Circle

Plutonium


Plutonium is een radioactief chemisch element met symbool Pu en atoomnummer 94. Het is een actinide metalen zilvergrijze uiterlijk dat dof bij blootstelling aan lucht en vormt een doffe deklaag bij geoxydeerd . Het element vertoont normaal gesproken zes allotropen en vier oxidatietoestanden . Het reageert met koolstof , halogenen , stikstof , silicium en waterstof . Bij blootstelling aan vochtige lucht vormt het oxiden en hydridendat het monster tot 70% in volume kan uitzetten, dat op zijn beurt afschilfert als een poeder dat pyrofoor is . Het is radioactief en kan zich ophopen in botten , wat de omgang met plutonium gevaarlijk maakt.

Plutonium werd voor het eerst synthetisch geproduceerd en geïsoleerd eind 1940 en begin 1941, door een deuteronbombardement van uranium-238 in het 1,5 meter lange cyclotron aan de University of California, Berkeley . Eerst werd neptunium-238 ( halfwaardetijd 2,1 dagen) gesynthetiseerd, dat vervolgens bèta-vervalste om het nieuwe element te vormen met atoomnummer 94 en atoomgewicht 238 (halfwaardetijd 88 jaar). Aangezien uranium was vernoemd naar de planeet Uranus en neptunium naar de planeet Neptunus , werd element 94 genoemd naar Pluto , dat destijds ook als een planeet werd beschouwd. Geheimhouding in oorlogstijd verhinderde het team van de Universiteit van Californië zijn ontdekking tot 1948 te publiceren.

Plutonium is het element met het hoogste atoomnummer dat in de natuur voorkomt. Sporenhoeveelheden ontstaan ​​in natuurlijke uranium-238-afzettingen wanneer uranium-238 neutronen opvangt die worden uitgestoten door het verval van andere uranium-238-atomen.

Zowel plutonium-239 als plutonium-241 zijn splijtbaar , wat betekent dat ze een nucleaire kettingreactie in stand kunnen houden , wat leidt tot toepassingen in kernwapens en kernreactoren . Plutonium-240 vertoont een hoge mate van spontane splijting , waardoor de neutronenflux van elk monster dat het bevat, toeneemt. De aanwezigheid van plutonium-240 beperkt de bruikbaarheid van een plutoniummonster voor wapens of de kwaliteit ervan als reactorbrandstof, en het percentage plutonium-240 bepaalt de kwaliteit ( wapenkwaliteit , brandstofkwaliteit of reactorkwaliteit). Plutonium-238 heeft een halfwaardetijd van 87,7 jaar en zendt alfadeeltjes uit . Het is een warmtebron in radio-isotoop thermo-elektrische generatoren , die worden gebruikt om sommige ruimtevaartuigen van stroom te voorzien . Plutoniumisotopen zijn duur en lastig te scheiden, dus bepaalde isotopen worden meestal vervaardigd in gespecialiseerde reactoren.

Het voor het eerst produceren van plutonium in bruikbare hoeveelheden was een belangrijk onderdeel van het Manhattan-project tijdens de Tweede Wereldoorlog, dat de eerste atoombommen ontwikkelde. The Fat Man bommen gebruikt in de Trinity kernproef in juli 1945 en in het bombarderen van Nagasaki in augustus 1945 had plutonium kernen . Menselijke stralingsexperimenten die plutonium bestudeerden, werden uitgevoerd zonder geïnformeerde toestemming , en na de oorlog vonden verschillende kritieke ongevallen plaats , waarvan sommige dodelijk waren. De verwijdering van plutoniumafval van kerncentrales en ontmantelde kernwapens die tijdens de Koude Oorlog zijn gebouwd, is een zorg voor nucleaire proliferatie en voor het milieu. Andere bronnen van plutonium in het milieu zijn de neerslag van talrijke bovengrondse kernproeven, die nu verboden zijn .

A graph showing change in density with increasing temperature upon sequential phase transitions between alpha, beta, gamma, delta, delta' and epsilon phases
Plutonium heeft zes allotropen bij omgevingsdruk: alfa  (α), bèta  (β), gamma  (γ), delta  (δ), delta prime  (δ') en epsilon  (ε) [10]
cylinder of Pu metal
Een ring van wapens-grade 99,96% zuiver electrorefined plutonium, genoeg voor een bom kern . De ring weegt 5,3 kg, is ca. 11 cm in diameter en zijn vorm helpt bij kritische veiligheid .
A diagram illustrating the interconversions between various isotopes of uranium, thorium, protactinium and plutonium
Uranium-plutonium- en thorium-uraniumketens
Five fluids in glass test tubes: violet, Pu(III); dark brown, Pu(IV)HClO4; light purple, Pu(V); light brown, Pu(VI); dark green, Pu(VII)
Verschillende oxidatietoestanden van plutonium in oplossing
Black block of Pu with red spots on top and yellow powder around it
Plutonium zelfontbrandbaarheid kan leiden tot het eruit ziet als een gloeiend kooltje onder bepaalde voorwaarden.
Glass vial of brownish-white snow-like precipitation of plutonium hydroxide
Twintig microgram puur plutoniumhydroxide
Monster van plutoniummetaal tentoongesteld in het Questacon- museum
Elderly Seaborg in a suit
Glenn T. Seaborg en zijn team in Berkeley waren de eersten die plutonium produceerden.
De dwergplaneet Pluto , waarnaar plutonium is vernoemd
Tall square industrial room seen from above. Its cement walls have metal ladders and meshes, and a dozen people work on the floor.
Het gezicht van de Hanford B-reactor in aanbouw - de eerste reactor voor de productie van plutonium
Aerial shot of Hanford
De locatie in Hanford vertegenwoordigt in volume twee derde van het hoogradioactieve afval van het land. Kernreactoren langs de rivieroever bij de Hanford-site langs de Columbia-rivier in januari 1960.
Two diagrams of weapon assembly. Top: "gun-type assembly method" — an elliptical shell encloses conventional chemical explosives on the left, whose detonation pushes sub-critical pieces of uranium-235 together on the right. Bottom: "implosion assembly method" — a spherical shell encloses eight high-explosive charges which upon detonation compress a plutonium charge in the core.
Vanwege de aanwezigheid van plutonium-240 in uit reactoren gekweekt plutonium, werd het implosie-ontwerp ontwikkeld voor de wapens " Fat Man " en " Trinity ".
Photo of an atomic explosion mushroom cloud with a gray stem and white cap
De atoombom die in 1945 op Nagasaki, Japan werd gedropt, had een plutoniumkern.
Glowing cylinder of plutonium oxide standing in a circular pit
Een gloeiende cilinder van 238 PuO 2
Glowing graphite cube containing plutonium-238 oxide
De 238 PuO 2 radio-isotoop thermo-elektrische generator van de Curiosity rover
A stack of square metal plates with a side about 10 inches. In the 3-inch hole in the top plate there is a gray metal ball simulating Pu.
Een bol van gesimuleerd plutonium omringd door neutronenreflecterende wolfraamcarbideblokken in een re-enactment van Harry Daghlian's experiment uit 1945