الثقل النوعي للبلوتونيوم. البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة: التطبيق والإنتاج والتخلص. التواجد في الطبيعة، الاستلام

يجب أن يكون آباء الأولاد مستعدين لمختلف حالات طارئةمع أطفالك، لن يضرك حتى معرفة ما يجب فعله إذا وجد ابنك البلوتونيوم.

كيف يبدو البلوتونيوم؟

عليك أولاً أن تتخيل كيف سيبدو الشكل الذي سيجده ابنك. وهو معدن ثقيل للغاية ذو لون فضي على شكل مسحوق يلمع ببراعة عند تنظيفه. ولكن بفضل خصائصها الكهربية، فإنها لا تظل لامعة لفترة طويلة: فهي تتلاشى أولاً، ثم تصبح مغطاة بفيلم أصفر فاتح، يتحول تدريجياً إلى اللون الأرجواني الداكن.

فكر في الأشياء الأخرى التي قد تبدو مثل المسحوق الأبيض الفضي، لأنه لا يمكنك العثور على البلوتونيوم بالقرب من أرجوحة أو منزلق. وحتى لو تسلق موقع بناء، فإن الصبي يفضل أن يصبح مالكًا لقطعة من الأسلاك أو المسمار بدلاً من حفنة من البلوتونيوم.

ومع ذلك، إذا أحضر طفل إلى المنزل ما تعتقد أنه المعدن الثقيل الموصوف، فأنت بحاجة إلى الاتصال بالشرطة أو الإدارة المحلية بوزارة حالات الطوارئ على وجه السرعة، لأن المادة مشعة وخطيرة ويجب إزالتها وإخفائها بسرعة بعيد.

تحتاج إلى الرد على "الاكتشاف" على الفور. هذه ليست حالة حياة يمكنك من خلالها الاتصال بصديق ومعرفة ذلك. بعد كل شيء، الخيار، حتى الحامض، خطير على الأكثر بسبب الإسهال الحاد. وإذا كنت ذكيا بما فيه الكفاية لعدم تناولها بعد أن يتم تفجير الغطاء، فهي بشكل عام لا تشكل عائقا لصحتك.

تأثير البلوتونيوم على جسم الإنسان

البلوتونيوم (Pu) ليس ضارًا مثل الخيار الحامض. وهو معدن ثقيل، وبالتالي يجب أن يكون مادة سامة كيميائيا. ومع ذلك، فإن هذه الخاصية موصوفة بشكل سيء، لأن الخطر الرئيسي يكمن في السمية الإشعاعية. سميته ترجع إلى النشاط الإشعاعي ألفا.

لا يشكل جسيم ألفا خطرا على الجسم إلا إذا كان مصدره في جسم الإنسان. ببساطة، لكي يحدث تأثير إشعاعي، يجب تناول هذا المعدن. خارجياً يؤثر البلوتونيوم على الإنسان بالنيوترونات وأشعة جاما، لكنه لا يسبب ضرراً كبيراً بسبب انخفاض مستواها.

جسيمات ألفا في جسم الإنسانتلف فقط تلك الأنسجة التي تكون على اتصال مباشر بها. عند مستويات عالية من الإشعاع، يتطور التسمم الحاد ويظهر التأثير السام على الفور. يؤدي انخفاض مستويات الإشعاع إلى إتلاف الجسم تدريجيًا، مما يؤدي إلى الإصابة بالسرطان.

يتم امتصاص Pu بشكل سيء في الجهاز الهضمي. وحتى لو تناولت المعدن على شكل ملح قابل للذوبان، فإنه لا يميل إلى الامتصاص، بل يمتزج مع محتويات الأمعاء. ولا يدخل الكثير من البلوتونيوم إلى الجسم من المياه الملوثة، بل يترسب من المحاليل المائية مكونًا مركبات غير قابلة للذوبان.

للموت من التعرض الحاد في غضون بضعة أيام أو أسبوع، تحتاج إلى تناول 500 ملغ من البلوتونيوم. وفي الوقت نفسه، ينبغي أن يكون في شكل مفروم جيدا. الموت من الوذمة الرئوية في غضون ما يصل إلى 10 أيام يهدد الأفراد الذين يستنشقون 100 ملغ من البلوتونيوم إلى الرئتين. الجرعات الصغيرة من البلوتونيوم في الجسم تخلق أرضًا خصبة لظهور وتطور السرطان.

هل يحتاج الناس

ويستخدم نظير 239Pu على شكل وقود نووي لمفاعلات الطاقة التي تعمل بالنيوترونات السريعة والحرارية. كما أن نظير 239Pu لا غنى عنه في إنتاج الأسلحة النووية.

تنتج محطات الطاقة النووية المنتشرة حول العالم حوالي 15% من الكهرباء في العالم.

تتمتع البطاريات الكهربائية الذرية التي تحتوي على Pu-236 بعمر خدمة يصل إلى 5 سنوات. يستخدم الأطباء مثل هذه البطاريات في أجهزة تنظيم ضربات القلب، والتي يتم خياطتها في صدر المرضى وتسبب انقباض القلب.
يعد Pu-238 مصدر طاقة أساسيًا للمركبات الفضائية التي يستخدمها البشر لاستكشاف الفضاء.

حقائق رائعة

يمكن إخبار الأولاد الفضوليين بحقائق لا تُنسى عن البلوتونيوم، والتي من غير المرجح أن يكونوا محظوظين بما يكفي للعثور عليها في الحياة الواقعية.

يتراكم هذا العنصر بقوة في الكائنات البحرية، وتقل القدرة التراكمية في السلسلة المختلطة من العوالق - الطحالب - معدة الأسماك - نجوم البحر - عظام الأسماك.

Pu-244 هو نظير طويل العمر لعناصر ما بعد اليورانيوم. عمر النصف هو 82.8 مليون سنة!

إذا أضفت البلوتونيوم إلى السبيكة، فستحصل على صب بدون صدع واحد. يتم استخدام هذه الخاصية بنشاط من قبل علماء المعادن.

وتصنع شحنات القنابل النووية من البلوتونيوم. المعدن ثقيل جدًا لدرجة أن كرة صغيرة من البلوتونيوم، والتي يمكن إخفاؤها في مكعب مقاس 10*10 سم، تزن 5-6 كجم.

يود كل والد أن يتمنى ألا يجد ابنهما البلوتونيوم ولا يحضره إلى المنزل، بل يلعب بسلام بألعاب أكثر ضررًا.

فيديو: البلوتونيوم-239 من RID-1

البلوتونيوم (بلوتونيوم باللاتينية، الرمز Pu) - مشع عنصر كيميائيبرقم ذري 94 ووزن ذري 244.064. البلوتونيوم هو أحد عناصر المجموعة الثالثة من الجدول الدوري لديمتري إيفانوفيتش مندليف وينتمي إلى عائلة الأكتينيدات. البلوتونيوم معدن مشع ثقيل (كثافته في الظروف العادية 19.84 جم/سم3) وهش وله لون أبيض فضي.

البلوتونيوم ليس له نظائر مستقرة. ومن بين مئات النظائر المحتملة للبلوتونيوم، تم تصنيع خمسة وعشرين منها. وتمت دراسة الخواص النووية لخمسة عشر منها (الأعداد الكتلية 232-246). وقد وجد أربعة التطبيق العملي. النظائر الأطول عمرا هي 244Pu (نصف عمر 8.26-107 سنة)، 242Pu (نصف عمر 3.76-105 سنة)، 239Pu (نصف عمر 2.41-104 سنة)، 238Pu (نصف عمر 87.74 سنة) - α- بواعث و241Pu (عمر النصف 14 سنة) - باعث بيتا. في الطبيعة، يوجد البلوتونيوم بكميات ضئيلة في خامات اليورانيوم (239Pu)؛ يتكون من اليورانيوم تحت تأثير النيوترونات، ومصادرها هي التفاعلات التي تحدث أثناء تفاعل جسيمات ألفا مع العناصر الخفيفة (المدرجة في الخامات)، والانشطار التلقائي لنواة اليورانيوم والإشعاع الكوني.

تم اكتشاف العنصر الرابع والتسعين من قبل مجموعة من العلماء الأمريكيين وهم جلين سيبورج وكينيدي وإدوين ماكميلان وآرثر وال عام 1940 في بيركلي (في جامعة كاليفورنيا) عند قصف هدف بأكسيد اليورانيوم (U3O8) بنواة الديوتيريوم شديدة السرعة. (ديوترونات) من سيكلوترون ستين بوصة. في مايو 1940، تنبأ لويس تورنر بخصائص البلوتونيوم.

في ديسمبر 1940، تم اكتشاف نظير البلوتونيوم Pu-238، الذي يبلغ نصف عمره حوالي 90 عامًا، وتلاه بعد عام نظير البلوتونيوم Pu-239 الأكثر أهمية والذي يبلغ نصف عمره حوالي 24000 عام.

اقترح إدوين ماكميلان في عام 1948 تسمية العنصر الكيميائي البلوتونيوم تكريما لاكتشاف الكوكب الجديد بلوتو وقياسا على النبتونيوم، الذي سمي على اسم اكتشاف نبتون.

يستخدم البلوتونيوم المعدني (نظير 239Pu) في الأسلحة النووية ويعمل كوقود نووي في مفاعلات الطاقة التي تعمل بالنيوترونات الحرارية وخاصة السريعة. الكتلة الحرجة لـ 239Pu كمعدن هي 5.6 كجم. من بين أشياء أخرى، يعتبر نظير 239Pu هو المادة الأولية للحصول عليه المفاعلات النوويةعناصر ترانسبلوتونيوم يُستخدم نظير 238Pu في مصادر الطاقة النووية صغيرة الحجم المستخدمة في أبحاث الفضاء، وكذلك في منشطات القلب البشرية.

يعتبر البلوتونيوم 242 مهمًا باعتباره "مادة خام" نسبيًا تراكم سريعارتفاع عناصر ما بعد اليورانيوم في المفاعلات النووية. تُستخدم سبائك البلوتونيوم المستقرة δ في تصنيع خلايا الوقود، نظرًا لأنها تتمتع بخصائص معدنية أفضل مقارنة بالبلوتونيوم النقي، الذي يمر بتحولات طورية عند تسخينه. تستخدم أكاسيد البلوتونيوم كمصدر للطاقة في تكنولوجيا الفضاء وتجد تطبيقاتها في قضبان الوقود.

جميع مركبات البلوتونيوم سامة، وذلك نتيجة لإشعاع ألفا. وتشكل جزيئات ألفا خطرا جسيما إذا كان مصدرها في جسم الشخص المصاب، فهي تلحق الضرر بالأنسجة المحيطة بالجسم. لا يشكل إشعاع جاما الصادر عن البلوتونيوم خطورة على الجسم. ومن الجدير بالذكر أن النظائر المختلفة للبلوتونيوم لها سميات مختلفة، على سبيل المثال، البلوتونيوم النموذجي في المفاعل أكثر سمية بمقدار 8-10 مرات من 239Pu النقي، حيث تهيمن عليه نويدات 240Pu، والتي تعد مصدرًا قويًا لإشعاع ألفا. البلوتونيوم هو العنصر الأكثر سمية إشعاعيًا بين جميع الأكتينيدات، ومع ذلك، فهو يعتبر بعيدًا عن العنصر الأكثر خطورة، حيث أن الراديوم أكثر خطورة بألف مرة تقريبًا من نظائر البلوتونيوم الأكثر سمية - 239Pu.

الخصائص البيولوجية

يتركز البلوتونيوم بواسطة الكائنات البحرية: معامل تراكم هذا المعدن المشع (نسبة التركيزات في الجسم وفي البيئة الخارجية) للطحالب هو 1000-9000، للعوالق - حوالي 2300، لنجم البحر - حوالي 1000، للرخويات - ما يصل إلى 380 للعضلات والعظام والكبد ومعدة الأسماك - 5 و 570 و 200 و 1060 على التوالي. تمتص النباتات البرية البلوتونيوم بشكل رئيسي من خلاله نظام الجذروتجميعها إلى 0.01% من كتلتها. في جسم الإنسان، يتم الاحتفاظ بالعنصر الرابع والتسعين بشكل رئيسي في الهيكل العظمي والكبد، حيث لا يفرز تقريبًا (خاصة من العظام).

البلوتونيوم شديد السمية، وخطره الكيميائي (مثل أي معدن ثقيل آخر) أضعف بكثير (من وجهة نظر كيميائية، فهو أيضًا سام مثل الرصاص.) مقارنة بسميته الإشعاعية، والتي هي نتيجة لإشعاع ألفا. علاوة على ذلك، تتمتع جسيمات ألفا بقدرة اختراق منخفضة نسبيًا: بالنسبة لـ 239Pu، يبلغ نطاق جسيمات ألفا في الهواء 3.7 سم، وفي الأنسجة البيولوجية الرخوة 43 ميكرومتر. ولذلك فإن جسيمات ألفا تشكل خطرا جسيما إذا كان مصدرها في جسم الشخص المصاب. وفي الوقت نفسه، فإنها تلحق الضرر بأنسجة الجسم المحيطة بالعنصر.

في الوقت نفسه، فإن أشعة جاما والنيوترونات، التي ينبعث منها البلوتونيوم أيضًا والتي تكون قادرة على اختراق الجسم من الخارج، ليست خطيرة جدًا، لأن مستواها منخفض جدًا بحيث لا يسبب ضررًا للصحة. ينتمي البلوتونيوم إلى مجموعة العناصر ذات السمية الإشعاعية العالية بشكل خاص. في الوقت نفسه، نظائر البلوتونيوم المختلفة لها سمية مختلفة، على سبيل المثال، البلوتونيوم المفاعل النموذجي أكثر سمية بـ 8-10 مرات من 239Pu النقي، حيث تهيمن عليه نويدات 240Pu، وهو مصدر قوي لإشعاع ألفا.

عند تناوله عن طريق الماء والغذاء، يكون البلوتونيوم أقل سمية من مواد مثل الكافيين وبعض الفيتامينات والسودوإيفيدرين والعديد من النباتات والفطريات. ويفسر ذلك حقيقة أن الجهاز الهضمي يمتص هذا العنصر بشكل سيء، حتى عندما يتم توفيره على شكل ملح قابل للذوبان، فإن هذا الملح نفسه يرتبط بمحتويات المعدة والأمعاء. ومع ذلك، فإن تناول 0.5 جرام من البلوتونيوم في حالة مقسمة أو مذابة يمكن أن يؤدي إلى الوفاة نتيجة التعرض للإشعاع الحاد. الجهاز الهضميعلى مدار عدة أيام أو أسابيع (بالنسبة للسيانيد، تبلغ هذه القيمة 0.1 جرام).

من وجهة نظر الاستنشاق، البلوتونيوم هو مادة سامة عادية (ما يعادل تقريبا بخار الزئبق). عند استنشاق البلوتونيوم، فهو مادة مسرطنة ويمكن أن يسبب سرطان الرئة. لذلك، عند استنشاق مائة ملليغرام من البلوتونيوم على شكل جزيئات ذات حجم مثالي للاحتفاظ بها في الرئتين (1-3 ميكرون) تؤدي إلى الوفاة من الوذمة الرئوية خلال 1-10 أيام. وجرعة عشرين مليجراماً تؤدي إلى الوفاة بالتليف خلال شهر تقريباً. الجرعات الصغيرة تؤدي إلى تسمم مسرطن مزمن. يزداد خطر استنشاق البلوتونيوم إلى الجسم بسبب حقيقة أن البلوتونيوم عرضة لتكوين الهباء الجوي.

على الرغم من أنه معدن، فهو متقلب للغاية. إن الإقامة القصيرة للمعدن في الغرفة تزيد بشكل كبير من تركيزه في الهواء. البلوتونيوم الذي يدخل الرئتين يستقر جزئيًا على سطح الرئتين، ويمر جزئيًا إلى الدم، ثم إلى اللمف ونخاع العظام. معظمها (حوالي 60%) ينتهي بها الأمر في الأنسجة العظمية، و30% منها في الكبد، ويتم إخراج 10% فقط منها. بطبيعة الحال. تعتمد كمية البلوتونيوم التي تدخل الجسم على حجم جزيئات الهباء الجوي وقابلية ذوبانه في الدم.

يشبه البلوتونيوم الذي يدخل جسم الإنسان بطريقة أو بأخرى في خصائص الحديد الحديديك، لذلك، يتغلغل البلوتونيوم في الدورة الدموية، ويبدأ في التركيز في الأنسجة التي تحتوي على الحديد: نخاع العظام والكبد والطحال. ينظر الجسم إلى البلوتونيوم على أنه حديد، لذلك يأخذ بروتين الترانسفيرين البلوتونيوم بدلاً من الحديد، ونتيجة لذلك يتوقف نقل الأكسجين في الجسم. تحمل البلاعم البلوتونيوم إلى العقد الليمفاوية. يستغرق البلوتونيوم الذي يدخل الجسم وقتا طويلا جدا لإزالته من الجسم - في غضون 50 عاما، سيتم إزالة 80٪ فقط من الجسم. عمر النصف من الكبد هو 40 سنة. بالنسبة للأنسجة العظمية، فإن نصف عمر البلوتونيوم هو 80-100 سنة؛ في الواقع، تركيز العنصر 94 في العظام ثابت.

طوال الحرب العالمية الثانية وبعد انتهائها، أجرى العلماء العاملون في مشروع مانهاتن، وكذلك علماء الرايخ الثالث ومنظمات بحثية أخرى، تجارب باستخدام البلوتونيوم على الحيوانات والبشر. وقد أظهرت الدراسات التي أجريت على الحيوانات أن بضعة مليغرامات من البلوتونيوم لكل كيلوغرام من الأنسجة تعتبر جرعة مميتة. يتكون استخدام البلوتونيوم في البشر عادة من 5 ميكروغرام من البلوتونيوم يتم حقنه في العضل في المرضى المصابين بأمراض مزمنة. وتقرر في النهاية أن الجرعة المميتة للمريض كانت ميكروجرامًا واحدًا من البلوتونيوم، وأن البلوتونيوم أكثر خطورة من الراديوم ويميل إلى التراكم في العظام.

كما هو معروف، البلوتونيوم عنصر غائب عمليا في الطبيعة. إلا أن حوالي خمسة أطنان منه انطلقت إلى الغلاف الجوي نتيجة التجارب النووية في الفترة 1945-1963. ويقدر إجمالي كمية البلوتونيوم المنبعثة في الغلاف الجوي بسبب التجارب النووية قبل الثمانينات بنحو 10 أطنان. وفقًا لبعض التقديرات، تحتوي التربة في الولايات المتحدة على متوسط ​​2 ملي كوري (28 مجم) من البلوتونيوم لكل كيلومتر مربع من الغبار المتساقط، كما أن نسبة البلوتونيوم في المحيط الهادئ مرتفعة مقارنة بالتوزيع الإجمالي للمواد النووية على الأرض.

وترتبط الظاهرة الأخيرة بالتجارب النووية الأمريكية في جزر مارشال في موقع التجارب في المحيط الهادئ في منتصف الخمسينيات. تتراوح مدة بقاء البلوتونيوم في مياه المحيط السطحية من 6 إلى 21 عامًا، ومع ذلك، حتى بعد هذه الفترة، يهبط البلوتونيوم إلى القاع جنبًا إلى جنب مع الجزيئات الحيوية، والتي يتم تحويلها إلى أشكال قابلة للذوبان نتيجة التحلل الميكروبي.

لا يرتبط التلوث العالمي بالعنصر الرابع والتسعين بالتجارب النووية فحسب، بل يرتبط أيضًا بحوادث الإنتاج والمعدات التي تتفاعل مع هذا العنصر. لذلك، في يناير 1968، تحطمت طائرة تابعة للقوات الجوية الأمريكية من طراز B-52 تحمل أربعة رؤوس حربية نووية في جرينلاند. ونتيجة للانفجار دمرت الشحنات وتسرب البلوتونيوم إلى المحيط.

حالة أخرى من التلوث الإشعاعي للبيئة نتيجة لحادث وقعت مع المركبة الفضائية السوفيتية كوزموس 954 في 24 يناير 1978. ونتيجة لخروجه عن المدار بشكل خارج عن السيطرة، سقط قمر صناعي يحمل مصدر طاقة نووية في الأراضي الكندية. ونتيجة للحادث، تم إطلاق أكثر من كيلوغرام من البلوتونيوم 238 في البيئة، وانتشر على مساحة تبلغ حوالي 124 ألف متر مربع.

إن أفظع مثال على التسرب الطارئ للمواد المشعة إلى البيئة هو الحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية في 26 أبريل 1986. ونتيجة لتدمير وحدة الطاقة الرابعة، تم إطلاق 190 طنًا من المواد المشعة (بما في ذلك نظائر البلوتونيوم) في البيئة على مساحة تبلغ حوالي 2200 كيلومتر مربع.

إن إطلاق البلوتونيوم في البيئة لا يرتبط فقط بحوادث من صنع الإنسان. هناك حالات معروفة لتسرب البلوتونيوم، سواء من ظروف المختبر أو المصنع. من المعروف أن أكثر من عشرين تسربًا عرضيًا من مختبرات 235U و239Pu. خلال الفترة 1953-1978. أدت الحوادث إلى خسارة 0.81 (ماياك، 15 مارس 1953) إلى 10.1 كجم (تومسك، 13 ديسمبر 1978) 239Pu. أدت الحوادث الصناعية إلى مقتل شخصين في لوس ألاموس (21 أغسطس 1945 و21 مايو 1946) بسبب حادثين وفقدان 6.2 كجم من البلوتونيوم. في مدينة ساروف عامي 1953 و 1963. وسقط ما يقرب من 8 و17.35 كجم خارج المفاعل النووي. وأدى أحدهم إلى تدمير مفاعل نووي في عام 1953.

عندما تنشطر نواة 238Pu مع النيوترونات، يتم إطلاق 200 ميجا فولت من الطاقة، وهو ما يزيد 50 مليون مرة عن التفاعل الطارد للحرارة الأكثر شهرة: C + O2 → CO2. "عند الاحتراق" في مفاعل نووي، ينتج جرام واحد من البلوتونيوم 2107 سعرة حرارية - وهي الطاقة الموجودة في 4 أطنان من الفحم. كشتبان من وقود البلوتونيوم بما يعادله من طاقة يمكن أن يعادل أربعين عربة من الحطب الجيد!

يُعتقد أن "النظير الطبيعي" للبلوتونيوم (244Pu) هو النظير الأطول عمراً بين جميع عناصر ما بعد اليورانيوم. عمر النصف هو 8.26∙107 سنة. لقد حاول العلماء لفترة طويلة الحصول على نظير لعنصر ما بعد اليورانيوم الذي قد يكون موجودًا لفترة أطول من 244Pu - وقد تم تعليق آمال كبيرة في هذا الصدد على 247 سم. ومع ذلك، بعد تركيبه، اتضح أن عمر النصف لهذا العنصر هو 14 مليون سنة فقط.

قصة

في عام 1934، أصدرت مجموعة من العلماء بقيادة إنريكو فيرمي بيانًا مفاده أنه أثناء العمل العلمي في جامعة روما اكتشفوا عنصرًا كيميائيًا برقم تسلسلي 94. وبناءً على إصرار فيرمي، تم تسمية العنصر باسم الهسبيريوم، وكان العالم مقتنعًا بأنه اكتشف عنصرًا جديدًا، وهو ما يسمى الآن بالبلوتونيوم، مما يشير إلى وجود عناصر ما بعد اليورانيوم ويصبح مكتشفها النظري. وقد دافع فيرمي عن هذه الفرضية في محاضرته التي ألقاها بمناسبة جائزة نوبل عام 1938. فقط بعد اكتشاف الانشطار النووي من قبل العلماء الألمان أوتو فريش وفريتز ستراسمان، اضطر فيرمي إلى تدوين ملاحظة في النسخة المطبوعة المنشورة في ستوكهولم عام 1939 تشير إلى الحاجة إلى إعادة النظر في "مشكلة عناصر ما بعد اليورانيوم برمتها". الحقيقة هي أن عمل فريش وستراسمان أظهر أن النشاط الذي اكتشفه فيرمي في تجاربه كان على وجه التحديد بسبب الانشطار، وليس لاكتشاف عناصر ما بعد اليورانيوم، كما كان يعتقد سابقًا.

وتم اكتشاف عنصر جديد وهو العنصر الرابع والتسعون في نهاية عام 1940. لقد حدث ذلك في بيركلي في جامعة كاليفورنيا. من خلال قصف أكسيد اليورانيوم (U3O8) بنواة الهيدروجين الثقيلة (الديوترونات)، اكتشفت مجموعة من علماء الكيمياء الإشعاعية الأمريكيين بقيادة جلين سيبورج باعث جسيمات ألفا غير معروف سابقًا وله عمر نصف يبلغ 90 عامًا. وتبين أن هذا الباعث هو نظير العنصر رقم 94 برقم كتلة 238. وهكذا، في 14 ديسمبر 1940، تم الحصول على أول كميات ميكروجرام من البلوتونيوم مع خليط من العناصر الأخرى ومركباتها.

خلال تجربة أجريت في عام 1940، وجد أنه أثناء التفاعل النووي، يتم إنتاج النظير قصير العمر النبتونيوم 238 لأول مرة (عمر النصف 2.117 يومًا)، ومنه البلوتونيوم 238:

23392U (د،2ن) → 23893Np → (β−) 23894Pu

طويلة وكثيفة العمالة التجارب الكيميائيةواستغرق فصل العنصر الجديد عن الشوائب شهرين. تم تأكيد وجود عنصر كيميائي جديد في ليلة 23-24 فبراير 1941 من قبل جي تي سيبورج، وإي إم ماكميلان، وجي دبليو كينيدي، وإيه سي وول من خلال دراسة خواصه الكيميائية الأولى - القدرة على امتلاك ما لا يقل عن عمليتين أكسدة. تنص على. وبعد انتهاء التجارب بقليل، ثبت أن هذا النظير غير انشطاري، وبالتالي فهو غير مثير للاهتمام لمزيد من الدراسة. وسرعان ما (مارس 1941)، قام كينيدي وسيبورج وسيجري وواهل بتصنيع نظير أكثر أهمية، البلوتونيوم 239، عن طريق تشعيع اليورانيوم بالنيوترونات المتسارعة للغاية في السيكلوترون. يتكون هذا النظير من اضمحلال النبتونيوم 239، ويطلق أشعة ألفا ويبلغ عمر النصف 24000 سنة. تم الحصول على أول مركب نقي للعنصر في عام 1942، وتم الحصول على أول كميات وزنية من البلوتونيوم المعدني في عام 1943.

تم اقتراح اسم العنصر الجديد 94 في عام 1948 من قبل ماكميلان، الذي حصل، قبل أشهر قليلة من اكتشاف البلوتونيوم، مع ف. إيبلسون، على العنصر الأول الأثقل من اليورانيوم - العنصر رقم 93، والذي سمي باسم النبتونيوم على شرفه. من كوكب نبتون - الأول بعد أورانوس. وقياسا على ذلك، قرروا تسمية العنصر رقم 94 بالبلوتونيوم، لأن كوكب بلوتو يحتل المرتبة الثانية بعد أورانوس. وبدوره، اقترح سيبورج تسمية العنصر الجديد بـ"البلوتونيوم"، لكنه أدرك بعد ذلك أن الاسم لا يبدو جيدًا جدًا مقارنة بـ "البلوتونيوم". بالإضافة إلى ذلك، طرح أسماء أخرى للعنصر الجديد: ألتيميوم، إكستريميوم، بسبب الحكم الخاطئ في ذلك الوقت بأن البلوتونيوم سيصبح العنصر الكيميائي الأخير في الجدول الدوري. ونتيجة لذلك، سمي العنصر "البلوتونيوم" تكريما لاكتشاف الكوكب الأخير في النظام الشمسي.

التواجد في الطبيعة

عمر النصف لأطول نظائر البلوتونيوم هو 75 مليون سنة. الرقم مثير للإعجاب للغاية، ومع ذلك، يتم قياس عمر المجرة بمليارات السنين. ويترتب على ذلك أن النظائر الأولية للعنصر الرابع والتسعين، التي تشكلت أثناء التوليف الكبير لعناصر الكون، لم يكن لديها فرصة للبقاء حتى يومنا هذا. ومع ذلك، هذا لا يعني أنه لا يوجد بلوتونيوم في الأرض على الإطلاق. ويتشكل باستمرار في خامات اليورانيوم. ومن خلال التقاط النيوترونات من الإشعاع الكوني والنيوترونات الناتجة عن الانشطار التلقائي لنواة 238U، تتحول بعض ذرات هذا النظير - قليلة جدًا - إلى ذرات 239U. نوى هذا العنصر غير مستقرة للغاية، فهي تنبعث منها إلكترونات وبالتالي تزيد من شحنتها، ويحدث تكوين النبتونيوم، أول عنصر عبر اليورانيوم. 239Np هو أيضًا غير مستقر، كما أن نواته تنبعث منها إلكترونات، لذلك في 56 ساعة فقط يتحول نصف 239Np إلى 239Pu.

عمر النصف لهذا النظير طويل جدًا بالفعل ويبلغ 24000 عام. في المتوسط، يكون محتوى 239Pu أقل بحوالي 400000 مرة من محتوى الراديوم. لذلك، من الصعب للغاية ليس فقط استخراج البلوتونيوم "الأرضي"، بل حتى اكتشافه. يمكن العثور على كميات صغيرة من 239Pu - جزء في التريليون - ومنتجات الاضمحلال في خامات اليورانيوم، على سبيل المثال في المفاعل النووي الطبيعي في أوكلو، الجابون (غرب أفريقيا). ويعتبر ما يسمى بـ "المفاعل النووي الطبيعي" هو المفاعل الوحيد في العالم الذي تتشكل فيه الأكتينيدات ومنتجاتها الانشطارية في الغلاف الأرضي. وفقا للتقديرات الحديثة، حدث رد فعل ذاتي الاستدامة مع إطلاق الحرارة في هذه المنطقة منذ عدة ملايين من السنين، والذي استمر أكثر من نصف مليون سنة.

لذلك ، نحن نعلم بالفعل أنه في خامات اليورانيوم ، نتيجة لالتقاط النيوترونات بواسطة نواة اليورانيوم ، يتشكل النبتونيوم (239Np) ، ويكون منتج الاضمحلال β هو البلوتونيوم 239 الطبيعي. بفضل الأدوات الخاصة - مقاييس الطيف الكتلي - تم اكتشاف وجود البلوتونيوم 244 (244Pu)، الذي يتمتع بأطول نصف عمر - حوالي 80 مليون سنة، في باستناسيت ما قبل الكمبري (خام السيريوم). في الطبيعة، يوجد 244Pu في الغالب على شكل ثاني أكسيد (PuO2)، وهو أقل قابلية للذوبان في الماء من الرمل (الكوارتز). نظرًا لأن نظير البلوتونيوم-240 (240Pu) طويل العمر نسبيًا موجود في سلسلة اضمحلال البلوتونيوم-244، فإن اضمحلاله يحدث بالفعل، لكن هذا يحدث نادرًا جدًا (حالة واحدة من كل 10000). ترجع الكميات الصغيرة جدًا من البلوتونيوم-238 (238Pu) إلى اضمحلال بيتا المزدوج النادر جدًا للنظير الأصلي، اليورانيوم-238، والذي تم العثور عليه في خامات اليورانيوم.

تم العثور على آثار النظائر 247Pu و255Pu في الغبار المتجمع بعد انفجارات القنابل النووية الحرارية.

من الناحية النظرية، من الممكن وجود كميات ضئيلة من البلوتونيوم في جسم الإنسان، نظرًا لأنه تم إجراء عدد كبير من التجارب النووية المتعلقة بالبلوتونيوم بطريقة أو بأخرى. يتراكم البلوتونيوم بشكل رئيسي في الهيكل العظمي والكبد، حيث لا يتم إخراجه عمليا. بالإضافة إلى ذلك، يتم تجميع العنصر الرابع والتسعين بواسطة الكائنات البحرية؛ تمتص النباتات البرية البلوتونيوم بشكل رئيسي من خلال نظام الجذر.

اتضح أن البلوتونيوم المُصنّع لا يزال موجودًا في الطبيعة، فلماذا لا يتم استخراجه، بل يتم الحصول عليه بشكل مصطنع؟ الحقيقة هي أن تركيز هذا العنصر منخفض جدًا. عن معدن مشع آخر - الراديوم يقولون: "جرام من الإنتاج - عام من العمل"، والراديوم في الطبيعة أكثر وفرة من البلوتونيوم بـ 400000 مرة! ولهذا السبب، من الصعب للغاية ليس فقط استخراج البلوتونيوم "الأرضي"، بل حتى اكتشافه. ولم يتم ذلك إلا بعد دراسة الخواص الفيزيائية والكيميائية للبلوتونيوم المنتج في المفاعلات النووية.

طلب

ويستخدم نظير 239Pu (مع اليورانيوم) كوقود نووي في مفاعلات الطاقة التي تعمل بالنيوترونات الحرارية والسريعة (بشكل أساسي)، وكذلك في صناعة الأسلحة النووية.

تولد حوالي نصف ألف محطة للطاقة النووية حول العالم ما يقرب من 370 جيجاوات من الكهرباء (أو 15% من إجمالي إنتاج الكهرباء في العالم). يستخدم البلوتونيوم 236 في صناعة البطاريات الكهربائية الذرية التي يصل عمر خدمتها إلى خمس سنوات أو أكثر، وتستخدم في المولدات الحالية التي تحفز القلب (أجهزة تنظيم ضربات القلب). يستخدم 238Pu في مصادر الطاقة النووية صغيرة الحجم المستخدمة في أبحاث الفضاء. وبالتالي، فإن البلوتونيوم 238 هو مصدر الطاقة لمسباري نيو هورايزنز وجاليليو وكاسيني والمركبة الجوالة كيوريوسيتي والمركبات الفضائية الأخرى.

تستخدم الأسلحة النووية البلوتونيوم 239 لأن هذا النظير هو النويدة الوحيدة المناسبة للاستخدام في قنبلة نووية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاستخدام الأكثر تكرارًا للبلوتونيوم 239 في القنابل النووية يرجع إلى حقيقة أن البلوتونيوم يحتل حجمًا أقل في المجال (حيث يوجد قلب القنبلة)، وبالتالي يمكن اكتساب القوة الانفجارية للقنبلة بسبب هذا ملكية.

المخطط الذي يتم من خلاله حدوث انفجار نووي يتضمن البلوتونيوم يكمن في تصميم القنبلة نفسها، التي يتكون قلبها من كرة مملوءة بـ 239Pu. عند لحظة اصطدامها بالأرض تنضغط الكرة إلى مليون ضغط جوي بسبب التصميم وبفضل المادة المتفجرة المحيطة بهذه الكرة. بعد الاصطدام، يتوسع اللب من حيث الحجم والكثافة في أقصر وقت ممكن - عشرات الميكروثانية، ويقفز التجميع عبر الحالة الحرجة بالنيوترونات الحرارية ويدخل إلى الحالة فوق الحرجة بالنيوترونات السريعة - يبدأ التفاعل المتسلسل النووي بمشاركة النيوترونات ونواة العنصر. يؤدي الانفجار الأخير للقنبلة النووية إلى إطلاق درجات حرارة تصل إلى عشرات الملايين من الدرجات.

وقد وجدت نظائر البلوتونيوم استخدامها في تخليق عناصر الترانسبلوتونيوم (بجانب البلوتونيوم). على سبيل المثال، في مختبر أوك ريدج الوطني، تم الحصول على إشعاع نيوتروني طويل المدى يبلغ 239Pu، و24496Cm، و24296Cm، و24997Bk، و25298Cf، و25399Es، و257100Fm. وبنفس الطريقة، تم الحصول على الأمريسيوم 24195Am لأول مرة في عام 1944. في عام 2010، كان أكسيد البلوتونيوم 242 المضاف إليه أيونات الكالسيوم 48 بمثابة مصدر للأنونكاديوم.

تُستخدم سبائك البلوتونيوم المستقرة δ في صناعة قضبان الوقود، لأنها تتمتع بخصائص معدنية أفضل بكثير مقارنة بالبلوتونيوم النقي، الذي يمر بتحولات طورية عند تسخينه وهو مادة هشة للغاية وغير موثوقة. عادة ما يتم الحصول على سبائك البلوتونيوم مع عناصر أخرى (مركبات بين الفلزات) عن طريق التفاعل المباشر للعناصر بالنسب المطلوبة، في حين يتم استخدام ذوبان القوس بشكل رئيسي؛ في بعض الأحيان يتم الحصول على السبائك غير المستقرة عن طريق ترسيب الرش أو تبريد المصهورات.

عناصر السبائك الصناعية الرئيسية للبلوتونيوم هي الغاليوم والألومنيوم والحديد، على الرغم من أن البلوتونيوم قادر على تشكيل سبائك ووسائط مع معظم المعادن مع استثناءات نادرة (البوتاسيوم والصوديوم والليثيوم والروبيديوم والمغنيسيوم والكالسيوم والسترونتيوم والباريوم واليوروبيوم والإيتربيوم). . المعادن المقاومة للحرارة: الموليبدينوم والنيوبيوم والكروم والتنتالوم والتنغستن قابلة للذوبان في البلوتونيوم السائل، ولكنها غير قابلة للذوبان تقريبًا أو قابلة للذوبان بشكل طفيف في البلوتونيوم الصلب. الإنديوم والسيليكون والزنك والزركونيوم قادرون على تكوين بلوتونيوم δ (مرحلة δ" شبه مستقر) عند التبريد السريع. يمكن للغاليوم والألمنيوم والأمريسيوم والسكانديوم والسيريوم تثبيت البلوتونيوم δ عندما درجة حرارة الغرفة.

تسمح الكميات الكبيرة من الهولميوم والهافنيوم والثاليوم بتخزين بعض البلوتونيوم في درجة حرارة الغرفة. النبتونيوم هو العنصر الوحيد الذي يمكنه تثبيت البلوتونيوم ألفا عند درجات حرارة عالية. يعمل التيتانيوم والهافنيوم والزركونيوم على تثبيت بنية البلوتونيوم بيتا عند درجة حرارة الغرفة عند تبريده بسرعة. تطبيقات هذه السبائك متنوعة تمامًا. على سبيل المثال، يتم استخدام سبيكة البلوتونيوم والجاليوم لتثبيت الطور δ من البلوتونيوم، مما يتجنب انتقال الطور α-δ. سبيكة البلوتونيوم-الجاليوم-الكوبالت الثلاثية (PuGaCo5) هي سبيكة فائقة التوصيل عند 18.5 كلفن. هناك عدد من السبائك (البلوتونيوم-الزركونيوم، البلوتونيوم-السيريوم، والبلوتونيوم-السيريوم-الكوبالت) التي تستخدم كوقود نووي.

إنتاج

يتم إنتاج البلوتونيوم الصناعي بطريقتين. ويكون هذا إما تشعيع نواة 238U الموجودة في المفاعلات النووية، أو فصل البلوتونيوم بالطرق الكيميائية الإشعاعية (الترسيب المشترك، الاستخراج، التبادل الأيوني، وما إلى ذلك) من اليورانيوم وعناصر ما بعد اليورانيوم ومنتجات الانشطار الموجودة في الوقود المستهلك.

في الحالة الأولى، يتم إنتاج النظير الأكثر عملية 239Pu (ممزوجًا بخليط صغير من 240Pu) في المفاعلات النووية بمشاركة نوى اليورانيوم والنيوترونات باستخدام تحلل بيتا وبمشاركة نظائر النبتونيوم كمنتج انشطاري وسيط:

23892U + 21D → 23893Np + 210n؛

23893Np → 23894Pu

β- الاضمحلال

في هذه العملية، يدخل الديوترون اليورانيوم 238، مما يؤدي إلى تكوين النبتونيوم 238 ونيوترونين. ثم ينشطر النبتونيوم-238 تلقائيًا، وينبعث منه جسيمات بيتا ناقص التي تشكل البلوتونيوم-238.

عادة، محتوى 239Pu في الخليط هو 90-95٪، 240Pu هو 1-7٪، ومحتوى النظائر الأخرى لا يتجاوز أعشار النسبة المئوية. يتم الحصول على النظائر ذات عمر النصف الطويل - 242Pu و244Pu عن طريق التشعيع المطول باستخدام نيوترونات 239Pu. علاوة على ذلك، فإن ناتج 242Pu هو عدة عشرات من المائة، و244Pu هو جزء صغير من النسبة المئوية لمحتوى 242Pu. تتشكل كميات صغيرة من البلوتونيوم 238 النقي نظيريًا عند تشعيع النبتونيوم 237 بالنيوترونات. عادة ما يتم الحصول على نظائر البلوتونيوم الخفيفة ذات الأعداد الكتلية 232-237 في السيكلوترون عن طريق تشعيع نظائر اليورانيوم بجسيمات ألفا.

الطريقة الثانية للإنتاج الصناعي للـ 239Pu تستخدم عملية Purex، القائمة على الاستخلاص باستخدام فوسفات ثلاثي بوتيل في مادة مخففة خفيفة. في الدورة الأولى، تتم تنقية Pu وU بشكل مشترك من منتجات الانشطار ثم يتم فصلهما. وفي الدورتين الثانية والثالثة، تتم تنقية البلوتونيوم وتركيزه بشكل أكبر. يعتمد مخطط هذه العملية على الاختلاف في خصائص المركبات الرباعية والسداسي التكافؤ للعناصر التي يتم فصلها.

في البداية، يتم تفكيك قضبان الوقود المستهلك وإزالة الكسوة التي تحتوي على البلوتونيوم واليورانيوم المستهلك بالوسائل الفيزيائية والكيميائية. بعد ذلك، يتم إذابة الوقود النووي المستخرج في حمض النيتريك. بعد كل شيء، فهو عامل مؤكسد قوي عندما يذوب، ويتأكسد اليورانيوم والبلوتونيوم والشوائب. يتم تحويل ذرات البلوتونيوم ذات التكافؤ الصفري إلى Pu+6، ويتم إذابة كل من البلوتونيوم واليورانيوم. ومن هذا المحلول يتم اختزال العنصر الرابع والتسعين إلى الحالة الثلاثية باستخدام ثاني أكسيد الكبريت ثم يتم ترسيبه بفلوريد اللانثانم (LaF3).

ومع ذلك، بالإضافة إلى البلوتونيوم، تحتوي الرواسب على النبتونيوم وعناصر أرضية نادرة، لكن الجزء الأكبر (اليورانيوم) يبقى في المحلول. بعد ذلك، يتم أكسدة البلوتونيوم مرة أخرى إلى Pu+6 ويضاف فلوريد اللانثانم مرة أخرى. الآن تترسب العناصر الأرضية النادرة، ويبقى البلوتونيوم في المحلول. بعد ذلك، يتأكسد النبتونيوم إلى حالة رباعي التكافؤ مع برومات البوتاسيوم، نظرًا لأن هذا الكاشف ليس له أي تأثير على البلوتونيوم، ثم أثناء الترسيب الثانوي بنفس فلوريد اللانثانوم، يمر البلوتونيوم ثلاثي التكافؤ إلى راسب، ويبقى النبتونيوم في المحلول. المنتجات النهائية لهذه العمليات هي مركبات تحتوي على البلوتونيوم - ثاني أكسيد PuO2 أو الفلوريدات (PuF3 أو PuF4)، والتي يتم الحصول منها على البلوتونيوم المعدني (عن طريق الاختزال باستخدام بخار الباريوم أو الكالسيوم أو الليثيوم).

يمكن الحصول على بلوتونيوم أنقى عن طريق التكرير الكهربائي للمعدن المنتج كيميائيًا حراريًا، والذي يتم في خلايا التحليل الكهربائي عند 700 درجة مئوية باستخدام إلكتروليت من البوتاسيوم والصوديوم وكلوريد البلوتونيوم باستخدام كاثود التنغستن أو التنتالوم. تبلغ نسبة نقاء البلوتونيوم الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة 99.99%.

لإنتاج كميات كبيرة من البلوتونيوم، يتم بناء مفاعلات متكاثرة، تسمى "المربيين" (من الفعل الإنجليزي "يتكاثر" - "يتكاثر". حصلت هذه المفاعلات على اسمها نظراً لقدرتها على إنتاج المواد الانشطارية بكميات تتجاوز تكلفة الحصول على هذه المادة. الفرق بين المفاعلات من هذا النوع وغيرها هو أن النيوترونات فيها لا تتباطأ (لا يوجد وسيط، على سبيل المثال، الجرافيت) حتى يتفاعل أكبر عدد ممكن منها مع 238U.

بعد التفاعل، تتشكل ذرات 239U، والتي تشكل فيما بعد 239Pu. قلب هذا المفاعل، الذي يحتوي على PuO2 في ثاني أكسيد اليورانيوم المستنفد (UO2)، محاط بقشرة تحتوي على ثاني أكسيد اليورانيوم المستنفد 238 (238UO2)، حيث يتكون 239Pu. إن الاستخدام المشترك لليورانيوم 238 واليورانيوم 235 يسمح "للمفاعلين" بإنتاج طاقة من اليورانيوم الطبيعي تزيد بمقدار 50 إلى 60 مرة عن المفاعلات الأخرى. ومع ذلك، فإن لهذه المفاعلات عيبًا كبيرًا، إذ يجب تبريد قضبان الوقود بوسيلة أخرى غير الماء، مما يقلل من طاقتها. لذلك تقرر استخدام الصوديوم السائل كمبرد.

بدأ بناء مثل هذه المفاعلات في الولايات المتحدة الأمريكية بعد نهاية الحرب العالمية الثانية، ولم يبدأ الاتحاد السوفييتي وبريطانيا العظمى بنائها إلا في الخمسينيات من القرن الماضي.

الخصائص الفيزيائية

البلوتونيوم معدن فضي ثقيل جدًا (كثافته عند المستوى الطبيعي 19.84 جم/سم مكعب)، في حالة نقية تشبه إلى حد كبير النيكل، ولكن في الهواء يتأكسد البلوتونيوم بسرعة، ويتلاشى، ويشكل طبقة قزحية الألوان، أولًا أصفر فاتح، ثم يتحول إلى اللون الأرجواني الداكن. . عند حدوث أكسدة شديدة، يظهر مسحوق أكسيد الزيتون الأخضر (PuO2) على سطح المعدن.

البلوتونيوم هو معدن عالي السالبية الكهربية ومتفاعل، أكثر بكثير من اليورانيوم. لديه سبعة تعديلات متآصلة (α، β، γ، δ، δ، ε و ζ)، والتي تتغير في نطاق درجة حرارة معين وعند نطاق ضغط معين. في درجة حرارة الغرفة، يكون البلوتونيوم في شكل α - هذا هو التعديل الأكثر شيوعًا للبلوتونيوم في مرحلة ألفا، يكون البلوتونيوم النقي هشًا وصلبًا جدًا - وهذا الهيكل يكون تقريبًا بنفس صلابة الحديد الزهر الرمادي ما لم يتم خلطه مع معادن أخرى، مما يمنح السبيكة الليونة والنعومة. في هذا الشكل الأعلى كثافة، يكون البلوتونيوم هو العنصر السادس الأكثر كثافة (فقط الأوزميوم والإيريديوم والبلاتين والرينيوم والنبتونيوم هي الأثقل. ويصاحب التحولات المتآصلة الإضافية للبلوتونيوم تغيرات مفاجئة في الكثافة. على سبيل المثال، عند تسخينه من 310 إلى 480 درجة مئوية) فهو لا يتمدد، مثل المعادن الأخرى، ولكنه يتقلص (مراحل دلتا "و"دلتا برايم") عند ذوبانه (الانتقال من طور إبسيلون إلى الطور السائل)، ينكمش البلوتونيوم أيضًا، مما يسمح للبلوتونيوم غير المنصهر بالطفو.

يتمتع البلوتونيوم بعدد كبير من الخصائص غير العادية: فهو يمتلك أقل موصلية حرارية بين جميع المعادن - عند 300 كلفن يكون 6.7 واط/(م كلفن)؛ البلوتونيوم لديه أدنى الموصلية الكهربائية. في مرحلته السائلة، البلوتونيوم هو المعدن الأكثر لزوجة. إن مقاومة العنصر الرابع والتسعين في درجة حرارة الغرفة تكون عالية جدًا بالنسبة للمعدن، وتزداد هذه الميزة مع انخفاض درجة الحرارة، وهو أمر غير معتاد بالنسبة للمعادن. يمكن تتبع هذا "الشذوذ" حتى درجة حرارة 100 كلفن - وتحت هذه العلامة ستنخفض المقاومة الكهربائية. ومع ذلك، من 20 كلفن تبدأ المقاومة في الزيادة مرة أخرى بسبب النشاط الإشعاعي للمعدن.

يتمتع البلوتونيوم بأعلى مقاومة كهربائية بين جميع الأكتينيدات التي تمت دراستها (حتى الآن)، وهي 150 ميكرومتر (عند 22 درجة مئوية). يحتوي هذا المعدن على نقطة انصهار منخفضة (640 درجة مئوية) ونقطة غليان عالية بشكل غير عادي (3227 درجة مئوية). وبالقرب من نقطة الانصهار، يتمتع البلوتونيوم السائل بلزوجة عالية جدًا وتوتر سطحي مقارنة بالمعادن الأخرى.

بسبب نشاطه الإشعاعي، يكون البلوتونيوم دافئًا عند اللمس. يتم تسخين قطعة كبيرة من البلوتونيوم في غلاف حراري إلى درجة حرارة تتجاوز درجة غليان الماء! بالإضافة إلى ذلك، بسبب نشاطه الإشعاعي، يخضع البلوتونيوم لتغييرات في شبكته البلورية بمرور الوقت - يحدث نوع من التلدين بسبب التشعيع الذاتي بسبب ارتفاع درجات الحرارة فوق 100 كلفن.

إن وجود عدد كبير من التعديلات المتآصلة في البلوتونيوم يجعل من الصعب معالجة وطرح المعدن بسبب التحولات الطورية. ونحن نعلم بالفعل أن العنصر الرابع والتسعين في شكل ألفا يشبه في خصائصه حديد الزهر، ولكن له خاصية التغير والتحول إلى مادة بلاستيكية، وتشكيل شكل β طيع في نطاقات درجات الحرارة الأعلى. عادة ما يكون البلوتونيوم في شكل δ مستقرًا عند درجات حرارة تتراوح بين 310 درجة مئوية و452 درجة مئوية، ولكنه يمكن أن يتواجد في درجة حرارة الغرفة إذا تم تطعيمه بنسب منخفضة من الألومنيوم أو السيريوم أو الغاليوم. وعند خلط البلوتونيوم مع هذه المعادن، يمكن استخدامه في اللحام. بشكل عام، يتميز شكل الدلتا بخصائص أكثر وضوحًا للمعدن - فهو قريب من الألومنيوم من حيث القوة وقابلية الصقل.

الخواص الكيميائية

تشبه الخصائص الكيميائية للعنصر الرابع والتسعين في كثير من النواحي خصائص أسلافه الجدول الدوري- اليورانيوم والنبتونيوم. البلوتونيوم معدن نشط إلى حد ما، فهو يشكل مركبات ذات حالات أكسدة من +2 إلى +7. في المحاليل المائية، يظهر العنصر حالات الأكسدة التالية: Pu (III)، مثل Pu3+ (يوجد في المحاليل المائية الحمضية، وله لون أرجواني فاتح)؛ Pu (IV)، مثل Pu4+ (ظل الشوكولاتة)؛ Pu (V)، مثل PuO2+ (محلول خفيف)؛ Pu (VI)، مثل PuO22+ (محلول برتقالي فاتح) وPu(VII)، مثل PuO53- (محلول أخضر).

علاوة على ذلك، يمكن أن تكون هذه الأيونات (باستثناء PuO53-) في حالة توازن في المحلول في وقت واحد، وهو ما يفسر وجود إلكترونات 5f، الموجودة في المنطقة المحلية وغير المحلية لمدار الإلكترون. عند الرقم الهيدروجيني 5-8، يهيمن Pu(IV)، وهو الأكثر استقرارًا بين التكافؤات الأخرى (حالات الأكسدة). تكون أيونات البلوتونيوم في جميع حالات الأكسدة عرضة للتحلل المائي والتكوين المعقد. تزداد القدرة على تكوين مثل هذه المركبات في سلسلة Pu5+

يتأكسد البلوتونيوم المضغوط ببطء في الهواء، ويصبح مغطى بطبقة من الأكسيد الزيتية القزحية. أكاسيد البلوتونيوم التالية معروفة: PuO، Pu2O3، PuO2 ومرحلة ذات تركيبة متغيرة Pu2O3 - Pu4O7 (Berthollides). وفي وجود كميات صغيرة من الرطوبة، يزيد معدل الأكسدة والتآكل بشكل ملحوظ. إذا تعرض المعدن لكميات صغيرة من الهواء الرطب لفترة كافية، يتكون ثاني أكسيد البلوتونيوم (PuO2) على سطحه. مع نقص الأكسجين، يمكن أن يتكون ثنائي هيدريد (PuH2) أيضًا. من المثير للدهشة أن البلوتونيوم يصدأ بشكل أسرع بكثير في جو يحتوي على غاز خامل (مثل الأرجون) وبخار الماء مقارنة بالهواء الجاف أو الأكسجين النقي. في الواقع، من السهل شرح هذه الحقيقة - فالعمل المباشر للأكسجين يشكل طبقة من الأكسيد على سطح البلوتونيوم، مما يمنع المزيد من الأكسدة؛ وينتج وجود الرطوبة خليطًا فضفاضًا من الأكسيد والهيدريد. بالمناسبة، بفضل هذا الطلاء، يصبح المعدن قابلاً للاشتعال، أي أنه قادر على الاحتراق التلقائي، ولهذا السبب، تتم معالجة البلوتونيوم المعدني عادة في جو خامل من الأرجون أو النيتروجين. وفي الوقت نفسه، يعتبر الأكسجين مادة واقية ويمنع الرطوبة من التأثير على المعدن.

يتفاعل العنصر الرابع والتسعون مع الأحماض والأكسجين وأبخرةهما، ولكن ليس مع القلويات. البلوتونيوم قابل للذوبان بدرجة عالية فقط في الوسائط الحمضية جدًا (على سبيل المثال، حامض الهيدروكلوريك HCl) ويذوب أيضاً في كلوريد الهيدروجين، يوديد الهيدروجين، بروميد الهيدروجين، 72% حمض البيركلوريك، 85% حمض الفوسفوريك H3PO4، CCl3COOH المركز، حمض السلفاميك وحمض النيتريك المركز المغلي. لا يذوب البلوتونيوم بشكل ملحوظ في المحاليل القلوية.

عندما تتعرض المحاليل التي تحتوي على البلوتونيوم رباعي التكافؤ للقلويات، يترسب راسب من هيدروكسيد البلوتونيوم Pu(OH)4 xH2O، الذي له خصائص أساسية. عندما تتعرض محاليل الأملاح المحتوية على PuO2+ للقلويات، هيدروكسيد مذبذب PuO2OH. تستجيب للأملاح - البلوتونيتات مثل Na2Pu2O6.

تتحلل أملاح البلوتونيوم بسهولة عند ملامستها للمحاليل المحايدة أو القلوية، مما يؤدي إلى تكوين هيدروكسيد البلوتونيوم غير القابل للذوبان. المحاليل المركزة للبلوتونيوم غير مستقرة بسبب التحلل الإشعاعي الذي يؤدي إلى هطول الأمطار.

البلوتونيوم- عنصر كيميائي مشع من مجموعة الأكتينيدات، يستخدم على نطاق واسع في الإنتاج أسلحة نووية(ما يسمى "البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة")، وأيضاً (تجريبياً) كوقود نووي للمفاعلات النووية للأغراض المدنية والبحثية. أول عنصر صناعي تم الحصول عليه بكميات متاحة للوزن (1942).

يوضح الجدول الموجود على اليمين الخصائص الرئيسية لـ α-Pu، وهو التعديل الرئيسي للبلوتونيوم في درجة حرارة الغرفة والضغط الطبيعي.

تاريخ البلوتونيوم

تم إنتاج نظير البلوتونيوم 238 Pu بشكل مصطنع لأول مرة في 23 فبراير 1941 من قبل مجموعة من العلماء الأمريكيين بقيادة جلين سيبورج عن طريق تشعيع النوى. اليورانيومالديوترونات. من الجدير بالذكر أنه فقط بعد الإنتاج الاصطناعي تم اكتشاف البلوتونيوم في الطبيعة: بكميات ضئيلة، يوجد 239 Pu عادة في خامات اليورانيوم كمنتج للتحول الإشعاعي لليورانيوم.

العثور على البلوتونيوم في الطبيعة

في خامات اليورانيوم، نتيجة لالتقاط النيوترونات (على سبيل المثال، النيوترونات من الإشعاع الكوني) بواسطة نوى اليورانيوم، النبتونيوم(239 نيوتن)، منتج اضمحلال بيتا هو البلوتونيوم -239 الطبيعي. ومع ذلك، يتكون البلوتونيوم بكميات مجهرية (0.4-15 جزءًا من البلوتونيوم لكل 1012 جزءًا من اليورانيوم) مما يجعل استخراجه من خامات اليورانيوم غير وارد.

أصل الاسمالبلوتونيوم

في عام 1930، كان العالم الفلكي متحمسًا للأخبار الرائعة: تم اكتشاف كوكب جديد، وقد تحدث بيرسيفال لوفيل منذ فترة طويلة عن وجوده، وهو عالم فلك وعالم رياضيات ومؤلف مقالات رائعة عن الحياة على المريخ. بناءً على سنوات عديدة من ملاحظات الحركة أورانوسو نبتونتوصل لوفيل إلى استنتاج مفاده أنه خلف نبتون في النظام الشمسي يجب أن يكون هناك كوكب تاسع آخر، أبعد عن الشمس بأربعين مرة من الأرض.

تم اكتشاف هذا الكوكب، الذي قام لوفيل بحساب عناصره المدارية في عام 1915، في الصور التي التقطتها في 21 و23 و29 يناير 1930 من قبل عالم الفلك ك. تومبو في مرصد فلاجستاف ( الولايات المتحدة الأمريكية) . تم تسمية الكوكب بلوتو. تم تسمية العنصر 94، الذي تم الحصول عليه بشكل مصطنع في نهاية عام 1940 من النوى، على اسم هذا الكوكب الواقع في النظام الشمسي خارج نبتون. الذرات اليورانيوممجموعة من العلماء الأمريكيين بقيادة ج. سيبورج.

الخصائص الفيزيائيةالبلوتونيوم

هناك 15 نظيرًا للبلوتونيوم - يتم إنتاج النظائر ذات الأعداد الكتلية من 238 إلى 242 بكميات كبيرة:

238 بو -> (عمر النصف 86 سنة، اضمحلال ألفا) -> 234 يو،

يُستخدم هذا النظير بشكل حصري تقريبًا في المولدات النظائرية النظائرية للأغراض الفضائية، على سبيل المثال، في جميع المركبات التي طارت خارج مدار المريخ.

239 بو -> (عمر النصف 24360 سنة، اضمحلال ألفا) -> 235 يو،

هذا النظير هو الأكثر ملاءمة لبناء الأسلحة النووية والمفاعلات النووية النيوترونية السريعة.

240 بو -> (نصف عمر 6580 سنة، اضمحلال ألفا) -> 236 يو، 241 بو -> (نصف عمر 14.0 سنة، اضمحلال بيتا) -> 241 صباحا، 242 بو -> (نصف عمر 370000 سنة، ألفا -الاضمحلال) -> 238 ش

هذه النظائر الثلاثة ليس لها أهمية صناعية خطيرة، ولكن يتم الحصول عليها كمنتجات ثانوية عندما يتم إنتاج الطاقة في المفاعلات النووية باستخدام اليورانيوم، من خلال الالتقاط المتسلسل لعدة نيوترونات بواسطة نوى اليورانيوم 238. النظير 242 هو الأكثر تشابهًا في الخواص النووية مع اليورانيوم 238. تم استخدام الأمريسيوم-241، الناتج عن اضمحلال النظير 241، في أجهزة كشف الدخان.

البلوتونيوم مثير للاهتمام لأنه يمر بستة مراحل انتقالية من درجة حرارة التصلب إلى درجة حرارة الغرفة، أكثر من أي عنصر كيميائي آخر. مع الأخير، تزداد الكثافة بشكل حاد بنسبة 11٪، ونتيجة لذلك، تتشقق مسبوكات البلوتونيوم. تكون مرحلة ألفا مستقرة عند درجة حرارة الغرفة، ويوضح الجدول خصائصها. للتطبيق، تعد مرحلة الدلتا، ذات الكثافة الأقل والشبكة المكعبة المتمحورة حول الجسم، أكثر ملاءمة. البلوتونيوم في مرحلة الدلتا مرن للغاية، في حين أن مرحلة ألفا هشة. لتحقيق الاستقرار في البلوتونيوم في مرحلة الدلتا، يتم استخدام المنشطات بالمعادن ثلاثية التكافؤ (تم استخدام الغاليوم في الشحنات النووية الأولى).

تطبيقات البلوتونيوم

تم تفجير أول جهاز نووي قائم على البلوتونيوم في 16 يوليو 1945 في موقع اختبار ألاموغوردو (اختبار يحمل الاسم الرمزي ترينيتي).

الدور البيولوجي للبلوتونيوم

البلوتونيوم شديد السمية. الحد الأقصى المسموح به للتركيز لـ 239 Pu في المسطحات المائية المفتوحة وهواء غرف العمل هو 81.4 و3.3*10 −5 بيكريل/لتر، على التوالي. تتمتع معظم نظائر البلوتونيوم بكثافة تأين عالية وطول مسار جسيمات قصير، لذا فإن سميته لا ترجع إلى خواصه الكيميائية (ربما لا يكون البلوتونيوم أكثر سمية في هذا الصدد من المعادن الثقيلة الأخرى)، بل إلى التأثير المؤين. على أنسجة الجسم المحيطة. ينتمي البلوتونيوم إلى مجموعة العناصر ذات السمية الإشعاعية العالية بشكل خاص. في الجسم، يُحدث البلوتونيوم تغيرات كبيرة لا رجعة فيها في الهيكل العظمي والكبد والطحال والكلى، ويسبب السرطان. يجب ألا يتجاوز الحد الأقصى المسموح به لمحتوى البلوتونيوم في الجسم أعشار ميكروغرام.

الأعمال الفنية المتعلقة بالموضوعالبلوتونيوم

- تم استخدام البلوتونيوم في آلة De Lorean DMC-12 في فيلم Back to the Future كوقود لمراكم التدفق للسفر إلى المستقبل أو الماضي.

- إن شحنة القنبلة الذرية التي فجّرها الإرهابيون في دنفر بالولايات المتحدة الأمريكية في فيلم "كل مخاوف العالم" لتوم كلانسي كانت مصنوعة من البلوتونيوم.

- كينزابورو أوي "ملاحظات عن عداء القرص"

— في عام 2006، أصدرت شركة Beacon Pictures الفيلم البلوتونيوم-239 ( "البلوتونيوم-239")

المفاعل السريع المدمج (IFR) ليس مجرد نوع جديد من المفاعلات، بل هو دورة وقود جديدة. المفاعل السريع المتكامل هو مفاعل نيوتروني سريع بدون وسيط. إنها تحتوي فقط على منطقة نشطة ولا تحتوي على بطانية.
يستخدم IBR الوقود المعدني- سبيكة من اليورانيوم والبلوتونيوم.
تستخدم دورة الوقود الخاصة بها تقليل الوقود مباشرة في المفاعل نفسه باستخدام المعالجة الحرارية. في المعالجة الحرارية IBR، يتم جمع اليورانيوم النقي تقريبًا على كاثود صلب، ويتم جمع خليط من البلوتونيوم والأمريسيوم والنبتونيوم والكوريوم واليورانيوم وبعض منتجات الانشطار في كاثود الكادميوم السائل العائم في ملح الإلكتروليت، ويتم جمع منتجات الانشطار المتبقية. في ملح المنحل بالكهرباء وفي طبقة الكادميوم.
يتم تبريد المفاعل السريع المدمج باستخدام الصوديوم السائل أو الرصاص. إن إنتاج الوقود المعدني أبسط وأرخص من الوقود الخزفي. الوقود المعدني يجعل العملية الحرارية خيارًا طبيعيًا. يتمتع الوقود المعدني بموصلية حرارية وسعة حرارية أفضل من وقود الأكسيد، والوقود عبارة عن سبيكة من اليورانيوم والبلوتونيوم.
يجب أن يحتوي التحميل الأولي في مفاعل سريع متكامل على المزيد من النظائر الانشطارية تحت تأثير النيوترونات الحرارية ( > 20٪ مما كانت عليه في مفاعل النيوترون الحراري. ويمكن أن يكون ذلك اليورانيوم أو البلوتونيوم عالي التخصيب، أو الأسلحة النووية التي تم سحبها من الخدمة، وما إلى ذلك. أثناء التشغيل، يقوم المفاعل بتحويل المواد (الخصبة) غير القابلة للانشطار تحت تأثير النيوترونات الحرارية إلى مواد انشطارية. يمكن أن تكون المواد الخصبة في المفاعل السريع عبارة عن اليورانيوم المنضب (معظمه من اليورانيوم 238)، أو اليورانيوم الطبيعي، أو الثوريوم، أو اليورانيوم المعالج من الوقود المشعع من مفاعل الماء التقليدي.
يوجد الوقود في غلاف فولاذي يحتوي على صوديوم سائل يقع بين الوقود والغلاف. تسمح المساحة الحرة فوق الوقود بتجمع الهيليوم والزينون المشع بحرية دون زيادة الضغط بشكل كبير داخل عنصر الوقود وتسمح للوقود بالتمدد دون الإضرار بغطاء المفاعل.
وميزة الرصاص على الصوديوم هي خموله الكيميائي، خاصة فيما يتعلق بالماء أو الهواء. من ناحية أخرى، الرصاص أكثر لزوجة بكثير، مما يجعل من الصعب ضخه. بالإضافة إلى ذلك، فهو يحتوي على نظائر منشطة بالنيوترونات، وهي غائبة عمليا في الصوديوم.
تم تصميم دوائر التبريد بطريقة تسمح بنقل الحرارة عن طريق الحمل الحراري. لذلك، إذا حدث فقدان للطاقة للمضخات أو توقف غير متوقع للمفاعل، فإن الحرارة حول القلب ستكون كافية لتدوير المبرد.
في IBR، لا يتم فصل النظائر الانشطارية عن نظائر البلوتونيوم، وكذلك عن منتجات الانشطار، وبالتالي فإن استخدام مثل هذه العملية لإنتاج الأسلحة أمر مستحيل عمليا. وبالإضافة إلى ذلك، لا تتم إزالة البلوتونيوم من المفاعل، مما يجعل استخدامه غير المصرح به غير واقعي. بعد معالجة الأكتينيدات (اليورانيوم والبلوتونيوم والأكتينيدات الثانوية)، تكون النفايات المتبقية عبارة عن منتجات انشطارية Sm-151 بنصف عمر 90 لترًا أو منتجات طويلة العمر مثل Tc-99 بنصف عمر 211000 لتر أو أكثر .
تتمتع نفايات IBR إما بنصف عمر قصير أو طويل جدًا، مما يعني أنها مشعة بشكل ضعيف. تبلغ الكمية الإجمالية لنفايات IBR 1/20 من الوقود المعاد معالجته (والذي يعتبر عادة نفايات) لمفاعلات النيوترونات الحرارية بنفس الطاقة. 70% من المنتجات الانشطارية إما تكون مستقرة أو لها عمر نصف يبلغ حوالي عام. التكنيتيوم-99 واليود-129، 6% منها في نواتج الانشطار لها عمر نصف طويل جدًا، ولكن يمكن تحويلها في المفاعل إلى نظائر ذات عمر نصف قصير (15.46 ثانية و12.36 ساعة) عن طريق امتصاص النيوترونات في المفاعل. . يمكن إعادة تدوير الزركونيوم 93 (5% من النفايات) إلى كسوة الوقود حيث لا يشكل النشاط الإشعاعي مصدر قلق. أما المكونات المتبقية من النفايات فهي أقل إشعاعاً من اليورانيوم الطبيعي.
يستخدم البنك الإسلامي للتنمية دورة وقود أكثر كفاءة بمرتين من حيث استخدام الوقود مقارنة بالدورات التقليدية في مفاعلات النيوترونات البطيئة، مما يمنع انتشار الأسلحة النووية، ويقلل من النفايات عالية الإشعاع، وعلاوة على ذلك، يستخدم بعض النفايات كوقود. .
في IBR، تم تصميم الوقود والكسوة بحيث أنه مع زيادة درجة الحرارة وتمددها، يغادر المزيد والمزيد من النيوترونات النواة، مما يقلل من شدة التفاعل المتسلسل. وهذا يعني أن معامل التفاعل السلبي يعمل. في IBR، يكون هذا التأثير قويًا جدًا بحيث يمكنه إيقاف التفاعل المتسلسل دون تدخل المشغل

المعالجة الحرارية ‒ طريقة ارتفاع درجة الحرارة إعادة المعالجة الكهربية للوقود النووي المستهلك. بالمقارنة مع الطريقة الهيدروميتالورجية(على سبيل المثال بيوركس) ، يتم استخدام المعالجة الحرارية مباشرة في المفاعل.المذيبات عبارة عن أملاح منصهرة (على سبيل المثال، LiCl + KCl أو LiF + CaF 2) ومعادن منصهرة (على سبيل المثال، الكادميوم والبزموت والمغنيسيوم)، بدلاً من الماء والمركبات العضوية. في المعالجة الحرارية، يتم استخراج اليورانيوم، وكذلك البلوتونيوم والأكتينيدات الثانوية، في وقت واحد ويمكن استخدامها على الفور كوقود. حجم النفايات أصغر ويحتوي بشكل رئيسي على منتجات الانشطار.بايرو يتم استخدام المعالجة في IBRs ومفاعلات الملح المنصهر.

البلوتونيوم (البلوتونيوم) Pu، - عنصر كيميائي مشع تم الحصول عليه صناعيًا، Z=94، الكتلة الذرية 244.0642؛ ينتمي إلى الأكتينيدات. حاليا، 19 نظائر البلوتونيوم معروفة. أخفها هو 228 Ri (71/2=1.1 s)، وأثقلها هو ^Pu (7i/ 2 = 2.27 يوم)، 8 أيزومرات نووية. النظائر الأكثر استقرارًا هي 2A- 236، 238، 239، 240، 242 و244: 21013، 6.29-11،2.33-10،8.51109، 3.7-12،1.48-8 و6.66 أونصة Bq/g، على التوالي. متوسط ​​طاقة إشعاع النظائر A = 236، 238، 239، 240، 242 و244 هو 5.8، 5.5، 5.1، 5.2، 4.9 و4.6 ميجا إلكترون فولت، على التوالي. تخضع النظائر الخفيفة للبلوتونيوم (2 3 2 Pu، 2 34 Pu، 235 Pu، 2 3 7 Pu) لالتقاط الإلكترون. 2 4 "Pi - باعث p (Ep = 0.0052 MeV). وأهمها عمليا هو 239Ru (7|/ 2 = 2.44-104 سنة، اضمحلال أ، انشطار عفوي (z، my %)) ينقسم تحت تأثير النيوترونات البطيئة ويستخدم في المفاعلات النووية كوقود، وفي القنابل الذرية كمادة مشحونة.

بلوتونيوم-236 (7i/ 2 = 2.85i سنة)، الباعث: 5.72 MeV (30.56%) و5.77 MeV (69.26%)، النويدة الوليدة 2 3 2 U، نشاط محدد 540 Ci/ G. احتمال الانشطار التلقائي كجم 6. معدل الانشطار التلقائي البالغ 5.8-7 أقسام لكل 1 جم/ساعة يتوافق مع نصف عمر هذه العملية الذي يتراوح بين 3.5-109 سنوات.

يمكن الحصول عليها عن طريق ردود الفعل:

يتكون هذا النظير أيضًا أثناء اضمحلال الباعث a 2 4оСsh (7i/ 2 = 27 يومًا) والباعث p 23 6m Np (7i/ 2 = 22 h). 2 ساعة 6 يتحلل الري في الاتجاهات التالية: اضمحلال أ، الاحتمال 100% والانشطار التلقائي (الاحتمال

بلوتوبيوم-237 (7!/ 2 = 45> يومين)، الناتج الفرعي 2 37Np. يمكن الحصول عليه عن طريق قصف اليورانيوم الطبيعي بأيونات الهيليوم بطاقة 40 ميغا إلكترون فولت من خلال التفاعلات النووية:

ويتشكل أيضًا بكميات صغيرة عندما يتم تشعيع اليورانيوم بنيوترونات المفاعل. النوع الرئيسي من الاضمحلال هو التقاط الإلكترون

(99%، انبعاث الأشعة السينية المميز، المنتج الفرعي ^Np)، ولكن هناك اضمحلال لتكوين 2 zi وانبعاث y ضعيف، عمر النصف 45.2 يومًا. يستخدم 2 z7Rts في أنظمة مراقبة المحصول الكيميائي للبلوتونيوم أثناء عزله من عينات المكونات البيئية، وكذلك لدراسة استقلاب البلوتونيوم في جسم الإنسان

بلوتونيوم-238، 7*1/2=87.74 سنة، باعث أ (الطاقات 5.495(76%)، 5.453(24%) و5.351(0.15%) ميغا إلكترون فولت، باعث y ضعيف (الطاقات من 0.044 إلى 0.149 ميغا إلكترون فولت). نشاط 1 جرام من هذه النويدة هو ~633.7 GBq (النشاط النوعي 17 Ci/g)؛ في كل ثانية في نفس الكمية من المادة - يحدث 1200 عملية انشطار تلقائي. معدل الانشطار التلقائي هو 5.1-6 انشطارات لكل 1 جرام. /ساعة تتوافق مع نصف عمر لهذه العملية وهو 3.8-10 10 سنوات.في هذه الحالة، تتطور طاقة حرارية عالية جدًا: 567 واط/كجم. G D el = 3.8-10 10 سنوات. مقطع عرضي من النيوترون الحراري يلتقط = 500 بارن، المقطع العرضي الانشطاري تحت تأثير النيوترونات الحرارية هو 18 بارن، وله نشاط إشعاعي ألفا عالي النوعي (283 مرة أقوى من ^Pu)، مما يجعله أكثر خطورة بكثير مصدر النيوترونات من التفاعلات (أ،ن).

• 2 h 8Pu يتكون نتيجة للتحلل التالي:
  • (3 - اضمحلال النويدة 2 3 8 Np :

يتشكل 2 h 8 Ru في أي مفاعل نووي يعمل باليورانيوم الطبيعي أو منخفض التخصيب، والذي يحتوي بشكل أساسي على نظير 2 h 8 u. وفي هذه الحالة تحدث التفاعلات النووية التالية:

ويتكون أيضًا عند قصف اليورانيوم بأيونات الهيليوم بطاقة 40 ميغا إلكترون فولت:

يحدث الاضمحلال في الاتجاهات التالية: أ-الاضمحلال في 234U (احتمال 10%، طاقة الاضمحلال 5.593 MeV):

تبلغ طاقة جسيمات ألفا المنبعثة 5.450 ماي (في 2.9% من الحالات، و5.499 ماي (في 70.91% من الحالات)، واحتمال الانشطار التلقائي هو 1.9-7%.

أثناء اضمحلال 2 3 8 Pu، يتم إطلاق 5.5 MeV من الطاقة. في مصدر للكهرباء يحتوي على كيلوغرام واحد من 2-3 8 Ri، تتطور طاقة حرارية تبلغ حوالي 50 واط. الطاقة القصوى لمصدر تيار كيميائي له نفس الكتلة هي 5 واط. هناك العديد من الباعثات ذات خصائص الطاقة المماثلة، ولكن إحدى ميزات 23Ri تجعل هذا النظير غير قابل للاستبدال. عادةً ما يكون الاضمحلال مصحوبًا بانبعاث y قوي. 2 ض 8 ري استثناء. طاقة y-quanta المصاحبة لتحلل نواتها منخفضة. كما أن احتمال الانشطار التلقائي لنواة هذا النظير منخفض أيضًا. يستخدم 288 Ri في صناعة البطاريات الكهربائية النووية ومصادر النيوترونات، كمصادر طاقة لأجهزة ضبط نبضات القلب، ولتوليد الطاقة الحرارية في المركبات الفضائية، وكجزء من أجهزة كشف دخان النظائر المشعة، وما إلى ذلك.

بلوتونيوم-239، 71/2=2.44 4 سنوات، اضمحلال أ 00%، إجمالي طاقة الاضمحلال 5.867 ميغا إلكترون فولت، يصدر جسيمات أ ذات طاقات 5.15 (69%)، 5.453 (24%) و5.351(0، 15%) ) والإشعاع y الضعيف، المقطع العرضي لالتقاط النيوترونات الحرارية st = 271 بارن. نشاط محدد 2.33109 بيكريل/جم. معدل الانقسام التلقائي البالغ 36 قسمًا/جم/ساعة يتوافق مع 7 أقسام = 5.5-10*5 سنوات. 1 كجم 239Ri يعادل 2.2-107 كيلووات/ساعة من الطاقة الحرارية. إن انفجار 1 كجم من البلوتونيوم يعادل انفجار 20 ألف طن من مادة تي إن تي. النظير الوحيد للبلوتونيوم المستخدم في الأسلحة الذرية. 239Pu هو جزء من عائلة 2P+3، وناتج اضمحلاله هو 235U. ينشطر هذا النظير بواسطة النيوترونات الحرارية ويستخدم في المفاعلات النووية كوقود. يتم الحصول على 2 39Ri في جالوبي باكتوبس وفقًا للباكبيا:

رد فعل المقطع العرضي -455 الحظيرة. *39Pu يتكون أيضًا عندما

قصف اليورانيوم بالديوترونات ذات طاقات أعلى من 8 ميغا إلكترون فولت بواسطة التفاعلات النووية:

وكذلك عند قصف اليورانيوم بأيونات الهيليوم بطاقة 40 ميغا إلكترون فولت
القسمة التلقائية، الاحتمالية 1.36-10*7%.

تم فصل البلوتونيوم عن اليورانيوم الطرق الكيميائيةيمثل مشكلة أبسط نسبيًا من فصل نظائر اليورانيوم. ونتيجة لذلك، فإن تكلفة البلوتونيوم أقل عدة مرات من تكلفة 2 ززي. عندما تنقسم نواة 239Pu بواسطة النيوترونات إلى جزأين متساويين في الكتلة تقريبًا، يتم إطلاق حوالي 200 ميجا فولت من الطاقة. قادرة على الحفاظ على التفاعل المتسلسل الانشطاري. يشير عمر النصف القصير نسبيًا لـ 239Pu (مقارنةً بـ ^u) إلى إطلاق كبير للطاقة أثناء الاضمحلال الإشعاعي. 2 39Rc ينتج 1.92 واط/كجم. تسخن كتلة البلوتونيوم المعزولة جيدًا إلى درجة حرارة تزيد عن 100 درجة مئوية خلال ساعتين وسرعان ما تصل إلى نقطة التحول AP، مما يشكل مشكلة لتصميم الأسلحة بسبب تغيرات الحجم أثناء التحولات الطورية للبلوتونيوم. نشاط محدد 2 39Pu 2.28-12 بيكريل/جم. 239Pu ينشطر بسهولة بواسطة النيوترونات الحرارية. يوفر النظير الانشطاري 239 Pu عند الاضمحلال الكامل طاقة حرارية تعادل 25.000.000 كيلووات ساعة/كجم. يحتوي 2 39Pi على مقطع عرضي انشطاري للنيوترونات البطيئة يبلغ 748 بارن، ومقطع عرضي لالتقاط الإشعاع يبلغ 315 بارن. 2 39 يحتوي البلوتونيوم على مقاطع عرضية للتشتت والامتصاص أكبر من اليورانيوم و عدد أكبرالنيوترونات أثناء الانشطار (3.03 نيوترون لكل حدث انشطار مقارنة بـ 2.47 لـ 2 zzi)، وبالتالي كتلة حرجة أقل. يحتوي Pure 239Pu على متوسط ​​انبعاث نيوتروني من الانشطار التلقائي قدره -30 نيوترون/ثانية-كجم (-10 انشطار/ثانية).-

بلوتونيوم-240، 71/2=6564 لتر، اضمحلال أ، نشاط نوعي 8.51-109 بكريل/جم. معدل الانشطار التلقائي 1.6-6 أقسام/جم/ساعة، Ti/2=i.2-io ش ل. يحتوي 24°Pu على مقطع عرضي فعال لالتقاط النيوترونات أصغر بثلاث مرات من 239 Pu ويتحول في معظم الحالات إلى 2 4*Pu.

24op ويتشكل أثناء تحلل بعض النويدات المشعة:

طاقة الاضمحلال 5.255 ميغا إلكترون فولت، جسيمات ذات طاقات 5.168 (72.8%)، 5.123 (27.10%) ميغا إلكترون فولت؛

القسمة التلقائية، الاحتمال 5.7-6.

في وقود اليورانيوم، يزداد محتوى ^Pu أثناء تشغيل المفاعل. يوجد في الوقود المستهلك للمفاعل النووي 70%*39Pu و26%24°Pu، مما يجعل من الصعب تصنيع الأسلحة الذرية، لذلك يتم الحصول على البلوتونيوم الصالح للاستخدام في صنع الأسلحة في مفاعلات مصممة خصيصًا لذلك عن طريق معالجة اليورانيوم بعد عدة عشرات. من أيام التشعيع. *4°Pu هو النظير الرئيسي الذي يلوث درجة الأسلحة 239Pu. مستوى محتواه مهم بسبب شدة الانشطار التلقائي - 415.000 انشطار/ثانية-كجم، وينبعث 1000 نيوترون/ثانية-كجم، حيث أن كل انشطار ينتج 2.26 نيوترون - 30.000 مرة أكثر من كتلة متساوية قدرها 239Ri. يؤدي وجود 1% فقط من هذا النظير إلى إنتاج عدد كبير جدًا من النيوترونات مما يجعل دائرة شحن المدفع غير صالحة للعمل - سيبدأ البدء المبكر للانفجار وسيتم ذرات الشحنة قبل أن ينفجر الجزء الأكبر من المادة المتفجرة. مخطط المدفع ممكن فقط بمحتوى *39Pu، وهو أمر مستحيل عمليا تحقيقه. لذلك، يتم تجميع قنابل البلوتونيوم باستخدام مخطط الانفجار الداخلي، والذي يسمح باستخدام البلوتونيوم الملوث بشدة بنظير IgPu. يحتوي البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة على 24°Pu

نظرًا للنشاط المحدد العالي (1/4 من 2 39Pi)، يكون الخرج الحراري أعلى، 7.1 واط/كجم، مما يؤدي إلى تفاقم مشكلة الحرارة الزائدة. النشاط النوعي لـ ^Pu هو 8.4109 بيكريل/جم. محتوى IgPu في البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة (0.7%) وفي البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات (> 19%). إن وجود 24 درجة بو في وقود المفاعلات الحرارية أمر غير مرغوب فيه، ولكن هذا النظير يعمل كوقود في المفاعلات السريعة.

بلوتونيوم-241، G,/2=14 لتر، الناتج الفرعي 241 آم، p- (99%، ? ) وباعث y، نشاط محدد لـ ^Pu 3.92-12 Ci/g. يتم الحصول عليه عن طريق تشعيع قوي للبلوتونيوم مع النيوترونات، وكذلك في السيكلوترون عن طريق التفاعل 2 3 8 U(a,n) 241 Pu. هذا النظير انشطاري بواسطة النيوترونات من أي طاقة (المقطع العرضي لامتصاص النيوترونات لـ ^'Pu أكبر بنسبة 1/3 من ^Phi، والمقطع العرضي للانشطار للنيوترونات الحرارية حوالي 100 بارن، واحتمال الانشطار عند امتصاص أ النيوترون 73%، وله خلفية نيوترونية منخفضة وطاقة حرارية معتدلة وبالتالي لا يؤثر بشكل مباشر على سهولة استخدام البلوتونيوم. يتحلل إلى 241 Am، والذي ينشطر بشكل سيء جدًا وينتج الكثير من الحرارة: 106 واط/كجم. ^ 'يحتوي البلوتونيوم على مقطع عرضي انشطاري كبير لنيوترونات المفاعل (براز الحظيرة)، مما يسمح باستخدامه كوقود. إذا كان السلاح يحتوي في البداية على 241 ري، فبعد بضع سنوات تنخفض تفاعله، ويجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار لمنع انخفاض قوة الشحن وزيادة التسخين الذاتي. 24 'Ru نفسه لا يسخن كثيرًا (فقط 3.4 واط/كجم) على الرغم من نصف عمره القصير جدًا بسبب الإشعاع P الضعيف جدًا. عندما يتم امتصاص نيوترون بواسطة نواة 24*Pu، إذا لم تنشطر، فإنها تتحول إلى 242Pu. 241 Pu هو المصدر الرئيسي لـ ^‘As.

بلوتونيوم-242 (^/2=373300 سنة)،

بلوتونيوم-243 رقم/2=4-956 ساعة)، p"- (طاقة 0.56 MeV) وباعث y (عدة خطوط في النطاق 0.09-0.16 MeV) مقطع عرضي للتفاعل 242 Pu(n,y) 243 Pu على النيوترونات البطيئة 00 بارن، التي تتشكل أثناء اضمحلال p لـ "^sPu 24 zAsh، يمكن الحصول عليها عن طريق التشعيع بالنيوترونات 2 4 2 Pu. ونظرًا لنصف عمره القصير، فهو موجود في وقود المفاعلات المشعع بكميات صغيرة.

بلوتونيوم-244 (Ti/ 2 =8.o*io 7 سنوات)، باعث، ه = 4.6 ميجا إلكترون فولت، قادر على الانشطار التلقائي، النشاط النوعي 6.66-105 بيكريل/جم، مقطع عرضي لالتقاط النيوترونات الحرارية 0=19 بارن. وهو ليس فقط النظائر الأطول عمرا للبلوتونيوم، ولكنه أيضا الأطول عمرا بين جميع نظائر عناصر ما بعد اليورانيوم. نشاط خاص 2

حتى نظائر البلوتونيوم الأثقل تخضع لتحلل p، ويتراوح عمرها من عدة أيام إلى عدة أعشار من الثانية. في الانفجارات النووية الحرارية، يتم تشكيل جميع نظائر البلوتونيوم، حتى 257Pu. لكن عمرها هو أعشار الثانية، والعديد من نظائر البلوتونيوم قصيرة العمر لم تتم دراستها بعد.

البلوتونيوم معدن ثقيل جدًا، لونه أبيض فضي، يلمع مثل النيكل عندما يتم تكريره حديثًا. الكتلة الذرية 244.0642 وحدة دولية. (جم/مول)، نصف القطر الذري 151 م، طاقة التأين (الإلكترون الأول) 491.9(5.10) كيلوجول/مول (إي فولت)، التكوين الإلكترونية 5و 6 7ث 2 . نصف القطر الأيوني: (+4e) 93، (+3e) 08 مساءً، السالبية الكهربية (Pauling) 1.28، T P l = 639.5°، G K ip = 3235°، كثافة البلوتونيوم 19.84 (مرحلة أ)، حرارة تبخر البلوتونيوم هي 80.46 سعرة حرارية / مول. ضغط بخار البلوتونيوم أعلى بكثير من ضغط بخار اليورانيوم (عند 15400300 مرة). يمكن تقطير البلوتونيوم من اليورانيوم المنصهر. هناك ستة تعديلات متآصلة للبلوتونيوم المعدني معروفة. عند درجات الحرارة

في الظروف المختبرية، يمكن الحصول على البلوتونيوم المعدني عن طريق تفاعلات اختزال هاليدات البلوتونيوم مع الليثيوم أو الكالسيوم أو الباريوم أو المغنيسيوم عند 1200 درجة مئوية:

يتم الحصول على البلوتونيوم المعدني أيضًا عن طريق تقليل ثلاثي فلوريد البلوتونيوم في مرحلة البخار عند 13000 باستخدام مبيد سيليسيوم الكالسيوم وفقًا للتفاعل.

أو التحلل الحراري لهاليدات البلوتونيوم في الفراغ.

البلوتونيوم لديه العديد من الخصائص المحددة. وهو يتمتع بأقل موصلية حرارية بين جميع المعادن، وأدنى موصلية كهربائية، باستثناء المنغنيز. في مرحلته السائلة هو المعدن الأكثر لزوجة. عندما تتغير درجات الحرارة، يتعرض البلوتونيوم لأشد التغيرات غير الطبيعية في الكثافة.

يحتوي البلوتونيوم على ستة أطوار مختلفة (هياكل بلورية) في الحالة الصلبة (الجدول 3)، أكثر من أي عنصر آخر. تكون بعض التحولات بين المراحل مصحوبة بتغييرات جذرية في الحجم. في اثنتين من هذه المراحل - دلتا ودلتا برايم - يتمتع البلوتونيوم بخاصية فريدة تتمثل في الانكماش مع ارتفاع درجة الحرارة، وفي المرحلتين الأخريين يكون لديه كمية كبيرة للغاية. معامل درجة الحرارةملحقات. عند ذوبانه، ينكمش البلوتونيوم، مما يسمح للبلوتونيوم غير المنصهر بالطفو. في أكثر أشكاله كثافة، يعتبر البلوتونيوم هو العنصر السادس الأكثر كثافة في الطور (فقط الأوسيميوم والإيريديوم والبلاتين والرينيوم والنبتونيوم هي الأثقل). في الطور أ، يكون البلوتونيوم النقي هشًا. هناك عدد كبير من السبائك والمركبات المعدنية من البلوتونيوم مع Al، Be، Co، Fe، Mg، Ni، Ag معروفة. المركب PuBe,3 هو مصدر للنيوترونات بكثافة 6.7*107 نيوترون/كجم.

أرز. 5.

بسبب نشاطه الإشعاعي، يكون البلوتونيوم دافئًا عند اللمس. يتم تسخين قطعة كبيرة من البلوتونيوم في غلاف معزول حرارياً إلى درجة حرارة تتجاوز نقطة غليان الماء. البلوتونيوم المطحون ناعمًا هو قابل للاشتعال ويشتعل تلقائيًا عند درجة حرارة 300 درجة. يتفاعل مع الهالوجينات وهاليدات الهيدروجين مكونًا الهاليدات، مع هيدريد الهيدروجين، مع كربيد الكربون، مع النيتروجين يتفاعل عند درجة حرارة 250 درجة لتكوين نيتريد، وعندما يتعرض للأمونيا فإنه يشكل أيضًا نيتريدات. يختزل ثاني أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون أو الكربون، ويتكون الكربيد. يتفاعل مع مركبات الكبريت الغازية. البلوتونيوم قابل للذوبان بسهولة في حمض الهيدروكلوريك، و85% من الفوسفوريك، والهيدروديك، والبيركلوريك، وأحماض الكلوروسيتيك المركزة. يذيب H2SO4 البلوتونيوم ببطء، لكن H2S04 وHN03 المركزين يخملانه ولا يتفاعلان معه. القلويات ليس لها أي تأثير على البلوتونيوم المعدني. تتحلل أملاح البلوتونيوم بسهولة عند ملامستها للمحاليل المحايدة أو القلوية، مما يؤدي إلى تكوين هيدروكسيد البلوتونيوم غير القابل للذوبان. المحاليل المركزة للبلوتونيوم غير مستقرة بسبب التحلل الإشعاعي الذي يؤدي إلى هطول الأمطار.

طاولة 3. كثافات ونطاق درجات الحرارة لمراحل البلوتونيوم:

التكافؤ الرئيسي للبلوتونيوم هو 4+. وهو عنصر سالب كهربيًا، متفاعل كيميائيًا (بنسبة 0.2 فولت)، أكثر بكثير من اليورانيوم. يتلاشى بسرعة، ويشكل طبقة قزحية الألوان في البداية أصفر فاتح، مع مرور الوقت يتحول إلى اللون الأرجواني الداكن. إذا كانت الأكسدة سريعة جدًا، يظهر مسحوق أكسيد الزيتون الأخضر (PuO 2) على سطحه.

يتأكسد البلوتونيوم بسهولة ويتآكل بسرعة حتى في وجود رطوبة طفيفة. يصبح صدئًا في جو من الغاز الخامل مع بخار الماء بشكل أسرع بكثير من الهواء الجاف أو الأكسجين النقي. عندما يتم تسخين البلوتونيوم في وجود الهيدروجين والكربون والنيتروجين والأكسجين والفوسفور والزرنيخ والفلور والسيليكون والتيلوريوم، فإنه يشكل مركبات صلبة غير قابلة للذوبان مع هذه العناصر.

من بين أكاسيد البلوتونيوم، Pu 2 0 3 و Pu 0 2 معروفان.

ثاني أكسيد البلوتونيوم Pu02 هو مسحوق أخضر زيتوني، أو بلورات سوداء لامعة أو كرات من البني الأحمر إلى الأصفر العنبري. التركيب البلوري من نوع الفلوريت (Pu-* + يشكل نظام مكعب مركز الوجه، وO2- يشكل رباعي السطوح). الكثافة 11.46 جالون = 2400 درجة. يتكون من جميع أملاح البلوتونيوم تقريبًا (على سبيل المثال، أكسالات، بيروكسيد) عند تسخينها في الهواء أو في جو 02، عند درجات حرارة 700-10000، بغض النظر عن حالة أكسدة البلوتونيوم في هذه الأملاح. على سبيل المثال، يمكن الحصول عليه عن طريق تكليس Pu(IV) Pu(C 2 0 4) 2 -6H 2 0 سداسي هيدرات الأكسالات (الذي يتكون أثناء إعادة معالجة الوقود المستهلك):

Pu0 2، منتصف النهار في درجات الحرارة المنخفضةيذوب بسهولة في أحماض الهيدروكلوريك والنيتريك المركزة. على العكس من ذلك، من الصعب إذابة Pu0 2 المكلس ولا يمكن إدخاله في المحلول إلا نتيجة لمعاملة خاصة. وهو غير قابل للذوبان في الماء والمذيبات العضوية. يتفاعل ببطء مع خليط ساخن من HN03 المركز مع HF. يستخدم هذا المركب المستقر كشكل وزني في تحديد البلوتونيوم. كما أنها تستخدم لإعداد الوقود في الطاقة النووية.

يتم الحصول على البلوتونيوم التفاعلي بشكل خاص، ولكنه يحتوي على كميات صغيرة من الأوكسالات، عن طريق تحلل البلوتونيوم (C 2 0 4) 2 -6H 2 0 عند درجة حرارة 130-^-300°.

هيدريد R11H3تم الحصول عليها من العناصر عند 150-5-200 درجة.

يشكل البلوتونيوم هاليدات وأوكسيهاليدات ومبيد ثنائي السيليسيد PuSi 2 وsesquisulfide PuSi,33^b5، وهي ذات أهمية بسبب انخفاض قابليتها للانصهار، بالإضافة إلى كربيدات من مختلف العناصر المتفاعلة: من PuS إلى Pu2C3. RiS - بلورات سوداء، G 11L = 1664 0. ويمكن استخدامه مع UC كوقود للمفاعلات النووية.

نيتريد البلوتونيوم، PuN - بلورات من اللون الرمادي (إلى الأسود) مع شبكة مكعبة مركزية الوجه من نوع NaCl (0 = 0.4905 نانومتر، z = 4، المجموعة الفضائية Ptzt؛ تزداد معلمة الشبكة بمرور الوقت تحت تأثير خاص بها أ-الإشعاع)؛ T pl.=2589° (مع التحلل)؛ الكثافة 14350 كجم/م3. لديه الموصلية الحرارية العالية. في درجة حرارة عالية(~1boo°) متقلب (مع التحلل). ويتم الحصول عليه عن طريق تفاعل البلوتونيوم مع النيتروجين عند درجة حرارة 6 درجات مئوية أو مع خليط من الهيدروجين والأمونيا (ضغط 4 كيلو باسكال). يتأكسد البلوتونيوم المسحوق PuN في الهواء عند درجة حرارة الغرفة، ويتحول تمامًا إلى Pu0 2 بعد 3 أيام، ويتأكسد البلوتونيوم الكثيف ببطء (0.3٪ في 30 يومًا). يتحلل ببطء ماء باردوبسرعة - عند تسخينها، تشكل Pu0 2؛ يذوب بسهولة في أحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك المخففة لتكوين أملاح Pu(III) المقابلة؛ وفقا لقوة العمل على نيتريد البلوتونيوم، يمكن ترتيب الأحماض في السلسلة HN0 3 >HC1>H 3 P0 4 >>H 2 S04>HF. يمكن استخدامه كوقود للمفاعلات.

هناك العديد من فلوريد البلوتونيوم: PuF 3، PuF 4، PuF6.

رباعي فلوريد البلوتونيوم PuF 4 - مادة اللون الزهريأو بلورات بنية اللون، نظام أحادي الميل. متماثل مع Zr، Hf، Th، U، Np وCe رباعي الفلورايد. Г pl = 1037 0, Г к, «1 = 1277°. وهو ضعيف الذوبان في الماء والمذيبات العضوية، ولكنه يذوب بسهولة في المحاليل المائية في وجود أملاح أو أيونات Ce(IV)، Fe(III)، Al(III) التي تشكل مجمعات مستقرة مع أيونات الفلور. يتم الحصول على الراسب الوردي PuF 4 -2.5H 2 0 عن طريق الترسيب بحمض الهيدروفلوريك من المحاليل المائية لأملاح Pu(III). يجفف هذا المركب عند تسخينه إلى 350 مترًا في تيار HF.

يتكون PuF 4 من تأثير فلوريد الهيدروجين على ثاني أكسيد البلوتونيوم في وجود الأكسجين عند درجة حرارة 550 درجة مئوية حسب التفاعل:

PuF 4 ويمكن الحصول عليه أيضًا بمعالجة PuF 3 بالفلور عند درجة حرارة 3000 أو بتسخين أملاح Pu(III) أو Pu(IV) وتدفق فلوريد الهيدروجين. من المحاليل المائية لـ Pu(IV)، يتم ترسيب PuF 4 مع حمض الهيدروفلوريك في شكل راسب وردي مع التركيبة 2PuF 4 H 2 0. ويترسب PuF 4 بشكل كامل تقريبًا مع LaF 3. عند تسخينه في الهواء إلى 400 0 PuF 4 يتحول إلى Pu0 2.

سداسي فلوريد البلوتونيوم, PuFe - بلورات متطايرة في درجة حرارة الغرفة ذات لون بني مصفر (عند درجات حرارة منخفضة - عديم اللون) لهيكل معيني تقويمي، Gpl = 52°، تي كنب = ب2°عند الضغط الجوي، الكثافة 5060 كجم-ض، حرارة التسامي 12.1 كيلو كالوري/مول، حرارة التبخر = 7.4 كيلو كالوري مول * 1، حرارة الانصهار = 4.71 كيلو كالوري/مول، عرضة جدًا للتآكل وحساسة للتحلل الإشعاعي الذاتي. PuFe هو سائل منخفض الغليان، وأقل استقرارًا حراريًا وأقل تطايرًا من UF6. بخار PuFe ملون مثل NO 2، والسائل بني داكن. عامل فلورة قوي وعامل مؤكسد. يتفاعل بعنف مع الماء. حساسة للغاية للرطوبة. يمكن أن يتفاعل c H 2 0 في وضح النهار بقوة شديدة مع وميض لتكوين Pu0 2 وPuF 4 . PuFe، يتكثف عند -195 0 على الجليد، عند تسخينه، يتحلل ببطء إلى Pu0 2 فو. يتحلل PuFe المدمج تلقائيًا بسبب إشعاع البلوتونيوم.

ويتم الحصول على سادس فلوريد اليورانيوم عن طريق معالجة PuF 4 أو PuF 2 بالفلور عند درجة حرارة 6004-700 درجة مئوية.

تحدث فلورة PuF 4 بالفلور عند درجة حرارة 7004-800° بسرعة كبيرة وهي عبارة عن تفاعل طارد للحرارة. لتجنب التحلل، تتم إزالة PuF6 الناتج بسرعة من المنطقة الساخنة - يتم تجميده أو تصنيعه في تدفق الفلور، مما يزيل المنتج بسرعة من حجم التفاعل.

يمكن لـ PuFa أيضًا الحصول على الاسترداد:

هناك نترات Pu(III) وPu(IV) وPu(VII): Pu(N0 3) 3، Pu(N0 3) 4 وPu0 2 (N0 3) 2، على التوالي.

نترات البلوتونيوميتم الحصول على Pu(N03)4 *5H20 عن طريق التبخر البطيء (على مدى عدة أشهر) لمحلول نترات Pu(IV) المركز في درجة حرارة الغرفة. قابل للذوبان بشكل جيد في HN0 3 والماء (محلول حمض النيتريك الداكن لون أخضر، اللون البني). قابل للذوبان في الأسيتون والأثير وفوسفات ثلاثي بوتيل. محاليل نترات البلوتونيوم ونترات الفلز القلوي في حمض النيتريك المركز عند التبخر تطلق نترات مزدوجة Me 2 [Pu(N0 3)b]، حيث Me + =Cs +، Rb +، K +، Th +، C 9 H 7 NH + , C 5 H 5 NH + , NH 4 + .

أكسالات البلوتونيوم (IV)، Pu(C 2 0 4) 2 -6 H 2 0، عبارة عن مسحوق رملي (أحيانًا أصفر مخضر). متماثل مع U(C204)-6H20. سداسي هيدرات أكسالات البلوتونيوم ضعيف الذوبان في الأحماض المعدنيةوجيد في محاليل الأكسالات وكربونات الأمونيوم أو الفلزات القلوية مع تكوين مركبات معقدة. يترسب بحمض الأكساليك من النترات (i.5*4.5M HNO.0 محاليل Pu(IV):

يجفف عند تسخينه في الهواء إلى 0 درجة، فوق 400 0 يتحلل:

في المركبات، يظهر البلوتونيوم حالات الأكسدة من +2 إلى +7. في المحاليل المائية يشكل أيونات تتوافق مع حالات الأكسدة من +3 إلى +7. في هذه الحالة، يمكن لأيونات جميع حالات الأكسدة، باستثناء Pu(VII)، أن تكون في محلول في وقت واحد في حالة توازن. تخضع أيونات البلوتونيوم الموجودة في المحلول للتحلل المائي وتشكل مركبات معقدة بسهولة. تزداد القدرة على تكوين مركبات معقدة في سلسلة Pu5 +

أيونات Pu(IV) هي الأكثر استقرارًا في المحلول. Pu(V) غير متناسب مع Pu(lV) وPu(Vl). تتميز حالة التكافؤ لـ Pu(VI) بالمحاليل المائية المؤكسدة بقوة، وهي تتوافق مع أيون البلوتونيل Pu0 2 2+. توجد أيونات البلوتونيوم ذات الشحنتين 3+ و4+ في المحاليل المائية في غياب التحلل المائي والتكوين المعقد في شكل كاتيونات عالية الرطوبة. Pu(V) وPu(VI) في المحاليل الحمضية عبارة عن كاتيونات تحتوي على الأكسجين من النوع M0 2 + وM0 2 2+.

تتوافق حالات أكسدة البلوتونيوم (III، IV، V، VI) مع الحالات الأيونية التالية في المحاليل الحمضية: Pu 3+، Pu4 +، Pu0 2 2+ وPu0 5 3 نظرًا لقرب إمكانات أكسدة البلوتونيوم الأيونات لبعضها البعض" في المحاليل التي يمكنها في نفس الوقت أن تتواجد أيونات البلوتونيوم في حالة توازن معها درجات مختلفةأكسدة. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ عدم تناسب Pu(IV) وPu(V):

ويزداد معدل عدم التناسب مع زيادة تركيز البلوتونيوم ودرجة الحرارة.

حلول Reese+ لها لون أزرق بنفسجي. في خصائصه، Rts + قريب من العناصر الأرضية النادرة. هيدروكسيدها والفلورايد والفوسفات والأكسالات غير قابلة للذوبان. Pu(IV) هي الحالة الأكثر استقرارًا للبلوتونيوم في المحاليل المائية. Pu (IV) عرضة للتكوين المعقد مع أحماض النيتريك والكبريتيك والهيدروكلوريك والخليك وغيرها. وهكذا، في حمض النيتريك المركز، يشكل Pu(IV) مجمعات Pu(N0 3)5- وPu(G) 3)6 2". في المحاليل المائية، يتم تحلل Pu(IV) بسهولة. هيدروكسيد البلوتونيوم (الأخضر) معرض للتحلل المائي. يترسب الفلورايد غير القابل للذوبان، الهيدروكسيد، الأكسالات، اليودات Pu(IV).Pu(IV) بشكل جيد مع هيدروكسيدات غير قابلة للذوبان، فلوريد اللانثانم، Zr، Th، يودات Ce، Zr وثنائي الفوسفات، Th، U(IV)، Bi، La الأكسالات Pu(IV) يشكل فلوريدات وكبريتات مزدوجة مع Na, K, Rb, Cs و NH 4 +. Pu(يتم الحصول عليه في محلول حوالي 2 مولار من HN0 3 عن طريق خلط محاليل Pu(III) و Pu(VI) من أملاح Pu(VI) ذات الأهمية هي بلوتونيل أسيتات الصوديوم NaPu0 2 (C 2 H 3 0 2) 3 وبلوتونيل أسيتات الأمونيوم NH 4 Pu0 2 (C 2 H 3 0 2)، والتي تشبه في تركيبها المركبات المقابلة U. ، نيب وفي.

إمكانات الأكسدة الرسمية للبلوتونيوم (في V) في محلول lM لـ HC10 4:

يتناقص استقرار المركب المتكون مع هذا الأنيون لأيونات الأكتينيدات بالترتيب التالي: M4 + >M0 2+ >M3 + >M0 2 2+ > M0 2+، أي. من أجل تقليل الإمكانات الأيونية. تتناقص قدرة الأنيونات على تكوين مجمعات مع أيونات الأكتينيدات بالنسبة للأنيونات المشحونة منفردة - الفلورايد > النترات > الكلوريد > بيركلورات؛ للأنيونات المشحونة بشكل مضاعف كربونات> أكسالات> كبريتات. يتكون عدد كبير من الأيونات المعقدة من المواد العضوية.

يتم استخلاص كل من Pu(IV) وPu(VI) جيدًا من المحاليل الحمضية مع إيثيل الأثير، TBP، ثنائي إيزوبروبيل كيتون، إلخ. يتم استخلاص المجمعات على شكل مخلب، على سبيل المثال، مع a-thenoyltrifluoroacetone، p-diketone، cupferone، جيدًا مع المذيبات العضوية غير القطبية. إن استخلاص مجمعات Pu(IV) مع a-thenoyltrifluoroacetone (TTA) يجعل من الممكن تنقية البلوتونيوم من معظم الشوائب، بما في ذلك الأكتينيدات والعناصر الأرضية النادرة.

المحاليل المائية لأيونات البلوتونيوم في حالات مختلفة لها الألوان التالية: Pu(III)، مثل Pcs + (أزرق أو خزامي)؛ Pu(IV)، مثل Pc4* (أصفر-بني)؛ Pu(VI)، مثل Pu0 2 2+ (وردي-برتقالي). Pu(V)، مثل Pu0 2+، يكون لونه ورديًا في البداية، ولكن نظرًا لكونه غير مستقر في المحلول، فإن هذا الأيون غير متناسب إلى Pu 4+ وPu0 2 2+؛ يتم بعد ذلك أكسدة Pu 4+، والانتقال من Pu0 2 + إلى Pu0 2 2+، ويتم تقليله إلى Pu 3+. وبالتالي، يصبح المحلول المائي للبلوتونيوم مع مرور الوقت خليطًا من PCS + وPu0 2 2+. Pu(VII)، مثل Pu0 5 2 - (أزرق داكن).

للكشف عن البلوتونيوم، يتم استخدام طريقة قياس إشعاعي تعتمد على قياس إشعاع البلوتونيوم وطاقته. تتميز هذه الطريقة بحساسية عالية إلى حد ما: فهي تسمح بذلك يكتشف 0.0001 ميكروغرام 2 39 باي. إذا كانت هناك بواعث ألفا أخرى في العينة التي تم تحليلها، فيمكن تحديد البلوتونيوم عن طريق قياس طاقة جسيمات ألفا باستخدام مقاييس الطيف ألفا.

يستخدم عدد من الطرق الكيميائية والفيزيائية والكيميائية للتحديد النوعي للبلوتونيوم الفرق في خصائص أشكال التكافؤ للبلوتونيوم. يمكن اكتشاف أيون Pu(III) في المحاليل المائية المركزة إلى حد ما من خلال لونه الأزرق الساطع، والذي يختلف بشكل حاد عن اللون الأصفر البني للمحاليل المائية التي تحتوي على أيونات Pu(IV).

إن أطياف امتصاص الضوء لمحاليل أملاح البلوتونيوم في حالات الأكسدة المختلفة لها نطاقات امتصاص محددة وضيقة، مما يجعل من الممكن التعرف على أشكال التكافؤ واكتشاف أحدها في وجود الآخرين. يقع الحد الأقصى لامتصاص الضوء الأكثر تميزًا لـ Pu(III) في المنطقة 600 و900 mmk، Pu(IV) - 480 و66 mmk، Pu(V) - 569 mmk وPu(VI) 830+835 mmk.

وعلى الرغم من أن البلوتونيوم سام كيميائيا، مثل أي معدن ثقيل، إلا أن تأثيره ضعيف مقارنة بسميته الإشعاعية. تظهر الخصائص السامة للبلوتونيوم نتيجة للنشاط الإشعاعي.

لمدة 2 ثانية 8 Pu، 2 39Pu، 24op U) 242p u> 244Pu مجموعة خطر الإشعاع A، MZA=z،7-uz Bq؛ لـ 2 4> Pu و 2 43Pu مجموعة خطر الإشعاع B، MZA = 3.7-104 Bq. إذا كانت السمية الإشعاعية هي 2 3 وتم اعتبارها وحدة، فإن نفس مؤشر البلوتونيوم وبعض العناصر الأخرى يشكل السلسلة: 235U 1.6 - 2 39Pu 5.0 - 2 4 1 مقاس 3.2 - 9 بوصة Sr 4.8 - ^Ra 3.0. ويمكن ملاحظة أن البلوتونيوم ليس هو الأخطر بين النويدات المشعة.

دعونا ننظر لفترة وجيزة في الإنتاج الصناعيالبلوتونيوم

يتم إنتاج نظائر البلوتونيوم في مفاعلات اليورانيوم القوية باستخدام النيوترونات البطيئة باستخدام التفاعل (p، y) وفي المفاعلات المولدة باستخدام النيوترونات السريعة. يتم أيضًا إنتاج نظائر البلوتونيوم في مفاعلات الطاقة. بحلول نهاية القرن العشرين، كان العالم قد أنتج إجمالي -1300 طن من البلوتونيوم، منها حوالي 300 طن كانت للاستخدام في الأسلحة، والباقي كان منتجًا ثانويًا لمحطات الطاقة النووية (مفاعل البلوتونيوم).

إن ما يميز البلوتونيوم الصالح للاستخدام في صنع الأسلحة عن البلوتونيوم الصالح للاستخدام في المفاعلات ليس درجة التخصيب ودرجة التخصيب. التركيب الكيميائي، ما مقدار التركيب النظائري الذي يعتمد بطريقة معقدة على وقت تشعيع اليورانيوم بالنيوترونات وعلى وقت التخزين بعد التشعيع. إن محتوى النظائر 24°Pu و24'Pu له أهمية خاصة. بالرغم من قنبلة ذريةيمكن إنشاء أي محتوى من هذه النظائر في البلوتونيوم، إلا أن وجود 2 4 «p u في 239r يحدد جودة السلاح، لأن الخلفية النيوترونية وظواهر مثل نمو الكتلة الحرجة والناتج الحراري تعتمد عليها. تؤثر الخلفية النيوترونية على الجهاز المتفجر عن طريق الحد من الكتلة الإجمالية للبلوتونيوم والحاجة إلى تحقيق سرعات انفجار داخلية عالية. لذلك، تتطلب القنابل ذات التصميمات القديمة محتوى منخفضًا يبلغ 2 4 أو و. لكن مشاريع التصميم "العالية" تستخدم البلوتونيوم بأي درجة نقاء. ولذلك، فإن مصطلح "البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة" ليس له معنى عسكري؛ هذه معلمة اقتصادية: تصميم القنبلة "المرتفعة" أغلى بكثير من التصميم "المنخفض".

ومع زيادة حصة 24op U، تنخفض تكلفة البلوتونيوم وتزداد الكتلة الحرجة. محتوى 7% 24°Pu يجعل التكلفة الإجمالية للبلوتونيوم ضئيلة. متوسط ​​تكوين البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة: 93.4% 239 ري، 6.0%

24° بو و 0.6% 241 بو. تبلغ الطاقة الحرارية لهذا البلوتونيوم 2.2 واط/كجم، ومستوى الانشطار التلقائي هو 27100 انشطار/ثانية. يسمح هذا المستوى باستخدام 4 كجم من البلوتونيوم في سلاح مع احتمالية منخفضة جدًا للانفجار المسبق في نظام انفجار داخلي جيد. بعد 20 عامًا، سيتحول معظم الـ 24 Pu إلى ^'At، مما يزيد بشكل كبير من إطلاق الحرارة - ما يصل إلى 2.8 واط/كجم. وبما أن 241 Pu شديد الانشطار، ولكن 241 ليس كذلك، فإن ذلك سيؤدي إلى انخفاض في هامش تفاعل البلوتونيوم. الإشعاع النيوتروني الناتج عن 5 كجم من البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة والذي يبلغ 300000 نيوترون/ثانية يخلق مستوى إشعاع قدره 0.003 راد/ساعة على مسافة متر واحد. ويتم تقليل الخلفية بعامل 10 بواسطة العاكس والمادة المتفجرة المحيطة به. ومع ذلك، فإن الاتصال المطول بين موظفي الصيانة بجهاز متفجر نووي أثناء صيانته يمكن أن يؤدي إلى جرعة إشعاعية تساوي الحد السنوي.

نظرًا للاختلاف البسيط في الكتلتين 2 - "* 9 Pu و24° Pu، لا يتم فصل هذه النظائر الطرق الصناعيةتخصيب. على الرغم من أنه يمكن فصلها باستخدام فاصل كهرومغناطيسي. ومع ذلك، فمن الأسهل الحصول على 2 zeRi أنقى عن طريق تقليل الوقت الذي يقضيه في المفاعل *z*i. لا يوجد سبب لتقليل محتوى 24 درجة بي إلى أقل من 6%، لأن هذا التركيز لا يتعارض مع إنشاء محفزات فعالة للشحنات النووية الحرارية.

وبالإضافة إلى البلوتونيوم الصالح للاستخدام في صنع الأسلحة، هناك أيضًا البلوتونيوم الصالح للاستخدام في المفاعلات. يتكون البلوتونيوم الناتج عن الوقود النووي المستهلك من العديد من النظائر. يعتمد التركيب على نوع المفاعل ووضع التشغيل. القيم النموذجية لمفاعل الماء الخفيف: 2 × 8 Pu - 2%، 239Pu - 61%، 24 درجة Pll - 24%، 24iPu - 10%، 242 Pll - 3%. من الصعب صنع قنبلة من هذا البلوتونيوم (يكاد يكون من المستحيل بالنسبة للإرهابيين)، ولكن في البلدان ذات التكنولوجيا المتقدمة، يمكن استخدام بلوتونيوم المفاعل لإنتاج شحنات نووية.

طاولة 4. خصائص أنواع البلوتونيوم.

يعتمد التركيب النظائري للبلوتونيوم المتراكم في المفاعل على درجة احتراق الوقود. من بين النظائر الخمسة الرئيسية المتكونة، اثنان منهما فرديان ز- 2 39Pi و24,Pi قابلة للانشطار، أي. قادرة على الانشطار تحت تأثير النيوترونات الحرارية، ويمكن استخدامها كوقود للمفاعلات. وفي حالة استخدام البلوتونيوم كوقود للمفاعلات، فإن الكمية المتراكمة 239 Ri و241 Ri تكون مهمة. إذا أعيد استخدام البلوتونيوم المستعاد من الوقود المستهلك في مفاعلات النيوترونات السريعة، فإن تركيبته النظائرية تصبح تدريجياً أقل ملاءمة لاستخدام الأسلحة. بعد عدة دورات وقود، تراكم 2 × 8 Pu، #2 4″ Pu و ^ 2 Pu يجعلها غير مناسبة لهذا الغرض. ويعد خلط مثل هذه المواد طريقة ملائمة "لإفساد" البلوتونيوم، مما يضمن عدم انتشار المواد الانشطارية.

يحتوي كل من البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة والمفاعلات على كمية معينة من ^Pu. ^ “يتحلل البلوتونيوم إلى 24’A عن طريق انبعاث جسيم p. نظرًا لأن الابنة 241 At تتمتع بنصف عمر أطول بكثير (432 لترًا) من الوالد 241 Pu (14.4 لترًا)، فإن كميته في الشحنة (أو في نفايات NFC) تزداد مع اضمحلال ^'Pu. نتيجة لتحلل 241 Am، وهو أقوى بكثير من 241 Pu، وبالتالي فإنه يزيد أيضًا بمرور الوقت.يرتبط تركيز ®4phi وفترة تخزينه ارتباطًا مباشرًا بمستوى الإشعاع y الناتج عن الزيادة. في محتوى 24 'As. لا يمكن تخزين البلوتونيوم لفترة طويلة - بمجرد استخدامه، يجب استخدامه، وإلا فسيتعين إخضاعه لإعادة التدوير التي تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة مرة أخرى.

طاولة 5. بعض خصائص البلوتونيوم الصالح للاستخدام في الأسلحة والمفاعلات

يتم إنتاج النظير الأكثر أهمية عمليًا 239Pu في المفاعلات النووية أثناء التشعيع النيوتروني طويل المدى لليورانيوم الطبيعي أو المخصب:

ولسوء الحظ، تحدث أيضًا تفاعلات نووية أخرى، مما يؤدي إلى ظهور نظائر أخرى للبلوتونيوم: 2 - 38 Pu وa4or u و24 Phi و242 Pu، والتي يعد فصلها عن 2 39Rc، على الرغم من إمكانية حلها، مهمة صعبة للغاية. :

عندما يتم تشعيع اليورانيوم بواسطة نيوترونات المفاعل، يتم تشكيل نظائر البلوتونيوم الخفيفة والثقيلة. دعونا نفكر أولاً في تكوين نظائر البلوتونيوم بكتلة أقل من 239.

يمتلك جزء صغير من النيوترونات المنبعثة أثناء الانشطار طاقة كافية لإثارة التفاعل 2 3 8 U(n,2n) 2 3?u. 237 U عبارة عن باعث p ومع T',/ 2 = 6.8 أيام يتحول إلى 2 37Np طويل العمر. يتكون هذا النظير في مفاعل الجرافيت على اليورانيوم الطبيعي بنسبة 0.1٪ من إجمالي كمية 239Pu المتكونة في وقت واحد. يؤدي التقاط النيوترونات البطيئة بمقدار 2 3 Np إلى تكوين 2 3 8 Np. المقطع العرضي لهذا التفاعل هو 170 بارن. تبدو سلسلة التفاعلات كما يلي:

نظرًا لوجود نيوترونين هنا، فإن الناتج يتناسب مع مربع الجرعة الإشعاعية ونسبة الكميات 238 Pu إلى 239Pu تتناسب مع نسبة 239Pu إلى 238 U. لم يتم ملاحظة التناسب بشكل صارم بسبب التأخر في تكوين 23Np المرتبط بفترة نصف عمر 6.8 يوم لـ ^U. المصدر الأقل أهمية لتكوين 238 Pu في 239Pu هو اضمحلال 242 St، الذي يتكون في مفاعلات اليورانيوم. تتشكل أيضًا من ردود الفعل:

وبما أن هذا تفاعل نيوتروني من الدرجة الثالثة، فإن نسبة كمية 2 3 8 Pu المتكونة بهذه الطريقة إلى 2 39 Pu تتناسب مع مربع النسبة * 3 8 Pu إلى 2 3 8 U. ومع ذلك، فإن هذه السلسلة التفاعلات تصبح أكثر أهمية نسبيًا عند العمل مع اليورانيوم المخصب بـ ^u.

تركيز 2 × 8 Pu في عينة تحتوي على 5.6% 24 درجة Pu هو 0.0115%. هذه القيمة تساهم بشكل كبير إلى حد ما في إجمالي نشاط الأدوية، منذ ^Pu تي/2= 86.4 لتر.

يرتبط وجود 26 Pu في البلوتونيوم المنتج في المفاعل بعدد من التفاعلات:

يبلغ إنتاج 2 3 6 Pu أثناء تشعيع اليورانيوم ~ω-9-io" 8%.

من وجهة نظر تراكم البلوتونيوم في اليورانيوم، ترتبط التحولات الرئيسية بتكوين النظير 239Pu. لكن التفاعلات الجانبية الأخرى مهمة أيضًا، لأنها تحدد إنتاجية المنتج المستهدف ونقاوته. المحتوى النسبي للنظائر الثقيلة 240 Pu، ^Phi، 242 Pu، وكذلك 23Pu، 237Np و^"Ash يعتمد على جرعة التشعيع النيوتروني لليورانيوم (زمن بقاء اليورانيوم في المفاعل). بالنسبة لاحتجاز النيوترونات بواسطة نظائر البلوتونيوم تكون كبيرة بما يكفي لإحداث تفاعلات متتالية (n، y) حتى عند التركيزات المنخفضة البالغة 239Pu في اليورانيوم.

طاولة 6. التركيب النظائري للبلوتونيوم المعزول من المشعع عروش اليورانيوم الطبيعي. _

يتحول 241 Pu المتكون أثناء تشعيع اليورانيوم بالنيوترونات إلى 241 As، والذي يتم تفريغه أثناء المعالجة الكيميائية والتكنولوجية لكتل ​​اليورانيوم (241 At، ومع ذلك، يتراكم تدريجيًا مرة أخرى في البلوتونيوم المنقى). على سبيل المثال، يزيد نشاط البلوتونيوم المعدني، الذي يحتوي على 7.5% 24°Pu، بنسبة 2% بعد عام (بسبب تكوين 24, At).24، يحتوي Pu على مقطع عرضي انشطاري كبير لنيوترونات المفاعل، يصل إلى إلى - براز الحظيرة، وهو أمر مهم عند استخدام البلوتونيوم كوقود للمفاعلات.

إذا تعرض اليورانيوم أو البلوتونيوم لإشعاع نيوتروني قوي، يبدأ تصنيع الأكتينيدات الثانوية:

يتكون من 2 4*Pu، 2 4*Am ويتفاعل بدوره مع النيوترونات، مكونًا 2 3 8 Pu و2 4 2 Pu:

تفتح هذه العملية إمكانية الحصول على مستحضرات البلوتونيوم بإشعاع y منخفض نسبيًا.

أرز. 6. التغير في نسبة نظائر البلوتونيوم أثناء التشعيع طويل المدى لـ 239Pu مع تدفق نيوتروني قدره 3*10*4 ن/سم2ث.

وبالتالي، فإن نظائر البلوتونيوم طويلة العمر - ^Pu و244Pu تتشكل أثناء التشعيع طويل المدى (حوالي مائة يوم أو أكثر) مع 239Pu نيوترون. في هذه الحالة، يصل إنتاج 2 4 2 Pu إلى عدة عشرات من النسبة المئوية، في حين أن كمية 2 44 Pu المتكونة تمثل جزءًا من النسبة المئوية لـ ^Pu. في الوقت نفسه، يتم الحصول على Am و Cm وعناصر Transplutonium الأخرى، وكذلك عناصر التجزئة.

وفي إنتاج البلوتونيوم، يتم تشعيع اليورانيوم (على شكل معدن) في مفاعل صناعي (حراري أو سريع)، ومن مميزاته كثافة نيوترونية عالية، ودرجة حرارة منخفضة، وإمكانية التشعيع لمدة أقصر بكثير من الوقت اللازم للتشعيع. حملة المفاعل

كانت المشكلة الرئيسية التي نشأت أثناء إنتاج البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة في المفاعل هي اختيار الوقت الأمثل لتشعيع اليورانيوم. والحقيقة هي أن النظير 238، الذي يشكل الجزء الأكبر من اليورانيوم الطبيعي، يلتقط النيوترونات ويشكل 239Pu، بينما يدعم 2333 التفاعل المتسلسل الانشطاري. نظرًا لأن تكوين نظائر البلوتونيوم الثقيلة يتطلب أسرًا إضافيًا للنيوترونات، فإن كمية هذه النظائر في اليورانيوم تنمو بشكل أبطأ من كمية 239Pu. اليورانيوم المشعع في المفاعل وقت قصير، يحتوي على كمية صغيرة من 239Pu، لكنه أنقى من التعرض الطويل، حيث لم يكن لدى النظائر الثقيلة الضارة الوقت للتراكم. ومع ذلك، فإن 239Рц نفسه يتعرض للانشطار ومع زيادة تركيزه في المفاعل، يزداد معدل تحوله. ولذلك يجب إزالة اليورانيوم من المفاعل بعد عدة أسابيع من بدء التشعيع.

أرز. 7- تراكم نظائر البلوتونيوم في المفاعل: l - ^Pu; 2 - 240 Pu (في أوقات قصيرة يتكون بلوتونيوم صالح للاستخدام في الأسلحة، وفي أوقات طويلة يتكون بلوتونيوم صالح للاستخدام في المفاعلات، أي غير صالح للاستخدام في الأسلحة).

يتم التعبير عن معدل التشعيع الإجمالي لخلية الوقود بالميغاواط/يوم/طن. يتم إنتاج البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة من عناصر تحتوي على كمية صغيرة من MW-day/t وينتج عددًا أقل من النظائر الثانوية. وتصل خلايا الوقود في مفاعلات الماء المضغوط الحديثة إلى مستويات 33000 ميغاواط/يوم/طن. ويبلغ التعرض النموذجي في مفاعل التوليد 100 ميغاواط/يوم/طن. خلال مشروع مانهاتن، تلقى وقود اليورانيوم الطبيعي 100 ميغاواط/طن فقط، لذلك أنتج جودة عالية جدًا 239 ري (إجمالي 1 % 2 4° Pll).