Плуто́ній-238 — радіоактивний нуклід хімічного елемента плутонію з масовим числом 238. Є першим відкритим ізотопом плутонію . Відкритий в 1940 році Гленном Сіборгом , Дж. Кеннеді, Артуром Валем [ru] Едвіном Макмілланом [ 3] урану-238 дейтронами [ 4]
92
238
U
(
d
,
2
n
)
93
238
N
p
→
2
,
117
d
β
−
1
,
292
M
e
V
94
238
P
u
.
{\displaystyle \mathrm {^{238}_{92}U} (\mathrm {d} ,\mathrm {2n} )\mathrm {^{238}_{93}Np} \ {\xrightarrow[{2,117\ d}]{\beta ^{-}\ 1,292\ MeV}}\ \mathrm {^{238}_{94}Pu} .}
Період напіврозпаду плутонію-238 складає 87,7(1) років . Активність одного грама цього нукліда складає приблизно 633,7 ГБк .
Один грам чистого плутонію-238 генерує приблизно 0,567 Вт потужності .
Плутоній-238 утворюється в результаті наступних розпадів:
93
238
N
p
→
94
238
P
u
+
e
−
+
ν
¯
e
;
{\displaystyle \mathrm {^{238}_{93}Np} \rightarrow \mathrm {^{238}_{94}Pu} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};}
95
238
A
m
→
94
238
P
u
+
e
+
+
ν
e
;
{\displaystyle \mathrm {^{238}_{95}Am} \rightarrow \mathrm {^{238}_{94}Pu} +e^{+}+\nu _{e};}
96
242
C
m
→
94
238
P
u
+
2
4
H
e
.
{\displaystyle \mathrm {^{242}_{96}Cm} \rightarrow \mathrm {^{238}_{94}Pu} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}
Розпад плутонію-238 відбувається в наступних напрямках:
α-розпад в 234 [ 1] [ 2]
94
238
P
u
→
92
234
U
+
2
4
H
e
;
{\displaystyle \mathrm {^{238}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{234}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} ;}
енергія випромінюваних α-частинок 5 456,3 кеВ (в 28,98% випадків) і 5 499,03 кеВ (в 70,91% випадків)[ 5]
Плутоній-238 утворюється в будь-якому ядерному реакторі, який працює на природному або малозбагаченому урані , що містить в основному ізотоп 238 [ 4] [ 6]
92
238
U
(
n
,
2
n
)
92
237
U
→
6
,
75
d
β
−
518
,
6
k
e
V
93
237
N
p
;
{\displaystyle \mathrm {^{238}_{92}U} (\mathrm {n} ,\mathrm {2n} )\mathrm {^{237}_{92}U} \ {\xrightarrow[{6,75\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 518,6\ \mathrm {keV} }}\ \mathrm {^{237}_{93}Np} ;}
92
235
U
(
n
,
γ
)
92
236
U
(
n
,
γ
)
92
237
U
→
6
,
75
d
β
−
518
,
6
k
e
V
93
237
N
p
;
{\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{236}_{92}U} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{237}_{92}U} \ {\xrightarrow[{6,75\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 518,6\ \mathrm {keV} }}\ \mathrm {^{237}_{93}Np} ;}
93
237
N
p
(
n
,
γ
)
93
238
N
p
→
2
,
117
d
β
−
1
,
292
M
e
V
94
238
P
u
.
{\displaystyle \mathrm {^{237}_{93}Np} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{238}_{93}Np} \ {\xrightarrow[{2,117\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 1,292\ \mathrm {MeV} }}\ \mathrm {^{238}_{94}Pu} .}
Вагомі кількості ізотопно чистого плутонію-238 отримують шляхом опромінення нейтронами нептунію-237 (інші мови) , який, в свою чергу, добувають з відпрацьованого ядерного палива [ 6]
Ціна одного кілограму плутонію-238 складає приблизно 1 млн доларів США [ 7]
Плутоній-238 використовують в малогабаритних радіоізотопних джерелах енергії (наприклад, в РІТЕГах )[ 6] [ 8] кардіостимуляторах .[ 9] [ 10]
США використовували РІТЕГи з плутонієм-238 на 24 космічних апаратах, включаючи Вояджери та Кассіні .[ 11]
Зокрема плутонієві джерела живлення для космічних апаратів містили таку кількість ізотопа[ 12]
В США виробництво ізотопа плутонію-238 зупинено 1988 року (Саванна Рівер).[ 14] Міністерство енергетики США підписало в 1992 році п'ятирічний договір про купівлю ізотопа в Росії в обсязі 10 кг із можливістю збільшення поставок до 40 кг. В рамках договору укладалися декілька контрактів, угоду продовжували. В 2009 році поставки були перервані через реструктуризацію російської ядерної промисловості.[ 15]
Починаючи з 1993 року, більшість РІТЕГів на американських космічних апаратах використовували ізотоп, куплений в Росії. За станом на 2005 рік було закуплено близько 16,5 кг.[ 16] [ 17]
2009 року Міністерство енергетики США (DOE) надали запит на фінансування відновлення виробництва ізотопа на території США.[ 18] [ 19] [ 20] DOE та NASA[ 20] [ 20] [ 20]
2013 року Ок-Риджська національна лабораторія (штат Теннесі ) почала виробництво плутонію-238, з проєктною потужністю 1,5—2 кілограми ізотопа на рік[ 21] [ 22] [ 23]
↑ а б в г д е ж Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A . — 2003. — Vol. 729 . — P. 3–128 . — Bibcode :2003NuPhA.729....3A DOI :10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 (англ.) ↑ а б в г Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references. // Nuclear Physics A . — 2003. — Vol. 729 . — P. 337—676 . — Bibcode :2003NuPhA.729..337A DOI :10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003 (англ.)
↑ Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — М. : Высшая Школа, 1991. — С. 407.(рос.) ↑ а б Милюкова М.С., Гусев Н.И., Сентюрин И.Г., Скляренко И.С. Аналитическая химия плутония. — М. : «Наука», 1965. — С. 7-12. — (Аналитическая химия элементов) — 3400 прим.(рос.) ↑ Властивості 238 [недоступне посилання з червня 2019 ] ↑ а б в Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.) . Химическая энциклопедия: в 5 т. — М. : Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 50 000 прим. — ISBN 5—85270—039—8.(рос.) ↑ Тимошенко, Алексей (12 жовтня 2010). Обама открыл «частникам» дорогу в космос (рос.) . gzt.ru . Архів оригіналу за 15 жовтня 2010. Процитовано 22 жовтня 2010 . (рос.) ↑ http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/dimensions/issue7/pacemaker.html [Архівовано 20 березня 2015 у Wayback Machine .] «Eventually, modern lithium-ion batteries replaced the plutonium ones. Lithium-ion batteries are still used to power pacemakers today.»(англ.) ↑ Plutonium Powered Pacemaker (1974) [Архівовано 2011-09-27 у Wayback Machine .] (англ.) ↑ Facts about pacemakers [Архівовано 18 березня 2021 у Wayback Machine .] (англ.) ↑ [1] [Архівовано 18 серпня 2015 у Wayback Machine .] «The decay heat of Pu-238 (0.56 W/g) enables its use as an electricity source in the radioisotope thermoelectric generators (RTGs) of some cardiac pacemakers, space satellites, navigation beacons, etc. Plutonium has powered 24 US space … Voyager … Cassini spacecraft carries three generators providing 870 watts power as it orbits around Saturn.»(англ.) ↑ НАСА испытывает острый дефицит плутония-238 для источников питания КА [Архівовано 14 серпня 2015 у Wayback Machine .] (рос.) ↑ Mars Science Laboratory Launch Nuclear Safety (PDF) . NASA/JPL/DoE. 2 березня 2011. Архів (PDF) оригіналу за 17 серпня 2012. Процитовано 28 листопада 2011 .(англ.) ↑ Economical Production of Pu - 238: Feasibility Study (PDF) . Center for Space Nuclear Research. Архів (PDF) оригіналу за 2 липня 2013. Процитовано 19 березня 2013 .(англ.) ↑ Plutonium-238 Production for NASA Radioisotope Power Systems // Cryptome, Federal Register Volume 78, Number 6 (January 9, 2013), [FR Doc No: 2013-00239↑ Commonly Asked Questions About Radioisotope Power Systems (PDF) . Idaho National Laboratory . July 2005. Архів оригіналу (PDF) за 2 липня 2013. Процитовано 24 жовтня 2011 .(англ.) ↑ Plutonium-238 Production Project (PDF) . Department of Energy. 5 лютого 2011. Архів оригіналу (PDF) за 3 лютого 2012. Процитовано 2 липня 2012 .(англ.) ↑ Plutonium Shortage Could Stall Space Exploration . NPR. Архів оригіналу за 2 липня 2013. Процитовано 19 вересня 2011 .(англ.) ↑ Greenfieldboyce, Nell. «The Plutonium Problem: Who Pays For Space Fuel?» [Архівовано 17 березня 2021 у Wayback Machine .] NPR , 8 November 2011.(англ.)
↑ а б в г Wall, Mike (6 квітня 2012). Plutonium Production May Avert Spacecraft Fuel Shortage . Space.com. Архів оригіналу за 2 липня 2013. Процитовано 2 липня 2012 . (англ.) ↑ РИТЭГ: «сердца» космических роботов, или оружие террористов? [Архівовано 24 вересня 2015 у Wayback Machine .] // Голос Америки , 27.08.2013(рос.) ↑ NASA отказалось от эффективного ядерного источника энергии — усовершенствованного радиоизотопного термоэлектрического генератора Стирлинга (ASRG — Advanced Stirling Radioisotope Generator) [Архівовано 24 вересня 2015 у Wayback Machine .] // Попмеханика, 25 ноября 2013(рос.) ↑ U.S. To Restart Plutonium Production for Deep Space Exploration [Архівовано 15 вересня 2015 у Wayback Machine .] // Universe Today, March 20, 2013(англ.)
![{\displaystyle \mathrm {^{238}_{92}U} (\mathrm {d} ,\mathrm {2n} )\mathrm {^{238}_{93}Np} \ {\xrightarrow[{2,117\ d}]{\beta ^{-}\ 1,292\ MeV}}\ \mathrm {^{238}_{94}Pu} .}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/efe4f4019137db0642f719224b81b471168009c0)
![{\displaystyle \mathrm {^{238}_{92}U} (\mathrm {n} ,\mathrm {2n} )\mathrm {^{237}_{92}U} \ {\xrightarrow[{6,75\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 518,6\ \mathrm {keV} }}\ \mathrm {^{237}_{93}Np} ;}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c97ea6fd946aefbd2b3b2880b5b581f6a581cfe2)
![{\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{236}_{92}U} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{237}_{92}U} \ {\xrightarrow[{6,75\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 518,6\ \mathrm {keV} }}\ \mathrm {^{237}_{93}Np} ;}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b6d8e726a28ca5796be0c80681b791ee4f0d4a5)
![{\displaystyle \mathrm {^{237}_{93}Np} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{238}_{93}Np} \ {\xrightarrow[{2,117\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 1,292\ \mathrm {MeV} }}\ \mathrm {^{238}_{94}Pu} .}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/00a9754c9f35de06cf8b2d3a443a159fc910256a)
