ მუხტებში გამოიყენებოდა გალიუმი).

პლუტონიუმის გამოყენება

პირველი პლუტონიუმზე დაფუძნებული ბირთვული მუხტი აფეთქდა 1945 წლის 16 ივლისს ალამოგორდოს საცდელ ადგილზე (ტესტი კოდური სახელწოდებით "სამება").

პლუტონიუმის ბიოლოგიური როლი

პლუტონიუმი ძალიან ტოქსიკურია; MPC 239 Pu-სთვის ღია წყლის ობიექტებში და სამუშაო შენობების ჰაერში არის 81,4 და 3,3*10 −5 Bq/l, შესაბამისად. პლუტონიუმის იზოტოპების უმეტესობას აქვს მაღალი იონიზაციის სიმკვრივე და ნაწილაკების მოკლე გზა, ამიტომ მისი ტოქსიკურობა გამოწვეულია არა იმდენად მისი ქიმიური თვისებებით (ალბათ, ამ მხრივ, პლუტონიუმი არ არის უფრო ტოქსიკური ვიდრე სხვა მძიმე ლითონები), არამედ მაიონებელი ეფექტით. სხეულის მიმდებარე ქსოვილები. პლუტონიუმი განსაკუთრებით მაღალი რადიოტოქსიკურობის მქონე ელემენტების ჯგუფს მიეკუთვნება. ორგანიზმში პლუტონიუმი წარმოქმნის დიდ შეუქცევად ცვლილებებს ჩონჩხში, ღვიძლში, ელენთაში, თირკმელებში და იწვევს კიბოს. პლუტონიუმის მაქსიმალური დასაშვები შემცველობა ორგანიზმში არ უნდა აღემატებოდეს მიკროგრამის მეათედს.

თემასთან დაკავშირებული მხატვრული ნაწარმოებებიპლუტონიუმი

- პლუტონიუმი გამოიყენებოდა De Lorean DMC-12 მანქანისთვის ფილმში Back to the Future, როგორც საწვავი ნაკადის აკუმულატორისთვის მომავალში ან წარსულში მოგზაურობისთვის.

- პლუტონიუმი იყო ტერორისტების მიერ აფეთქებული ატომური ბომბის მუხტი დენვერში, აშშ, ტომ კლენსის ნაწარმოებში "მსოფლიოს ყველა შიში".

- Kenzaburo Oe "Pinchrunner's Notes"

- 2006 წელს კომპანია "Beacon Pictures"-მა გამოუშვა ფილმი "Plutonium-239" ( "Pu-239")

Ქიმია

Plutonium Pu - ელემენტი No94 ასოცირდება ძალიან დიდ იმედებთან და კაცობრიობის ძალიან დიდ შიშებთან. დღეს ის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი, სტრატეგიულად მნიშვნელოვანი ელემენტია. ეს არის ყველაზე ძვირი ტექნიკურად მნიშვნელოვანი ლითონებიდან - ის ბევრად უფრო ძვირია, ვიდრე ვერცხლი, ოქრო და პლატინა. ის ნამდვილად ძვირფასია.

ფონი და ისტორია

დასაწყისში იყო პროტონები - გალაქტიკური წყალბადი. მისი შეკუმშვის და შემდგომი ბირთვული რეაქციების შედეგად წარმოიქმნა ნუკლეონების ყველაზე წარმოუდგენელი „ინგოტები“. მათ შორის, ეს "ინგოტები", როგორც ჩანს, შეიცავდა 94 პროტონს. თეორეტიკოსების შეფასებით ვარაუდობენ, რომ დაახლოებით 100 ნუკლეონის ფორმირება, რომელიც მოიცავს 94 პროტონს და 107-დან 206 ნეიტრონს, იმდენად სტაბილურია, რომ ისინი შეიძლება ჩაითვალოს No94 ელემენტის იზოტოპურ ბირთვებად.
მაგრამ ყველა ეს იზოტოპი - ჰიპოთეტური და რეალური - არ არის ისეთი სტაბილური, რომ შენარჩუნებული იყოს დღემდე მზის სისტემის ელემენტების ჩამოყალიბების მომენტიდან. No94 ელემენტის ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 81 მილიონი წელია. გალაქტიკის ასაკი იზომება მილიარდობით წლით. შესაბამისად, „ორიგინალ“ პლუტონიუმს დღემდე არ ჰქონდა გადარჩენის შანსი. თუ იგი წარმოიქმნა სამყაროს ელემენტების დიდი სინთეზის დროს, მაშინ მისი უძველესი ატომები დიდი ხნის წინ "დაიღუპნენ", ისევე როგორც დინოზავრები და მამონტები.
XX საუკუნეში. ახალი ეპოქა, AD, ეს ელემენტი ხელახლა შეიქმნა. პლუტონიუმის 100 შესაძლო იზოტოპიდან სინთეზირებულია 25, მათგან 15 შესწავლილია ბირთვული თვისებების გამო. ოთხმა იპოვა პრაქტიკული გამოყენება. და სულ ახლახან გაიხსნა. 1940 წლის დეკემბერში, ურანის მძიმე წყალბადის ბირთვებით დასხივებისას, ამერიკელმა რადიოქიმიკოსთა ჯგუფმა გლენ ტ. სიბორგის ხელმძღვანელობით აღმოაჩინა აქამდე უცნობი ალფა ნაწილაკების ემიტერი, რომლის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 90 წელია. ეს ემიტერი აღმოჩნდა No94 ელემენტის იზოტოპი 238 მასობრივი ნომრით. იმავე წელს, მაგრამ რამდენიმე თვით ადრე, ე.მ. მაკმილანმა და ფ.აბელსონმა მიიღეს ურანზე მძიმე პირველი ელემენტი - ელემენტი No93. ამ ელემენტს ეწოდა ნეპტუნიუმი, ხოლო 94-ს - პლუტონიუმი. ისტორიკოსი აუცილებლად იტყვის, რომ ეს სახელები რომაულ მითოლოგიაშია, მაგრამ არსებითად ამ სახელების წარმოშობა უფრო არა მითოლოგიური, არამედ ასტრონომიულია.
92 და 93 ელემენტებს მზის სისტემის შორეული პლანეტების - ურანისა და ნეპტუნის სახელები ჰქვია, მაგრამ ნეპტუნი არ არის უკანასკნელი მზის სისტემაში, პლუტონის ორბიტა კიდევ უფრო შორს არის - პლანეტა, რომლის შესახებაც აქამდე თითქმის არაფერია ცნობილი. ...მსგავს კონსტრუქციას ვაკვირდებით პერიოდული ცხრილის „მარცხენა ფლანგზეც“: ურანი - ნეპტუნიუმი - პლუტონიუმი, თუმცა კაცობრიობამ პლუტონიუმის შესახებ გაცილებით მეტი იცის, ვიდრე პლუტონის შესახებ. სხვათა შორის, ასტრონომებმა პლუტონი აღმოაჩინეს პლუტონიუმის სინთეზამდე სულ რაღაც ათი წლით ადრე - დროის თითქმის იმავე მონაკვეთში გამოეყო ურანის - პლანეტის და ურანის - ელემენტის აღმოჩენები.

გამოცანები გამოსასყიდისთვის

No94 ელემენტის პირველმა იზოტოპმა, პლუტონიუმ-238, ახლა პრაქტიკული გამოყენება ჰპოვა. მაგრამ 1940-იანი წლების დასაწყისში მათ ამაზე არც კი უფიქრიათ. პლუტონიუმ-238-ის პრაქტიკული ინტერესის რაოდენობით მიღება შესაძლებელია მხოლოდ ძლიერ ბირთვულ ინდუსტრიაზე დაყრდობით. იმ დროს ის ახლახანს იწყებდა. მაგრამ უკვე ცხადი იყო, რომ მძიმე რადიოაქტიური ელემენტების ბირთვებში არსებული ენერგიის განთავისუფლებით შესაძლებელი იყო უპრეცედენტო სიმძლავრის იარაღის მოპოვება. გამოჩნდა მანჰეტენის პროექტი, რომელსაც არაფერი ჰქონდა საერთო სახელის გარდა ნიუ-იორკის ცნობილ ტერიტორიასთან. ეს იყო ზოგადი სახელი ყველა სამუშაოსთვის, რომელიც დაკავშირებულია შეერთებულ შტატებში პირველი ატომური ბომბის შექმნასთან. მანჰეტენის პროექტის ხელმძღვანელი იყო არა მეცნიერი, არამედ სამხედრო კაცი - გენერალი გროვზი, რომელიც "მოყვარულად" უწოდებდა თავის მაღალგანათლებულ პალატებს "გატეხილი ქოთნები".
„პროექტის“ ლიდერები პლუტონიუმ-238-ით არ დაინტერესდნენ. მისი ბირთვები, ისევე როგორც ყველა პლუტონიუმის იზოტოპების ბირთვები ლუწი მასის რიცხვებით, არ იშლება დაბალი ენერგიის ნეიტრონებით, ამიტომ ის ვერ გამოდგება როგორც ბირთვული ასაფეთქებელი ნივთიერება. მიუხედავად ამისა, პირველი არც თუ ისე გასაგები ცნობები No93 და 94 ელემენტების შესახებ მხოლოდ 1942 წლის გაზაფხულზე გამოჩნდა.
როგორ შეიძლება ამის ახსნა? ფიზიკოსებმა გაიგეს: პლუტონიუმის იზოტოპების სინთეზი უცნაური მასის რიცხვებით დროის საკითხია და არც ისე შორს. მოსალოდნელი იყო, რომ უცნაური იზოტოპები, ისევე როგორც ურანი-235, შეძლებდნენ ბირთვული ჯაჭვური რეაქციის შენარჩუნებას. მათში, ჯერ კიდევ არ მიუღიათ, ზოგიერთმა ადამიანმა დაინახა პოტენციური ბირთვული ასაფეთქებელი. და ეს იმედები პლუტონიუმი, სამწუხაროდ, გამართლებულია.
იმდროინდელ შიფრებში No94 ელემენტს სხვა არაფერი ერქვა, თუ არა ... სპილენძი. და როდესაც გაჩნდა საჭიროება თავად სპილენძზე (როგორც ზოგიერთი ნაწილის სტრუქტურული მასალა), მაშინ დაშიფვრაში, "სპილენძთან" ერთად გამოჩნდა "ნამდვილი სპილენძი".

"სიკეთისა და ბოროტების შემეცნების ხე"

1941 წელს აღმოაჩინეს პლუტონიუმის ყველაზე მნიშვნელოვანი იზოტოპი, იზოტოპი, რომლის მასობრივი რიცხვი 239. და თითქმის მაშინვე დადასტურდა თეორეტიკოსების პროგნოზი: თერმული ნეიტრონებით დაშლილი პლუტონიუმ-239-ის ბირთვები. უფრო მეტიც, მათი დაშლის პროცესში ნეიტრონების არანაკლებ რაოდენობა დაიბადა, ვიდრე ურანი-235-ის დაშლისას. ამ იზოტოპის დიდი რაოდენობით მიღების გზები მაშინვე გამოიკვეთა ...
გავიდა წლები. ახლა არავისთვის არ არის საიდუმლო, რომ არსენალებში შენახული ატომური ბომბები სავსეა პლუტონიუმ-239-ით და რომ ეს ბომბები საკმარისია გამოუსწორებელი ზიანი მიაყენოს მთელ სიცოცხლეს დედამიწაზე.
გავრცელებულია მოსაზრება, რომ ბირთვული ჯაჭვური რეაქციის აღმოჩენით (რომლის გარდაუვალი შედეგი იყო ბირთვული ბომბის შექმნა), კაცობრიობა აშკარად ჩქარობდა. შეგიძლიათ სხვაგვარად იფიქროთ ან ვითომ სხვანაირად ფიქრობთ – უფრო სასიამოვნოა იყო ოპტიმისტი. მაგრამ ოპტიმისტებიც კი აუცილებლად დგანან მეცნიერთა პასუხისმგებლობის საკითხის წინაშე. ჩვენ გვახსოვს 1954 წლის ივნისის ტრიუმფალური დღე, დღე, როდესაც ობნინსკის პირველმა ატომურმა ელექტროსადგურმა ელექტროენერგია მისცა. მაგრამ არ შეიძლება დავივიწყოთ 1945 წლის აგვისტოს დილა – „ჰიროსიმას დილა“, „ალბერტ აინშტაინის წვიმიანი დღე“... გვახსოვს ომისშემდგომი პირველი წლები და აღვირახსნილი ატომური შანტაჟი – იმ წლების ამერიკული პოლიტიკის საფუძველი. მაგრამ გადაიტანა კაცობრიობამ რამდენიმე შფოთვა მომდევნო წლებში? უფრო მეტიც, ეს შეშფოთება გამრავლდა იმით, რომ თუ ახალი მსოფლიო ომი დაიწყება, ბირთვული იარაღი გამოიყენებოდა.
აქ შეგიძლიათ სცადოთ დაამტკიცოთ, რომ პლუტონიუმის აღმოჩენამ არ დაამატა კაცობრიობის შიშები, რომ პირიქით, ის მხოლოდ სასარგებლო იყო.
დავუშვათ, მოხდა, რომ რაიმე მიზეზის გამო, ან, როგორც ძველად იტყვიან, ღვთის ნებით, პლუტონიუმი არ იყო ხელმისაწვდომი მეცნიერებისთვის. შემცირდება თუ არა ჩვენი შიშები და შიშები? Არაფერი მომხდარა. ბირთვული ბომბები დამზადდებოდა ურანი-235-ისგან (და არანაკლებ რაოდენობით, ვიდრე პლუტონიუმისგან), და ეს ბომბები ბიუჯეტის კიდევ უფრო დიდ ნაწილს „შეჭამენ“, ვიდრე ახლა.
მაგრამ პლუტონიუმის გარეშე, ბირთვული ენერგიის მშვიდობიანი გამოყენების პერსპექტივა არ იქნებოდა ფართო მასშტაბით. "მშვიდობიანი ატომისთვის" უბრალოდ არ იქნება საკმარისი ურანი-235. ბირთვული ენერგიის აღმოჩენით კაცობრიობისთვის მიყენებული ბოროტება არ დაბალანსდება, თუნდაც ნაწილობრივ, "კარგი ატომის" მიღწევებით.

როგორ გავზომოთ, რას შევადაროთ

როდესაც პლუტონიუმ-239 ბირთვი ნეიტრონების მიერ იყოფა ორ ნაწილად, დაახლოებით თანაბარი მასით, გამოიყოფა დაახლოებით 200 მევ ენერგია. ეს არის 50 მილიონჯერ მეტი ენერგია, რომელიც გამოიყოფა ყველაზე ცნობილი ეგზოთერმული რეაქცია С + O 2 = СO 2 . ატომურ რეაქტორში „იწვის“ გრამი პლუტონიუმი იძლევა 2107 კკალს. იმისათვის, რომ არ დაირღვეს ტრადიციები (და პოპულარულ სტატიებში, ბირთვული საწვავის ენერგია ჩვეულებრივ იზომება გარე სისტემის ერთეულებში - ტონა ნახშირი, ბენზინი, ტრინიტროტოლუენი და ა.შ.), ჩვენ ასევე აღვნიშნავთ: ეს არის ენერგია, რომელიც შეიცავს 4 ტონას. ნახშირის. და ჩვეულებრივ თითში მოთავსებულია პლუტონიუმის რაოდენობა, ენერგიულად ექვივალენტური ორმოცი ვაგონი კარგი არყის შეშას.
იგივე ენერგია გამოიყოფა ნეიტრონების მიერ ურანი-235 ბირთვების დაშლის დროს. მაგრამ ბუნებრივი ურანის ძირითადი ნაწილი (99.3%) არის იზოტოპი 238 U, რომლის გამოყენება შესაძლებელია მხოლოდ ურანის პლუტონიუმად გადაქცევით ...

ქვის ენერგია

მოდით შევაფასოთ ენერგორესურსები, რომლებიც შეიცავს ურანის ბუნებრივ მარაგებს.
ურანი გაფანტული ელემენტია და ის პრაქტიკულად ყველგანაა. ვისაც ეწვია, მაგალითად, კარელია, აუცილებლად ახსოვდა გრანიტის ლოდები და სანაპირო კლდეები. მაგრამ ცოტამ თუ იცის, რომ ტონა გრანიტში 25 გ-მდე ურანია. გრანიტები დედამიწის ქერქის წონის თითქმის 20%-ს შეადგენს. თუ ჩავთვლით მხოლოდ ურან-235-ს, მაშინ გრანიტის ტონა შეიცავს 3,5-105 კკალ ენერგიას. ბევრია, მაგრამ...
გრანიტის დამუშავება და მისგან ურანის მოპოვება კიდევ უფრო დიდ ენერგიას მოითხოვს - დაახლოებით 106-107 კკალ/ტ. ახლა, თუ შესაძლებელი იქნებოდა ენერგიის წყაროდ არა მხოლოდ ურანი-235, არამედ ურანი-238-ის გამოყენება, მაშინ გრანიტი მაინც შეიძლება ჩაითვალოს პოტენციურ ენერგეტიკულ ნედლეულად. მაშინ ტონა ქვისგან მიღებული ენერგია უკვე 8-107-დან 5-108 კკალ-მდე იქნებოდა. ეს უდრის 16-100 ტონა ნახშირს. და ამ შემთხვევაში, გრანიტს შეუძლია ადამიანებს თითქმის მილიონჯერ მეტი ენერგია მისცეს, ვიდრე დედამიწაზე არსებული ქიმიური საწვავის ყველა მარაგი.
მაგრამ ურანი-238-ის ბირთვები არ იშლება ნეიტრონების მიერ. ბირთვული ენერგიისთვის ეს იზოტოპი გამოუსადეგარია. უფრო სწორედ, გამოუსადეგარი იქნებოდა, პლუტონიუმ-239-ად რომ არ გადაიქცეს. და რაც განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია: პრაქტიკულად არ არის საჭირო ენერგიის დახარჯვა ამ ბირთვულ ტრანსფორმაციაზე - პირიქით, ენერგია იწარმოება ამ პროცესში!
შევეცადოთ გაერკვნენ, თუ როგორ ხდება ეს, მაგრამ ჯერ რამდენიმე სიტყვა ბუნებრივი პლუტონიუმის შესახებ.

რადიუმზე 400 ათასი ჯერ პატარა

უკვე ითქვა, რომ პლუტონიუმის იზოტოპები არ არის შემონახული ჩვენი პლანეტის ფორმირებისას ელემენტების სინთეზის შემდეგ. მაგრამ ეს არ ნიშნავს იმას, რომ დედამიწაზე პლუტონიუმი არ არის.
ის მუდმივად წარმოიქმნება ურანის მადნებში. კოსმოსური გამოსხივების ნეიტრონების და ნეიტრონების დაჭერით, რომლებიც წარმოიქმნება ურანი-238 ბირთვების სპონტანური (სპონტანური) დაშლის შედეგად, ამ იზოტოპის ზოგიერთი - ძალიან ცოტა - ატომები გადაიქცევა ურანი-239 ატომად. ეს ბირთვები ძალიან არასტაბილურია, ისინი ასხივებენ ელექტრონებს და ამით ზრდის მათ მუხტს. წარმოიქმნება ნეპტუნიუმი - პირველი ტრანსურანის ელემენტი. ნეპტუნიუმი-239 ასევე ძალიან არასტაბილურია და მისი ბირთვები ასხივებენ ელექტრონებს. სულ რაღაც 56 საათში ნეპტუნიუმ-239-ის ნახევარი იქცევა პლუტონიუმ-239-ად, რომლის ნახევარგამოყოფის პერიოდი უკვე საკმაოდ დიდია - 24 ათასი წელი.
რატომ არ მოიპოვება პლუტონიუმი ურანის მადნებიდან?? მცირე, ძალიან დაბალი კონცენტრაცია. ”გრამზე წარმოება არის შრომა წელიწადში” - ეს არის დაახლოებით რადიუმი, ხოლო მადნებში პლუტონიუმი რადიუმზე 400 ათასჯერ ნაკლებია. მაშასადამე, არამარტო მოპოვება - "მიწის" პლუტონიუმის აღმოჩენაც კი უკიდურესად რთულია. ეს გაკეთდა მხოლოდ მას შემდეგ, რაც შეისწავლეს ბირთვულ რეაქტორებში მიღებული პლუტონიუმის ფიზიკური და ქიმიური თვისებები.
პლუტონიუმი გროვდება ბირთვულ რეაქტორებში. მძლავრი ნეიტრონის ნაკადებში იგივე რეაქცია ხდება, როგორც ურანის მადნებში, მაგრამ რეაქტორში პლუტონიუმის წარმოქმნის და დაგროვების სიჩქარე გაცილებით მაღალია - მილიარდ მილიარდჯერ. ბალასტური ურანი-238-ის პლუტონიუმ-239-ად გადაქცევის რეაქციისთვის იქმნება ოპტიმალური (მისაღები ფარგლებში) პირობები.
თუ რეაქტორი მუშაობს თერმულ ნეიტრონებზე (გაიხსენეთ, რომ მათი სიჩქარე არის დაახლოებით 2000 მ წამში, ხოლო ენერგია არის ელექტრონ ვოლტის ფრაქციები), მაშინ პლუტონიუმის რაოდენობა მიიღება ურანის იზოტოპების ბუნებრივი ნარევიდან, რაოდენობაზე ოდნავ ნაკლები. "დამწვარი" ურანი-235. არც ისე ბევრი, მაგრამ ნაკლები, პლუს პლუტონიუმის გარდაუვალი დანაკარგები დასხივებული ურანისაგან მისი ქიმიური გამოყოფის დროს. გარდა ამისა, ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია გრძელდება ურანის იზოტოპების ბუნებრივ ნარევში მხოლოდ ურანის 235-ის მცირე ნაწილის გამოყენებამდე. აქედან გამომდინარე, დასკვნა ლოგიკურია: ბუნებრივ ურანზე "თერმული" რეაქტორი - ამჟამად მოქმედი რეაქტორების ძირითადი ტიპი - ვერ უზრუნველყოფს ბირთვული საწვავის გაფართოებულ რეპროდუქციას. მაგრამ მაშინ რა არის მომავალი? ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად, მოდით შევადაროთ ბირთვული ჯაჭვური რეაქციის მიმდინარეობა ურანი-235-სა და პლუტონიუმ-239-ში და შემოვიტანოთ კიდევ ერთი ფიზიკური კონცეფცია ჩვენს მსჯელობაში.
ნებისმიერი ბირთვული საწვავის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ნეიტრონების საშუალო რაოდენობა, რომლებიც გამოსხივებულია მას შემდეგ, რაც ბირთვი დაიჭერს ერთ ნეიტრონს. ფიზიკოსები მას ეტა რიცხვს უწოდებენ და აღნიშნავენ ბერძნული ასოთი c. „თერმული“ ურანის რეაქტორებში შეიმჩნევა შემდეგი ნიმუში: თითოეული ნეიტრონი გამოიმუშავებს საშუალოდ 2,08 ნეიტრონს (η=2,08). ასეთ რეაქტორში მოთავსებული პლუტონიუმი თერმული ნეიტრონების მოქმედებით იძლევა η=2,03. მაგრამ ასევე არის რეაქტორები, რომლებიც მუშაობენ სწრაფ ნეიტრონებზე. უსარგებლოა ურანის იზოტოპების ბუნებრივი ნარევის ჩატვირთვა ასეთ რეაქტორში: ჯაჭვური რეაქცია არ დაიწყება. მაგრამ თუ „ნედლეული“ ურანი-235-ით გამდიდრდება, ის „სწრაფ“ რეაქტორში განვითარდება. ამ შემთხვევაში c უკვე უდრის 2,23-ს. ხოლო პლუტონიუმი, რომელიც ცეცხლის ქვეშ მოთავსებულია სწრაფი ნეიტრონებით, მისცემს n-ს ტოლი 2,70. ჩვენს განკარგულებაში გვექნება "დამატებით სავსე ნეიტრონი". და ეს არ არის საკმარისი.

ვნახოთ, რაზე იხარჯება მიღებული ნეიტრონები. ნებისმიერ რეაქტორში ბირთვული ჯაჭვური რეაქციის შესანარჩუნებლად საჭიროა ერთი ნეიტრონი. 0,1 ნეიტრონი შეიწოვება ობიექტის სტრუქტურული მასალებით. „ჭარბი“ მიდის პლუტონიუმ-239-ის დაგროვებაზე. ერთ შემთხვევაში „ჭარბი“ არის 1.13, მეორეში - 1.60. „სწრაფ“ რეაქტორში კილოგრამი პლუტონიუმის „დაწვის“ შემდეგ გამოიყოფა კოლოსალური ენერგია და გროვდება 1,6 კგ პლუტონიუმი. და ურანი "სწრაფ" რეაქტორში მისცემს იგივე ენერგიას და 1,1 კგ ახალ ბირთვულ საწვავს. ორივე შემთხვევაში აშკარაა გაფართოებული რეპროდუქცია. მაგრამ ჩვენ არ უნდა დავივიწყოთ ეკონომიკა.
რიგი ტექნიკური მიზეზების გამო, პლუტონიუმის გამრავლების ციკლს რამდენიმე წელი სჭირდება. ვთქვათ ხუთი წელი. ეს ნიშნავს, რომ პლუტონიუმის რაოდენობა წელიწადში გაიზრდება მხოლოდ 2%-ით, თუ η=2.23, ხოლო 12%-ით თუ η=2.7! ბირთვული საწვავი არის კაპიტალი და ნებისმიერი კაპიტალი უნდა გამოიღოს, ვთქვათ, 5% წელიწადში. პირველ შემთხვევაში დიდი ზარალია, მეორეში კი - დიდი მოგება. ეს პრიმიტიული მაგალითი ასახავს ბირთვული ენერგიის ყოველი მეათე რიცხვის „წონას“.
ასევე მნიშვნელოვანია სხვა რამ. ატომურმა ენერგიამ უნდა გააგრძელოს ენერგიის მოთხოვნის ზრდა. გამოთვლები აჩვენებს, რომ მისი მდგომარეობა მომავალში შესაძლებელია მხოლოდ მაშინ, როცა η სამს მიაღწევს. თუ ბირთვული ენერგიის წყაროების განვითარება ჩამორჩება საზოგადოების ენერგეტიკულ საჭიროებებს, მაშინ ორი გზა იქნება: ან „შეანელეთ პროგრესი“, ან მიიღეთ ენერგია სხვა წყაროებიდან. ისინი ცნობილია: თერმობირთვული შერწყმა, მატერიისა და ანტიმატერიის განადგურების ენერგია, მაგრამ ტექნიკურად ჯერ არ არის ხელმისაწვდომი. და უცნობია, როდის გახდება ისინი კაცობრიობის ენერგიის რეალური წყარო. მძიმე ბირთვების ენერგია კი ჩვენთვის დიდი ხანია რეალობად იქცა და დღეს პლუტონიუმს, როგორც ატომური ენერგიის მთავარ „მომწოდებელს“, სერიოზული კონკურენტები არ ჰყავს, გარდა, შესაძლოა, ურანი-233.

მრავალი ტექნოლოგიის ჯამი

როდესაც ბირთვული რეაქციების შედეგად ურანში გროვდება პლუტონიუმის საჭირო რაოდენობა, ის უნდა გამოიყოს არა მხოლოდ თავად ურანისაგან, არამედ დაშლის ფრაგმენტებისგან - ურანიც და პლუტონიუმიც, დაიწვა ბირთვულ ჯაჭვურ რეაქციაში. გარდა ამისა, ურანი-პლუტონიუმის მასაში არის გარკვეული რაოდენობის ნეპტუნიუმი. ყველაზე რთულია პლუტონიუმის გამოყოფა ნეპტუნიუმისა და იშვიათი დედამიწის ელემენტებისაგან (ლანთანიდები). პლუტონიუმი, როგორც ქიმიური ელემენტი, გარკვეულწილად უიღბლოა. ქიმიკოსის თვალსაზრისით, ბირთვული ენერგიის მთავარი ელემენტია თოთხმეტი აქტინიდიდან მხოლოდ ერთი. იშვიათი დედამიწის ელემენტების მსგავსად, აქტინიუმის სერიის ყველა ელემენტი ძალიან ახლოს არის ერთმანეთთან ქიმიური თვისებებით, ყველა ელემენტის ატომების გარე ელექტრონული გარსების სტრუქტურა აქტინიუმიდან 103-მდე იგივეა. კიდევ უფრო უსიამოვნოა, რომ აქტინიდების ქიმიური თვისებები მსგავსია იშვიათი დედამიწის ელემენტების და ურანის და პლუტონიუმის დაშლის ფრაგმენტებს შორის საკმარისზე მეტი ლანთანიდებია. მაგრამ მეორეს მხრივ, 94-ე ელემენტი შეიძლება იყოს ხუთ ვალენტურ მდგომარეობაში და ეს „ატკბობს აბს“ – ეს ხელს უწყობს პლუტონიუმის გამოყოფას როგორც ურანის, ასევე დაშლის ფრაგმენტებისგან.
პლუტონიუმის ვალენტობა მერყეობს სამიდან შვიდამდე. ოთხვალენტიანი პლუტონიუმის ნაერთები ქიმიურად ყველაზე სტაბილურია (და, შესაბამისად, ყველაზე გავრცელებული და ყველაზე შესწავლილი).
ქიმიურად მსგავსი აქტინიდების - ურანის, ნეპტუნიუმის და პლუტონიუმის გამოყოფა შეიძლება ეფუძნებოდეს მათი ტეტრა და ექვსვალენტური ნაერთების თვისებებს.

არ არის საჭირო პლუტონიუმის და ურანის ქიმიური გამოყოფის ყველა ეტაპის დეტალური აღწერა. ჩვეულებრივ, მათი გამოყოფა იწყება ურანის ზოლების აზოტის მჟავაში დაშლით, რის შემდეგაც ხსნარში შემავალი ურანი, ნეპტუნი, პლუტონიუმი და ფრაგმენტული ელემენტები „გამოიყოფა“, ამისთვის ტრადიციული რადიოქიმიური მეთოდების გამოყენებით - ნალექი, მოპოვება, იონური გაცვლა და სხვა. . ამ მრავალსაფეხურიანი ტექნოლოგიის საბოლოო პლუტონიუმის შემცველი პროდუქტებია მისი დიოქსიდი PuO 2 ან ფტორიდები - PuF 3 ან PuF 4 . ბარიუმის, კალციუმის ან ლითიუმის ორთქლით ისინი იშლება ლითონად. ამასთან, ამ პროცესებში მიღებული პლუტონიუმი არ არის შესაფერისი სტრუქტურული მასალის როლისთვის - შეუძლებელია მისგან ბირთვული ენერგიის რეაქტორების საწვავის ელემენტების დამზადება, შეუძლებელია ატომური ბომბის მუხტის ჩამოყრა. რატომ? პლუტონიუმის დნობის წერტილი - მხოლოდ 640 ° C - საკმაოდ მიღწევადია.
არ აქვს მნიშვნელობა რა „ულტრა-შემნახველი“ პირობები გამოიყენება სუფთა პლუტონიუმისგან ნაწილების ჩამოსხმისთვის, გამაგრების დროს ჩამოსხმაში ბზარები ყოველთვის გამოჩნდება. 640°C-ზე გამაგრებული პლუტონიუმი აყალიბებს კუბურ კრისტალურ გისოსს. ტემპერატურის კლებასთან ერთად, ლითონის სიმკვრივე თანდათან იზრდება. მაგრამ შემდეგ ტემპერატურამ მიაღწია 480 ° C- ს, შემდეგ კი მოულოდნელად პლუტონიუმის სიმკვრივე მკვეთრად ეცემა. ამ ანომალიის მიზეზები საკმაოდ სწრაფად გამოიკვეთა: ამ ტემპერატურაზე პლუტონიუმის ატომები ბროლის ბადეში გადანაწილებულია. ხდება ტეტრაგონალური და ძალიან „ფხვიერი“. ასეთ პლუტონიუმს შეუძლია ცურავს თავის დნობაში, როგორც ყინული წყალზე.
ტემპერატურა აგრძელებს ვარდნას, ახლა მან მიაღწია 451 ° C- ს და ატომებმა კვლავ შექმნეს კუბური გისოსი, მაგრამ განლაგებულია ერთმანეთისგან უფრო დიდ მანძილზე, ვიდრე პირველ შემთხვევაში. შემდგომი გაგრილებით, გისოსი ხდება ჯერ ორთორმბული, შემდეგ კი მონოკლინიკური. საერთო ჯამში, პლუტონიუმი აყალიბებს ექვს განსხვავებულ კრისტალურ ფორმას! ორ მათგანს აქვს შესანიშნავი თვისება - თერმული გაფართოების უარყოფითი კოეფიციენტი: ტემპერატურის მატებასთან ერთად ლითონი არ ფართოვდება, არამედ იკუმშება.
როდესაც ტემპერატურა 122°C-ს მიაღწევს და პლუტონიუმის ატომები მეექვსედ აწესრიგებენ რიგებს, სიმკვრივე განსაკუთრებით მკვეთრად იცვლება - 17,77-დან 19,82 გ/სმ 3-მდე. 10%-ზე მეტი!
შესაბამისად მცირდება კალმის მოცულობა. თუ ლითონს მაინც გაუძლებს სხვა გადასვლების დროს წარმოქმნილ სტრესებს, მაშინ ამ მომენტში განადგურება გარდაუვალია.
მაშ, როგორ გავაკეთოთ ნაწილები ამ საოცარი ლითონისგან? მეტალურგები შენადნობენ პლუტონიუმს (მას უმატებენ მცირე რაოდენობით საჭირო ელემენტებს) და იღებენ ჩამოსხმას ერთი ნაპრალის გარეშე. ისინი გამოიყენება ბირთვული ბომბებისთვის პლუტონიუმის მუხტის შესაქმნელად. მუხტის წონა (იგი ძირითადად იზოტოპის კრიტიკული მასით განისაზღვრება) არის 5-6 კგ. ის ადვილად ჯდება 10 სმ ზომის ნეკნის კუბში.

პლუტონიუმის მძიმე იზოტოპები

პლუტონიუმ-239 ასევე შეიცავს ამ ელემენტის მცირე რაოდენობით უფრო მაღალ იზოტოპებს - მასობრივი რიცხვებით 240 და 241. 240 Pu იზოტოპი პრაქტიკულად გამოუსადეგარია - ის არის ბალასტი პლუტონიუმში. 241-დან მიიღება ამერიციუმი - ელემენტი No95. სუფთა სახით, სხვა იზოტოპების შერევის გარეშე, პლუტონიუმ-240 და პლუტონიუმ-241 მიიღება რეაქტორში დაგროვილი პლუტონიუმის ელექტრომაგნიტური გამოყოფით. მანამდე პლუტონიუმი დამატებით დასხივდება ნეიტრონული ნაკადებით მკაცრად განსაზღვრული მახასიათებლებით. რა თქმა უნდა, ეს ყველაფერი ძალიან რთულია, მით უმეტეს, რომ პლუტონიუმი არა მხოლოდ რადიოაქტიურია, არამედ ძალიან ტოქსიკურიც. მასთან მუშაობა განსაკუთრებულ სიფრთხილეს მოითხოვს.
პლუტონიუმის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო იზოტოპი, 242 Pu, შეიძლება მივიღოთ 239 Pu-ის დიდი ხნის განმავლობაში ნეიტრონების ნაკადებში დასხივებით. 242 Pu ძალიან იშვიათად იჭერს ნეიტრონებს და, შესაბამისად, "იწვის" რეაქტორში უფრო ნელა, ვიდრე სხვა იზოტოპები; ის შენარჩუნებულია მას შემდეგაც, რაც პლუტონიუმის დარჩენილი იზოტოპები თითქმის მთლიანად გადაიქცევა ფრაგმენტებად ან გადაიქცევა პლუტონიუმ-242-ად.
პლუტონიუმი-242 მნიშვნელოვანია, როგორც "ნედლეული" ბირთვულ რეაქტორებში უმაღლესი ტრანსურანის ელემენტების შედარებით სწრაფი დაგროვებისთვის. თუ პლუტონიუმ-239 დასხივდება ჩვეულებრივ რეაქტორში, მაშინ დაახლოებით 20 წელი დასჭირდება გრამებიდან პლუტონიუმის მიკროგრამების დაგროვებას, მაგალითად, კალიფორნიუმ-252.
შესაძლებელია უფრო მაღალი იზოტოპების დაგროვების დროის შემცირება რეაქტორში ნეიტრონული ნაკადის ინტენსივობის გაზრდით. ისინი ასე აკეთებენ, მაგრამ მაშინ შეუძლებელია პლუტონიუმ-239-ის დიდი რაოდენობით დასხივება. ყოველივე ამის შემდეგ, ეს იზოტოპი იყოფა ნეიტრონებით და ძალიან ბევრი ენერგია გამოიყოფა ინტენსიური ნაკადებით. არსებობს დამატებითი სირთულეები რეაქტორის გაგრილებასთან დაკავშირებით. ამ გართულებების თავიდან ასაცილებლად, დასხივებული პლუტონიუმის რაოდენობა უნდა შემცირდეს. შესაბამისად, კალიფორნიის გამომუშავება ისევ სავალალო იქნებოდა. მანკიერი წრე!
პლუტონიუმი-242 არ იშლება თერმული ნეიტრონებით და მისი დასხივება შესაძლებელია დიდი რაოდენობით ნეიტრონის ინტენსიურ ნაკადებში... ამიტომ, რეაქტორებში ყველა ელემენტი ამერიციუმიდან ფერმიუმამდე „მზადდება“ ამ იზოტოპიდან და გროვდება წონით.
როდესაც მეცნიერები ახერხებდნენ პლუტონიუმის ახალი იზოტოპის მიღებას, ისინი გაზომავდნენ მისი ბირთვების ნახევარგამოყოფის პერიოდს. მძიმე რადიოაქტიური ბირთვების იზოტოპების ნახევარგამოყოფის პერიოდი რეგულარულად იცვლება. (იგივე არ შეიძლება ითქვას კენტ იზოტოპებზე.)
მასის მატებასთან ერთად იზრდება იზოტოპის „სიცოცხლის ხანგრძლივობა“. რამდენიმე წლის წინ, პლუტონიუმ-242 იყო ყველაზე მაღალი წერტილი ამ გრაფიკზე. და შემდეგ როგორ წავა ეს მრუდი - მასის რიცხვის შემდგომი ზრდით? 1 წერტილს, რომელიც შეესაბამება 30 მილიონი წლის სიცოცხლეს, თუ მე-2 წერტილს, რომელიც უკვე შეესაბამება 300 მილიონ წელს? ამ კითხვაზე პასუხი ძალიან მნიშვნელოვანი იყო გეომეცნიერებისთვის. პირველ შემთხვევაში, თუ 5 მილიარდი წლის წინ დედამიწა მთლიანად შედგებოდა 244 Pu-სგან, ახლა პლუტონიუმ-244-ის მხოლოდ ერთი ატომი დარჩებოდა დედამიწის მთელ მასაში. თუ მეორე ვარაუდი სწორია, მაშინ პლუტონიუმი-244 შესაძლოა დედამიწაზე იმ კონცენტრაციებში იყოს, რაც უკვე გამოვლენილია. ჩვენ რომ გაგვიმართლა ამ იზოტოპის აღმოჩენა დედამიწაზე, მეცნიერება მიიღებდა ყველაზე ძვირფას ინფორმაციას ჩვენი პლანეტის ფორმირებისას მიმდინარე პროცესების შესახებ.

პლუტონიუმის ზოგიერთი იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდი

რამდენიმე წლის წინ მეცნიერებს შეექმნათ კითხვა: ღირს თუ არა დედამიწაზე მძიმე პლუტონიუმის პოვნის მცდელობა? მასზე პასუხის გასაცემად, პირველ რიგში, საჭირო იყო პლუტონიუმ-244-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდის დადგენა. თეორეტიკოსებმა ვერ გამოთვალეს ეს მნიშვნელობა საჭირო სიზუსტით. მთელი იმედი მხოლოდ ექსპერიმენტზე იყო.
ბირთვულ რეაქტორში დაგროვილი პლუტონიუმი-244. ელემენტი No95, ამერიციუმი (იზოტოპი 243 Am), დასხივებული იყო. ნეიტრონის დაჭერის შემდეგ ეს იზოტოპი გადავიდა ამერიციუმ-244-ში; americium-244 10 ათასიდან ერთ შემთხვევაში გადავიდა პლუტონიუმ-244-ში.
ამერიციუმის და კურიუმის ნარევიდან გამოიყო პლუტონიუმ-244 პრეპარატი. ნიმუში იწონიდა მხოლოდ რამდენიმე მემილიონედ გრამს. მაგრამ ისინი საკმარისი იყო ამ ყველაზე საინტერესო იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდის დასადგენად. 75 მილიონი წლის ტოლი აღმოჩნდა. მოგვიანებით, სხვა მკვლევარებმა დააზუსტეს პლუტონიუმ-244-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი, მაგრამ არც ისე დიდი - 81 მილიონი წელი. 1971 წელს ამ იზოტოპის კვალი აღმოაჩინეს იშვიათი დედამიწის მინერალურ ბასტნაზიტში.
მეცნიერებმა არაერთი მცდელობა გააკეთეს, ეპოვათ ტრანსურანის ელემენტის იზოტოპი, რომელიც ცხოვრობს 244 Pu-ზე მეტ ხანს. მაგრამ ყველა მცდელობა უშედეგო იყო. ერთ დროს იმედები კურიუმ-247-ზე იყო, მაგრამ მას შემდეგ რაც ეს იზოტოპი რეაქტორში დაგროვდა, აღმოჩნდა, რომ მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი მხოლოდ 16 მილიონი წელი იყო. შეუძლებელი იყო პლუტონიუმ-244-ის რეკორდის დაძლევა - ეს არის ტრანსურანის ელემენტების ყველა იზოტოპიდან ყველაზე ხანგრძლივი.
პლუტონიუმის უფრო მძიმე იზოტოპებიც ექვემდებარება ბეტა დაშლას და მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობა რამდენიმე დღიდან წამის რამდენიმე მეათედამდე მერყეობს. ჩვენ ნამდვილად ვიცით, რომ პლუტონიუმის ყველა იზოტოპი, 257 Pu-მდე, წარმოიქმნება თერმობირთვული აფეთქებების დროს. მაგრამ მათი სიცოცხლე წამის მეათედია და პლუტონიუმის ბევრი ხანმოკლე იზოტოპი ჯერ არ არის შესწავლილი.

პირველი პლუტონიუმის იზოტოპის შესაძლებლობები

და ბოლოს - პლუტონიუმ-238-ის შესახებ - პირველი პლუტონიუმის "ადამიანის მიერ შექმნილი" იზოტოპებიდან, იზოტოპი, რომელიც თავიდან არაპერსპექტიული ჩანდა. სინამდვილეში ეს ძალიან საინტერესო იზოტოპია. ის ექვემდებარება ალფა დაშლას, ანუ მისი ბირთვები სპონტანურად ასხივებენ ალფა ნაწილაკებს - ჰელიუმის ბირთვებს. პლუტონიუმ-238-ის ბირთვების მიერ წარმოქმნილი ალფა ნაწილაკები დიდ ენერგიას ატარებენ; მატერიაში გაფანტული, ეს ენერგია გარდაიქმნება სითბოდ. რამდენად დიდია ეს ენერგია? ექვსი მილიონი ელექტრონ ვოლტი გამოიყოფა პლუტონიუმ-238-ის ერთი ატომის ბირთვის დაშლისას. ქიმიური რეაქციის დროს, რამდენიმე მილიონი ატომის დაჟანგვისას ერთი და იგივე ენერგია გამოიყოფა. ელექტროენერგიის წყარო, რომელიც შეიცავს ერთი კილოგრამი პლუტონიუმ-238-ს, ავითარებს თერმული სიმძლავრეს 560 ვატი. იგივე მასის ქიმიური დენის წყაროს მაქსიმალური სიმძლავრე 5 ვატია.
მსგავსი ენერგეტიკული მახასიათებლების მრავალი ემიტერი არსებობს, მაგრამ პლუტონიუმ-238-ის ერთი თვისება ამ იზოტოპს შეუცვლელს ხდის. როგორც წესი, ალფა დაშლას თან ახლავს ძლიერი გამა გამოსხივება, რომელიც აღწევს მატერიის დიდ სისქეში. 238 Pu არის გამონაკლისი. მისი ბირთვების დაშლას თანმხლები გამა კვანტების ენერგია დაბალია და მისგან დაცვა რთული არ არის: რადიაციას შთანთქავს თხელკედლიანი კონტეინერი. ამ იზოტოპის სპონტანური ბირთვული დაშლის ალბათობაც მცირეა. ამიტომ, მან იპოვა გამოყენება არა მხოლოდ მიმდინარე წყაროებში, არამედ მედიცინაშიც. ბატარეები პლუტონიუმ-238-ით ემსახურება ენერგიის წყაროს სპეციალურ გულის სტიმულატორებში.
მაგრამ 238 Pu არ არის ყველაზე მსუბუქი 94 ელემენტის ცნობილ იზოტოპებს შორის, მიღებულია პლუტონიუმის იზოტოპები მასობრივი რიცხვებით 232-დან 237-მდე. ყველაზე მსუბუქი იზოტოპის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 36 წუთია.

პლუტონიუმი დიდი თემაა. აქ არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ყველაზე მნიშვნელოვანი. ყოველივე ამის შემდეგ, უკვე სტანდარტულ ფრაზად იქცა, რომ პლუტონიუმის ქიმია ბევრად უკეთ არის შესწავლილი, ვიდრე ისეთი „ძველი“ ელემენტების ქიმია, როგორიც არის რკინა. პლუტონიუმის ბირთვული თვისებების შესახებ დაიწერა მთელი წიგნები. პლუტონიუმის მეტალურგია ადამიანის ცოდნის კიდევ ერთი საოცარი მონაკვეთია... ამიტომ არ უნდა იფიქროთ, რომ ამ ისტორიის წაკითხვის შემდეგ ნამდვილად ისწავლეთ პლუტონიუმი - მე-20 საუკუნის ყველაზე მნიშვნელოვანი ლითონი.

• როგორ ხდება პლუტონიუმი. რადიოაქტიური და ტოქსიკური პლუტონიუმი ტრანსპორტირებისას განსაკუთრებულ ზრუნვას მოითხოვს. კონტეინერი შეიქმნა სპეციალურად მისი ტრანსპორტირებისთვის - კონტეინერი, რომელიც არ იშლება საავიაციო ავარიების დროსაც კი. იგი მზადდება საკმაოდ მარტივად: ეს არის სქელკედლიანი უჟანგავი ფოლადის ჭურჭელი, რომელიც გარშემორტყმულია მაჰოგანის ნაჭუჭით. ცხადია, პლუტონიუმი ღირს, მაგრამ წარმოიდგინეთ, რა სქელი უნდა იყოს კედლები, თუ იცით, რომ მხოლოდ ორი კილოგრამი პლუტონიუმის გადასატანი კონტეინერი იწონის 225 კგ-ს!
• შხამი და ანტიდოტი. 1977 წლის 20 ოქტომბერს Agence France-Presse-მა გაავრცელა ინფორმაცია, რომ აღმოჩენილია ქიმიური ნაერთი, რომელსაც შეუძლია პლუტონიუმის ამოღება ადამიანის ორგანიზმიდან. რამდენიმე წლის შემდეგ, საკმაოდ ბევრი გახდა ცნობილი ამ ნაერთის შესახებ. ეს რთული ნაერთი არის ხაზოვანი კარბოქსილაზა კატექინამიდი, ქელატის კლასის ნივთიერება (ბერძნულიდან - "hela" - კლანჭა). სწორედ ამ ქიმიურ კლანჭში იჭერს პლუტონიუმის ატომი, თავისუფალი თუ შეკრული. ლაბორატორიულ თაგვებში ამ ნივთიერების დახმარებით ორგანიზმიდან ამოღებული პლუტონიუმის 70%-მდე ამოიღეს. ითვლება, რომ მომავალში ეს ნაერთი ხელს შეუწყობს პლუტონიუმის მოპოვებას როგორც სამრეწველო ნარჩენებისგან, ასევე ბირთვული საწვავიდან.

პლუტონიუმი აღმოაჩინეს 1940 წლის ბოლოს კალიფორნიის უნივერსიტეტში. ის სინთეზირებული იყო მაკმილანის, კენედის და უოლს მიერ ურანის ოქსიდის (U 3 O 8) დაბომბვით დეიტერიუმის ბირთვებით (დეიტერონები), რომლებიც ძლიერ აჩქარებულ იქნა ციკლოტრონში. მოგვიანებით გაირკვა, რომ ეს ბირთვული რეაქცია პირველად წარმოქმნის ხანმოკლე იზოტოპს ნეპტუნიუმ-238 და მისგან უკვე პლუტონიუმ-238 ნახევარგამოყოფის პერიოდით დაახლოებით 50 წელი. ერთი წლის შემდეგ, კენედიმ, სიბორგმა, სეგრემ და უოლმა მოახდინეს უფრო მნიშვნელოვანი იზოტოპი, პლუტონიუმ-239, ციკლოტრონის ურანის დასხივებით, რომელიც აჩქარებული ნეიტრონებით დასხივდა. პლუტონიუმი-239 წარმოიქმნება ნეპტუნიუმ-239-ის დაშლის შედეგად; ის ასხივებს ალფა სხივებს და ნახევარგამოყოფის პერიოდი 24000 წელია. სუფთა პლუტონიუმის ნაერთი პირველად იქნა მიღებული 1942 წელს. შემდეგ ცნობილი გახდა, რომ ბუნებრივი პლუტონიუმია ნაპოვნი ურანის მადნებში, კერძოდ, საბადოებში, კონგოს საბადოებში.

ელემენტის სახელი შემოთავაზებული იქნა 1948 წელს: მაკმილანმა პირველ ტრანსურანულ ელემენტს ნეპტუნიუმი უწოდა იმის გამო, რომ პლანეტა ნეპტუნი პირველია ურანის მიღმა. ანალოგიით, მათ გადაწყვიტეს ელემენტს 94 ეწოდოს პლუტონიუმი, რადგან პლანეტა პლუტონი ურანის შემდეგ მეორე პლანეტაა. 1930 წელს აღმოჩენილმა პლუტონმა მიიღო სახელი ბერძნულ მითოლოგიაში ქვესკნელის მმართველის ღმერთის პლუტონის სახელიდან. XIX საუკუნის დასაწყისში. კლარკმა შესთავაზა ელემენტის ბარიუმის პლუტონიუმის დარქმევა, ეს სახელი პირდაპირ ღმერთის პლუტონის სახელიდან მომდინარეობს, მაგრამ მისი წინადადება არ მიიღეს.

ენრიკო ფერმიმ რომის უნივერსიტეტის თანამშრომლებთან ერთად განაცხადა, რომ 1934 წელს აღმოაჩინეს ქიმიური ელემენტი ატომური ნომრით 94. ფერმიმ ამ ელემენტს ჰესპერიუმი დაარქვა, თვლიდა, რომ მან აღმოაჩინა ელემენტი, რომელსაც ახლა პლუტონიუმი ჰქვია, რითაც გამოთქვა ვარაუდი ტრანსურანის ელემენტების არსებობის შესახებ და გახდა მათი თეორიული აღმომჩენი. მან ეს პოზიცია დაიცვა თავის ნობელის ლექციაზე 1938 წელს, თუმცა, როდესაც შეიტყო ოტო ფრიშისა და ფრიც სტრასმანის მიერ ბირთვული დაშლის აღმოჩენის შესახებ, იძულებული გახდა გაეკეთებინა ჩანაწერი 1939 წელს სტოკჰოლმში გამოქვეყნებულ ბეჭდურ ვერსიაში, რომელშიც მითითებულია საჭიროება. გადახედოს „ტრანსურანული ელემენტების მთელი პრობლემის“. გერმანელი მეცნიერების მუშაობამ აჩვენა, რომ ფერმის მიერ ექსპერიმენტებში აღმოჩენილი აქტივობა განპირობებული იყო ზუსტად დაშლით და არა ტრანსურანის ელემენტების აღმოჩენით, როგორც მას ადრე სჯეროდა.

ციკლოტრონი ბერკლიში, გამოიყენებოდა ნეპტუნიუმის და პლუტონიუმის წარმოებისთვის.

პლუტონიუმის აღმოჩენა ბერკლის კალიფორნიის უნივერსიტეტის თანამშრომელთა ჯგუფის მიერ, G.T. Seaborg-ის ხელმძღვანელობით, განხორციელდა 60 დიუმიანი ციკლოტრონის გამოყენებით, რომელიც უნივერსიტეტის განკარგულებაში იყო. ტრიურანი-238 ოქტოქსიდის პირველი დაბომბვა დეიტრონებით აჩქარდა ციკლოტრონს 14-22 მევ-მდე და გაიარა 0,002 დიუმიანი სისქის ალუმინის ფოლგა განხორციელდა 1940 წლის 14 დეკემბერს. მიღებული და 2,3 დღის განმავლობაში დაძველებული ნიმუშების შედარება სუფთა ნეპტუნიუმის იზოლირებულ ფრაქციასთან, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს მნიშვნელოვანი განსხვავება მათ ალფა აქტივობაში და ვარაუდობდნენ, რომ მისი ზრდა 2 დღის შემდეგ გამოწვეულია ახალი ელემენტის გავლენით, რომელიც ნეპტუნიუმის შვილია. შემდგომი ფიზიკური და ქიმიური კვლევები გაგრძელდა 2 თვის განმავლობაში. 1941 წლის 23-24 თებერვლის ღამეს ჩატარდა გადამწყვეტი ექსპერიმენტი შემოთავაზებული ელემენტის დაჟანგვაზე პეროქსიდის დისულფატის იონების და ვერცხლის იონების გამოყენებით, როგორც კატალიზატორი, რამაც აჩვენა, რომ ნეპტუნი-238, ორი დღის შემდეგ, განიცდის ბეტა-მინუსს. იშლება და ქმნის ქიმიურ ელემენტს ნომერი 94 შემდეგ რეაქციაში:

23892U → 23893Np → 23894Pu

გლენ თეოდორ სიბორგმა ბერკლიში თანამშრომლებთან ერთად პირველად მოახდინა პლუტონიუმის სინთეზირება. ის იყო გუნდების ლიდერი ან მთავარი წევრი, რომლებმაც მიიღეს კიდევ რვა ელემენტი: Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No. მის სახელს ატარებს ელემენტი seaborgium. ედვინ მაკმილანს და გლენ სიბორგს მიენიჭათ ნობელის პრემია 1951 წელს "ტრანსურანის ელემენტების ქიმიის შესწავლისთვის".

ამრიგად, ახალი ქიმიური ელემენტის არსებობა დაადასტურეს G.T. Seaborg-მა, E.M. Macmillan-მა, J.W. Kennedy-მ და A.C. Wall-მა მისი პირველი ქიმიური თვისებების შესწავლით - მინიმუმ ორი დაჟანგვის მდგომარეობის არსებობის უნარი.

ცოტა მოგვიანებით, გაირკვა, რომ ეს იზოტოპი არ არის დაშლილი და, შესაბამისად, უინტერესოა სამხედრო მიზნებისთვის შემდგომი კვლევისთვის, რადგან ზღურბლის ბირთვები არ შეიძლება გახდეს დაშლის ჯაჭვური რეაქციის საფუძველი. გააცნობიერეს ეს, ამერიკელმა ბირთვულმა ფიზიკოსებმა თავიანთი ძალისხმევა მიმართეს დაშლის იზოტოპ-239-ის მოპოვებას. 1941 წლის მარტში, 1,2 კგ უწმინდესი ურანის მარილი, რომელიც იყო ჩაყრილი პარაფინის დიდ ბლოკში, დაბომბეს ნეიტრონებით ციკლოტრონიში. ურანის ბირთვების დაბომბვა ორ დღეს გაგრძელდა, რის შედეგადაც მიიღეს დაახლოებით 0,5 მიკროგრამი პლუტონიუმ-239. ახალი ელემენტის გამოჩენას, როგორც ეს თეორია იწინასწარმეტყველა, თან ახლდა ალფა ნაწილაკების ნაკადი.

1941 წლის 28 მარტს ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ Pu-ს შეუძლია დაშლა ნელი ნეიტრონების მოქმედებით, ჯვარი კვეთით მნიშვნელოვნად აღემატება U-ს ჯვარედინი კვეთას, ხოლო დაშლის პროცესში მიღებული ნეიტრონები შესაფერისია დაშლის მისაღებად. ბირთვული დაშლის აქტების შემდეგ, ანუ ისინი საშუალებას აძლევს ადამიანს დაეყრდნოს ჯაჭვური ბირთვული რეაქციის განხორციელებას. ამ მომენტიდან დაიწყო ექსპერიმენტები პლუტონიუმის ბირთვული ბომბის შექმნაზე და მისი წარმოებისთვის რეაქტორების მშენებლობაზე. ელემენტის პირველი სუფთა ნაერთი მიიღეს 1942 წელს, ხოლო პირველი პლუტონიუმის ლითონი წონით 1943 წელს.

1941 წლის მარტში ჟურნალ Physical Review-ში გამოსაქვეყნებლად წარდგენილ ნაშრომში აღწერილი იყო ელემენტის მოპოვებისა და შესწავლის მეთოდი. თუმცა, ამ დოკუმენტის გამოქვეყნება შეჩერდა მას შემდეგ, რაც მიიღეს მონაცემები, რომ ახალი ელემენტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბირთვულ ბომბში. ნაშრომის გამოცემა მოხდა მეორე მსოფლიო ომის შემდეგ ერთი წლის შემდეგ უსაფრთხოების მიზნით და გარკვეული კორექტირებით.

მესამე რაიხში ატომური მკვლევარები ასევე არ დარჩნენ უმოქმედო. მანფრედ ფონ არდენის ლაბორატორიაში შემუშავდა მეთოდები 94-ე ელემენტის მისაღებად. 1941 წლის აგვისტოში ფიზიკოსმა ფრიც ჰაუტერმანსმა დაასრულა თავისი საიდუმლო მოხსენება „ბირთვული ჯაჭვური რეაქციების გაჩაღების საკითხის შესახებ“. მასში მან მიუთითა ურანის „ქვაბეში“ ბუნებრივი ურანისაგან ახალი ასაფეთქებელი მასალის დამზადების თეორიულ შესაძლებლობებზე.

სახელის წარმოშობა

ამ ასტროგრაფის დახმარებით მიიღეს პლუტონის პირველი სურათები.

1930 წელს აღმოაჩინეს ახალი პლანეტა, რომლის არსებობაზეც დიდი ხანია საუბრობდა ასტრონომი, მათემატიკოსი და მარსზე სიცოცხლის შესახებ ფანტასტიკური ნარკვევების ავტორი პერსივალ ლოველი. ურანისა და ნეპტუნის მოძრაობაზე მრავალწლიანი დაკვირვების საფუძველზე, მან მივიდა დასკვნამდე, რომ მზის სისტემაში ნეპტუნის მიღმა უნდა იყოს კიდევ ერთი მეცხრე პლანეტა, რომელიც მდებარეობს მზიდან ორმოცჯერ უფრო შორს, ვიდრე დედამიწა. ახალი პლანეტის ორბიტის ელემენტები მის მიერ 1915 წელს გამოითვალა. პლუტონი აღმოაჩინეს 1930 წლის 21, 23 და 29 იანვარს ასტრონომ კლაიდ ტომბოს მიერ ფლაგსტაფის ლოუელის ობსერვატორიაში გადაღებულ ფოტოებზე. პლანეტა აღმოაჩინეს 1930 წლის 18 თებერვალს. პლანეტას სახელი დაარქვა თერთმეტი წლის სკოლის მოსწავლემ ოქსფორდიდან, ვენეტია ბერნი. ბერძნულ მითოლოგიაში ჰადესი არის ქვესკნელის ღმერთი.

ტერმინი პლუტონიუმის პირველი ნაბეჭდი ნახსენები თარიღდება 1942 წლის 21 მარტს. 94-ე ქიმიური ელემენტის სახელი შემოგვთავაზეს არტურ უოლმა და გლენ სიბორგმა. 1948 წელს ედვინ მაკმილანმა შესთავაზა 93-ე ქიმიურ ელემენტს ნეპტუნიუმი დაარქვეს, ვინაიდან ნეპტუნი პირველი პლანეტაა ურანის მიღმა. ანალოგიით, პლუტონიუმს ეწოდა ურანის მიღმა მეორე პლანეტის, პლუტონის სახელი. პლუტონიუმის აღმოჩენა მოხდა ჯუჯა პლანეტის აღმოჩენიდან 10 წლის შემდეგ.

თავდაპირველად, Seaborg-მა შესთავაზა ახალი ელემენტის დარქმევა "პლუტიუმი", მაგრამ მოგვიანებით გადაწყვიტა, რომ სახელი "პლუტონიუმი" უკეთესად ჟღერდა. ელემენტის დასანიშნად, მან ხუმრობით მისცა ორი ასო "Pu" - ეს აღნიშვნა მისთვის ყველაზე მისაღები ჩანდა პერიოდულ სისტემაში. Seaborg-მა ასევე შესთავაზა სახელების სხვა ვარიანტები, მაგალითად, ულტიმიუმი, ექსტერმია. თუმცა, იმდროინდელი მცდარი წარმოდგენის გამო, რომ პლუტონიუმი იქნება ბოლო ქიმიური ელემენტი პერიოდულ სისტემაში, ელემენტს ეწოდა "პლუტონიუმი" მზის სისტემის ბოლო პლანეტის აღმოჩენის შემდეგ.

პირველი კვლევები

რამდენიმეთვიანი საწყისი კვლევის შემდეგ, პლუტონიუმის ქიმია ურანის ქიმიის მსგავსად დაიწყო. შემდგომი კვლევები გაგრძელდა ჩიკაგოს უნივერსიტეტის საიდუმლო მეტალურგიულ ლაბორატორიაში. Cunningham-ისა და Werner-ის წყალობით, 1942 წლის 18 აგვისტოს, ციკლოტრონის ნეიტრონებით დასხივებული 90 კგ ურანილის ნიტრატისაგან იზოლირებული იქნა სუფთა პლუტონიუმის ნაერთის პირველი მიკროგრამი. 1942 წლის 10 სექტემბერს - ერთი თვის შემდეგ, რომლის დროსაც მეცნიერებმა გაზარდეს ნაერთის რაოდენობა - მოხდა აწონვა. ეს ისტორიული ნიმუში იწონიდა 2,77 მიკროგრამს და შედგებოდა პლუტონიუმის დიოქსიდისგან; ამჟამად ინახება ლოურენს ჰოლში, ბერკლი. 1942 წლის ბოლოსათვის ელემენტის მარილის 500 მიკროგრამი იყო დაგროვილი. შეერთებულ შტატებში ახალი ელემენტის უფრო დეტალური შესწავლისთვის შეიქმნა რამდენიმე ჯგუფი:

• მეცნიერთა ჯგუფი, რომლებიც უნდა გამოეყოთ სუფთა პლუტონიუმი ქიმიური მეთოდებით,
• ჯგუფი, რომელმაც შეისწავლა პლუტონიუმის ქცევა ხსნარებში, მათ შორის მისი დაჟანგვის მდგომარეობის, იონიზაციის პოტენციალის და რეაქციის კინეტიკა,
• ჯგუფი, რომელიც სწავლობდა პლუტონიუმის იონების რთული წარმოქმნის ქიმიას და სხვა ჯგუფებს.

კვლევამ აჩვენა, რომ პლუტონიუმი გვხვდება ჟანგვის მდგომარეობებში 3-დან 6-მდე, და რომ ქვედა ჟანგვის მდგომარეობები უფრო სტაბილურია ვიდრე ნეპტუნიუმი. ამავე დროს დადგინდა პლუტონიუმისა და ნეპტუნიუმის ქიმიური თვისებების მსგავსება. 1942 წელს სტენ ტომსონმა, გლენ სიბორგის ჯგუფის წევრმა, აღმოაჩინა, რომ ოთხვალენტიანი პლუტონიუმი დიდი რაოდენობით მიიღება მჟავე ხსნარში მოთავსებისას ბისმუტის ფოსფატის თანდასწრებით. შემდგომში ამან გამოიწვია პლუტონიუმის მოპოვების ბისმუტ-ფოსფატის მეთოდის შესწავლა და გამოყენება. 1943 წლის ნოემბერში პლუტონიუმის ფტორიდის გარკვეული რაოდენობა გამოეყო, რათა მიეღო ელემენტის სუფთა ნიმუში რამდენიმე მიკროგრამი წვრილი ფხვნილის სახით. შემდგომში მიიღეს ნიმუშები, რომლებიც შეუიარაღებელი თვალით ჩანდა.

პირველი ციკლოტრონი სსრკ-ში გამოიყენებოდა პლუტონიუმის წარმოებისთვის.

სსრკ-ში პირველი ექსპერიმენტები Pu-ს მიღებაზე დაიწყო 1943-1944 წლებში. აკადემიკოსთა ი.ვ.კურჩატოვისა და ვ.გ.ხლოპინის ხელმძღვანელობით. მოკლე დროში სსრკ-ში ჩატარდა პლუტონიუმის თვისებების ფართო კვლევები. 1945 წლის დასაწყისში, ევროპაში პირველ ციკლოტრონს, რომელიც აშენდა 1937 წელს რადიუმის ინსტიტუტში, პლუტონიუმის პირველი საბჭოთა ნიმუში მიიღეს ურანის ბირთვების ნეიტრონული დასხივებით. ქალაქ ოზიორსკში, 1945 წლიდან დაიწყო პირველი სამრეწველო ბირთვული რეაქტორის მშენებლობა პლუტონიუმის წარმოებისთვის, მაიაკის წარმოების ასოციაციის პირველი ობიექტი, რომელიც ამოქმედდა 1948 წლის 19 ივნისს.

წარმოება მანჰეტენის პროექტში

მანჰეტენის პროექტის ყველაზე მნიშვნელოვანი ადგილები.

მანჰეტენის პროექტი სათავეს იღებს აინშტაინის რუზველტისადმი მიწერილი წერილიდან. წერილში პრეზიდენტის ყურადღება მიიპყრო იმ ფაქტზე, რომ ნაცისტური გერმანია აწარმოებდა აქტიურ კვლევებს, რის შედეგადაც მას მალე შეეძლო ატომური ბომბის შეძენა. 1939 წლის აგვისტოში ლეო სილარდმა სთხოვა თავის მეგობარს ალბერტ აინშტაინს ხელი მოეწერა წერილზე. ფრანკლინ რუზველტის დადებითი პასუხის შედეგად მანჰეტენის პროექტი შემდგომში შეერთებულ შტატებში ჩამოყალიბდა.

მეორე მსოფლიო ომის დროს პროექტის მიზანი იყო ბირთვული ბომბის შექმნა. ატომური პროგრამის პროექტი, საიდანაც შეიქმნა მანჰეტენის პროექტი, დამტკიცდა და ერთდროულად შეიქმნა შეერთებული შტატების პრეზიდენტის ბრძანებულებით 1941 წლის 9 ოქტომბერს. მანჰეტენის პროექტმა დაიწყო თავისი საქმიანობა 1942 წლის 12 აგვისტოს. მისი სამი ძირითადი მიზანი იყო:

• პლუტონიუმის წარმოება ჰენფორდის კომპლექსში
• ურანის გამდიდრება ოუკ რიჯში, ტენესი
• კვლევა ბირთვული იარაღისა და ატომური ბომბის სტრუქტურის სფეროში ლოს ალამოსის ეროვნულ ლაბორატორიაში

მეცნიერთა სამახსოვრო ფოტო, რომლებიც მონაწილეობდნენ Chicago Woodpile-1-ში. წინა რიგი, მეორე მარჯვნიდან: ლეო სილარდი; პირველი მარცხნიდან: ენრიკო ფერმი.

პირველი ბირთვული რეაქტორი, რომელმაც გამოიმუშავა ელემენტის დიდი რაოდენობა ციკლოტრონებთან შედარებით, იყო Chicago Woodpile-1. იგი შევიდა 1942 წლის 2 დეკემბერს ენრიკო ფერმისა და ლეო სილარდის წყალობით; ამ დღეს მოხდა პირველი თვითშენარჩუნებული ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია. პლუტონიუმ-239-ის წარმოებისთვის გამოიყენეს ურანი-238 და ურანი-235. რეაქტორი აშენდა სტეგ ფილდზე ჩიკაგოს უნივერსიტეტის სტენდების ქვეშ. იგი შედგებოდა 6 ტონა ურანის ლითონის, 34 ტონა ურანის ოქსიდისა და 400 ტონა გრაფიტის "შავი აგურისგან". ერთადერთი, რასაც შეეძლო ბირთვული ჯაჭვური რეაქციის შეჩერება, იყო კადმიუმის ღეროები, რომლებიც კარგად იჭერენ თერმულ ნეიტრონებს და, შედეგად, შეუძლიათ თავიდან აიცილონ შესაძლო ინციდენტი. რადიაციული დაცვისა და გაგრილების არარსებობის გამო, მისი ჩვეულებრივი სიმძლავრე იყო მხოლოდ 0,5 ... 200 ვატი.

X-10 გრაფიტის რეაქტორის მუშები.

მეორე რეაქტორი, რომელმაც შესაძლებელი გახადა პლუტონიუმ-239-ის წარმოება, იყო X-10 Graphite Reactor. იგი ექსპლუატაციაში შევიდა 1943 წლის 4 ნოემბერს ქალაქ ოუკ რიჯში, ამჟამად მდებარეობს ოუკ რიჯის ეროვნული ლაბორატორიის ტერიტორიაზე. ეს რეაქტორი მსოფლიოში მეორე იყო Chicago Woodpile-1-ის შემდეგ და პირველი რეაქტორი, რომელიც შეიქმნა მანჰეტენის პროექტის გაგრძელებაში. რეაქტორი იყო პირველი ნაბიჯი უფრო ძლიერი ბირთვული რეაქტორების შექმნისკენ, ანუ იყო ექსპერიმენტული. მისი მოღვაწეობა დასრულდა 1963 წელს; ღიაა საზოგადოებისთვის 1980-იანი წლებიდან და არის მსოფლიოში ერთ-ერთი უძველესი ბირთვული რეაქტორი.

1944 წლის 5 აპრილს ემილიო სეგრემ მიიღო X-10 რეაქტორში წარმოებული პლუტონიუმის პირველი ნიმუშები. 10 დღის განმავლობაში მან აღმოაჩინა, რომ პლუტონიუმ-240-ის კონცენტრაცია რეაქტორში ძალიან მაღალი იყო ციკლოტრონებთან შედარებით. ამ იზოტოპს აქვს სპონტანური დაშლის ძალიან მაღალი უნარი, რის შედეგადაც იზრდება ნეიტრონული დასხივების ზოგადი ფონი. ამის საფუძველზე გაკეთდა დასკვნა, რომ მაღალი სისუფთავის პლუტონიუმის გამოყენება ქვემეხის ტიპის ბირთვულ ბომბში, კერძოდ ხუდოის ბომბში, შეიძლება გამოიწვიოს ნაადრევი აფეთქება. იმის გამო, რომ ბირთვული ბომბების განვითარების ტექნოლოგია უფრო და უფრო გაუმჯობესდა, დადგინდა, რომ ბირთვული მუხტისთვის უმჯობესია გამოიყენოთ ბირთვული ნივთიერებები სფეროების სახით.

B რეაქტორის მშენებლობა, პირველი ბირთვული რეაქტორი, რომელსაც შეუძლია პლუტონიუმის წარმოება ინდუსტრიული მასშტაბით.

პირველი კომერციული Pu წარმოების ბირთვული რეაქტორი არის რეაქტორი B, რომელიც მდებარეობს აშშ-ში. მშენებლობა დაიწყო 1943 წლის ივნისში და დასრულდა 1944 წლის სექტემბერში. რეაქტორის სიმძლავრე 250 მეგავატი იყო. პირველად ამ რეაქტორში წყალი გამოიყენეს როგორც გამაგრილებელი. რეაქტორმა B წარმოქმნა პლუტონიუმი-239, რომელიც პირველად გამოიყენეს სამების ტესტში. 1945 წლის 9 აგვისტოს ნაგასაკზე ჩამოგდებულ ბომბში გამოიყენეს ამ რეაქტორიდან მიღებული ბირთვული მასალები. აშენებული რეაქტორი დაიხურა 1968 წლის თებერვალში და მდებარეობს ვაშინგტონის შტატის უდაბნო რეგიონში, ქალაქ რიჩლენდის მახლობლად.

ჰენფორდის კომპლექსი. რეაქტორები B, D, F და ა.შ. განლაგებულია მდინარის გასწვრივ სქემის ზედა ნაწილში.

მანჰეტენის პროექტის დროს ჰენფორდის კომპლექსში შეიქმნა მრავალი ტერიტორია ბირთვული მასალების მიღების, შენახვის, დამუშავებისა და გამოყენებისთვის. ეს სამარხი შეიცავს დაახლოებით 205 კგ პლუტონიუმის იზოტოპებს. მრავალი ზონა ჩამოყალიბდა ცხრა ბირთვული რეაქტორის შესანახად, რომელიც აწარმოებდა ქიმიურ ელემენტს, მრავალი დამხმარე შენობას, რომელიც აბინძურებდა გარემოს. სხვა ამ ტერიტორიებიდან შეიქმნა პლუტონიუმის და ურანის მინარევებისაგან ქიმიური საშუალებებით გამოყოფის მიზნით. ამ კომპლექსის დახურვის შემდეგ განადგურდა 20 ტონაზე მეტი პლუტონიუმი უსაფრთხო ფორმით.

2004 წელს გათხრების შედეგად ჰენფორდის კომპლექსის ტერიტორიაზე სამარხები აღმოაჩინეს. მათ შორის იპოვეს იარაღის ხარისხის პლუტონიუმი, რომელიც მინის ჭურჭელში იყო. იარაღის კლასის პლუტონიუმის ეს ნიმუში ყველაზე ხანგრძლივი აღმოჩნდა და გამოიკვლია წყნარი ოკეანის ეროვნულმა ლაბორატორიამ. შედეგებმა აჩვენა, რომ ეს ნიმუში შეიქმნა X-10 გრაფიტის რეაქტორზე 1944 წელს.

პროექტის ერთ-ერთი მონაწილე მონაწილეობდა ნახაზების საიდუმლო გადაცემაში ურანის და პლუტონიუმის ბომბების აგების პრინციპებზე, ასევე ურანი-235-ისა და პლუტონიუმ-239-ის ნიმუშების შესახებ.

სამება და მსუქანი კაცი

პირველი ბირთვული გამოცდა, სახელად Trinity, 1945 წლის 16 ივლისს, ალამოგორდოს მახლობლად, ახალი მექსიკაში, გამოიყენა პლუტონიუმი, როგორც ბირთვული მუხტი. The Thing-მა გამოიყენა ჩვეულებრივი ლინზები პლუტონიუმის კრიტიკულ მასამდე შეკუმშვისთვის. ეს მოწყობილობა შეიქმნა პლუტონიუმზე დაფუძნებული ახალი ტიპის ბირთვული ბომბის „მსუქანი კაცის“ შესამოწმებლად. ამავდროულად, ზღარბიდან დაიწყო ნეიტრონების დინება ბირთვული რეაქციისთვის. მოწყობილობა დამზადდა პოლონიუმისა და ბერილიუმისგან; ეს წყარო გამოიყენებოდა პირველი თაობის ბირთვული ბომბებში, რადგან იმ დროს ეს შემადგენლობა ნეიტრონების ერთადერთ წყაროდ ითვლებოდა. ყველა ამ კომპოზიციამ შესაძლებელი გახადა ძლიერი ბირთვული აფეთქების მიღწევა. სამების ბირთვულ გამოცდაზე გამოყენებული ბომბის საერთო მასა იყო 6 ტონა, თუმცა ბომბის ბირთვი შეიცავდა მხოლოდ 6,2 კგ პლუტონიუმს, ხოლო ქალაქის თავზე აფეთქების სავარაუდო სიმაღლე იყო 225-500 მ. გამოყენებული პლუტონიუმის დაახლოებით 20%. ამ ბომბში იყო 20000 ტონა ტროტილის ეკვივალენტში.

1945 წლის 9 აგვისტოს ნაგასაკზე ჩამოაგდეს ბომბი Fat Man. აფეთქების შედეგად 70 ათასი ადამიანი მომენტალურად დაიღუპა და 100 ათასი დაშავდა.მას მსგავსი მექანიზმი გააჩნდა: პლუტონიუმისგან დამზადებული ბირთვი მოათავსეს სფერულ ფორმაში. ალუმინის ჭურვი, რომელიც გარშემორტყმული იყო ქიმიური ასაფეთქებელი ნივთიერებებით. ჭურვის აფეთქებისას პლუტონიუმის მუხტი შეკუმშული იყო ყველა მხრიდან და მისი სიმკვრივე გადააჭარბა კრიტიკულს, რის შემდეგაც დაიწყო ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია. მალიშმა, რომელიც სამი დღით ადრე ჰიროშიმაზე ჩამოვარდა, გამოიყენა ურანი-235, მაგრამ არა პლუტონიუმი. იაპონიამ 15 აგვისტოს ხელი მოაწერა გადაცემის ხელშეკრულებას. ამ შემთხვევების შემდეგ მედიაში გამოქვეყნდა შეტყობინება ახალი ქიმიური რადიოაქტიური ელემენტის - პლუტონიუმის გამოყენების შესახებ.

ცივი ომი

დიდი რაოდენობით პლუტონიუმი წარმოიქმნა ცივი ომის დროს აშშ-სა და სსრკ-ს მიერ. აშშ-ს რეაქტორებმა მდინარე სავანაში და ჰანფორდში ომის დროს 103 ტონა პლუტონიუმი გამოიმუშავეს, ხოლო სსრკ-მ 170 ტონა იარაღის კლასის პლუტონიუმი. დღეს დაახლოებით 20 ტონა პლუტონიუმი იწარმოება ატომურ ენერგიაში, როგორც ბირთვული რეაქციების გვერდითი პროდუქტი. საწყობში ყოველ 1000 ტონა პლუტონიუმზე 200 ტონა პლუტონიუმი ამოღებულია ბირთვული რეაქტორებიდან. 2007 წლისთვის, SIIM-მა შეაფასა მსოფლიოში პლუტონიუმი 500 ტონად, რომელიც დაახლოებით თანაბრად იყოფა იარაღსა და ენერგეტიკულ საჭიროებებად.

ბირთვული ნარჩენების შესანახი გვირაბის შემოთავაზებული განლაგება იუკას მთის საცავში.

ცივი ომის დასრულებისთანავე, ყველა ბირთვული მარაგი გახდა პროლიფერაციის პრობლემა. მაგალითად, შეერთებულ შტატებში ბირთვული იარაღიდან მოპოვებული პლუტონიუმისგან შერწყმული იყო ორი ტონიანი ბლოკები, რომელშიც ელემენტი არის ინერტული პლუტონიუმის ოქსიდის სახით. ეს ბლოკები მოჭიქულია ბოროსილიკატური მინით ცირკონიუმის და გადოლინიუმის შერევით. შემდეგ ეს ბლოკები დაფარეს უჟანგავი ფოლადით და ჩამარხეს მიწაში 4 კმ სიღრმეზე. აშშ-ს ადგილობრივმა და სახელმწიფო ხელისუფლებამ არ დაუშვა ბირთვული ნარჩენების შენახვა იუკას მთაზე. 2010 წლის მარტში აშშ-ის ხელისუფლებამ გადაწყვიტა გაეუქმებინა ბირთვული ნარჩენების შენახვის უფლების ლიცენზია. ბარაკ ობამამ შესთავაზა გადახედოს ნარჩენების შენახვის პოლიტიკას და მიეწოდოს რეკომენდაციები დახარჯული საწვავის და ნარჩენების მართვის ახალი ეფექტური მეთოდების შემუშავებისთვის.

სამედიცინო ექსპერიმენტები

მეორე მსოფლიო ომის განმავლობაში და მის შემდეგ, მეცნიერები ატარებდნენ ექსპერიმენტებს ცხოველებზე და ადამიანებზე, პლუტონიუმის დოზების ინტრავენურად შეყვანა. ცხოველებზე ჩატარებულმა კვლევებმა აჩვენა, რომ რამდენიმე მილიგრამი პლუტონიუმი თითო კილოგრამ ქსოვილზე სასიკვდილო დოზაა. „სტანდარტული“ დოზა იყო 5 მიკროგრამი პლუტონიუმი, ხოლო 1945 წელს ეს მაჩვენებელი 1 მიკროგრამამდე შემცირდა იმის გამო, რომ პლუტონიუმი მიდრეკილია ძვლებში დაგროვებისკენ და ამიტომ უფრო საშიშია ვიდრე რადიუმი.

პლუტონიუმის თვრამეტი ადამიანის ტესტი ჩატარდა წინასწარი თანხმობის გარეშე, რათა გაირკვეს, სად და როგორ არის კონცენტრირებული პლუტონიუმი ადამიანის სხეულში და შემუშავებულიყო სტანდარტები მისი უსაფრთხო მოპყრობისთვის. პირველი ადგილები, სადაც მანჰეტენის პროექტის ფარგლებში ჩატარდა ექსპერიმენტები, იყო: ჰენფორდი, ბერკლი, ლოს ალამოსი, ჩიკაგო, ოუკ რიჯი, როჩესტერი.