Paglalarawan ng plutonium

Plutonium(Plutonium) ay isang kulay-pilak na mabibigat na elemento ng kemikal, isang radioactive metal na may atomic number na 94, na kinakatawan sa periodic table ng simbolong Pu.

Ang electronegative active chemical element na ito ay kabilang sa pangkat ng mga actinides na may atomic mass na 244.0642, at, tulad ng neptunium, na tumanggap ng pangalan nito bilang parangal sa planeta ng parehong pangalan, ang kemikal na ito ay may utang sa pangalan nito sa planetang Pluto, dahil ang mga nauna. ng radioactive na elemento sa periodic table ni Mendeleev ng mga kemikal na elemento ay at neptunium, na pinangalanan din sa malalayong cosmic na planeta sa ating Galaxy.

Pinagmulan ng plutonium

Elemento ng plutonium ay unang natuklasan noong 1940 sa Unibersidad ng California ng isang grupo ng mga radiologist at siyentipikong mananaliksik na sina G. Seaborg, E. McMillan, Kennedy, A. Walch nang bombarduhan ang isang target na uranium mula sa isang cyclotron na may mga deuteron - mabigat na hydrogen nuclei.

Noong Disyembre ng parehong taon, natuklasan ng mga siyentipiko plutonium isotope– Pu-238, ang kalahating buhay nito ay higit sa 90 taon, at napag-alaman na sa ilalim ng impluwensya ng mga kumplikadong reaksyong nuklear na kemikal ang isotope neptunium-238 ay unang ginawa, pagkatapos nito ay nabuo na ang isotope plutonium-238.

Noong unang bahagi ng 1941, natuklasan ng mga siyentipiko plutonium 239 na may panahon ng pagkabulok na 25,000 taon. Ang mga isotopes ng plutonium ay maaaring magkaroon ng iba't ibang nilalaman ng neutron sa nucleus.

Ang isang purong tambalan ng elemento ay nakuha lamang sa pagtatapos ng 1942. Sa tuwing natuklasan ng mga radiological scientist ang isang bagong isotope, palagi nilang sinusukat ang kalahating buhay ng isotopes.

Sa ngayon, ang plutonium isotopes, kung saan mayroong 15 sa kabuuan, ay naiiba sa tagal ng oras kalahating buhay. Ito ay sa elementong ito na ang mga dakilang pag-asa at pag-asa ay nauugnay, ngunit sa parehong oras, malubhang takot sa sangkatauhan.

Ang plutonium ay may mas malaking aktibidad kaysa, halimbawa, uranium at isa sa pinakamahal na teknikal na mahalaga at makabuluhang mga sangkap na may likas na kemikal.

Halimbawa, ang halaga ng isang gramo ng plutonium ay ilang beses na higit sa isang gramo, , o iba pang mga metal na kapantay.

Ang produksyon at pagkuha ng plutonium ay itinuturing na magastos, at ang halaga ng isang gramo ng metal sa ating panahon ay may kumpiyansa na nananatili sa humigit-kumulang 4,000 US dollars.

Paano nakuha ang plutonium? Paggawa ng plutonium

Ang paggawa ng elemento ng kemikal ay nangyayari sa mga nuclear reactor, sa loob kung saan ang uranium ay nahahati sa ilalim ng impluwensya ng kumplikadong kemikal at teknolohikal na magkakaugnay na proseso.

Ang uranium at plutonium ay ang pangunahing, pangunahing bahagi sa paggawa ng atomic (nuclear) na gasolina.

Kung kinakailangan upang makakuha ng isang malaking halaga ng isang radioactive na elemento, ang paraan ng pag-iilaw ng mga elemento ng transuranic, na maaaring makuha mula sa ginastos na nuclear fuel at pag-iilaw ng uranium, ay ginagamit. Ang mga kumplikadong reaksiyong kemikal ay nagpapahintulot sa metal na mahiwalay sa uranium.

Upang makakuha ng mga isotopes, katulad ng plutonium-238 at plutonium-239 na may grade na armas, na mga intermediate decay na produkto, ginagamit ang pag-iilaw ng neptunium-237 na may mga neutron.

Isang maliit na bahagi ng plutonium-244, na siyang pinakamahabang buhay na isotope dahil sa mahabang kalahating buhay nito, ay natuklasan sa cerium ore, na malamang na napanatili mula sa pagbuo ng ating planetang Earth. Ang radioactive na elementong ito ay hindi natural na nangyayari sa kalikasan.

Pangunahing pisikal na katangian at katangian ng plutonium

Ang plutonium ay isang medyo mabigat na radioactive na elemento ng kemikal na may kulay pilak na kumikinang lamang kapag nalinis. Nuklear masa ng metal plutonium katumbas ng 244 a. kumain.

Dahil sa mataas na radyaktibidad nito, ang elementong ito ay mainit sa pagpindot at maaaring uminit hanggang sa temperatura na lumampas sa kumukulong temperatura ng tubig.

Ang plutonium, sa ilalim ng impluwensya ng mga atomo ng oxygen, ay mabilis na dumidilim at natatakpan ng isang iridescent na manipis na pelikula na sa una ay dilaw na dilaw, at pagkatapos ay isang mayaman o kayumanggi na kulay.

Sa malakas na oksihenasyon, ang pagbuo ng PuO2 powder ay nangyayari sa ibabaw ng elemento. Ang ganitong uri ng kemikal na metal ay napapailalim sa malakas na proseso ng oksihenasyon at kaagnasan kahit na sa mababang antas ng halumigmig.

Upang maiwasan ang kaagnasan at oksihenasyon ng ibabaw ng metal, kinakailangan ang isang pasilidad sa pagpapatayo. Larawan ng plutonium maaaring matingnan sa ibaba.

Ang plutonium ay isang tetravalent na kemikal na metal; ito ay natutunaw nang maayos at mabilis sa mga hydroiodic na sangkap at acidic na kapaligiran, halimbawa, sa chloric acid.

Ang mga metal salt ay mabilis na na-neutralize sa mga kapaligiran na may neutral na reaksyon, mga alkaline na solusyon, habang bumubuo ng hindi matutunaw na plutonium hydroxide.

Ang temperatura kung saan natutunaw ang plutonium ay 641 degrees Celsius, ang kumukulo na punto ay 3230 degrees.

Sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura, nangyayari ang mga hindi likas na pagbabago sa density ng metal. Sa anyo nito, ang plutonium ay may iba't ibang phase at may anim na kristal na istruktura.

Sa panahon ng paglipat sa pagitan ng mga phase, nangyayari ang mga makabuluhang pagbabago sa dami ng elemento. Nakukuha ng elemento ang pinakasiksik nitong anyo sa ikaanim na yugto ng alpha (ang huling yugto ng paglipat), habang ang tanging mas mabigat kaysa sa metal sa estadong ito ay ang neptunium at radium.

Kapag natunaw, ang elemento ay sumasailalim sa malakas na compression, kaya ang metal ay maaaring lumutang sa ibabaw ng tubig at iba pang hindi agresibong likidong media.

Sa kabila ng katotohanan na ang radioactive na elementong ito ay kabilang sa pangkat ng mga kemikal na metal, ang elemento ay medyo pabagu-bago, at kapag ito ay nasa isang saradong espasyo sa loob ng maikling panahon, ang konsentrasyon nito sa hangin ay tumataas nang maraming beses.

Ang mga pangunahing pisikal na katangian ng metal ay kinabibilangan ng: mababang antas, antas ng thermal conductivity ng lahat ng umiiral at kilalang elemento ng kemikal, mababang antas ng electrical conductivity; sa likidong estado, ang plutonium ay isa sa mga pinaka malapot na metal.

Kapansin-pansin na ang anumang mga plutonium compound ay nakakalason, nakakalason at nagdudulot ng malubhang panganib ng radiation sa katawan ng tao, na nangyayari dahil sa aktibong alpha radiation, samakatuwid ang lahat ng trabaho ay dapat isagawa nang may lubos na pangangalaga at sa mga espesyal na suit na may proteksyon sa kemikal. .

Maaari kang magbasa nang higit pa tungkol sa mga katangian at teorya ng pinagmulan ng isang natatanging metal sa aklat Obruchev "Plutonia"" May-akda V.A. Inaanyayahan ni Obruchev ang mga mambabasa na sumabak sa kamangha-manghang at natatanging mundo ng kamangha-manghang bansa ng Plutonia, na matatagpuan sa kaibuturan ng mga bituka ng Earth.

Mga aplikasyon ng plutonium

Ang pang-industriya na elemento ng kemikal ay karaniwang inuuri sa antas ng armas at antas ng reaktor ("grado ng enerhiya") plutonium.

Kaya, para sa paggawa ng mga sandatang nuklear, ng lahat ng umiiral na isotopes, pinahihintulutan na gumamit lamang ng plutonium 239, na hindi dapat maglaman ng higit sa 4.5% plutonium 240, dahil napapailalim ito sa kusang fission, na makabuluhang nagpapalubha sa paggawa ng mga projectile ng militar. .

Plutonium-238 ay ginagamit para sa pagpapatakbo ng maliit na laki ng radioisotope na pinagmumulan ng elektrikal na enerhiya, halimbawa, bilang pinagkukunan ng enerhiya para sa teknolohiya sa espasyo.

Ilang dekada na ang nakalipas, ginamit ang plutonium sa gamot sa mga pacemaker (mga aparato para sa pagpapanatili ng ritmo ng puso).

Ang unang atomic bomb na nilikha sa mundo ay may singil na plutonium. Nuclear plutonium(Pu 239) ay in demand bilang nuclear fuel upang matiyak ang paggana ng power reactors. Ang isotope na ito ay nagsisilbi rin bilang isang mapagkukunan para sa paggawa ng mga elemento ng transplutonium sa mga reaktor.

Kung ihahambing natin ang nuclear plutonium na may purong metal, ang isotope ay may mas mataas na mga parameter ng metal at walang mga yugto ng paglipat, kaya malawak itong ginagamit sa proseso ng pagkuha ng mga elemento ng gasolina.

Ang mga oxide ng Plutonium 242 isotope ay hinihiling din bilang pinagmumulan ng kuryente para sa mga nakamamatay na unit, kagamitan, at fuel rod sa espasyo.

Weapon-grade plutonium ay isang elemento na ipinakita sa anyo ng isang compact metal na naglalaman ng hindi bababa sa 93% ng Pu239 isotope.

Ang ganitong uri ng radioactive metal ay ginagamit sa paggawa ng iba't ibang uri ng mga sandatang nuklear.

Ang plutonium na may antas ng armas ay ginawa sa mga dalubhasang industriyal na nuclear reactor na nagpapatakbo sa natural o low-enriched na uranium bilang resulta ng pagkuha ng mga neutron.

Mayroong 15 kilalang isotopes ng plutonium. Ang pinakamahalaga sa mga ito ay ang Pu-239 na may kalahating buhay na 24,360 taon. Ang tiyak na gravity ng plutonium ay 19.84 sa temperatura na 25°C. Nagsisimulang matunaw ang metal sa temperaturang 641°C at kumukulo sa 3232°C. Ang valency nito ay 3, 4, 5 o 6.

Ang metal ay may kulay-pilak na kulay at nagiging dilaw kapag nalantad sa oxygen. Ang plutonium ay isang kemikal na reaktibong metal at madaling natutunaw sa puro hydrochloric acid, perchloric acid, at hydroiodic acid. Sa panahon ng pagkabulok, ang metal ay naglalabas ng enerhiya ng init.

Ang plutonium ay ang pangalawang transuranic actinide na natuklasan. Sa kalikasan, ang metal na ito ay matatagpuan sa maliit na dami sa uranium ores.

Ang plutonium ay lason at nangangailangan ng maingat na paghawak. Ang pinaka-fissionable isotope ng plutonium ay ginamit bilang isang nuclear weapon. Sa partikular, ginamit ito sa isang bomba na ibinagsak sa lungsod ng Nagasaki ng Hapon.

Ito ay isang radioactive poison na naipon sa bone marrow. Maraming aksidente, ang ilan ay nakamamatay, ay naganap habang nag-eeksperimento sa mga tao upang pag-aralan ang plutonium. Mahalaga na ang plutonium ay hindi umabot sa kritikal na masa. Sa solusyon, ang plutonium ay bumubuo ng isang kritikal na masa nang mas mabilis kaysa sa solidong estado.

Atomic number 94 ay nangangahulugan na ang lahat ng plutonium atoms ay 94. Sa hangin, nabubuo ang plutonium oxide sa ibabaw ng metal. Ang oxide na ito ay pyrophoric, kaya ang nagbabagang plutonium ay kukurap na parang abo.

Mayroong anim na allotropic na anyo ng plutonium. Lumilitaw ang ikapitong anyo sa mataas na temperatura.

Sa isang may tubig na solusyon, ang plutonium ay nagbabago ng kulay. Lumilitaw ang iba't ibang kulay sa ibabaw ng metal habang nag-oxidize ito. Ang proseso ng oksihenasyon ay hindi matatag at ang kulay ng plutonium ay maaaring biglang magbago.

Hindi tulad ng karamihan sa mga sangkap, ang plutonium ay nagiging mas siksik kapag natunaw. Sa tunaw na estado, ang elementong ito ay mas malapot kaysa sa iba pang mga metal.

Ang metal ay ginagamit sa radioactive isotopes sa mga thermoelectric generator na nagpapagana ng spacecraft. Sa gamot, ginagamit ito sa paggawa ng mga electronic cardiac stimulators.

Ang paglanghap ng plutonium vapor ay mapanganib sa kalusugan. Sa ilang mga kaso, maaari itong maging sanhi ng kanser sa baga. Ang inhaled plutonium ay may metal na lasa.

Ang Plutonium (Latin Plutonium, simbolong Pu) ay isang radioactive na elemento ng kemikal na may atomic number 94 at atomic weight 244.064. Ang Plutonium ay isang elemento ng Pangkat III ng periodic table ni Dmitry Ivanovich Mendeleev at kabilang sa pamilyang actinide. Ang plutonium ay isang mabigat (densidad sa ilalim ng normal na mga kondisyon na 19.84 g/cm³) malutong na radioactive na metal na may kulay-pilak-puting kulay.

Ang plutonium ay walang matatag na isotopes. Sa daang posibleng isotopes ng plutonium, dalawampu't lima ang na-synthesize. Ang mga nuklear na katangian ng labinlima sa kanila ay pinag-aralan (mga numero ng masa 232-246). Apat ang nakahanap ng praktikal na aplikasyon. Ang pinakamahabang buhay na isotopes ay 244Pu (kalahating buhay 8.26-107 taon), 242Pu (kalahating buhay 3.76-105 taon), 239Pu (kalahating buhay 2.41-104 taon), 238Pu (kalahating buhay 87.74 taon) - α- emitters at 241Pu (kalahating buhay 14 na taon) - β-emitter. Sa kalikasan, ang plutonium ay nangyayari sa hindi gaanong halaga sa uranium ores (239Pu); ito ay nabuo mula sa uranium sa ilalim ng impluwensya ng mga neutron, ang mga pinagmumulan nito ay mga reaksyon na nagaganap sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng α-particle na may mga light elements (kasama sa ores), kusang fission ng uranium nuclei at cosmic radiation.

Ang siyamnapu't apat na elemento ay natuklasan ng isang grupo ng mga Amerikanong siyentipiko - sina Glenn Seaborg, Kennedy, Edwin McMillan at Arthur Wahl noong 1940 sa Berkeley (sa Unibersidad ng California) nang bombahin ang isang target ng uranium oxide ( U3O8) ng napakabilis na deuterium nuclei (deuteron) mula sa isang animnapung pulgadang cyclotron. Noong Mayo 1940, ang mga katangian ng plutonium ay hinulaan ni Lewis Turner.

Noong Disyembre 1940, natuklasan ang plutonium isotope na Pu-238, na may kalahating buhay na ~90 taon, na sinundan ng isang taon mamaya ng mas mahalagang Pu-239 na may kalahating buhay na ~24,000 taon.

Iminungkahi ni Edwin MacMillan noong 1948 na pangalanan ang elementong kemikal na plutonium bilang parangal sa pagkatuklas ng bagong planetang Pluto at sa pagkakatulad sa neptunium, na pinangalanan pagkatapos ng pagkatuklas ng Neptune.

Ang metallic plutonium (239Pu isotope) ay ginagamit sa mga sandatang nuklear at nagsisilbing nuclear fuel sa mga power reactor na tumatakbo sa thermal at lalo na sa mga fast neutron. Ang kritikal na masa para sa 239Pu bilang metal ay 5.6 kg. Sa iba pang mga bagay, ang 239Pu isotope ay ang panimulang materyal para sa paggawa ng mga elemento ng transplutonium sa mga nuclear reactor. Ang 238Pu isotope ay ginagamit sa maliit na laki ng nuclear power source na ginagamit sa space research, gayundin sa mga cardiac stimulant ng tao.

Ang plutonium-242 ay mahalaga bilang isang "hilaw na materyal" para sa medyo mabilis na akumulasyon ng mas mataas na mga elemento ng transuranium sa mga nuclear reactor. Ang δ-stabilized plutonium alloys ay ginagamit sa paggawa ng mga fuel cell, dahil mayroon silang mas mahusay na mga katangian ng metalurhiko kumpara sa purong plutonium, na sumasailalim sa mga phase transition kapag pinainit. Ang mga plutonium oxide ay ginagamit bilang pinagkukunan ng enerhiya para sa teknolohiya sa espasyo at hinahanap ang kanilang aplikasyon sa mga fuel rod.

Ang lahat ng plutonium compound ay nakakalason, na bunga ng α-radiation. Ang mga particle ng alpha ay nagdudulot ng malubhang panganib kung ang pinagmulan nito ay nasa katawan ng isang nahawaang tao; sinisira nila ang nakapalibot na tissue ng katawan. Ang gamma radiation mula sa plutonium ay hindi mapanganib sa katawan. Ito ay nagkakahalaga ng pagsasaalang-alang na ang iba't ibang mga isotopes ng plutonium ay may iba't ibang mga lason, halimbawa, ang tipikal na reactor plutonium ay 8-10 beses na mas nakakalason kaysa sa purong 239Pu, dahil ito ay pinangungunahan ng 240Pu nuclides, na isang malakas na mapagkukunan ng alpha radiation. Ang plutonium ay ang pinaka-radiotoxic na elemento ng lahat ng actinides, gayunpaman, ito ay itinuturing na malayo sa pinaka-mapanganib na elemento, dahil ang radium ay halos isang libong beses na mas mapanganib kaysa sa pinaka-nakakalason na isotope ng plutonium - 239Pu.

Mga katangian ng biyolohikal

Ang plutonium ay puro ng mga marine organism: ang accumulation coefficient ng radioactive metal na ito (ang ratio ng mga konsentrasyon sa katawan at sa panlabas na kapaligiran) para sa algae ay 1000-9000, para sa plankton - humigit-kumulang 2300, para sa starfish - tungkol sa 1000, para sa mollusks - hanggang 380, para sa mga kalamnan, buto , atay at tiyan ng isda - 5, 570, 200 at 1060, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga halaman sa lupa ay sumisipsip ng plutonium pangunahin sa pamamagitan ng root system at maipon ito sa 0.01% ng kanilang masa. Sa katawan ng tao, ang siyamnapu't apat na elemento ay pinanatili pangunahin sa balangkas at atay, mula sa kung saan ito ay halos hindi pinalabas (lalo na mula sa mga buto).

Ang plutonium ay lubhang nakakalason, at ang kemikal na panganib nito (tulad ng ibang mabibigat na metal) ay higit na mahina (mula sa kemikal na pananaw, ito ay lason din tulad ng tingga.) kumpara sa radioactive toxicity nito, na bunga ng alpha radiation. Bukod dito, ang mga α-particle ay may medyo mababang kakayahang tumagos: para sa 239Pu, ang hanay ng mga α-particle sa hangin ay 3.7 cm, at sa malambot na biological tissue 43 μm. Samakatuwid, ang mga particle ng alpha ay nagdudulot ng malubhang panganib kung ang pinagmulan nito ay nasa katawan ng isang nahawaang tao. Kasabay nito, sinisira nila ang mga tisyu ng katawan na nakapalibot sa elemento.

Kasabay nito, ang mga γ-ray at neutron, na naglalabas din ng plutonium at may kakayahang tumagos sa katawan mula sa labas, ay hindi masyadong mapanganib, dahil ang kanilang antas ay masyadong mababa upang magdulot ng pinsala sa kalusugan. Ang plutonium ay kabilang sa isang pangkat ng mga elemento na may partikular na mataas na radiotoxicity. Kasabay nito, ang iba't ibang isotopes ng plutonium ay may iba't ibang toxicity, halimbawa, ang tipikal na reactor plutonium ay 8-10 beses na mas nakakalason kaysa sa purong 239Pu, dahil ito ay pinangungunahan ng 240Pu nuclides, na isang malakas na mapagkukunan ng alpha radiation.

Kapag natutunaw sa tubig at pagkain, ang plutonium ay hindi gaanong nakakalason kaysa sa mga sangkap tulad ng caffeine, ilang bitamina, pseudoephedrine, at maraming halaman at fungi. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang elementong ito ay hindi gaanong hinihigop ng gastrointestinal tract, kahit na ibinibigay sa anyo ng isang natutunaw na asin, ang parehong asin na ito ay nakatali sa mga nilalaman ng tiyan at bituka. Gayunpaman, ang paglunok ng 0.5 gramo ng pinong hinati o natunaw na plutonium ay maaaring magresulta sa kamatayan mula sa matinding digestive irradiation sa loob ng mga araw o linggo (para sa cyanide ang halagang ito ay 0.1 gramo).

Mula sa punto ng paglanghap, ang plutonium ay isang ordinaryong lason (halos katumbas ng mercury vapor). Kapag nilalanghap, ang plutonium ay carcinogenic at maaaring magdulot ng kanser sa baga. Kaya, kapag inhaled, isang daang milligrams ng plutonium sa anyo ng mga particle ng isang pinakamainam na sukat para sa pagpapanatili sa baga (1-3 microns) ay humantong sa kamatayan mula sa pulmonary edema sa 1-10 araw. Ang isang dosis ng dalawampung milligrams ay humahantong sa kamatayan mula sa fibrosis sa halos isang buwan. Ang mas maliit na dosis ay humahantong sa talamak na carcinogenic poisoning. Ang panganib ng paglanghap ng plutonium sa katawan ay tumataas dahil sa ang katunayan na ang plutonium ay madaling kapitan ng pagbuo ng mga aerosol.

Kahit na ito ay isang metal, ito ay medyo pabagu-bago. Ang isang maikling pananatili ng metal sa isang silid ay makabuluhang nagpapataas ng konsentrasyon nito sa hangin. Ang plutonium na pumapasok sa baga ay bahagyang naninirahan sa ibabaw ng baga, bahagyang pumasa sa dugo, at pagkatapos ay sa lymph at bone marrow. Karamihan (humigit-kumulang 60%) ay napupunta sa tissue ng buto, 30% sa atay at 10% lamang ang natural na nailalabas. Ang dami ng plutonium na pumapasok sa katawan ay depende sa laki ng mga particle ng aerosol at solubility sa dugo.

Ang plutonium na pumapasok sa katawan ng tao sa isang paraan o iba ay katulad sa mga katangian ng ferric iron, samakatuwid, ang pagtagos sa sistema ng sirkulasyon, ang plutonium ay nagsisimulang tumutok sa mga tisyu na naglalaman ng bakal: bone marrow, atay, pali. Nakikita ng katawan ang plutonium bilang bakal, samakatuwid, ang transferrin protein ay kumukuha ng plutonium sa halip na bakal, bilang isang resulta kung saan huminto ang paglipat ng oxygen sa katawan. Ang mga microphage ay nagdadala ng plutonium sa mga lymph node. Ang plutonium na pumapasok sa katawan ay tumatagal ng napakatagal bago maalis sa katawan - sa loob ng 50 taon, 80% lang ang aalisin sa katawan. Ang kalahating buhay mula sa atay ay 40 taon. Para sa tissue ng buto, ang kalahating buhay ng plutonium ay 80-100 taon; sa katunayan, ang konsentrasyon ng elemento ng siyamnapu't apat sa mga buto ay pare-pareho.

Sa buong Ikalawang Digmaang Pandaigdig at pagkatapos nito, ang mga siyentipiko na nagtatrabaho sa Manhattan Project, pati na rin ang mga siyentipiko ng Third Reich at iba pang mga organisasyon ng pananaliksik, ay nagsagawa ng mga eksperimento gamit ang plutonium sa mga hayop at tao. Ipinakita ng mga pag-aaral ng hayop na ang ilang milligrams ng plutonium bawat kilo ng tissue ay isang nakamamatay na dosis. Ang paggamit ng plutonium sa mga tao ay binubuo ng karaniwang 5 mcg ng plutonium na tinuturok nang intramuscularly sa mga pasyenteng may malalang sakit. Sa kalaunan ay natukoy na ang nakamamatay na dosis sa isang pasyente ay isang microgram ng plutonium, at ang plutonium ay mas mapanganib kaysa sa radium at may posibilidad na maipon sa mga buto.

Tulad ng nalalaman, ang plutonium ay isang elemento na halos wala sa kalikasan. Gayunpaman, humigit-kumulang limang tonelada nito ang pinakawalan sa atmospera bilang resulta ng mga pagsubok na nuklear noong panahon ng 1945-1963. Ang kabuuang halaga ng plutonium na inilabas sa atmospera dahil sa mga nuclear test bago ang 1980s ay tinatayang nasa 10 tonelada. Sa ilang mga pagtatantya, ang lupa sa United States ay naglalaman ng average na 2 millicuries (28 mg) ng plutonium bawat km2 ng fallout, at ang paglitaw ng plutonium sa Pacific Ocean ay nakataas kaugnay sa pangkalahatang distribusyon ng mga nuclear material sa lupa.

Ang pinakahuling phenomenon ay nauugnay sa US nuclear testing sa Marshall Islands sa Pacific Test Site noong kalagitnaan ng 1950s. Ang oras ng paninirahan ng plutonium sa mga tubig sa ibabaw ng karagatan ay mula 6 hanggang 21 taon, gayunpaman, kahit na pagkatapos ng panahong ito, ang plutonium ay bumabagsak sa ilalim kasama ng mga biogenic na particle, kung saan ito ay nabawasan sa mga natutunaw na anyo bilang resulta ng microbial decomposition.

Ang pandaigdigang polusyon na may siyamnapu't apat na elemento ay nauugnay hindi lamang sa mga pagsubok na nukleyar, kundi pati na rin sa mga aksidente sa produksyon at kagamitan na nakikipag-ugnayan sa elementong ito. Kaya noong Enero 1968, bumagsak sa Greenland ang isang US Air Force B-52 na may dalang apat na nuclear warhead. Bilang resulta ng pagsabog, nawasak ang mga singil at tumagas ang plutonium sa karagatan.

Ang isa pang kaso ng radioactive contamination ng kapaligiran bilang resulta ng isang aksidente ay naganap sa Soviet spacecraft Kosmos-954 noong Enero 24, 1978. Bilang resulta ng hindi makontrol na deorbit, nahulog sa teritoryo ng Canada ang isang satellite na may nuclear power source na sakay. Bilang resulta ng aksidente, higit sa isang kilo ng plutonium-238 ang pinakawalan sa kapaligiran, na kumalat sa isang lugar na humigit-kumulang 124,000 m².

Ang pinaka-kahila-hilakbot na halimbawa ng isang emergency na pagtagas ng mga radioactive substance sa kapaligiran ay ang aksidente sa Chernobyl nuclear power plant, na naganap noong Abril 26, 1986. Bilang resulta ng pagkasira ng ika-apat na yunit ng kuryente, 190 tonelada ng mga radioactive substance (kabilang ang plutonium isotopes) ay pinakawalan sa kapaligiran sa isang lugar na halos 2200 km².

Ang paglabas ng plutonium sa kapaligiran ay hindi lamang nauugnay sa mga pangyayaring gawa ng tao. May mga kilalang kaso ng pagtagas ng plutonium, parehong mula sa mga kondisyon ng laboratoryo at pabrika. Mahigit dalawampung hindi sinasadyang pagtagas mula sa 235U at 239Pu na mga laboratoryo ang kilala. Noong 1953-1978. ang mga aksidente ay humantong sa pagkawala ng 0.81 (Mayak, Marso 15, 1953) hanggang 10.1 kg (Tomsk, Disyembre 13, 1978) 239Pu. Ang mga insidente sa industriya ay nagresulta sa kabuuang dalawang pagkamatay sa Los Alamos (Agosto 21, 1945 at Mayo 21, 1946) dahil sa dalawang aksidente at pagkawala ng 6.2 kg ng plutonium. Sa lungsod ng Sarov noong 1953 at 1963. humigit-kumulang 8 at 17.35 kg ang nahulog sa labas ng nuclear reactor. Ang isa sa mga ito ay humantong sa pagkawasak ng isang nuclear reactor noong 1953.

Kapag ang isang 238Pu nucleus fission na may mga neutron, 200 MeV ng enerhiya ang ilalabas, na 50 milyong beses na mas mataas kaysa sa pinakasikat na exothermic na reaksyon: C + O2 → CO2. "Pagsunog" sa isang nuclear reactor, ang isang gramo ng plutonium ay gumagawa ng 2,107 kcal - ito ang enerhiya na nilalaman sa 4 na tonelada ng karbon. Ang isang didal ng plutonium fuel sa katumbas ng enerhiya ay maaaring katumbas ng apatnapung bagon ng magandang panggatong!

Ang "natural isotope" ng plutonium (244Pu) ay pinaniniwalaan na ang pinakamahabang buhay na isotope ng lahat ng elemento ng transuranium. Ang kalahating buhay nito ay 8.26∙107 taon. Matagal nang sinusubukan ng mga siyentipiko na makakuha ng isotope ng isang elemento ng transuranium na iiral nang mas mahaba kaysa sa 244Pu - malaking pag-asa sa bagay na ito ay naka-pin sa 247Cm. Gayunpaman, pagkatapos ng synthesis nito, lumabas na ang kalahating buhay ng elementong ito ay 14 milyong taon lamang.

Kwento

Noong 1934, ang isang pangkat ng mga siyentipiko na pinamumunuan ni Enrico Fermi ay gumawa ng isang pahayag na sa panahon ng gawaing siyentipiko sa Unibersidad ng Roma ay natuklasan nila ang isang kemikal na elemento na may serial number 94. Sa pagpilit ni Fermi, ang elemento ay pinangalanang hesperium, ang siyentipiko ay kumbinsido na siya ay nakatuklas ng isang bagong elemento, na ngayon ay tinatawag na plutonium, kaya nagmumungkahi ng pagkakaroon ng mga elemento ng transuranium at naging kanilang theoretical discoverer. Ipinagtanggol ni Fermi ang hypothesis na ito sa kanyang Nobel lecture noong 1938. Pagkatapos lamang matuklasan ng mga siyentipikong Aleman na sina Otto Frisch at Fritz Strassmann ang nuclear fission, napilitan si Fermi na gumawa ng isang tala sa nakalimbag na bersyon na inilathala sa Stockholm noong 1939 na nagpapahiwatig ng pangangailangan na muling isaalang-alang ang "buong problema ng mga elemento ng transuranium." Ang katotohanan ay ang gawain nina Frisch at Strassmann ay nagpakita na ang aktibidad na natuklasan ni Fermi sa kanyang mga eksperimento ay dahil mismo sa fission, at hindi sa pagtuklas ng mga elemento ng transuranium, tulad ng dati niyang pinaniniwalaan.

Isang bagong elemento, ang siyamnapu't apat, ay natuklasan sa pagtatapos ng 1940. Nangyari ito sa Berkeley sa Unibersidad ng California. Sa pamamagitan ng pambobomba sa uranium oxide (U3O8) na may mabigat na hydrogen nuclei (deuteron), natuklasan ng isang grupo ng mga Amerikanong radiochemist na pinamumunuan ni Glenn T. Seaborg ang isang hindi pa kilalang alpha particle emitter na may kalahating buhay na 90 taon. Ang emitter na ito ay naging isotope ng elemento No. 94 na may mass number na 238. Kaya, noong Disyembre 14, 1940, ang unang microgram na dami ng plutonium ay nakuha kasama ng isang admixture ng iba pang mga elemento at ang kanilang mga compound.

Sa isang eksperimento na isinagawa noong 1940, natagpuan na sa panahon ng isang reaksyong nuklear, ang panandaliang isotope neptunium-238 ay unang ginawa (kalahating buhay 2.117 araw), at mula dito plutonium-238:

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

Ang mahaba at matrabahong mga eksperimento sa kemikal upang paghiwalayin ang bagong elemento mula sa mga dumi ay tumagal ng dalawang buwan. Ang pagkakaroon ng isang bagong elemento ng kemikal ay nakumpirma noong gabi ng Pebrero 23–24, 1941 nina G. T. Seaborg, E. M. Macmillan, J. W. Kennedy at A. C. Wall sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga unang katangian ng kemikal nito - ang kakayahang magkaroon ng hindi bababa sa dalawang oksihenasyon. estado. Pagkaraan ng kaunti kaysa sa pagtatapos ng mga eksperimento, itinatag na ang isotope na ito ay non-fissile, at, samakatuwid, hindi kawili-wili para sa karagdagang pag-aaral. Di-nagtagal (Marso 1941), si Kennedy, Seaborg, Segre at Wahl ay nag-synthesize ng isang mas mahalagang isotope, plutonium-239, sa pamamagitan ng pag-irradiate ng uranium na may napakabilis na mga neutron sa isang cyclotron. Ang isotope na ito ay nabuo sa pamamagitan ng pagkabulok ng neptunium-239, naglalabas ng mga alpha ray at may kalahating buhay na 24,000 taon. Ang unang purong compound ng elemento ay nakuha noong 1942, at ang unang dami ng timbang ng metal na plutonium ay nakuha noong 1943.

Ang pangalan ng bagong elemento 94 ay iminungkahi noong 1948 ni MacMillan, na, ilang buwan bago ang pagkatuklas ng plutonium, kasama si F. Eibelson, ay nakakuha ng unang elemento na mas mabigat kaysa sa uranium - elemento No. 93, na pinangalanang neptunium bilang parangal. ng planetang Neptune - ang una sa kabila ng Uranus. Sa pamamagitan ng pagkakatulad, nagpasya silang tawagan ang elemento No. 94 plutonium, dahil ang planetang Pluto ay pangalawa pagkatapos ng Uranus. Sa turn, iminungkahi ni Seaborg na tawagan ang bagong elemento na "plutium," ngunit pagkatapos ay natanto na ang pangalan ay hindi masyadong maganda kumpara sa "plutonium." Bilang karagdagan, naglagay siya ng iba pang mga pangalan para sa bagong elemento: ultimium, extermium, dahil sa maling paghatol noong panahong iyon na ang plutonium ay magiging huling elemento ng kemikal sa periodic table. Bilang isang resulta, ang elemento ay pinangalanang "plutonium" bilang parangal sa pagtuklas ng huling planeta sa solar system.

Ang pagiging likas

Ang kalahating buhay ng pinakamahabang buhay na isotope ng plutonium ay 75 milyong taon. Ang figure ay napaka-kahanga-hanga, gayunpaman, ang edad ng Galaxy ay sinusukat sa bilyun-bilyong taon. Ito ay sumusunod mula dito na ang pangunahing isotopes ng siyamnapu't apat na elemento, na nabuo sa panahon ng mahusay na synthesis ng mga elemento ng Uniberso, ay walang pagkakataon na mabuhay hanggang sa araw na ito. Gayunpaman, hindi ito nangangahulugan na walang plutonium sa Earth. Ito ay patuloy na nabuo sa uranium ores. Sa pamamagitan ng pagkuha ng mga neutron mula sa cosmic radiation at mga neutron na ginawa ng spontaneous fission ng 238U nuclei, ang ilan - napakakaunting - atoms ng isotope na ito ay nagiging 239U atoms. Ang nuclei ng elementong ito ay napaka-unstable, naglalabas sila ng mga electron at sa gayon ay nagpapataas ng kanilang singil, at ang pagbuo ng neptunium, ang unang elemento ng transuranium, ay nangyayari. Ang 239Np ay hindi rin matatag, ang nuclei nito ay naglalabas din ng mga electron, kaya sa loob lamang ng 56 na oras kalahati ng 239Np ay nagiging 239Pu.

Ang kalahating buhay ng isotope na ito ay napakatagal na at umaabot sa 24,000 taon. Sa karaniwan, ang nilalaman ng 239Pu ay halos 400,000 beses na mas mababa kaysa sa radium. Samakatuwid, napakahirap hindi lamang sa minahan, ngunit kahit na tuklasin ang "terrestrial" na plutonium. Ang mga maliliit na dami ng 239Pu - mga bahagi kada trilyon - at mga produktong nabubulok ay matatagpuan sa uranium ores, halimbawa sa natural na nuclear reactor sa Oklo, Gabon (West Africa). Ang tinatawag na "natural nuclear reactor" ay itinuturing na isa lamang sa mundo kung saan ang actinides at ang kanilang mga fission na produkto ay kasalukuyang nabuo sa geosphere. Ayon sa modernong mga pagtatantya, ang isang self-sustaining reaksyon sa pagpapalabas ng init ay naganap sa rehiyong ito ilang milyong taon na ang nakalilipas, na tumagal ng higit sa kalahating milyong taon.

Kaya, alam na natin na sa uranium ores, bilang resulta ng pagkuha ng mga neutron sa pamamagitan ng uranium nuclei, nabuo ang neptunium (239Np), ang produkto ng β-decay kung saan ay natural na plutonium-239. Salamat sa mga espesyal na instrumento - mass spectrometers - ang pagkakaroon ng plutonium-244 (244Pu), na may pinakamahabang kalahating buhay - humigit-kumulang 80 milyong taon, ay natuklasan sa Precambrian bastnaesite (cerium ore). Sa kalikasan, ang 244Pu ay nakararami na matatagpuan sa anyo ng dioxide (PuO2), na hindi gaanong natutunaw sa tubig kaysa sa buhangin (quartz). Dahil ang medyo mahabang buhay na isotope plutonium-240 (240Pu) ay nasa decay chain ng plutonium-244, ang pagkabulok nito ay nangyayari, ngunit ito ay nangyayari nang napakabihirang (1 kaso sa 10,000). Ang napakaliit na halaga ng plutonium-238 (238Pu) ay dahil sa napakabihirang double beta decay ng parent isotope, uranium-238, na natagpuan sa uranium ores.

Ang mga bakas ng isotopes na 247Pu at 255Pu ay natagpuan sa alikabok na nakolekta pagkatapos ng mga pagsabog ng mga thermonuclear bomb.

Ang pinakamaliit na halaga ng plutonium ay maaaring hypothetically na naroroon sa katawan ng tao, dahil ang isang malaking bilang ng mga nuclear test ay isinagawa sa isang paraan o iba pang nauugnay sa plutonium. Ang plutonium ay nag-iipon pangunahin sa balangkas at atay, mula sa kung saan ito ay halos hindi pinalabas. Bilang karagdagan, ang elemento ng siyamnapu't apat ay naipon ng mga organismo sa dagat; Ang mga halaman sa lupa ay sumisipsip ng plutonium pangunahin sa pamamagitan ng root system.

Lumalabas na ang artipisyal na synthesized plutonium ay umiiral pa rin sa kalikasan, kaya bakit hindi ito mina, ngunit nakuha nang artipisyal? Ang katotohanan ay ang konsentrasyon ng elementong ito ay masyadong mababa. Tungkol sa isa pang radioactive metal - radium sinasabi nila: "isang gramo ng produksyon - isang taon ng trabaho," at ang radium sa kalikasan ay 400,000 beses na mas sagana kaysa sa plutonium! Para sa kadahilanang ito, ito ay lubhang mahirap hindi lamang sa minahan, ngunit kahit na tuklasin ang "terrestrial" plutonium. Ito ay ginawa lamang pagkatapos na pag-aralan ang pisikal at kemikal na katangian ng plutonium na ginawa sa mga nuclear reactor.

Aplikasyon

Ang 239Pu isotope (kasama ang U) ay ginagamit bilang nuclear fuel sa mga power reactor na tumatakbo sa thermal at fast neutrons (pangunahin), gayundin sa paggawa ng mga sandatang nuklear.

Humigit-kumulang kalahating libong nuclear power plant sa buong mundo ang bumubuo ng humigit-kumulang 370 GW ng kuryente (o 15% ng kabuuang produksyon ng kuryente sa mundo). Ang Plutonium-236 ay ginagamit sa paggawa ng mga atomic electric na baterya, ang buhay ng serbisyo na umabot sa limang taon o higit pa, ginagamit ang mga ito sa kasalukuyang mga generator na nagpapasigla sa puso (mga pacemaker). Ang 238Pu ay ginagamit sa maliit na laki ng mga mapagkukunan ng nuclear power na ginagamit sa pananaliksik sa kalawakan. Kaya, ang plutonium-238 ay ang pinagmumulan ng kapangyarihan para sa New Horizons, Galileo at Cassini probes, ang Curiosity rover at iba pang spacecraft.

Ang mga sandatang nuklear ay gumagamit ng plutonium-239 dahil ang isotope na ito ang tanging angkop na nuclide para gamitin sa isang bombang nuklear. Bilang karagdagan, ang mas madalas na paggamit ng plutonium-239 sa mga bombang nuklear ay dahil sa ang katunayan na ang plutonium ay sumasakop sa mas kaunting dami sa globo (kung saan matatagpuan ang core ng bomba), samakatuwid, ang paputok na kapangyarihan ng bomba ay maaaring makuha dahil dito. ari-arian.

Ang pamamaraan kung saan ang isang nukleyar na pagsabog na kinasasangkutan ng plutonium ay nangyayari sa disenyo ng bomba mismo, ang core nito ay binubuo ng isang globo na puno ng 239Pu. Sa sandali ng pagbangga sa lupa, ang globo ay na-compress sa isang milyong atmospheres dahil sa disenyo at salamat sa paputok na nakapalibot sa globo na ito. Matapos ang epekto, ang core ay lumalawak sa dami at density sa pinakamaikling posibleng oras - sampu-sampung microsecond, ang pagpupulong ay tumalon sa kritikal na estado na may mga thermal neutron at napupunta sa supercritical na estado na may mabilis na mga neutron - isang nuclear chain reaction ay nagsisimula sa paglahok ng neutron at nuclei ng elemento. Ang pangwakas na pagsabog ng isang bombang nuklear ay naglalabas ng mga temperatura sa pagkakasunud-sunod ng sampu-sampung milyong digri.

Natagpuan ng mga isotopes ng plutonium ang kanilang paggamit sa synthesis ng mga elemento ng transplutonium (sa tabi ng plutonium). Halimbawa, sa Oak Ridge National Laboratory, na may pangmatagalang neutron irradiation na 239Pu, 24496Cm, 24296Cm, 24997Bk, 25298Cf, 25399Es at 257100Fm ay nakuha. Sa parehong paraan, ang americium 24195Am ay unang nakuha noong 1944. Noong 2010, ang plutonium-242 oxide na binomba ng calcium-48 ions ay nagsilbing source para sa ununquadium.

Ang δ-Stabilized plutonium alloys ay ginagamit sa paggawa ng mga fuel rods, dahil ang mga ito ay may makabuluhang mas mahusay na mga katangian ng metal kumpara sa purong plutonium, na sumasailalim sa mga phase transition kapag pinainit at ito ay isang napaka malutong at hindi mapagkakatiwalaang materyal. Ang mga haluang metal ng plutonium sa iba pang mga elemento (intermetallic compound) ay karaniwang nakukuha sa pamamagitan ng direktang pakikipag-ugnayan ng mga elemento sa kinakailangang proporsyon, habang ang arc melting ay pangunahing ginagamit; kung minsan ang mga hindi matatag na haluang metal ay nakukuha sa pamamagitan ng spray deposition o paglamig ng mga natutunaw.

Ang mga pangunahing elemento ng pang-industriya na haluang metal para sa plutonium ay gallium, aluminyo at bakal, bagaman ang plutonium ay may kakayahang bumuo ng mga haluang metal at intermediate sa karamihan ng mga metal na may mga bihirang eksepsiyon (potassium, sodium, lithium, rubidium, magnesium, calcium, strontium, barium, europium at ytterbium) . Ang mga refractory na metal: ang molibdenum, niobium, chromium, tantalum at tungsten ay natutunaw sa likidong plutonium, ngunit halos hindi matutunaw o bahagyang natutunaw sa solid plutonium. Ang indium, silicon, zinc at zirconium ay may kakayahang bumuo ng metastable δ-plutonium (δ"-phase) kapag mabilis na pinalamig. Ang gallium, aluminum, americium, scandium at cerium ay maaaring magpatatag ng δ-plutonium sa temperatura ng silid.

Ang malalaking dami ng holmium, hafnium at thallium ay nagpapahintulot sa ilang δ-plutonium na maimbak sa temperatura ng silid. Ang Neptunium ay ang tanging elemento na makapagpapatatag ng α-plutonium sa mataas na temperatura. Ang titanium, hafnium at zirconium ay nagpapatatag ng istraktura ng β-plutonium sa temperatura ng silid kapag mabilis na pinalamig. Ang mga aplikasyon ng naturang mga haluang metal ay medyo magkakaibang. Halimbawa, ang plutonium-gallium alloy ay ginagamit upang patatagin ang δ phase ng plutonium, na umiiwas sa α-δ phase transition. Ang plutonium-gallium-cobalt ternary alloy (PuGaCo5) ay isang superconducting alloy sa 18.5 K. Mayroong bilang ng mga haluang metal (plutonium-zirconium, plutonium-cerium at plutonium-cerium-cobalt) na ginagamit bilang nuclear fuel.

Produksyon

Ang pang-industriyang plutonium ay ginawa sa dalawang paraan. Ito ay alinman sa pag-iilaw ng 238U nuclei na nasa mga nuclear reactor, o paghihiwalay sa pamamagitan ng mga radiochemical na pamamaraan (co-precipitation, extraction, ion exchange, atbp.) ng plutonium mula sa uranium, transuranic elements at fission na mga produkto na nakapaloob sa ginastos na gasolina.

Sa unang kaso, ang pinaka-praktikal na isotope 239Pu (may halong maliit na admixture ng 240Pu) ay ginawa sa mga nuclear reactor na may partisipasyon ng uranium nuclei at neutrons gamit ang β-decay at kasama ng neptunium isotopes bilang isang intermediate fission na produkto:

23892U + 21D → 23893Np + 210n;

23893Np → 23894Pu

β-pagkabulok

Sa prosesong ito, ang isang deuteron ay pumapasok sa uranium-238, na nagreresulta sa pagbuo ng neptunium-238 at dalawang neutron. Ang Neptunium-238 pagkatapos ay kusang nag-fission, naglalabas ng mga beta-minus na particle na bumubuo ng plutonium-238.

Karaniwan, ang nilalaman ng 239Pu sa pinaghalong ay 90-95%, 240Pu ay 1-7%, ang nilalaman ng iba pang mga isotopes ay hindi lalampas sa ikasampu ng isang porsyento. Ang mga isotopes na may mahabang kalahating buhay - 242Pu at 244Pu ay nakuha sa pamamagitan ng matagal na pag-iilaw na may 239Pu neutron. Bukod dito, ang yield ng 242Pu ay ilang sampu-sampung porsyento, at ang 244Pu ay isang fraction ng isang porsyento ng 242Pu na nilalaman. Maliit na halaga ng isotopically purong plutonium-238 ay nabuo kapag neptunium-237 ay irradiated na may neutrons. Ang mga light isotopes ng plutonium na may mass number na 232-237 ay karaniwang nakukuha sa isang cyclotron sa pamamagitan ng pag-irradiate ng uranium isotopes na may α-particles.

Ang pangalawang paraan ng pang-industriyang produksyon ng 239Pu ay gumagamit ng proseso ng Purex, batay sa pagkuha ng tributyl phosphate sa isang light diluent. Sa unang cycle, ang Pu at U ay magkasamang nililinis mula sa mga produktong fission at pagkatapos ay pinaghihiwalay. Sa ikalawa at ikatlong cycle, ang plutonium ay higit na dinadalisay at puro. Ang pamamaraan ng naturang proseso ay batay sa pagkakaiba sa mga katangian ng tetra- at hexavalent compound ng mga elementong pinaghihiwalay.

Sa una, ang mga ginastos na fuel rods ay binubuwag at ang cladding na naglalaman ng ginugol na plutonium at uranium ay tinanggal sa pamamagitan ng pisikal at kemikal na paraan. Susunod, ang nakuha na nuclear fuel ay natunaw sa nitric acid. Pagkatapos ng lahat, ito ay isang malakas na ahente ng oxidizing kapag natunaw, at ang uranium, plutonium, at mga impurities ay na-oxidized. Ang mga atomo ng plutonium na may zero valence ay na-convert sa Pu+6, at parehong natunaw ang plutonium at uranium. Mula sa naturang solusyon, ang siyamnapu't apat na elemento ay nabawasan sa trivalent na estado na may sulfur dioxide at pagkatapos ay namuo ng lanthanum fluoride (LaF3).

Gayunpaman, bilang karagdagan sa plutonium, ang sediment ay naglalaman ng neptunium at bihirang mga elemento ng lupa, ngunit ang bulk (uranium) ay nananatili sa solusyon. Susunod, muling na-oxidize ang plutonium sa Pu+6 at muling idinagdag ang lanthanum fluoride. Ngayon ang mga elemento ng bihirang lupa ay namuo, at ang plutonium ay nananatili sa solusyon. Susunod, ang neptunium ay na-oxidized sa isang tetravalent state na may potassium bromate, dahil ang reagent na ito ay walang epekto sa plutonium, pagkatapos sa pangalawang pag-ulan na may parehong lanthanum fluoride, ang trivalent plutonium ay pumasa sa isang precipitate, at ang neptunium ay nananatili sa solusyon. Ang mga huling produkto ng naturang operasyon ay mga compound na naglalaman ng plutonium - PuO2 dioxide o fluoride (PuF3 o PuF4), kung saan nakuha ang metallic plutonium (sa pamamagitan ng pagbawas sa barium, calcium o lithium vapor).

Ang mas dalisay na plutonium ay maaaring makamit sa pamamagitan ng electrolytic refining ng pyrochemically produced metal, na ginagawa sa electrolysis cells sa 700° C na may electrolyte ng potassium, sodium at plutonium chloride gamit ang tungsten o tantalum cathode. Ang plutonium na nakuha sa ganitong paraan ay may kadalisayan na 99.99%.

Upang makagawa ng malaking dami ng plutonium, ang mga breeder reactor ay itinayo, na tinatawag na "breeders" (mula sa English verb to breed - to multiply). Nakuha ng mga reaktor na ito ang kanilang pangalan dahil sa kanilang kakayahang gumawa ng fissile material sa dami na lampas sa halaga ng pagkuha ng materyal na ito. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga reactor ng ganitong uri at iba pa ay ang mga neutron sa mga ito ay hindi pinabagal (walang moderator, halimbawa, grapayt) upang ang karamihan sa kanila ay maaaring tumugon sa 238U.

Pagkatapos ng reaksyon, nabuo ang 239U atoms, na kasunod ay bumubuo ng 239Pu. Ang core ng naturang reactor, na naglalaman ng PuO2 sa naubos na uranium dioxide (UO2), ay napapalibutan ng isang shell ng mas naubos na uranium dioxide-238 (238UO2), kung saan nabuo ang 239Pu. Ang pinagsamang paggamit ng 238U at 235U ay nagpapahintulot sa "mga breeder" na makagawa ng 50-60 beses na mas maraming enerhiya mula sa natural na uranium kaysa sa iba pang mga reactor. Gayunpaman, ang mga reactor na ito ay may malaking disbentaha - ang mga fuel rod ay dapat palamigin ng isang daluyan maliban sa tubig, na binabawasan ang kanilang enerhiya. Samakatuwid, napagpasyahan na gumamit ng likidong sodium bilang isang coolant.

Ang pagtatayo ng naturang mga reaktor sa Estados Unidos ng Amerika ay nagsimula pagkatapos ng World War II; nagsimula ang USSR at Great Britain ng kanilang pagtatayo noong 1950s lamang.

Mga katangiang pisikal

Ang plutonium ay isang napakabigat (density sa normal na antas na 19.84 g/cm³) na kulay-pilak na metal, sa isang purified state na halos kapareho ng nickel, ngunit sa air plutonium ay mabilis na nag-oxidize, kumukupas, na bumubuo ng isang iridescent film, una ay matingkad na dilaw, pagkatapos ay nagiging dark purple. . Kapag naganap ang matinding oksihenasyon, lumilitaw ang isang olive green oxide powder (PuO2) sa ibabaw ng metal.

Ang plutonium ay isang mataas na electronegative at reaktibong metal, maraming beses na higit pa kaysa sa uranium. Mayroon itong pitong allotropic modification (α, β, γ, δ, δ", ε at ζ), na nagbabago sa isang tiyak na hanay ng temperatura at sa isang tiyak na hanay ng presyon. Sa temperatura ng silid, ang plutonium ay nasa α-form - ito ay ang pinakakaraniwang allotropic modification para sa plutonium Sa alpha phase, ang purong plutonium ay malutong at medyo matigas - ang istrakturang ito ay halos kasingtigas ng gray cast iron maliban kung ito ay pinaghalo sa iba pang mga metal, na magbibigay sa haluang metal na ductility at lambot. sa pinakamataas na density form na ito, ang plutonium ay ang ikaanim na pinakamakapal na elemento (Tanging osmium, iridium, platinum, rhenium at neptunium ang mas mabigat. Ang karagdagang allotropic transformations ng plutonium ay sinamahan ng biglaang pagbabago sa density. Halimbawa, kapag pinainit mula 310 hanggang 480 ° C , hindi ito lumalawak, tulad ng ibang mga metal, ngunit kumukontra (mga delta phase " at "delta prime") Kapag natunaw (paglipat mula sa epsilon phase patungo sa liquid phase), ang plutonium ay kumukontra rin, na nagpapahintulot sa hindi natunaw na plutonium na lumutang.

Ang plutonium ay may malaking bilang ng mga hindi pangkaraniwang katangian: ito ay may pinakamababang thermal conductivity ng lahat ng mga metal - sa 300 K ito ay 6.7 W/(m K); ang plutonium ay may pinakamababang electrical conductivity; Sa likidong bahagi nito, ang plutonium ang pinakamalapot na metal. Ang resistivity ng siyamnapu't apat na elemento sa temperatura ng silid ay napakataas para sa isang metal, at ang tampok na ito ay tataas sa pagbaba ng temperatura, na hindi karaniwan para sa mga metal. Ang "anomalya" na ito ay maaaring masubaybayan hanggang sa temperatura na 100 K - sa ibaba ng markang ito ay bababa ang resistensya ng kuryente. Gayunpaman, mula sa 20 K ang paglaban ay nagsisimulang tumaas muli dahil sa aktibidad ng radiation ng metal.

Ang plutonium ay may pinakamataas na electrical resistivity sa lahat ng actinides na pinag-aralan (sa ngayon), na 150 μΩ cm (sa 22 °C). Ang metal na ito ay may mababang punto ng pagkatunaw (640 °C) at isang hindi karaniwang mataas na punto ng kumukulo (3,227 °C). Mas malapit sa punto ng pagkatunaw, ang likidong plutonium ay may napakataas na lagkit at tensyon sa ibabaw kumpara sa ibang mga metal.

Dahil sa radyaktibidad nito, ang plutonium ay mainit sa pagpindot. Ang isang malaking piraso ng plutonium sa isang thermal shell ay pinainit sa isang temperatura na lumampas sa kumukulong punto ng tubig! Bilang karagdagan, dahil sa radyaktibidad nito, ang plutonium ay sumasailalim sa mga pagbabago sa kristal na sala-sala nito sa paglipas ng panahon - isang uri ng pagsusubo ay nangyayari dahil sa self-irradiation dahil sa pagtaas ng temperatura sa itaas ng 100 K.

Ang pagkakaroon ng malaking bilang ng mga allotropic modification sa plutonium ay ginagawa itong mahirap na iproseso at i-roll out dahil sa mga phase transition. Alam na natin na sa alpha form ang siyamnapu't apat na elemento ay katulad ng mga katangian sa cast iron, gayunpaman, ito ay may posibilidad na magbago at maging isang ductile na materyal, at bumubuo ng isang malleable na β-form sa mas mataas na mga saklaw ng temperatura. Ang plutonium sa anyong δ ay karaniwang stable sa mga temperatura sa pagitan ng 310 °C at 452 °C, ngunit maaaring umiral sa temperatura ng silid kung doped na may mababang porsyento ng aluminum, cerium o gallium. Kapag pinaghalo sa mga metal na ito, maaaring gamitin ang plutonium sa hinang. Sa pangkalahatan, ang delta form ay may mas malinaw na mga katangian ng isang metal - ito ay malapit sa aluminyo sa lakas at forgeability.

Mga katangian ng kemikal

Ang mga kemikal na katangian ng siyamnapu't-apat na elemento sa maraming paraan ay katulad ng mga katangian ng mga nauna nito sa periodic table - uranium at neptunium. Ang plutonium ay isang medyo aktibong metal; ito ay bumubuo ng mga compound na may mga estado ng oksihenasyon mula +2 hanggang +7. Sa mga may tubig na solusyon, ang elemento ay nagpapakita ng mga sumusunod na estado ng oksihenasyon: Pu (III), bilang Pu3+ (umiiral sa acidic aqueous solution, ay may mapusyaw na kulay ube); Pu (IV), bilang Pu4+ (chocolate shade); Pu (V), bilang PuO2+ (light solution); Pu (VI), bilang PuO22+ (light orange solution) at Pu(VII), bilang PuO53- (green solution).

Bukod dito, ang mga ion na ito (maliban sa PuO53-) ay maaaring magkasabay sa ekwilibriyo sa solusyon, na ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng 5f electron, na matatagpuan sa localized at delocalized zone ng electron orbital. Sa pH 5-8, nangingibabaw ang Pu(IV), na siyang pinaka-stable sa iba pang mga valence (mga estado ng oksihenasyon). Ang mga plutonium ions ng lahat ng mga estado ng oksihenasyon ay madaling kapitan ng hydrolysis at kumplikadong pagbuo. Ang kakayahang bumuo ng mga naturang compound ay tumataas sa serye ng Pu5+

Ang compact plutonium ay dahan-dahang nag-oxidize sa hangin, na natatakpan ng isang iridescent, oily film ng oxide. Ang mga sumusunod na plutonium oxide ay kilala: PuO, Pu2O3, PuO2 at isang bahagi ng variable na komposisyon Pu2O3 - Pu4O7 (Berthollides). Sa pagkakaroon ng maliit na halaga ng kahalumigmigan, ang rate ng oksihenasyon at kaagnasan ay tumataas nang malaki. Kung ang isang metal ay nakalantad sa maliit na dami ng basa-basa na hangin sa loob ng mahabang panahon, ang plutonium dioxide (PuO2) ay nabubuo sa ibabaw nito. Sa kakulangan ng oxygen, maaari ding mabuo ang dihydride nito (PuH2). Nakapagtataka, ang plutonium ay mas mabilis na kinakalawang sa isang kapaligiran ng isang inert gas (tulad ng argon) na may singaw ng tubig kaysa sa tuyong hangin o purong oxygen. Sa katunayan, ang katotohanang ito ay madaling ipaliwanag - ang direktang pagkilos ng oxygen ay bumubuo ng isang layer ng oksido sa ibabaw ng plutonium, na pumipigil sa karagdagang oksihenasyon; ang pagkakaroon ng kahalumigmigan ay gumagawa ng isang maluwag na halo ng oxide at hydride. Sa pamamagitan ng paraan, salamat sa patong na ito, ang metal ay nagiging pyrophoric, iyon ay, ito ay may kakayahang kusang pagkasunog; para sa kadahilanang ito, ang metal na plutonium ay karaniwang naproseso sa isang hindi gumagalaw na kapaligiran ng argon o nitrogen. Kasabay nito, ang oxygen ay isang proteksiyon na sangkap at pinipigilan ang kahalumigmigan na makaapekto sa metal.

Ang siyamnapu't apat na elemento ay tumutugon sa mga acid, oxygen at kanilang mga singaw, ngunit hindi sa alkalis. Ang plutonium ay lubos na natutunaw sa napakaasim na media (halimbawa, hydrochloric acid HCl), at natutunaw din sa hydrogen chloride, hydrogen iodide, hydrogen bromide, 72% perchloric acid, 85% orthophosphoric acid H3PO4, concentrated CCl3COOH, sulfamic acid at kumukulo puro nitric acid. Ang plutonium ay hindi kapansin-pansing natutunaw sa mga solusyon sa alkali.

Kapag ang mga solusyon na naglalaman ng tetravalent plutonium ay nalantad sa alkalis, isang precipitate ng plutonium hydroxide Pu(OH)4 xH2O, na may mga pangunahing katangian, ay namuo. Kapag ang mga solusyon ng mga asin na naglalaman ng PuO2+ ay nakalantad sa alkalis, ang amphoteric hydroxide na PuO2OH ay namuo. Sinasagot ito ng mga asing-gamot - plutonites, halimbawa, Na2Pu2O6.

Ang mga plutonium salt ay madaling mag-hydrolyze kapag nadikit sa mga neutral o alkaline na solusyon, na lumilikha ng hindi matutunaw na plutonium hydroxide. Ang mga konsentradong solusyon ng plutonium ay hindi matatag dahil sa radiolytic decomposition na humahantong sa pag-ulan.

Ang metal na ito ay tinatawag na mahalaga, ngunit hindi para sa kagandahan nito, ngunit para sa hindi maaaring palitan nito. Sa periodic table ng Mendeleev, ang elementong ito ay sumasakop sa cell number 94. Kasama nito na ipinilit ng mga siyentipiko ang kanilang pinakamalaking pag-asa, at ito ay plutonium na tinatawag nilang pinaka-mapanganib na metal para sa sangkatauhan.

Plutonium: paglalarawan

Sa hitsura ito ay isang kulay-pilak-puting metal. Ito ay radioactive at maaaring katawanin sa anyo ng 15 isotopes na may iba't ibang kalahating buhay, halimbawa:

• Pu-238 - mga 90 taon
• Pu-239 - mga 24 libong taon
• Pu-240 - 6580 taon
• Pu-241 – 14 na taon
• Pu-242 - 370 libong taon
• Pu-244 - mga 80 milyong taon

Ang metal na ito ay hindi maaaring makuha mula sa ore, dahil ito ay isang produkto ng radioactive transformation ng uranium.

Paano nakuha ang plutonium?

Ang paggawa ng plutonium ay nangangailangan ng fission ng uranium, na maaari lamang gawin sa mga nuclear reactor. Kung pinag-uusapan natin ang pagkakaroon ng elementong Pu sa crust ng lupa, pagkatapos ay para sa 4 na milyong tonelada ng uranium ore magkakaroon lamang ng 1 gramo ng purong plutonium. At ang gramo na ito ay nabuo sa pamamagitan ng natural na pagkuha ng mga neutron sa pamamagitan ng uranium nuclei. Kaya, upang makuha ang nuclear fuel na ito (karaniwan ay ang isotope 239-Pu) sa dami ng ilang kilo, kinakailangan na magsagawa ng isang kumplikadong proseso ng teknolohikal sa isang nuclear reactor.

Mga katangian ng plutonium

Ang radioactive metal plutonium ay may mga sumusunod na pisikal na katangian:

• density 19.8 g/cm 3
• punto ng pagkatunaw – 641°C
• punto ng kumukulo - 3232 ° C
• thermal conductivity (sa 300 K) – 6.74 W/(m K)

Ang plutonium ay radioactive, kaya naman mainit ito sa pagpindot. Bukod dito, ang metal na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pinakamababang thermal at electrical conductivity. Ang likidong plutonium ay ang pinakamalapot sa lahat ng umiiral na mga metal.

Ang pinakamaliit na pagbabago sa temperatura ng plutonium ay humahantong sa isang agarang pagbabago sa densidad ng sangkap. Sa pangkalahatan, ang masa ng plutonium ay patuloy na nagbabago, dahil ang nuclei ng metal na ito ay nasa isang estado ng patuloy na fission sa mas maliit na nuclei at neutrons. Ang kritikal na masa ng plutonium ay ang pangalang ibinigay sa pinakamababang masa ng isang fissile substance kung saan nananatiling posible ang fission (isang nuclear chain reaction). Halimbawa, ang critical mass ng weapons-grade plutonium ay 11 kg (para sa paghahambing, ang critical mass ng highly enriched uranium ay 52 kg).

Ang uranium at plutonium ay ang pangunahing nuclear fuel. Upang makakuha ng plutonium sa malalaking dami, dalawang teknolohiya ang ginagamit:

• pag-iilaw ng uranium
• pag-iilaw ng mga elemento ng transuranium na nakuha mula sa ginastos na gasolina

Ang parehong mga pamamaraan ay kinabibilangan ng paghihiwalay ng plutonium at uranium bilang resulta ng isang kemikal na reaksyon.

Upang makakuha ng purong plutonium-238, ginagamit ang neutron irradiation ng neptunium-237. Ang parehong isotope ay kasangkot sa paglikha ng mga armas-grade plutonium-239; sa partikular, ito ay isang intermediate decay na produkto. $1 milyon ang presyo para sa 1 kg ng plutonium-238.

Ang plutonium isotope 238 Pu ay unang artipisyal na nakuha noong Pebrero 23, 1941 ng isang grupo ng mga Amerikanong siyentipiko na pinamumunuan ni G. Seaborg sa pamamagitan ng pag-irradiate ng uranium nuclei na may mga deuteron. Noon lamang natuklasan ang plutonium sa kalikasan: Ang 239 Pu ay karaniwang matatagpuan sa hindi gaanong dami sa mga uranium ores bilang isang produkto ng radioactive transformation ng uranium. Ang plutonium ay ang unang artipisyal na elemento na nakuha sa dami na magagamit para sa pagtimbang (1942) at ang una na nagsimula ang produksyon sa isang pang-industriyang sukat.
Ang pangalan ng elemento ay nagpatuloy sa astronomical na tema: ipinangalan ito sa Pluto, ang pangalawang planeta pagkatapos ng Uranus.

Ang pagiging likas, tumatanggap ng:

Sa uranium ores, bilang isang resulta ng pagkuha ng mga neutron (halimbawa, mga neutron mula sa cosmic radiation) ng uranium nuclei, nabuo ang neptunium (239 Np), ang produkto b- ang pagkabulok nito ay natural na plutonium-239. Gayunpaman, ang plutonium ay nabuo sa mga microscopic na dami (0.4-15 parts Pu bawat 10 12 parts U) na ang pagkuha nito mula sa uranium ores ay wala sa tanong.
Ang plutonium ay ginawa sa mga nuclear reactor. Sa makapangyarihang mga stream ng neutron, ang parehong reaksyon ay nangyayari tulad ng sa uranium ores, ngunit ang rate ng pagbuo at akumulasyon ng plutonium sa reactor ay mas mataas - isang bilyong bilyong beses. Para sa reaksyon ng pag-convert ng ballast uranium-238 sa energy-grade plutonium-239, ang pinakamainam (sa loob ng katanggap-tanggap) na mga kondisyon ay nilikha.
Ang Plutonium-244 ay naipon din sa isang nuclear reactor. Isotope ng elemento No. 95 - americium, 243 Am, na nakuhanan ng neutron, naging americium-244; Ang americium-244 ay naging curium, ngunit sa isa sa 10 libong mga kaso ay naganap ang paglipat sa plutonium-244. Ang isang paghahanda ng plutonium-244 na tumitimbang lamang ng ilang milyon ng isang gramo ay nahiwalay sa pinaghalong americium at curium. Ngunit sapat na sila upang matukoy ang kalahating buhay ng kagiliw-giliw na isotope na ito - 75 milyong taon. Nang maglaon ay pinino ito at naging katumbas ng 82.8 milyong taon. Noong 1971, ang mga bakas ng isotope na ito ay natagpuan sa rare earth mineral bastnäsite. Ang 244 Pu ay ang pinakamatagal na nabubuhay sa lahat ng isotopes ng mga elemento ng transuranium.

Mga katangiang pisikal:

Pilak-puting metal, may 6 na allotropic na pagbabago. Punto ng pagkatunaw 637°C, punto ng kumukulo - 3235°C. Densidad: 19.82 g/cm3.

Mga katangian ng kemikal:

Ang plutonium ay may kakayahang tumugon sa oxygen upang bumuo ng oxide(IV), na, tulad ng lahat ng unang pitong actinides, ay may mahinang pangunahing katangian.
Pu + O 2 = PuO 2
Tumutugon sa dilute sulfuric, hydrochloric, perchloric acids.
Pu + 2HCl(p) = PuCl 2 + H 2 ; Pu + 2H 2 SO 4 = Pu(SO 4) 2 + 2H 2
Hindi tumutugon sa nitric at concentrated sulfuric acid. Ang valency ng plutonium ay nag-iiba mula tatlo hanggang pito. Sa kemikal, ang pinaka-matatag (at samakatuwid ang pinakakaraniwan at pinaka-pinag-aralan) na mga compound ay tetravalent plutonium. Ang paghihiwalay ng mga actinides na may katulad na mga katangian ng kemikal - uranium, neptunium at plutonium - ay maaaring batay sa pagkakaiba sa mga katangian ng kanilang mga tetra- at hexavalent compound.

Ang pinakamahalagang koneksyon:

Plutonium(IV) oxide, PuO 2 , ay may mahinang pangunahing katangian.
...
...

Application:

Ang plutonium ay malawakang ginagamit sa paggawa ng mga sandatang nuklear (tinatawag na "plutonium na may antas ng sandata"). Ang unang plutonium-based nuclear device ay pinasabog noong Hulyo 16, 1945 sa Alamogordo test site (test codenamed Trinity).
Ito ay ginagamit (pang-eksperimento) bilang nuclear fuel para sa nuclear reactors para sa sibil at pananaliksik na layunin.
Ang plutonium-242 ay mahalaga bilang isang "hilaw na materyal" para sa medyo mabilis na akumulasyon ng mas mataas na mga elemento ng transuranium sa mga nuclear reactor. Kung ang plutonium-239 ay na-irradiated sa isang conventional reactor, aabutin ng humigit-kumulang 20 taon upang makaipon ng mga microgram na halaga ng, halimbawa, California-251 mula sa gramo ng plutonium. Ang Plutonium-242 ay hindi fissile ng mga thermal neutron, at kahit na sa malalaking dami maaari itong ma-irradiated sa matinding neutron fluxes. Samakatuwid, sa mga reactor, ang lahat ng mga elemento mula sa californium hanggang einsteinium ay "ginawa" mula sa isotope na ito at naipon sa mga dami ng timbang.

Kovalenko O.A.
HF Tyumen State University

Mga Pinagmulan:
"Mga nakakapinsalang kemikal: Mga radioactive substance" Directory L. 1990 p. 197
Rabinovich V.A., Khavin Z.Ya. "Isang maikling reference na libro ng kemikal" L.: Chemistry, 1977 p. 90, 306-307.
SA. Beckman. Plutonium. (textbook, 2009)