Плутониумот (94Pu) — вештачки елемент, освен за количините трагови кои произлегуваат од неутронскиот зафат од ураниум, и затоа не може да се даде стандардна атомска тежина. Како и сите вештачки елементи, тој нема стабилни изотопи. Бил синтетизиран долго пред да биде пронајден во природата, првиот синтетизиран изотоп бил 238Pu во 1940 година. Се карактеризираат 22 радиоизотопи на плутониум. Најстабилни се 244Pu со полураспад од 80,8 милиони години; 242Pu со полураспад од 373.300 години; и 239Pu со полураспад од 24.110 години; и 240Pu со полураспад од 6.560 години. Овој елемент има и осум мета состојби; сите имаат полураспад помал од една секунда.
Познатите изотопи на плутониум се движат од 226Pu до 247Pu. Примарните начини на распаѓање пред најстабилниот изотоп, 244Pu, се преку спонтано цепење и алфа-распаѓање; примарниот режим потоа е бета-распад. Примарните распадни производи пред 244Pu се изотопи на ураниумот и нептуниум (не земајќи ги предвид производите на цепење), а примарните производи на распаѓање потоа се изотопи на америциумот.
↑( ) – Неизвесноста (1σ) е дадена во концизен облик во загради по соодветните последни цифри.
↑# – Атомска маса означена со #: вредноста и неизвесноста не се само изведени само од опитни податоци, туку барем делумно од трендови од масената површина (TMS).
Плутониум-238 има полраспад од 87,74 години [12] и емитира алфа-честички. Чистата 238Pu за радиоизотопски топлинскоелектрични генератори кои напојуваат некои вселенски летала се произведува со неутронски зафат на нептуниум-237, но плутониумот од потрошеното јадрено гориво може да содржи дури неколку проценти 238Pu, кои потекнуваат од 237Np, алфа-распад од 242Cm или (n,2n).
Плутониум-239 има полураспад од 24.100 години. 239Pu и 241Pu се цепаат; што значи дека нивните јадра може да се поделат со тоа што ќе бидат бомбардирани од бавни топлински неутрони, ослободувајќи енергија, гама-зрачење и повеќе неутрони. Затоа може да одржи јадрената верижна реакција, што ќе доведе до примена во јадрено оружје и јадрени реактори. 239Pu се синтетизира со зрачење на ураниум-238 со неутрони во јадрен реактор, а потоа се обновува преку јадрена преработка на горивото. Понатамошниот неутронски зафат произведува последователно потешки изотопи.
Плутониум-240 има висока стапка на спонтано цепење, што го зголемува позадинското неутронско зрачење на плутониумот. Плутониумот е оценет со пропорција од 240Pu: класа на оружје (<7%), степен на гориво (7–19%) и степен на реакторот (>19%). Пониските оценки се помалку погодни за бомби и топлински реактори, но можат да поттикнат брзи реактори.
Плутониум-241 се подлага на цепење, и тоа преку бета-распад со полураспад од 14 години до америциум-241.
Плутониум-242 не се подлага на цепење, ниту е многу плоден (потребни се уште 3 неутронски зафати за да се распадне); и има низок пресек за неутронски зафат и подолг полураспад од кој било од полесните изотопи.
Плутониум-244 е најстабилниот изотоп на плутониум, со полураспад од околу 80 милиони години. Не се произведува значително во јадрени реактори бидејќи 243Pu има краток полураспад, но дел се произведува во јадрени експлозии. 244Pu е пронајден во меѓуѕвездениот простор [13] и има втор најдолг полураспад од кој било не-исконски радиоизотоп.
Производство и употреба
Пелета од 238Pu, која свети од сопствената топлина, што се користи за топлинскоелектрични генератори на радиоизотоп . Проток на трансмутација помеѓу 238Pu и 244Cm. [14]Брзината на трансмутација не е прикажана и многу варира според нуклидот. 245Cm –248 Cm се долговечни со незначително распаѓање.
239Pu е изотоп кој се цепи второ најкористено јадрено гориво во јадрените реактори по ураниум-235, и најкористено гориво во делот за цепење на јадреното оружје, се произведува од ураниум-238 со неутронски зафат проследен со две бета-распади.
240Pu, 241Pu и 242Pu се произведуваат со дополнителен неутронски зафат. Изотопите со непарна маса 239Pu и 241Pu имаат околу 3/4 шанси да претрпат цепење при топлински неутронски зафат и околу 1/4 шанса да го задржат неутронот и да станат следниот потежок изотоп. Изотопите со рамномерна маса се плодни, но не се делат и исто така имаат помала веројатност (напречен пресек) за неутронски зафат; затоа, тие имаат тенденција да се акумулираат во јадрено гориво што се користи во топлински реактор, дизајн на речиси сите јадрени централи денес. Во плутониумот што се користи вторпат во топлинските реактори во MOX горивото, 240Pu може да биде дури и најчестиот изотоп. Сите изотопи на плутониум и други актиниоди, сепак, се расцепуваат со брзи неутрони. 240Pu има умерен пресек со топлинско впивање на неутрони, така што производството на 241Pu во топлински реактор станува значителен дел колку што е производството на 239Pu.
241Pu има полураспад од 14 години и има малку повисоки топлински неутронски пресеци од 239Pu и за цепење и за впивање. Додека јадреното гориво се користи во реакторот, јадрото 241Pu е многу поверојатно да се расцепи или да зафати неутрон отколку да се распадне. 241Pu претставува значителен дел од цепење во горивото на топлинскиот реактор што се користи некое време. Меѓутоа, во потрошеното јадрено гориво кое не се подложува брзо на јадрена преработка, но наместо тоа се лади со години по употребата, голем дел или поголемиот дел од 241Pu ќе доживее бета-распад до америциум-241, еден од помалите актиниди, силен алфа емитер и тежок за употреба во топлинските реактори.
242Pu има особено низок пресек за топлински неутронски зафат; и потребни се три апсорпции на неутрони за да стане уште еден изотоп кој може да се цепи (или куриум-245 или 241Pu). Дури и тогаш, постои можност кој било од тие два изотопи да не се расцепи, но наместо тоа да апсорбира четврти неутрон, да стане куриум-246 (на патот до уште потешки актиниди како калифорниум, кој е неутронски емитер со спонтано цепење и тешко се ракува) или повторно да стане 242Pu; така што просечниот број на неутрони апсорбирани пред цепењето е дури и поголем од 3. Затоа, 242Pu е особено несоодветен за рециклирање во топлински реактор и би бил подобро да се користи во брз реактор каде што може директно да се расцепи. Сепак, нискиот пресек на 242Pu значи дека релативно малку од него ќе се трансмутира во текот на еден циклус во топлински реактор. Полураспадот на 242Pu е околу 15 пати подолг од полураспадор на 239Pu; затоа, тој е 1/15 како радиоактивен и не е еден од поголемите придонесувачи за радиоактивноста на јадрениот отпад. Емисиите на гама зраци на 242Pu се исто така послаби од оние на другите изотопи.
243Pu има полураспад од само 5 часа, преку бета-распад до америциум-243. Бидејќи 243Pu има мала можност да фати дополнителен неутрон пред распаѓањето, циклусот на јадрено гориво не произведува долговечен 244Pu во значителна количина.
238Pu вообичаено не се произведува во толку големо количество од циклусот на јадрено гориво, но дел се произведува од нептуниум-237 со неутронски зафат (оваа реакција може да се користи и со прочистен нептуниум за да се произведе 238Pu релативно ослободен од други изотопи на плутониум за употреба во радиоизотопски термоелектрични генератори (на брзи генератори на неутони) 239Pu, или со алфа распад на куриум-242, кој се произведува со неутронски зафат од 241Am. Има значителен топлински неутронски пресек за цепење, но поверојатно е да фати неутрон и да стане 239Pu.
Производство
Производство
Плутониум-240, -241 и -242
Пресекот на цепење за 239Pu е 747,9 барни за топлински неутрони, додека напречниот пресек на активирање е 270,7 барни (односот се приближува до 11 цепења за секои 4 заробени неутрони). Повисоките изотопи на плутониум се создаваат кога горивото на ураниум се употребува долго време. За искористеното гориво со висока потрошувачка, концентрациите на изотопите на плутониум со повисок степен ќе бидат повисоки од горивото со ниско согорување кое се реобработува за да се добие плутониум од класа плутониумско оружје.
Прстен од 5,3 кг електрорафиниран плутониум за оружје, со 99,96% чистота. Ова е доволen плутониум за ефикасно јадрено оружје. Обликот на прстенот е потребен за да се оддалечи од сферичната форма и да се избегне критичност.
239Pu е еден од трите материјали подложени на цепење што се користат за производство на јадрено оружје и во некои јадрени реактори како извор на енергија. Другите материјали се ураниум-235 и ураниум-233. 239Pu е практично непостоечки во природата. Направен е со бомбардирање на ураниум-238 со неутрони. Ураниум-238 е присутен во количина во повеќето гориво на реакторот; оттука во овие реактори континуирано се прави 239Pu. Бидејќи самиот 239Pu може да се подели со неутрони за да се ослободи енергија, 239Pu обезбедува дел од производството на енергија во јадрениот реактор.
Постојат мали количини од 238Pu во плутониумот од вообичаените реактори. Сепак, изотопското одвојување би било прилично скапо во споредба со друг метод: кога 235U зафаќа неутрон, тој се претвора во возбудена состојба од 236U. Некои од возбудените 236U јадра се подложени на цепење, но некои се распаѓаат до основната состојба од 236U со емитување гама зрачење. Понатамошниот неутронски зафат создава 237U; кој со полураспад од 7 дена се распаѓа на 237Np. Бидејќи скоро целиот нептуниум се произведува на овој начин или се состои од изотопи кои брзо се распаѓаат, се добива речиси чист 237Np. По хемиското одвојување на нептуниум, 237Np повторно се озрачуваат со неутрони на реакторот за да се претворат во 238Np, кои се распаѓаат на 238Pu со полураспад од 2 дена.
240Pu се подложува на спонтано цепење со мала, но значајна стапка (5,8%). Присуството на 240Pu ја ограничува употребата на плутониумот во јадрена бомба, бидејќи неутронот од спонтаното цепење ја започнува верижната реакција предвреме, предизвикувајќи рано ослободување на енергија што го распрснува јадрото пред да се постигне целосна имплозија. Ова го спречува поголемиот дел од јадрото да учествува во верижната реакција и го намалува издашноста на бомбата.
Плутониум кој се состои од повеќе од околу 90% 239Pu се нарекува плутониум од типот на оружје; плутониумот од потрошеното јадрено гориво од комерцијалните енергетски реактори генерално содржи најмалку 20% 240Pu и се нарекува плутониум од реакторско ниво. Сепак, современото јадрено оружје користи засилен јадрен уред, што го ублажува проблемот со преддетонација; ако јадрото може да генерира принос од јадрено оружје од дури дел од килотон, што е доволно за да започне јадрено соединување на деутериум-тритиум, добиениот излив на неутрони ќе расцепи доволно плутониум за да обезбеди принос од десетици килотони.
Контаминацијата поради 240Pu е причината поради која плутониумското оружје мора да го користи методот на имплозија. Теоретски, чистиот 239Pu може да се користи во бомба од типот на пиштол, но постигнувањето на ова ниво на чистота е премногу тешко. Контаминацијата на 240Pu се покажало како мешан благослов. Иако создало одложувања и главоболки за време на проектот „Менхетен“ поради потребата да се развие технологија за имплозија, истите тие тешкотии се бариера за јадрено ширење. Имплозивните бомби се, исто така, инхерентно поефикасни и помалку склони кон случајно детонирање отколку бомбите од типот на пиштоли.
↑Wang, Meng; Huang, W.J.; Kondev, F.G.; Audi, G.; Naimi, S. (2021). „The AME 2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references*“. Chinese Physics C. 45 (3): 030003. doi:10.1088/1674-1137/abddaf.
↑Kuznetsova AA, Svirikhin AI, Isaev AV, Bychkov MA, Danilkin VD, Devarazha KM, Zamyatin NI, Izosimov IN, Liu Z, Malyshev ON, Mukhin RS, Popeko AG, Popov YA, Rachkov VA, Saylaubekov B, Sokol EA, Tezekbaeva MS, Ulanova II, Zhang FS, Chepigin VI, Chelnokov ML, Eremin AV (2024). „Свойства радиоактивного распада нового ядра 227Pu“ [Properties of Radioactive DЕЗay of the New Nucleus 227Pu] (PDF). jinr.ru (руски). Joint Institute for Nuclear Research. Посетено на 9 November 2024.
↑Yang, H. B.; Gan, Z. G.; Zhang, Z. Y.; Huang, M. H.; Ma, L.; Yang, C. L.; Zhang, M. M.; Tian, Y. L.; Wang, Y. S.; Wang, J. G.; Zhou, H. B.; Hua, W.; Wang, J. Y.; Qiang, Y. H.; Zhao, Z.; Huang, X. Y.; Wen, X. J.; Li, Z. Y.; Zhang, H. T.; Xu, S. Y.; Li, Z. C.; Zhou, H.; Zhang, X.; Zhu, L.; Wang, Z.; Guan, F.; Yang, H. R.; Huang, W. X.; Ren, Z. Z.; Zhou, S. G.; Xu, H. S. (3 October 2024). „α dЕЗay of the new isotope Pu 227“. Physical Review C. 110 (4). doi:10.1103/PhysRevC.110.044302.
↑Wilson, G. L.; Takeyama, M.; Andreyev, A. N.; Andel, B.; Antalic, S.; Catford, W. N.; Ghys, L.; Haba, H.; Heßberger, F. P.; Huang, M.; Kaji, D.; Kalaninova, Z.; Morimoto, K.; Morita, K.; Murakami, M.; Nishio, K.; Orlandi, R.; Smith, A. G.; Tanaka, K.; Wakabayashi, Y.; Yamaki, S. (13 October 2017). „β -delayed fission of Am 230“. Physical Review C (англиски). 96 (4): 044315. doi:10.1103/PhysRevC.96.044315. ISSN2469-9985.
↑ Плус радиум (елемент 88). Иако всушност е подактинид, тој веднаш му претходи на актиниумот (89) и следи јазот на нестабилност од три елементи по полониум (84) каде што ниту еден изотоп нема полураспад од најмалку четири години (најдолговечниот изотоп во јазот е радон-222 со полураспад од четири дена). Најдолговечниот изотоп на радиум, со 1.600 години, заслужува елементот да биде вклучен овде.
↑Milsted, J.; Friedman, A. M.; Stevens, C. M. (1965). „The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248“. Nuclear Physics. 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4. „Изотопските анализи откриле низа со маса 248 во постојано изобилство во три примероци анализирани во период од околу 10 месеци. Ова му се припишало на изомер од Bk248 со полураспад поголем од 9 [години]. Не е откриен раст на Cf248, а долната граница за β− полураспадот може да се постави на околу 104 [години]. Не е откриена алфа активност што му се припишува на новиот изомер; алфа полураспадот е веројатно поголем од 300 [години]“
↑Ова е најтешкиот изотоп со полураспад од најмалку четири години пред "морето на нестабилност".
↑Со исклучок на оние „класично стабилни“ изотопи со полураспад значително поголем од 232Th; на пр., додека 113mCd има полураспад од само четиринаесет години, 113Cd е осум квадрилиони години.
↑. Takoma Park, MD. Наводот magazine бара |magazine= (help); Отсутно или празно |title= (help); |access-date= бара |url= (help)
↑Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (April 2004). „Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels“. Journal of Nuclear Science and Technology. 41 (4): 448–456. doi:10.3327/jnst.41.448.
Miner, William N.; Schonfeld, Fred W. (1968). „Plutonium“. Во Clifford A. Hampel (уред.). The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York (NY): Reinhold Book Corporation. стр. 540–546. LCCN68029938.
_NIST_ASD_emission_spectrum.png)
