Plutonio atominis skaičius. Ginklo klasės plutonis: panaudojimas, gamyba, šalinimas. Pramoninių reaktorių projektavimo ypatybės

Plutonis buvo atrastas 1940 metų pabaigoje Kalifornijos universitete. Jį sintezavo McMillanas, Kennedy ir Wahlas, bombarduodamas urano oksidą (U 3 O 8) su deuterio branduoliais (deuteronais), stipriai pagreitintu ciklotronu. Vėliau buvo nustatyta, kad ši branduolinė reakcija pirmiausia gamina trumpalaikį izotopą neptunį-238, o iš jo jau yra plutonio-238, kurio pusinės eliminacijos laikas yra apie 50 metų. Po metų Kennedy, Seaborg, Segre ir Wahl sintezavo svarbesnį izotopą-plutonį-239, ciklotronu apšvitindami uraną labai pagreitintais neutronais. Plutonis-239 susidaro skylant neptūnui-239; jis skleidžia alfa spindulius ir jo pusinės eliminacijos laikas yra 24 000 metų. Grynas plutonio junginys pirmą kartą buvo gautas 1942 m. Tada tapo žinoma, kad urano rūdose, ypač rūdose, Kongo telkiniuose yra natūralaus plutonio.

Elemento pavadinimas buvo pasiūlytas 1948 m.: McMillanas pirmąjį transuraninį elementą pavadino neptūnu dėl to, kad Neptūno planeta yra pirmoji už Urano. Pagal analogiją buvo nuspręsta 94 elementą pavadinti plutonu, nes Plutonas yra antroji po Urano. Plutonas, atrastas 1930 m., Gavo savo vardą iš dievo Plutono - graikų mitologijos požemio valdovo. XIX amžiaus pradžioje. Clarke pasiūlė elementą pavadinti bario plutoniu, kildindamas šį vardą tiesiai iš dievo Plutono, tačiau jo pasiūlymas nebuvo priimtas.

Plutonis (lot. Plutonis, žymimas simboliu Pu) yra radioaktyvus cheminis elementas, kurio atominis skaičius 94 ir atominis svoris 244,064. Plutonis yra Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo periodinės sistemos III grupės elementas, priklauso aktinidų šeimai. Plutonis yra sunkus (tankis normaliomis sąlygomis 19,84 g / cm³) trapus, sidabriškai baltas radioaktyvus metalas.

Plutonis neturi stabilių izotopų. Iš šimto galimų plutonio izotopų buvo susintetinti dvidešimt penki. Penkiolika iš jų studijavo branduolines savybes (masės skaičiai 232-246). Keturi rado praktinių pritaikymų. Ilgiausiai gyvenantys izotopai-244Pu (pusinės eliminacijos laikas 8,26,107 metai), 242Pu (pusinės eliminacijos laikas 3,76 105 metai), 239Pu (pusinės eliminacijos laikas 2,41 104 metai), 238Pu (pusinės eliminacijos periodas 87,74 metai)-α spinduliuotės ir 241Pu (pusinės eliminacijos laikas 14 metų) yra β-spinduolis. Gamtoje plutonio randama nedideliais kiekiais urano rūdose (239Pu); jis susidaro iš urano veikiant neutronams, kurių šaltiniai yra reakcijos, vykstančios sąveikaujant α dalelėms su šviesos elementais (kurie yra rūdų dalis), savaiminis urano branduolių skilimas ir kosminė spinduliuotė.

Devyniasdešimt ketvirtas elementas buvo atrastas amerikiečių mokslininkų grupės - Glenno Seaborgo, Kennedy, Edwino McMillano ir Arthuro Wahlo 1940 m. (deuteronai) iš šešiasdešimties colių ciklotrono. 1940 m. Gegužės mėn. Plutonio savybes numatė Louisas Turneris.

1940 m. Gruodžio mėn. Buvo atrastas plutonio izotopas Pu-238, kurio pusinės eliminacijos laikas yra ~ 90 metų, o po metų-svarbesnis Pu-239, kurio pusinės eliminacijos laikas yra ~ 24 000 metų.

Edvinas Macmillanas 1948 metais pasiūlė pavadinti cheminį elementą plutoniu, pagerbiant naujos planetos atradimą, Plutoną ir pagal analogiją su neptūnu, kuris buvo pavadintas Neptūno atradimo vardu.

Metalinis plutonis (izotopas 239Pu) naudojamas branduoliniuose ginkluose ir naudojamas kaip branduolinis kuras reaktoriuose, veikiančiuose šiluminiuose ir ypač greituosiuose neutronuose. Kritinė masė 239Pu metalo pavidalu yra 5,6 kg. Be kitų dalykų, 239Pu izotopas yra pradinė medžiaga transplutonio elementams gaminti branduoliniuose reaktoriuose. 238Pu izotopas naudojamas mažo dydžio elektros srovės šaltiniuose, naudojamuose kosminiuose tyrimuose, taip pat žmogaus širdies veiklos stimuliatoriuose.

Plutonis-242 yra svarbus kaip „žaliava“ sąlyginai sparčiai kaupti aukštesnius transurano elementus branduoliniuose reaktoriuose. Kuro elementų gamyboje naudojami δ stabilizuoti plutonio lydiniai, nes jie turi geresnes metalurgines savybes nei grynas plutonis, kuris kaitinant patiria fazinius perėjimus. Plutonio oksidai naudojami kaip energijos šaltinis kosmoso technologijoms ir yra pritaikomi kuro strypuose.

Visi plutonio junginiai yra nuodingi, o tai yra a-spinduliuotės pasekmė. Alfa dalelės kelia rimtą pavojų, jei jų šaltinis yra užkrėsto žmogaus kūne, jos pažeidžia aplinkinius kūno audinius. Plutonio gama spinduliuotė nėra kenksminga organizmui. Verta paminėti, kad skirtingi plutonio izotopai turi skirtingą toksiškumą, pavyzdžiui, tipinis reaktoriaus plutonis yra 8–10 kartų toksiškesnis nei grynas 239Pu, nes jame dominuoja 240Pu nuklidai, kurie yra galingas alfa spinduliuotės šaltinis. Plutonis yra labiausiai radiotoksiškas elementas iš visų aktinidų, tačiau jis laikomas toli gražu ne pačiu pavojingiausiu elementu, nes radis yra beveik tūkstantį kartų pavojingesnis už nuodingiausią plutonio izotopą - 239Pu.

Biologinės savybės

Plutonis yra koncentruotas jūrų organizmų: šio radioaktyvaus metalo kaupimosi koeficientas (koncentracijos organizme ir išorinėje aplinkoje santykis) dumbliams yra 1000–9000, planktonui - apie 2300, jūrų žvaigždėms - apie 1000, moliuskams - iki 380, žuvų raumenims, kaulams, kepenims ir skrandžiui - atitinkamai 5, 570, 200 ir 1060. Sausumos augalai daugiausia įsisavina plutonį per šaknų sistemą ir sukaupia jį iki 0,01% savo masės. Žmogaus kūne devyniasdešimt ketvirtas elementas daugiausia lieka skelete ir kepenyse, iš kur jis beveik neišsiskiria (ypač iš kaulų).

Plutonis yra labai toksiškas, o jo cheminis pavojus (kaip ir bet kuris kitas sunkusis metalas) yra daug mažiau ryškus (cheminiu požiūriu jis taip pat yra nuodingas kaip švinas.) Palyginti su radioaktyviu toksiškumu, kuris yra alfa spinduliuotės pasekmė . Be to, α dalelės turi gana mažą prasiskverbimo gebėjimą: 239Pu atveju α dalelių diapazonas ore yra 3,7 cm, o minkštuose biologiniuose audiniuose-43 mikronai. Todėl alfa dalelės kelia rimtą pavojų, jei jų šaltinis yra užkrėsto žmogaus organizme. Tuo pačiu metu jie pažeidžia kūno audinius, supančius elementą.

Tuo pačiu metu γ spinduliai ir neutronai, kuriuos taip pat skleidžia plutonis ir kurie gali įsiskverbti į kūną iš išorės, nėra labai pavojingi, nes jų lygis yra per mažas, kad pakenktų sveikatai. Plutonis priklauso elementų grupei, turinčiai ypač didelį radiotoksiškumą. Tuo pačiu metu skirtingi plutonio izotopai turi skirtingą toksiškumą, pavyzdžiui, tipiškas reaktoriaus plutonis yra 8–10 kartų toksiškesnis nei grynas 239Pu, nes jame dominuoja 240Pu nuklidai, kurie yra galingas alfa spinduliuotės šaltinis.

Kai elementas vartojamas su vandeniu ir maistu, plutonis yra mažiau toksiškas nei tokios medžiagos kaip kofeinas, kai kurie vitaminai, pseudoefedrinas ir daugelis augalų bei grybų. Taip yra dėl to, kad šis elementas yra blogai absorbuojamas virškinimo trakte, net jei jis tiekiamas tirpios druskos pavidalu, šią druską suriša skrandžio ir žarnyno turinys. Tačiau 0,5 gramo plutonio absorbcija smulkiai arba ištirpus gali sukelti mirtį dėl ūmaus virškinimo sistemos apšvitinimo per kelias dienas ar savaites (cianido atveju ši vertė yra 0,1 gramo).

Įkvėpus, plutonis yra įprastas toksinas (maždaug atitinka gyvsidabrio garus). Įkvėpus plutonis yra kancerogeninis ir gali sukelti plaučių vėžį. Taigi įkvėpus šimtą miligramų plutonio optimalaus dydžio dalelių pavidalu plaučiuose (1–3 mikronai), plaučių edema miršta per 1–10 dienų. Dvidešimt miligramų dozė sukelia mirtį nuo fibrozės maždaug per mėnesį. Mažesnės dozės sukelia lėtinį kancerogeninį apsinuodijimą. Plutonio įsiskverbimo į organizmą pavojus padidėja dėl to, kad plutonis yra linkęs susidaryti aerozoliams.

Nepaisant to, kad jis yra metalas, jis yra gana nepastovus. Trumpas metalo buvimas patalpoje žymiai padidina jo koncentraciją ore. Patekęs į plaučius, plutonis iš dalies nusėda ant plaučių paviršiaus, iš dalies patenka į kraują, o paskui į limfos ir kaulų čiulpų medžiagą. Dauguma (apie 60%) patenka į kaulinį audinį, 30% - į kepenis ir tik 10% išsiskiria natūraliai. Į organizmą patekusio plutonio kiekis priklauso nuo aerozolių dalelių dydžio ir tirpumo kraujyje.

Plutonis, vienaip ar kitaip patekęs į žmogaus organizmą, savybėmis yra panašus į geležies geležį, todėl, prasiskverbęs į kraujotakos sistemą, plutonis pradeda koncentruotis audiniuose, kuriuose yra geležies: kaulų čiulpuose, kepenyse, blužnyje. Organizmas plutonį suvokia kaip geležį, todėl transferino baltymas vietoj geležies ima plutonio, todėl deguonies perdavimas organizme sustoja. Mikrofagai traukia plutonį per limfmazgius. Patekęs į organizmą, plutonis iš jo pašalinamas labai ilgai - per 50 metų iš organizmo išsiskiria tik 80 proc. Pusinės eliminacijos laikas iš kepenų yra 40 metų. Kaulinio audinio plutonio pusinės eliminacijos laikas yra 80–100 metų, iš tikrųjų devyniasdešimt ketvirtojo elemento koncentracija kauluose yra pastovi.

Per Antrąjį pasaulinį karą ir po jo Manheteno projekto mokslininkai, Trečiojo Reicho ir kitų tyrimų organizacijų mokslininkai eksperimentavo su plutonio naudojimu gyvūnams ir žmonėms. Tyrimai su gyvūnais parodė, kad keli miligramai plutonio vienam kilogramui audinio yra mirtina dozė. Plutonio vartojimas žmonėms buvo susijęs su tuo, kad lėtinėmis ligomis sergantiems pacientams paprastai buvo švirkščiama į raumenis 5 μg plutonio. Dėl to buvo nustatyta, kad mirtina dozė pacientui yra lygi vienam mikrogramui plutonio, o plutonis yra pavojingesnis už radį ir yra linkęs kauptis kauluose.

Kaip žinote, plutonis yra elementas, kurio gamtoje praktiškai nėra. Tačiau maždaug penkios tonos jo buvo išleista į atmosferą dėl branduolinių bandymų 1945–1963 m. Bendras plutonio kiekis, išleistas į atmosferą dėl branduolinių bandymų iki devintojo dešimtmečio, yra 10 tonų. Remiantis kai kuriais skaičiavimais, Jungtinių Amerikos Valstijų dirvožemyje yra vidutiniškai 2 milikuri (28 mg) plutonio vienam km2 iš nuosėdų, o plutonio buvimas Ramiajame vandenyne padidėja, palyginti su bendru branduolinių medžiagų paplitimu žemėje .

Pastarasis reiškinys siejamas su JAV branduolinių bandymų atlikimu Ramiojo vandenyno arealo Maršalo salų teritorijoje šeštojo dešimtmečio viduryje. Plutonio buvimo vandenyno paviršiniuose vandenyse laikas yra nuo 6 iki 21 metų, tačiau net ir pasibaigus šiam laikotarpiui, plutonis kartu su biogeninėmis dalelėmis nukrenta į dugną, iš kurio jis suskyla iki tirpių formų dėl mikrobų skilimo. .

Pasaulio tarša devyniasdešimt ketvirtuoju elementu yra susijusi ne tik su branduoliniais bandymais, bet ir su avarijomis gamybos įrenginiuose ir su šiuo elementu sąveikaujančioje įrangoje. Taigi 1968 metų sausį Grenlandijoje sudužo JAV karinės oro pajėgos B-52, turinčios keturis branduolinius užtaisus. Sprogimas sunaikino krūvius ir plutonio nutekėjimą į vandenyną.

Kitas radioaktyvaus aplinkos užteršimo dėl avarijos atvejis įvyko sovietų erdvėlaiviu „Kosmos-954“ 1978 m. Dėl nekontroliuojamo de-orbitos palydovas su branduolinės energijos šaltiniu pateko į Kanados teritoriją. Dėl avarijos į aplinką pateko daugiau nei kilogramas plutonio-238, pasklidęs maždaug 124 000 m² plote.

Pats baisiausias atsitiktinio radioaktyviųjų medžiagų nutekėjimo į aplinką pavyzdys yra avarija Černobylio atominėje elektrinėje, įvykusi 1986 m. Sunaikinus ketvirtąjį maitinimo bloką, į aplinką buvo išleista 190 tonų radioaktyviųjų medžiagų (įskaitant plutonio izotopus) maždaug 2200 km² plote.

Plutonio patekimas į aplinką yra susijęs ne tik su žmogaus sukeltomis avarijomis. Yra žinomi plutonio nutekėjimo atvejai tiek laboratorinėmis, tiek gamyklos sąlygomis. Yra žinoma daugiau nei dvidešimt nuotėkių avarijų iš laboratorijų 235U ir 239Pu. Per 1953-1978 m. nelaimingų atsitikimų metu sumažėjo nuo 0,81 (Majak, 1953 m. kovo 15 d.) iki 10,1 kg (Tomskas, 1978 m. gruodžio 13 d.) 239Pu. Dėl nelaimingų atsitikimų pramonėje Los Alamos mieste (1945 m. Rugpjūčio 21 d. Ir 1946 m. Gegužės 21 d.) Dėl dviejų nelaimingų atsitikimų ir 6,2 kg plutonio nuostolių iš viso žuvo du žmonės. Sarovo mieste 1953 ir 1963 m. apie 8 ir 17,35 kg nukrito už branduolinio reaktoriaus ribų. Vienas jų 1953 metais sunaikino branduolinį reaktorių.

Kai 238Pu branduolį skaido neutronai, išsiskiria 200 MeV energijos, tai yra 50 milijonų kartų daugiau nei per garsiausią egzoterminę reakciją: C + O2 → CO2. „Degant“ branduoliniame reaktoriuje vienas gramas plutonio suteikia 2 107 kcal - tai yra energija, esanti 4 tonose anglies. Energijos ekvivalento plutonio kuro antpirštį galima prilyginti keturiasdešimčiai vagonų gerų malkų!

Manoma, kad plutonio „natūralus izotopas“ (244Pu) yra ilgiausiai gyvuojantis visų transurano elementų izotopas. Jo pusinės eliminacijos laikas yra 8,26–107 metai. Mokslininkai ilgą laiką bandė gauti transuraninio elemento izotopą, kuris egzistuotų ilgiau nei 244Pu - didelės viltys šiuo atžvilgiu buvo dedamos į 247 cm. Tačiau po jo sintezės paaiškėjo, kad šio elemento pusinės eliminacijos laikas yra tik 14 milijonų metų.

Istorija

1934 m. Grupė mokslininkų, vadovaujamų Enrico Fermi, pareiškė, kad atlikdami mokslinį darbą Romos universitete jie atrado cheminį elementą, kurio atominis skaičius yra 94. Fermi reikalaudamas, šis elementas buvo pavadintas Hesperium, mokslininkas. buvo įsitikinęs, kad atrado naują elementą, kuris dabar vadinamas plutonu, todėl padarė prielaidą apie transuraninių elementų egzistavimą ir tapo jų teoriniu atradėju. Fermi šią hipotezę gynė savo Nobelio paskaitoje 1938 m. Tik po to, kai vokiečių mokslininkai Otto Frisch ir Fritz Strassmann atrado branduolio skilimą, Fermi buvo priverstas padaryti pastabą spausdintoje versijoje, paskelbtoje Stokholme 1939 m., Nurodant būtinybę peržiūrėti „visą transurano elementų problemą“. Faktas yra tas, kad Frischo ir Strassmanno darbai parodė, kad Fermi savo eksperimentuose atrastą veiklą nulėmė būtent skilimas, o ne transuraninių elementų atradimas, kaip jis anksčiau tikėjo.

Naujas devyniasdešimt ketvirtas elementas buvo atidarytas 1940 m. Pabaigoje. Tai atsitiko Kalifornijos universiteto Berklyje. Bombarduodama urano oksidą (U3O8) sunkiais vandenilio branduoliais (deuteronais), amerikiečių radiochemikų grupė, vadovaujama Glenno T. Seaborgo, atrado anksčiau nežinomą alfa dalelių skleidėją, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 90 metų. Šis spinduolis pasirodė esąs 94 elemento izotopas, kurio masės skaičius 238. Taigi 1940 m. Gruodžio 14 d. Buvo gauti pirmieji mikrogramų plutonio kiekiai kartu su kitų elementų ir jų junginių priemaiša.

1940 m. Atlikto eksperimento metu buvo nustatyta, kad atliekant branduolinę reakciją pirmiausia gaunamas trumpalaikis izoptas neptūnas-238 (pusinės eliminacijos laikas-2,117 dienos), o iš jo jau plutonis-238:

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

Ilgi ir sunkūs cheminiai eksperimentai, skirti atskirti naują elementą nuo priemaišų, truko du mėnesius. 1941 m. Vasario 23–24 d. Naktį G. T. Seaborgas, E. M. Macmillanas, J. W. Kennedy ir A. K. Wall patvirtino naujo cheminio elemento egzistavimą, nes buvo ištirtos jo pirmosios cheminės savybės - gebėjimas turėti bent jau dvi oksidacijos būsenos. Šiek tiek vėliau nei eksperimentų pabaigoje buvo nustatyta, kad šis izotopas yra neskaldomas, todėl tolesniam tyrimui neįdomu. Netrukus (1941 m. Kovo mėn.) Kennedy, Seaborg, Segre ir Val susintetino svarbesnį izotopą-plutonį-239, ciklotronu apšvitindami uraną labai pagreitintais neutronais. Šis izotopas susidaro skylant neptūnui-239, skleidžia alfa spindulius ir jo pusinės eliminacijos laikas yra 24 000 metų. Pirmasis grynas elemento junginys buvo gautas 1942 m., O pirmieji metalinio plutonio masės kiekiai buvo gauti 1943 m.

Naujojo 94 elemento pavadinimą 1948 metais pasiūlė Macmillanas, kuris likus keliems mėnesiams iki plutonio atradimo kartu su F. Abelsonu gavo pirmąjį už uraną sunkesnį elementą - 93 elementą, kuris planetos garbei buvo pavadintas neptūnu. Neptūnas - pirmasis už Urano. Pagal analogiją buvo nuspręsta 94 elementą pavadinti plutonu, nes Plutonas yra antroji po Urano. Savo ruožtu Seaborgas pasiūlė naująjį elementą pavadinti „plutium“, tačiau tada suprato, kad šis pavadinimas, palyginti su „plutoniu“, nelabai skamba. Be to, jis pateikė kitus naujojo elemento pavadinimus: ultimium, extermium, nes tuo metu buvo klaidingai nuspręsta, kad plutonis taps paskutiniu cheminiu elementu periodinėje lentelėje. Galų gale, elementas buvo pavadintas „plutoniu“ po paskutinės Saulės sistemos planetos atradimo.

Buvimas gamtoje

Ilgiausiai gyvenusio plutonio izotopo pusinės eliminacijos laikas yra 75 milijonai metų. Šis skaičius yra gana įspūdingas, tačiau galaktikos amžius matuojamas milijardais metų. Iš to išplaukia, kad devyniasdešimt ketvirtojo elemento pirminiai izotopai, susidarę didžiosios Visatos elementų sintezės metu, neturėjo jokių šansų išgyventi iki šiol. Ir vis dėlto tai nereiškia, kad Žemėje apskritai nėra plutonio. Jis nuolat susidaro urano rūdose. Užfiksuojant neutronus nuo kosminės spinduliuotės ir neutronus, susidarančius savaiminio (spontaniško) 238U branduolių skilimo metu, kai kurie - labai nedaug - šio izotopo atomai paverčiami 239U atomais. Šio elemento branduoliai yra labai nestabilūs, jie skleidžia elektronus ir taip padidina jų krūvį, susidaro neptūnas, pirmasis transurano elementas. 239Np taip pat yra nestabilus, jo branduoliai taip pat skleidžia elektronus, todėl vos per 56 valandas pusė 239Np virsta 239Pu.

Šio izotopo pusinės eliminacijos laikas yra gana ilgas-24 000 metų. Vidutiniškai 239Pu kiekis yra apie 400 000 kartų mažesnis nei radžio. Todėl nepaprastai sunku ne tik išgauti - net ir aptikti „sausumos“ plutonio. Nedidelius kiekius 239Pu - trilijoninę dalį - ir skilimo produktų galima rasti urano rūdose, pavyzdžiui, natūraliame branduoliniame reaktoriuje Oklo mieste, Gabone, Vakarų Afrikoje. Vadinamasis „natūralus branduolinis reaktorius“ laikomas vieninteliu pasaulyje, kuriame šiuo metu geosferoje formuojasi aktinidai ir jų skilimo produktai. Remiantis šiuolaikiniais skaičiavimais, šiame regione prieš kelis milijonus metų įvyko savaiminė reakcija, kai išsiskyrė šiluma, kuri truko daugiau nei pusę milijono metų.

Taigi, mes jau žinome, kad neptūnas (239 Np) susidaro urano rūdose dėl neutronų gaudymo urano branduoliuose, kurių β skilimo produktas yra natūralus plutonis-239. Specialių prietaisų - masės spektrometrų dėka, Prekambrijos bastnezite (cerio rūdoje) buvo aptiktas plutonis -244 (244Pu), kurio pusinės eliminacijos laikas yra ilgiausias - apie 80 milijonų metų. Gamtoje 244Pu daugiausia randama dioksido (PuO2) pavidalu, kuris net mažiau tirpsta vandenyje nei smėlis (kvarcas). Kadangi plutonio-240 (240Pu) santykinai ilgaamžis izotopas yra plutonio-244 skilimo grandinėje, jo skilimas vyksta, tačiau tai atsitinka labai retai (1 atvejis iš 10 000). Labai maži plutonio-238 (238Pu) kiekiai siejami su labai retu dvigubu pirminio izotopo-urano-238-beta skilimu, kuris buvo aptiktas urano rūdose.

247Pu ir 255Pu izotopų pėdsakai buvo rasti dulkėse, surinktose po termobranduolinių bombų sprogimo.

Žmogaus kūne hipotetiškai galima rasti mažiausią plutonio kiekį, atsižvelgiant į tai, kad vienaip ar kitaip buvo atlikta daugybė branduolinių bandymų, susijusių su plutonu. Plutonis daugiausia kaupiasi skelete ir kepenyse, iš kur jis praktiškai neišsiskiria. Be to, devyniasdešimt ketvirtas elementas yra sukauptas jūrų organizmų; sausumos augalai daugiausia per šaknų sistemą pasisavina plutonį.

Pasirodo, dirbtinai sintezuotas plutonis gamtoje vis dar egzistuoja, tad kodėl jis ne kasamas, o gaminamas dirbtinai? Faktas yra tas, kad šio elemento koncentracija yra per maža. Apie kitą radioaktyvųjį metalą, radį, jie sako: „gramas produkcijos - darbo metai“, o radžio gamtoje yra 400 000 kartų daugiau nei plutonio! Dėl šios priežasties nepaprastai sunku ne tik išgauti - netgi aptikti - „sausumos“ plutonio. Tai buvo padaryta tik ištyrus branduoliniuose reaktoriuose gauto plutonio fizines ir chemines savybes.

Taikymas

239Pu izotopas (kartu su U) yra naudojamas kaip branduolinis kuras reaktoriuose, veikiančiuose šiluminiuose ir greitaisiais neutronais (daugiausia), taip pat branduolinių ginklų gamyboje.

Maždaug pusė tūkstančio atominių elektrinių visame pasaulyje sukuria apie 370 GW elektros energijos (arba 15% visos pasaulyje pagamintos elektros energijos). Plutonis-236 naudojamas gaminant atomines elektrines baterijas, kurių tarnavimo laikas siekia penkerius ar daugiau metų; jos naudojamos srovės generatoriuose, kurie stimuliuoja širdies darbą (širdies stimuliatoriai). 238Pu naudojamas mažo dydžio branduolinės energijos šaltiniuose, naudojamuose kosminiuose tyrimuose. Taigi plutonis-238 yra energijos šaltinis zondams „New Horizons“, „Galileo“ ir „Cassini“, roveriui „Curiosity“ ir kitiems erdvėlaiviams.

Plutonis-239 naudojamas branduoliniuose ginkluose, nes šis izotopas yra vienintelis tinkamas nuklidas, skirtas branduolinei bombai. Be to, dažnesnis plutonio-239 naudojimas branduolinėse bombose yra dėl to, kad plutonis užima mažesnį tūrį sferoje (kur yra bombos branduolys), todėl galima įgyti sprogstamosios bombos galios į šį turtą.

Schema, pagal kurią įvyksta branduolinis sprogimas, dalyvaujant plutoniui, yra pačios bombos, kurios šerdis susideda iš rutulio, užpildyto 239Pu, konstrukcija. Susidūrimo su žeme momentu sfera susispaudžia iki milijono atmosferų dėl struktūros ir dėl šią sferą supančios sprogstamosios medžiagos. Po smūgio branduolio tūris ir tankis išsiplečia per trumpiausią laiką - dešimt mikrosekundžių, agregatas šokinėja per kritinę būseną ant šiluminių neutronų ir eina į superkritinę būseną greitiems neutronams - prasideda branduolinė grandininė reakcija, dalyvaujant neutronams ir elementų branduoliai. Paskutinio branduolinės bombos sprogimo metu išleidžiama dešimties milijonų laipsnių temperatūra.

Plutonio izotopai buvo pritaikyti transplutonio (po plutonio) elementų sintezei. Pavyzdžiui, Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje 24496Cm, 24296Cm, 24997Bk, 25298Cf, 25399Es ir 257100Fm gaunami ilgai švitinant 239Pu neutronus. Tuo pačiu būdu americium 24195Am pirmą kartą buvo gautas 1944 m. 2010 m. Plutonio-242 oksidas, bombarduotas kalcio-48 jonais, buvo šaltinis nekunquadiumo gamybai.

δ-Stabilizuoti plutonio lydiniai naudojami kuro strypų gamybai, nes jie pasižymi žymiai geresnėmis metalurginėmis savybėmis, palyginti su grynu plutonu, kuris kaitinant patiria fazinius perėjimus ir yra labai trapi ir nepatikima medžiaga. Plutonio lydiniai su kitais elementais (tarpmetaliniais junginiais) paprastai gaunami tiesiogiai sąveikaujant elementams norimu santykiu, tuo tarpu daugiausia naudojamas lankinis lydymas, kartais nestabilūs lydiniai gaunami nusodinant purškiant arba atšaldant lydinius.

Pagrindiniai plutonio legiruojantys elementai yra galis, aliuminis ir geležis, nors plutonis sugeba formuoti lydinius ir tarpinius junginius, išskyrus daugumą metalų, išskyrus retas išimtis (kalio, natrio, ličio, rubidžio, magnio, kalcio, stroncio, bario, europio ir itterbis). Ugniai atsparūs metalai: molibdenas, niobis, chromas, tantalis ir volframas tirpsta skystame plutonyje, bet beveik netirpsta arba mažai tirpsta kietajame plutonyje. Indis, silicis, cinkas ir cirkonis, greitai atvėsę, gali sudaryti metastabilų δ-plutonio (δ "-fazę). Galis, aliuminis, amerikas, skandis ir ceris gali stabilizuoti δ-plutonio kambario temperatūroje.

Didelis holmio, hafnio ir talio kiekis leidžia kambario temperatūroje išlaikyti tam tikrą δ-plutonio kiekį. Neptūnas yra vienintelis elementas, galintis stabilizuoti α-plutonį aukštoje temperatūroje. Titanas, hafnis ir cirkonis stabilizuoja β-plutonio struktūrą kambario temperatūroje, staigiai aušindami. Tokių lydinių naudojimas yra gana įvairus. Pavyzdžiui, plutonio-galio lydinys naudojamas stabilizuoti plutonio δ-fazę, taip išvengiant α-δ fazės perėjimo. Troninis plutonio-galio-kobalto lydinys (PuGaCo5) yra superlaidus lydinys 18,5 K temperatūroje. Yra keletas lydinių (plutonio-cirkonio, plutonio-cerio ir plutonio-cerio-kobalto), kurie naudojami kaip branduolinis kuras.

Gamyba

Komercinis plutonis gaminamas dviem būdais. Tai arba 238U branduolių, esančių branduoliniuose reaktoriuose, apšvitinimas, arba radioaktyvusis plutonio atskyrimas (bendras nusodinimas, ekstrahavimas, jonų mainai ir kt.) Nuo urano, transurano elementų ir skilimo produktų, esančių panaudotame branduoliniame kure.

Pirmuoju atveju praktiškai reikšmingiausias izotopas 239Pu (mišinyje su nedideliu 240Pu mišiniu) gaunamas branduoliniuose reaktoriuose, kuriuose dalyvauja urano branduoliai ir neutronai, naudojant β skilimą ir dalyvaujant neptūno izotopams kaip tarpinis skilimas. produktas:

23892U + 21D → 23893Np + 210n;

23893Np → 23894Pu

β - skilimas

Šiame procese deuteronas patenka į uraną-238, todėl susidaro neptūnas-238 ir du neutronai. Be to, neptūnas-238 spontaniškai skleidžiasi, išskirdamas beta minus daleles, sudarančias plutonio-238.

Paprastai 239Pu kiekis mišinyje yra 90-95%, 240Pu-1-7%, kitų izotopų kiekis neviršija dešimtadalių procentų. Izotopai, kurių pusinės eliminacijos laikas yra 242Pu ir 244Pu, gaunami ilgai švitinant 239Pu neutronais. Be to, 242Pu išeiga yra kelios dešimtys procentų, o 244Pu išeiga yra procentinė 242Pu kiekio dalis. Nedidelis izotopiškai gryno plutonio-238 kiekis susidaro neptunio-237 švitinant neutronais. Lengvieji plutonio izotopai, kurių masės skaičiai 232-237, paprastai gaunami ciklotrone, apšvitinant urano izotopus α dalelėmis.

Antrasis 239Pu pramoninės gamybos metodas naudoja grynojo grynojo proceso metodą, pagrįstą ekstrahavimu tributilfosfatu lengvu skiedikliu. Pirmajame cikle Pu ir U kartu išvalomi nuo skilimo produktų, o po to atskiriami. Antrame ir trečiame ciklu plutonis toliau valomas ir koncentruojamas. Tokio proceso schema pagrįsta atskirtų elementų tetra- ir šešiavalenčių junginių savybių skirtumu.

Iš pradžių panaudoto kuro strypai išmontuojami, o apvalkalas, kuriame yra panaudotas plutonis ir uranas, pašalinamas fiziniais ir cheminiais metodais. Tada panaudotas branduolinis kuras ištirpinamas azoto rūgštyje. Galų gale, jis yra stiprus oksidatorius, kai ištirpsta, o uranas ir plutonis bei priemaišos oksiduojasi. Plutonio atomai, kurių valentingumas nulis, virsta Pu + 6, ištirpsta ir plutonis, ir uranas. Iš tokio tirpalo devyniasdešimt ketvirtas elementas sieros dioksidu sumažinamas iki trivalenčio būsenos, o po to nusodinamas lantano fluoridu (LaF3).

Tačiau, be plutonio, nuosėdose yra neptūno ir retųjų žemių elementų, tačiau didžioji dalis (uranas) lieka tirpale. Tada plutonis vėl oksiduojamas iki Pu + 6 ir vėl pridedamas lantano fluoridas. Dabar retųjų žemių elementai nusėda, o plutonis lieka tirpale. Be to, neptūnas yra oksiduojamas iki keturvalentės būsenos su kalio bromatu, nes šis reagentas neveikia plutonio, tada antrinio nusodinimo tuo pačiu lantano fluoridu metu trivalentis plutonis patenka į nuosėdas, o neptūnas lieka tirpale. Galutiniai tokių operacijų produktai yra plutonio turintys junginiai - PuO2 dioksidas arba fluoridai (PuF3 arba PuF4), iš kurių (redukuojant bario, kalcio ar ličio garais) gaunamas metalinis plutonis.

Švaresnio plutonio gamyba gali būti atliekama elektrolitiniu būdu rafinuojant pirochemiškai pagamintą metalą, kuris gaminamas elektrolizės elementuose 700 ° C temperatūroje, naudojant kalio, natrio ir plutonio chlorido elektrolitą, naudojant volframo arba tantalo katodą. Tokiu būdu gauto plutonio grynumas yra 99,99%.

Norint gauti didelius plutonio kiekius, statomi selekciniai reaktoriai, vadinamieji „veisėjai“ (nuo anglų kalbos veiksmažodžio veisti - daugintis). Šie reaktoriai gavo savo vardą dėl to, kad jie gali gauti skiliųjų medžiagų, kurių suma viršija šios medžiagos įsigijimo kainą. Skirtumas tarp tokio tipo reaktorių yra tas, kad juose esantys neutronai nėra sulėtinami (nėra moderatoriaus, pavyzdžiui, grafito), kad jie kuo daugiau reaguotų su 238U.

Po reakcijos susidaro 239U atomai, kurie vėliau sudaro 239Pu. Tokio reaktoriaus šerdį, kurioje yra nusodrinto urano dioksido (UO2), yra PuO2, supa dar labiau nuskurdusio urano-238 dioksido (238UO2) apvalkalas, kuriame susidaro 239Pu. Bendras 238U ir 235U naudojimas leidžia „montuotojams“ gaminti energiją iš natūralaus urano 50–60 kartų daugiau nei kiti reaktoriai. Tačiau šie reaktoriai turi didelį trūkumą - kuro strypai turi būti aušinami ne vandens aplinkoje, o tai sumažina jų energiją. Todėl buvo nuspręsta kaip aušinimo skystį naudoti skystą natrį.

Tokie reaktoriai Jungtinėse Amerikos Valstijose pradėti statyti pasibaigus Antrajam pasauliniam karui, SSRS ir Didžioji Britanija juos pradėjo statyti tik šeštajame dešimtmetyje.

Fizinės savybės

Plutonis yra labai sunkus (standartinis tankis 19,84 g / cm³) sidabrinis metalas, išgrynintas, labai panašus į nikelį, tačiau ore plutonis greitai oksiduojasi, blunka, susidaro vaivorykštinė plėvelė, iš pradžių šviesiai geltona, paskui virsta tamsiai violetine . Esant stipriai oksidacijai, ant metalo paviršiaus atsiranda alyvuogių žalių oksido miltelių (PuO2).

Plutonis yra labai elektroneigiamas ir reaktyvus metalas, daug kartų didesnis nei net uranas. Jis turi septynias alotropines modifikacijas (α, β, γ, δ, δ ", ε ir ζ), kurios skiriasi tam tikrame temperatūros segmente ir tam tikrame slėgio diapazone. Kambario temperatūroje plutonis yra α formos - tai labiausiai paplitusi alutropinė modifikacija plutoniui Alfa fazėje grynas plutonis yra trapus ir labai kietas - ši struktūra yra maždaug tokia pat kieta kaip ir pilkoji ketaus, jei ji nėra legiruota su kitais metalais, kurie lydiniui suteiks plastiškumo ir minkštumo. Be to, šioje tankiausioje formoje plutonis yra šeštas tankiausias elementas (sunkesnis nei tik osmis, iridis, platina, renis ir neptūnas.) Tolesnes alotropines plutonio transformacijas lydi staigūs tankio pokyčiai. ") Kai lydosi (pereina iš" epsilon "fazės į skystąją fazę), plutonis taip pat suspaudžiamas, leidžiant plūduriuoti neištirpusiam plutoniui.

Plutonis turi daug neįprastų savybių: jis turi mažiausią šilumos laidumą iš visų metalų - esant 300 K temperatūrai jis yra 6,7 W / (m K); plutonis turi mažiausią elektros laidumą; skystos fazės metu plutonis yra klampiausias metalas. Devyniasdešimt ketvirtojo elemento varža kambario temperatūroje yra labai didelė metalui, ir ši savybė didės mažėjant temperatūrai, kuri nėra būdinga metalams. Tokią „anomaliją“ galima atsekti iki 100 K temperatūros - žemiau šios žymos elektros varža sumažės. Tačiau nuo 20 K žymos pasipriešinimas vėl pradeda didėti dėl metalo spinduliuotės aktyvumo.

Plutonis turi didžiausią elektrinę varžą iš visų tirtų aktinidų (iki šiol), tai yra 150 μΩ cm (esant 22 ° C). Šis metalas turi žemą lydymosi temperatūrą (640 ° C) ir neįprastai aukštą virimo temperatūrą (3227 ° C). Arčiau lydymosi temperatūros skystas plutonis turi labai didelę klampumą ir paviršiaus įtempimą, palyginti su kitais metalais.

Dėl savo radioaktyvumo plutonis yra šiltas liesti. Didelis plutonio gabalas šiluminėje striukėje kaitinamas iki temperatūros, viršijančios vandens virimo temperatūrą! Be to, dėl savo radioaktyvumo plutonis laikui bėgant keičia savo kristalinę gardelę - savotiškas atkaitinimas įvyksta dėl savaiminio apšvitinimo, kai temperatūra pakyla virš 100 K.

Dėl daugybės alotropinių modifikacijų plutonio sudėtyje yra sunkiai apdorojamas ir išvyniojamas metalas dėl fazių perėjimų. Mes jau žinome, kad alfa pavidalu devyniasdešimt ketvirtasis elementas savo savybėmis yra panašus į ketaus, tačiau jis linkęs keistis ir virsti plastine medžiaga, o esant aukštesnei temperatūrai-formuoti kaliojo β formą. Plutonis δ formoje paprastai yra stabilus esant temperatūrai nuo 310 ° C iki 452 ° C, tačiau gali egzistuoti ir kambario temperatūroje, jei yra legiruotas mažu aliuminio, cerio ar galio kiekiu. Lydytas šiais metalais, plutonis gali būti naudojamas suvirinant. Apskritai, delta forma turi ryškesnes metalo savybes - stiprumo ir kalimo sugebėjimų atžvilgiu ji yra artima aliuminiui.

Cheminės savybės

Devyniasdešimt ketvirtojo elemento cheminės savybės yra labai panašios į jo pirmtakų, esančių periodinėje lentelėje, savybes - uraną ir neptūną. Plutonis yra gana aktyvus metalas; jis sudaro junginius, kurių oksidacijos būsena yra nuo +2 iki +7. Vandeniniuose tirpaluose elementas turi tokias oksidacijos būsenas: Pu (III), kaip Pu3 + (egzistuoja rūgštiniuose vandeniniuose tirpaluose, yra šviesiai violetinės spalvos); Pu (IV) kaip Pu4 + (šokolado atspalvis); Pu (V) kaip PuO2 + (lengvas tirpalas); Pu (VI) kaip PuO22 + (šviesiai oranžinis tirpalas) ir Pu (VII) kaip PuO53- (žalias tirpalas).

Be to, šie jonai (išskyrus PuO53-) gali būti tirpale vienu metu pusiausvyroje, o tai paaiškinama 5f elektronų, esančių lokalizuotoje ir delokalizuotoje elektronų orbitos zonoje, buvimu. Esant pH 5-8, dominuoja Pu (IV), kuris yra stabiliausias tarp kitų valentų (oksidacijos būsenų). Visų oksidacijos būsenų plutonio jonai yra linkę hidrolizuotis ir kompleksuoti. Gebėjimas formuoti tokius junginius didėja serijoje Pu5 +

Kompaktiškas plutonis lėtai oksiduojasi ore ir yra padengtas vaivorykštės aliejaus oksido plėvele. Yra žinomi šie plutonio oksidai: PuO, Pu2O3, PuO2 ir kintamos sudėties Pu2O3 - Pu4O7 fazė (bertollidai). Esant nedideliam drėgmės kiekiui, oksidacijos ir korozijos greitis žymiai padidėja. Jei metalas ilgą laiką veikiamas nedidelio drėgno oro kiekio, jo paviršiuje susidaro plutonio dioksidas (PuO2). Trūkstant deguonies, taip pat gali susidaryti jo dihidridas (PuH2). Keista, kad plutonis rūdija inertinių dujų (pvz., Argono) atmosferoje su vandens garais daug greičiau nei sausame ore ar gryname deguonyje. Tiesą sakant, šį faktą lengva paaiškinti - tiesioginis deguonies poveikis sudaro plutonio paviršiaus oksido sluoksnį, kuris neleidžia tolesnei oksidacijai, esant drėgmei susidaro birus oksido ir hidrido mišinys. Beje, būtent tokios dangos dėka metalas tampa piroforiškas, tai yra, jis gali savaime užsidegti, dėl šios priežasties metalinis plutonis paprastai yra perdirbamas inertinėje argono ar azoto atmosferoje. Tuo pačiu metu deguonis yra apsauginė medžiaga ir neleidžia drėgmei paveikti metalo.

Devyniasdešimt ketvirtas elementas reaguoja su rūgštimis, deguonimi ir jų garais, bet ne su šarmais. Plutonis lengvai tirpsta tik labai rūgščioje aplinkoje(Pavyzdžiui, vandenilio chlorido rūgštis HCl), taip pat ištirpsta vandenilio chloride, vandenilio jodide, vandenilio bromide, 72% perchloro rūgštyje, 85% fosforo rūgšties H3PO4, koncentruotame CCl3COOH, sulfamo rūgštyje ir verdančioje koncentruotoje azoto rūgštyje. Plutonis pastebimai netirpsta šarminiuose tirpaluose.

Kai šarmai patenka į tirpalus, turinčius keturvalenčio plutonio, susidaro plutonio hidroksido Pu (OH) 4 xH2O nuosėdos, turinčios pagrindines savybes. Veikiant šarmams druskų tirpaluose, kuriuose yra PuO2 +, nusėda amfoterinis hidroksidas PuO2OH. Jį atitinka druskos - plutonitai, pavyzdžiui, Na2Pu2O6.

Plutonio druskos lengvai hidrolizuojamos susilietus su neutraliais arba šarminiais tirpalais, sukuriant netirpų plutonio hidroksidą. Koncentruoti plutonio tirpalai yra nestabilūs dėl radioaktyvaus skilimo, dėl kurio atsiranda kritulių.

Dozę formuojantys radionuklidai. 5 dalis
Data: 03/08/2011
Tema: Sveikata

Pateikiamos pagrindinės dozę formuojančių radionuklidų charakteristikos. Pagrindinis dėmesys skiriamas galimo radionuklidų pavojaus pristatymui. Siekiant užtikrinti saugų naudojimą, atsižvelgiama į radiotoksinį ir radiobiologinį radioaktyviųjų izotopų poveikį organizmui ir aplinkai. Tai, kas pasakyta, leidžia sąmoningiau susieti su dozę formuojančių radionuklidų radiacijos pavojumi.

11. Cezis-137

Cezis ( lat. cezis- Cs, Mendelejevo periodinės lentelės I grupės cheminis elementas, atominis skaičius 55, atominė masė 132,9054. Pavadintas iš lotynų kalbos cezijus- mėlyna (atidaryta ryškiai mėlynomis spektrinėmis linijomis). Sidabriškai baltas metalas iš šarmų grupės; lydomas, minkštas kaip vaškas; tankis yra 1,904 g / cm 3 ir turi dūžių. svoris 1,88 (esant 15 ° C), T pl - 28,4 ° C. Jis užsidega ore, reaguoja su sprogimu su vandeniu. Pagrindinis mineralas yra pollucitas.

Yra žinomi 34 cezio izotopai, kurių masės skaičius yra 114–148, iš kurių tik vienas (133 Cs) yra stabilus, kiti yra radioaktyvūs. Cezio-133 izotopų gausa gamtoje yra maždaug 100%. 133 Cs reiškia išsklaidytus elementus. Nedideliais kiekiais jis yra beveik visuose išorinės aplinkos objektuose. Klarko (vidutinis) nuklido kiekis žemės plutoje yra 3,7 ∙ 10 -4%, dirvožemyje -5 ∙ 10 -5%. Cezis yra nuolatinis augalų ir gyvūnų organizmų mikroelementas: gyvojoje fitomasėje jo yra 6 ∙ 10 -6%, žmogaus organizme -apie 4 g. Tolygus cezio -137 pasiskirstymas žmogaus organizme kai specifinis aktyvumas yra 1 Bq / kg, sugertos dozės greitis, įvairių autorių teigimu, svyruoja nuo 2,14 iki 3,16 μGy per metus.

Gamtoje šis sidabriškai baltas šarminis metalas atsiranda kaip stabilus izotopas Cs-133. Tai retas elementas, kurio vidutinis kiekis žemės plutoje yra 3,7 ∙ 10 -4%. Įprastas, natūralus cezis ir jo junginiai nėra radioaktyvus... Radioaktyvus yra tik dirbtinai pagamintas 137 Cs izotopas. Ilgaamžis cezio 137 Cs radioaktyvusis izotopas susidaro dalijantis 235 U ir 239 Pu branduolius, kurių išeiga yra apie 7%. Radioaktyvaus skilimo metu 137 Cs skleidžia elektronus, kurių didžiausia energija yra 1173 keV, ir virsta trumpalaikiu γ spinduliuojančiu 137 m Ba nuklidu (18 lentelė). Jis turi didžiausią cheminį aktyvumą tarp šarminių metalų; jį galima laikyti tik sandariose vakuuminėse ampulėse.

18 lentelė
Pagrindinės cezio-137 savybės

Izotopas	Pagrindinis vaizdas radiacija	Pusinės eliminacijos laikas, T. 1/2	HC vertė vandens , Bq / dm 3	Natūralūs OA pokyčiai vandenyse (min-max), Bq / dm 3
137 Cs (+ 137 m Ba)	β (E β max = 1173 keV); γ (E γ = 661 keV)		11,0 (NRB-99) 8.0 („SanPiN 2.3.2.560-96“)	n ∙ 10 -3 -n ∙ 10 -2

Metalinis cezis naudojamas fotoelementuose ir fotopaliektuvuose, gaminant fotokatodus, ir kaip liuminescencinių vamzdelių geteris. Cezio garai yra darbinis skystis MHD generatoriuose ir dujų lazeriuose. Cezio junginiai naudojami optikoje ir naktinio matymo prietaisuose.

Branduolio skilimo reakcijos produktuose yra didelis kiekis suskaidytų cezio radionuklidų, iš kurių pavojingiausias yra 137 Cs. Radiocheminės gamyklos taip pat gali būti taršos šaltinis. Cezis-137 į aplinką patenka daugiausia dėl branduolinių bandymų ir avarijų atominėse elektrinėse. Iki 1981 m. Pradžios bendras į aplinką išleistų 137 Cs aktyvumas pasiekė 960 PBq. Užterštumo tankis šiauriniame ir pietiniame pusrutulyje ir vidutiniškai Žemės rutulyje buvo atitinkamai 3,42; 0,86 ir 3,14 kBq / m 2, o buvusios SSRS teritorijoje vidurkis yra 3,4 kBq / m 2.

Per avariją Pietų Urale 1957 m. Įvyko radioaktyviųjų atliekų saugyklos terminis sprogimas, o į atmosferą pateko radionuklidų, kurių bendras aktyvumas buvo 74 PBq, įskaitant 0,2 PBq iš 137 Cs. 1957 m. Didžiojoje Britanijoje kilus gaisrui RCZ vėjo skalėje, buvo išleista 12 PBq radionuklidų, iš kurių 46 TBq 137 Cs. Technologinis radioaktyviųjų atliekų išmetimas iš „Mayak“ įmonės Pietų Uralo upėje. 1950 m. Srautas buvo 102 PBq, iš jų 137 Cs 12,4 PBq. Radionuklidų vėjo pašalinimas iš ežero užliejamos vietos Karachajus Pietų Urale 1967 m. Sudarė 30 TBq. 137 Cs dalis buvo 0,4 TBq.

Avarija Černobylio atominėje elektrinėje (ChNPP) tapo tikra katastrofa 1986 m.: 1850 PBq radionuklidų buvo išmesti iš sunaikinto reaktoriaus, o radioaktyvaus cezio dalis buvo 270 PBq. Radionuklidų plitimas įgavo planetinį mastą. Ukrainoje, Baltarusijoje ir Centriniame regione Rusijos Federacija iškrito daugiau nei pusė viso NVS teritorijoje deponuotų radionuklidų kiekio. Yra žinomi aplinkos taršos atvejai dėl neatsargaus radioaktyviųjų cezio šaltinių laikymo medicinos ir technologijos tikslais.

Cezis-137 naudojamas gama spindulių defektų aptikimui, matavimo technologijai, maisto produktų, vaistų ir vaistų sterilizavimui spinduliuote, radioterapijai piktybiniams navikams gydyti. Taip pat cezis-137 naudojamas gaminant radioizotopines srovės šaltinius, kur jis naudojamas cezio chlorido pavidalu (tankis 3,9 g / cm 3 , energijos išsiskyrimas apie 1,27 W / cm 3 ).

Cezis-137 naudojamas nepermatomų silosų kietųjų dalelių kiekio jutikliuose. Cezis-137 turi tam tikrų pranašumų, palyginti su radioaktyviu kobaltu-60: ilgesnis pusinės eliminacijos laikas ir mažiau atšiauri gama spinduliuotė. Todėl 137 Cs pagrindu pagaminti prietaisai yra patvaresni, o apsauga nuo radiacijos yra mažiau sudėtinga. Tačiau šie pranašumai tampa tikri tik tuo atveju, jei nėra 137 Cs priemaišų, kurių pusinės eliminacijos laikas trumpesnis ir gama spinduliuotė stipresnė.

Jis plačiai naudojamas kaip γ spinduliuotės šaltinis. Medicinoje cezio šaltiniai kartu su radžiu yra naudojami terapiniuose γ-prietaisuose ir tarpinių ir ertmių gama terapijos prietaisuose. Nuo 1967 m., Norint nustatyti vieną iš pagrindinių laiko matavimo vienetų, antrąjį, naudojamas perėjimo tarp dviejų hiper smulkių cezio-137 atomo lygių reiškinys.

Radiocesium 137 Cs yra išskirtinai technogeninis radionuklidas, jo buvimas tiriamoje aplinkoje yra susijęs su branduolinio ginklo bandymais arba su branduolinių technologijų naudojimu. 137 Cs yra cezio β-γ spinduliuojantis radioizotopas, vienas iš pagrindinių biosferos radioaktyviosios technogeninės taršos komponentų. Susidarė dėl branduolio skilimo reakcijų. Sudėtyje yra radioaktyviųjų nuosėdų, išmetimų, radiocheminių įrenginių atliekų. OA 137 Cs geriamajame vandenyje yra ribojamas 11Bq / dm 3 arba 8 Bq / dm 3.

Geocheminis 137 Cs bruožas yra jo gebėjimas labai stipriai išlaikyti natūralius sorbentus. Dėl to, patekus į OPS, jo aktyvumas sparčiai mažėja, nutolus nuo taršos šaltinio. Natūralūs vandenys gana greitai savaime apsivalo, nes suspensijos ir dugno nuosėdos sugeria 137 Cs.

Cezis gali susikaupti dideliais kiekiais žemės ūkio augaluose, ypač sėklose. Jis intensyviausiai kyla iš vandens aplinkos ir dideliu greičiu juda per augalą. Įterpus į dirvą kalio trąšas ir kalkinant, augalai žymiai sumažina cezio absorbciją, ir kuo daugiau, tuo didesnė kalio dalis.

Ypač didelis kaupimosi koeficientas yra gėlavandeniuose dumbliuose ir arktiniuose sausumos augaluose (ypač kerpėse), iš gyvūnų pasaulio - šiauriniuose elniuose per elnius, kuriais jie minta. Gyvų organizmų viduje cezis-137 daugiausia prasiskverbia per kvėpavimo ir virškinimo organus. Šis nuklidas daugiausia tiekiamas su maistu 10 μg per dieną. Iš organizmo jis išsiskiria daugiausia su šlapimu (vidutiniškai 9 μg per parą). Cezis yra nuolatinis augalų ir gyvūnų organizmo mikrokomponentas. Pagrindinis cezio kiekis žinduoliuose yra raumenys, širdis, kepenys. Apie 80% į organizmą patekusio cezio yra sukaupta raumenyse, 8% - skelete, likę 12% tolygiai pasiskirsto kituose audiniuose.

Cezis-137 išsiskiria daugiausia per inkstus ir žarnyną. Laikoma, kad žmonėms susikaupusio cezio-137 pusinės eliminacijos laikas yra lygus 70 dienų (pagal Tarptautinės radiologinės apsaugos komisijos duomenis). Pašalinimo proceso metu didelis kiekis cezio reabsorbuojamas į kraują apatinėse žarnose. Veiksminga priemonė siekiant sumažinti cezio absorbciją žarnyne, naudojamas ferocianido sorbentas, kuris suriša nuklidą į nevirškinamą formą. Be to, norint pagreitinti nuklido pašalinimą, stimuliuojami natūralūs išskyrimo procesai, naudojamos įvairios kompleksinės medžiagos.

Radiacijos sužalojimų žmonėms galima tikėtis, kai absorbuojama maždaug 2 Gy ar didesnė dozė. 148, 170 ir 740 MBq dozės atitinka lengvą, vidutinio sunkumo ir sunkų pažeidimo laipsnį, tačiau radiacijos reakcija pastebima jau MBq vienetais.

137 Cs priklauso toje pačioje organų ir audinių dalyje tolygiai pasiskirsčiusių radioaktyviųjų medžiagų grupei, todėl priklauso vidutinio pavojingumo radioaktyvaus toksiškumo nuklidams. Jis turi gerą gebėjimą patekti į organizmą kartu su kaliu per maisto tinklus.

Pagrindinis cezio šaltinis, patenkantis į žmogaus organizmą, yra gyvūninės kilmės maisto produktai, užteršti nuklidu. Radioaktyvaus cezio kiekis litre karvės pieno siekia 0,8–1,1% per parą suvartojamo nuklido, ožkų ir avių-10–20%. Tačiau jis daugiausia kaupiasi gyvūnų raumenų audinyje: 1 kg karvių, avių, kiaulių ir viščiukų mėsos yra atitinkamai 4,8, 20 ir 26% cezio dienos normos. Į baltymus vištienos kiaušiniai gauna mažiau - 1,8-2,1%. Netgi dideliais kiekiais cezis kaupiasi vandens organizmų raumenų audiniuose: 1 kg gėlavandenių žuvų aktyvumas gali viršyti 1 litro vandens aktyvumą daugiau nei 1000 kartų (jūrinėse žuvyse jis yra mažesnis).

Pagrindinis Rusijos gyventojų cezio šaltinis yra pieno produktai ir grūdų produktai (po Černobylio avarijos - pieno ir mėsos produktai), Europoje ir JAV cezio daugiausia gaunama su pieno ir mėsos produktais, mažiau - su grūdais ir daržovėmis. . Tokiu būdu sukurtas nuolatinis vidinis apšvitinimas daro žymiai didesnę žalą nei išorinis švitinimas šiuo izotopu.

Paskelbti 137 Cs aktyvumo matavimo pagal jo β spinduliuotę metodai rodo radiocheminį mėginio paruošimą ir didelio grynumo cezio išskyrimą, kad būtų išvengta kitų β spinduolių trukdančios įtakos. Šiuolaikiniai 137 Cs nustatymo metodai paprastai grindžiami gama spinduliuotės, kurios energija yra 661,6 keV, registravimu. Jie skirstomi į instrumentinius, kurių apatinė nustatymo riba (NPL) yra 1–10 Bq / kg (arba Bq / dm 3), ir metodai su išankstiniu cheminiu prisodrinimu (NPD iki 10–2 Bq / kg). Norint sukoncentruoti 137 Cs iš praskiestų tirpalų, jis dažniausiai naudojamas nusodinant kartu su ferocianidais iš nikelio, vario, cinko, geležies, kobalto, kalcio, magnio arba pagal juos surinktais sorbentais.

12. Plutonis

Plutonis (plutonio) Pu yra dirbtinis radioaktyvus cheminis Mendelejevo periodinės elementų lentelės III grupės elementas, atominis skaičius 94, transuraninis elementas, priklauso aktinidams. Pirmąjį nuklidą 238 Pu 1940 metais atrado G. Th.Seaborg, EM McMillan, JE Kennedy ir A.C.Val (A.Ch.Wahl). 1941 m. Pavasarį Seaborgas ir jo bendradarbiai atrado ir pirmą kartą išskyrė ketvirtadalį mikrogramų 239 Pu po 239 Np skilimo, susidariusio apšvitinus 238 U sunkiais vandenilio branduoliais (deuteronais). Po urano ir neptūno naujas elementas buvo pavadintas 1930 metais atrastos Plutono planetos vardu. Nuo 2006 m. Rugpjūčio 24 d. Tarptautinės astronomijos sąjungos sprendimu Plutonas nebėra Saulės sistemos planeta. Graikų mitologijoje Plutonas (dar žinomas kaip Hadas) yra mirusiųjų karalystės dievas.

Plutonis Pu yra pavojingiausias sunkusis metalas. Jame yra 15 radioaktyviųjų izotopų, kurių masės skaičius yra nuo 232 iki 246, daugiausia α spinduliuotės. Šio elemento yra tik pėdsakai Žemėje ir tik urano rūdose. Visų plutonio izotopų T1 vertės yra daug mažesnės nei Žemės amžius, todėl visas pirminis plutonis (kuris mūsų planetoje egzistavo jo susidarymo metu) visiškai sunyko. Tačiau 239 Np β skilimo metu nuolat susidaro nereikšmingi 239 Pu kiekiai, o tai, savo ruožtu, vyksta vykstant branduolinei urano reakcijai su neutronais (pavyzdžiui, neutronų dėl kosminės spinduliuotės).

Todėl urano rūdose buvo aptikta pliutonio pėdsakų tokiais mikroskopiniais kiekiais (0,4–15 dalių Pu 10 10 dalių U), kad išgauti iš urano rūdų nėra galimybės. Dėl branduolinių bandymų į atmosferą buvo išleista apie 5000 kg. Remiantis kai kuriais skaičiavimais, JAV dirvožemyje yra vidutiniškai 2 milicurie (28 mg) plutonio vienam km 2 nuosėdų. Tai tipiškas žmogaus sukurtas produktas; jis gaunamas branduoliniuose reaktoriuose iš urano-238, kuris nuosekliai paverčiamas uranu-239, neptuniu-239 ir plutonu-239.

Lygūs plutonio -238, -240, -242 izotopai nėra skiliosios medžiagos, tačiau gali skilti didelės energijos neutronais (jie yra skilieji). Jie nesugeba išlaikyti grandininės reakcijos (išskyrus plutonį-240). Gauti izotopai 232 Pu - 246 Pu; 247 Pu ir 255 Pu taip pat buvo rasti tarp termobranduolinių bombų sprogimo produktų. Stabiliausias yra neprieinamas 244 Pu (α irimas ir savaiminis skilimas, T 1/2= 8,2 10 7 metai, atominė masė 244,0642). Trapus sidabriškai baltas metalas laisvos formos. Po termobranduolinių bombų sprogimų dulkėse buvo rasta 247 Pu ir 255 Pu izotopų pėdsakų.

Milžiniškos pajėgos ir ištekliai buvo panaudoti branduoliniams tyrimams ir atominės pramonės kūrimui JAV, kaip vėliau SSRS. Per trumpą laiką buvo ištirtos branduolinės ir fizikinės ir cheminės plutonio savybės (19 lentelė). Pirmasis branduolinis užtaisas plutonio pagrindu buvo susprogdintas 1945 m. Liepos 16 d. Alamogordo bandymų vietoje (bandymas kodiniu pavadinimu „Trejybė“). SSRS 1943–1944 m. Buvo pradėti pirmieji 239 Pu gamybos eksperimentai. vadovaujant akademikams I.V. Kurchatovas ir V.G. Khlopinas. Pirmą kartą plutonis SSRS buvo išskirtas iš neutronais apšvitinto urano. 1945 ir 1949 metais SSRS pradėjo veikti pirmoji radiocheminio atskyrimo gamykla.

19 lentelė
Svarbiausių plutonio izotopų branduolinės savybės

Branduolinės savybės	Plutonis-238	Plutonis-239	Plutonis-240	Plutonis-241	Plutonis-242
Pusinės eliminacijos laikas, metai
Aktyvumas, Ci / g
Radioaktyvaus skilimo tipas	alfa skilimas	alfa skilimas	alfa skilimas	beta skilimas	alfa skilimas
Radioaktyvaus skilimo energija, MeV

Pastaba. Visi plutonio izotopai yra silpni gama skleidėjai. Plutonis-241 paverčiamas americium-241 (galingu gama spinduliuote)

Tik du plutonio izotopai yra praktiškai naudojami pramonės ir kariniams tikslams. Plutonis-238, gautas branduoliniuose reaktoriuose iš neptūno-237, naudojamas kompaktiškiems termoelektriniams generatoriams gaminti. Iš vieno plutonio-238 atomo branduolio irimo išsiskiria šeši milijonai elektronų voltų. Cheminės reakcijos metu ta pati energija išsiskiria oksiduojant kelis milijonus atomų. Elektros šaltinis, kuriame yra vienas kilogramas plutonio-238, sukuria 560 MW šiluminę galią. Maksimali tos pačios masės cheminės srovės šaltinio galia yra 5 W.

Yra daug panašių energijos charakteristikų skleidėjų, tačiau viena plutonio-238 savybė daro šį izotopą nepakeičiamu. Paprastai alfa skilimą lydi stipri gama spinduliuotė, prasiskverbianti į didelius medžiagos sluoksnius. 238 Pu yra išimtis. Jo branduolių irimą lydinčios gama kvantos energija yra maža, ir nuo jos apsiginti nesunku: spinduliuotę sugeria plonasienis indas. Šio izotopo branduolių savaiminio skilimo tikimybė taip pat yra maža. Todėl jis rado pritaikymą ne tik dabartiniuose šaltiniuose, bet ir medicinoje. Baterijos su plutonu-238 tarnauja kaip energijos šaltinis specialiuose širdies veiklos stimuliatoriuose, kurių tarnavimo laikas siekia 5 ar daugiau metų.
Plutonio-berilio lydinys veikia kaip laboratorinis neutronų šaltinis. „Pu-238“ izotopas randamas daugelyje branduolinių termoelektrinių generatorių, esančių kosminių tyrimų transporto priemonėse. Dėl savo ilgo tarnavimo laiko ir didelės šiluminės galios šis izotopas yra naudojamas beveik išimtinai kosminiuose RTG, pavyzdžiui, visuose erdvėlaiviuose, kurie skrido už Marso orbitos.

Iš visų izotopų įdomiausias atrodo Pu-239, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 24110 metų. 239 Pu kaip skilimo medžiaga plačiai naudojama kaip branduolinis kuras branduoliniuose reaktoriuose (energija, išsiskirianti skilimo metu 1 G 239 Pu, lygus šilumai, išsiskiriančiai deginant 4000 kg anglių), gaminant branduolinius ginklus (vadinamąjį „ginklų klasės plutonio“) ir atominėse bei termobranduolinėse bombose, taip pat branduoliniuose reaktoriuose greiti neutronai ir branduoliniai reaktoriai civiliniams ir mokslinių tyrimų tikslams ... Kaip α spinduliuotės šaltinis, plutonis kartu su 210 Po buvo plačiai pritaikytas pramonėje, ypač elektrostatinių krūvių šalinimo įtaisuose. Šis izotopas taip pat naudojamas prietaisams.

Plutonis turi daug specifinių savybių. Jis turi mažiausią šilumos laidumą iš visų metalų, mažiausią elektros laidumą, išskyrus manganą. Skystoje fazėje jis yra labiausiai klampus metalas. Lydymosi temperatūra -641 ° C; virimo temperatūra -3232 ° C; tankis - 19,84 (alfa fazėje). Tai labai elektroneigiamas, reaktyvus elementas, daug labiau nei uranas. Jis greitai išblunka, suformuodamas vaivorykštinę plėvelę (kaip vaivorykštės aliejaus plėvelė), iš pradžių šviesiai geltona, galiausiai virsta tamsiai violetine. Jei oksidacija yra pakankamai didelė, jos paviršiuje atsiranda alyvuogių žalių oksido miltelių (PuO 2). Plutonis lengvai oksiduojasi ir greitai korozuoja net esant mažai drėgmei.

Pasikeitus temperatūrai, plutonis patiria stipriausius ir nenatūraliausius tankio pokyčius. Plutonis turi šešias skirtingas kietos fazės (kristalines struktūras), daugiau nei bet kuris kitas elementas.

Plutonio junginiai su deguonimi, anglimi ir fluoru naudojami branduolinėje pramonėje (tiesiogiai arba kaip tarpinės medžiagos). Metalinis plutonis netirpsta azoto rūgštyje, tačiau plutonio dioksidas ištirpsta karštoje koncentruotoje azoto rūgštyje. Tačiau kietame mišinyje su urano dioksidu (pavyzdžiui, panaudotame branduolinio reaktoriaus branduoliniame kure) plutonio dioksido tirpumas azoto rūgštyje padidėja, kai jame tirpsta urano dioksidas. Ši savybė naudojama perdirbant branduolinį kurą (20 lentelė).

20 lentelė
Plutonio junginiai ir jų panaudojimas

Plutonio junginiai	Taikymas
Plutonio dioksidas PuO 2	Sumaišytas su urano dioksidu (UO 2) jis naudojamas kaip kuras branduoliniams reaktoriams
Plutonio karbidas (PuC) Plutonio dikarbidas (PuС 2) Plutonio trikarbidas (PuC 3)	Potencialiai gali būti naudojamas kaip kuras reaktoriams auginti
Plutonio trifluoridas (PuF 3) Plutonio tetrafluoridas (PuF 4)	Jie yra tarpiniai junginiai metalo plutonio gamyboje
Plutonio nitratai - Pu (NO 3) 4 ir Pu (NO 3) 3	Nėra naudojamas. Ar perdirbimo produktai (išgaunant plutonio iš panaudoto branduolinio kuro)

Svarbiausi plutonio junginiai: PuF 6 (mažai verdantis skystis; termiškai daug mažiau stabilus nei UF 6), kietas oksidas PuO 2, karbidas PuC ir nitridas PuN, kurie mišiniuose su atitinkamais urano junginiais gali būti naudojami kaip branduolinis kuras .

Labiausiai paplitę yra radioizotopiniai įtaisai, tokie kaip jonizacijos priešgaisrinė signalizacija arba radioizotopų dūmų detektoriai. Apdirbant, plutonis lengvai sudaro aerozolius.

Gamtoje jis susidaro Np-239 β skilimo metu, kuris, savo ruožtu, vyksta vykstant branduolinei urano-238 reakcijai su neutronais (pavyzdžiui, neutronai nuo kosminės spinduliuotės). Pramoninė Pu-239 gamyba taip pat pagrįsta šia reakcija ir vyksta branduoliniuose reaktoriuose. Plutonis-239 yra pirmasis, susidarantis branduoliniame reaktoriuje, kai švitinamas uranas-238; kuo ilgesnis šis procesas, tuo sunkesni atsiranda plutonio izotopai. Plutonis-239 turi būti chemiškai atskirtas nuo skilimo produktų ir panaudoto branduolinio kuro likusio urano. Šis procesas vadinamas pakartotiniu apdorojimu. Kadangi visi izotopai turi vienodą protonų skaičių ir skirtingus - neutronus, jų cheminės savybės (cheminės savybės priklauso nuo protonų skaičiaus branduolyje) yra vienodos, todėl cheminius metodus labai sunku atskirti izotopus.

Vėlesnis Pu-239 atskyrimas nuo urano, neptūno ir labai radioaktyvių skilimo produktų atliekamas radiocheminiuose įrenginiuose radiocheminiais metodais (bendro nusodinimo, ekstrahavimo, jonų mainų ir kt.). Plutonio metalas paprastai gaunamas redukuojant PuF 3, PuF 4 arba PuO 2 su bario, kalcio ar ličio garais.

Tada jie naudoja savo gebėjimą skilti veikiant neutronams atominiuose reaktoriuose ir gebėjimą savarankiškai skilti grandininę reakciją esant kritinei masei (7 kg) - atominėse ir termobranduolinėse bombose, kur tai yra pagrindinis komponentas . Jo α modifikacijos kritinė masė yra 5,6 kg (sfera, kurios skersmuo 4,1 cm). 238 Pu naudojamas ilgaamžėms „atominėms“ elektros baterijoms. Plutonio izotopai yra žaliavos transplutonio elementų (Am ir kt.) Sintezei.

Švitinant Pu-239 neutronais, galima gauti izotopų mišinį, iš kurio Pu-241 izotopas, taip pat Pu-239, yra skilus ir galėtų būti naudojamas energijai gaminti. Tačiau jo pusinės eliminacijos laikas yra 14,4 metų, o tai neleidžia jo ilgai laikyti, be to, suyrant susidaro neskaidomas Am-241 (α-, γ-radioaktyvus), kurio pusinės eliminacijos laikas yra 432,8 metų. Pasirodo, kad maždaug kas 14 metų Am-241 kiekis aplinkoje padvigubėja. Ją, kaip ir kitus transuraninius elementus, sunku aptikti naudojant įprastą γ-spektrometrinę įrangą, todėl reikia labai specifinių ir brangių aptikimo metodų. Pu-242 izotopas savo branduolinėmis savybėmis labiausiai panašus į uraną-238, Am-241, susidariusį skiliant Pu-241 izotopui, buvo naudojamas dūmų detektoriuose.

„Americium-241“, kaip ir kiti transuraniniai elementai (neptūnas, kalifornis ir kiti), yra aplinkai pavojingas radionuklidas, daugiausia α skleidžiantis elementas, sukeliantis vidinį kūno švitinimą.

Žemėje susikaupusio plutonio yra daugiau nei pakankamai. Jo gamyba visiškai nereikalinga tiek gynybai, tiek energetikai. Nepaisant to, iš 13 SSRS egzistavusių reaktorių, gaminančių ginkluotės klasės plutonio, toliau veikia 3: du iš jų yra Severske. Paskutinis toks reaktorius JAV buvo uždarytas 1988 m.

Plutonio kokybę lemia jo izotopų procentinė dalis (išskyrus plutonio-239) (21 lentelė).

1998 m. Rugsėjo mėn. Oak Ridge nacionalinės laboratorijos (ORNL) izotopų skyriaus nustatytos plutonio kainos buvo: 8,25 USD / mg už plutonio-238 (97% grynumo); 4,65 USD / mg už plutonio-239 (> 99,99%); 5,45 USD / mg už plutonio-240 (> 95%); 14,70 USD / mg už plutonio-241 (> 93%) ir 19,75 USD / mg už plutonio-242.

21 lentelė
Plutonio kokybė

Ši JAV energetikos departamento sukurta plutonio klasifikacija pagal kokybę yra gana savavališka. Pavyzdžiui, branduolinei bombai gaminti gali būti naudojamas kuras, reaktoriaus plutonis, kuris yra mažiau tinkamas kariniams tikslams nei ginkluotas plutonis. Bet kokios kokybės plutonis gali būti naudojamas radiologiniam ginklui sukurti (kai radioaktyviosios medžiagos purškiamos be branduolinio sprogimo).

Vos prieš 60 metų žaliuose augaluose ir gyvūnuose nebuvo plutonio, dabar į atmosferą purškiama iki 10 tonų. Branduolinė energija pagamino apie 650 tonų, o karinė - daugiau nei 300 tonų. Didelė visos plutonio gamybos dalis yra Rusijoje.

Patekęs į biosferą, plutonis migruoja per žemės paviršių, įskaitant biocheminius ciklus. Plutonis yra koncentruotas jūrų organizmų: jo kaupimosi koeficientas (ty koncentracijos organizme ir išorinėje aplinkoje santykis) dumbliams yra 1000–9000, planktonas (mišrus) - apie 2300, moliuskai - iki 380, jūrų žvaigždės - apie 1000, žuvų raumenims, kaulams, kepenims ir skrandžiui - atitinkamai 5 570, 200 ir 1060. Sausumos augalai daugiausia įsisavina plutonį per šaknų sistemą ir sukaupia jį iki 0,01% savo masės. Nuo 70 -ųjų. XX amžiuje plutonio dalis biosferos radioaktyvioje taršoje didėja (jūrų bestuburių apšvitinimas dėl plutonio tampa didesnis nei dėl 90 Sr ir 137 Cs). 239 Pu MPC atviruose vandens telkiniuose ir darbo patalpų ore yra atitinkamai 81,4 ir 3,3 ּ 10 -5 Bq / l.

Plutonio elgesys ore lemia saugaus jo laikymo ir tvarkymo gamybos metu sąlygas (22 lentelė). Plutonio oksidavimas kelia pavojų sveikatai, nes plutonio dioksidas, būdamas stabilus junginys, lengvai patenka į plaučius įkvėpus. Jo specifinis aktyvumas yra 200 tūkstančių kartų didesnis nei urano, be to, organizmas išsiskiria iš jo patekusio plutonio praktiškai nevyksta per visą žmogaus gyvenimą.

Plutonio biologinis pusinės eliminacijos laikas yra 80–100 metų, kai jis yra kauliniame audinyje, jo koncentracija ten yra praktiškai pastovi. Pusinės eliminacijos laikas iš kepenų yra 40 metų. Chelatiniai priedai gali pagreitinti plutonio pašalinimą.

22 lentelė
Plutonio savybių pasikeitimas ore

Forma ir aplinkos sąlygos	Plutonio reakcija
Metaliniai luitai kambario temperatūroje	Santykinai inertiškas lėtai oksiduojasi
Metalo milteliai kambario temperatūroje	Greitai reaguoja į susidarymą plutonio dioksidas (PuO 2)
Smulkūs milteliai: su dalelėmis d<1 мм и d>1 mm su dalelėmis d> 1 mm	Spontaniškai užsidega: atitinkamai 150 ° C ir 500 ° C temperatūroje
Esant aukštai temperatūrai ir drėgmei	Reaguoja į formą plutonio dioksidas (PuO 2)

Plutonis vadinamas „branduoliniais nuodais“, jo leistinas kiekis žmogaus organizme įvertinamas nanogramais. Tarptautinė radiologinės apsaugos komisija (ICRP) nustatė 280 nanogramų metinę absorbciją. Tai reiškia, kad profesionaliam poveikiui plutonio koncentracija ore neturėtų viršyti 7 picoCi / m 3. Didžiausia leistina Pu-239 koncentracija (profesionaliam personalui) yra 40 nanoCuri (0,56 mikrogramų) ir 16 nanoCuri (0,23 mikrogramo) plaučių audiniams.

500 mg plutonio kaip smulkiai susmulkintos arba ištirpusios medžiagos absorbcija gali sukelti mirtį dėl ūmaus virškinimo sistemos apšvitinimo per kelias dienas ar savaites. Įkvėpus 100 mg plutonio 1-3 mikronų dalelių pavidalu, optimaliai sulaikomas plaučiuose, plaučių edema miršta per 1-10 dienų. Įkvėpus 20 mg dozę, miršta nuo fibrozės maždaug per mėnesį. Jei dozės yra daug mažesnės nei šios vertės, pasireiškia lėtinis kancerogeninis poveikis.
Visą gyvenimą suaugusiųjų plaučių vėžio išsivystymo rizika priklauso nuo į organizmą patekusio plutonio kiekio. Nurijus 1 mikrogramą plutonio, rizika susirgti vėžiu yra 1% (normalus vėžio dažnis yra 20%). Atitinkamai 10 mikrogramų padidina vėžio riziką nuo 20% iki 30%. Prarijus 100 ar daugiau mikrogramų, plaučių vėžys išsivysto (dažniausiai po kelių dešimtmečių), nors plaučių pažeidimo požymiai gali atsirasti per kelis mėnesius. Jei jis patenka į kraujotakos sistemą, tada didelė tikimybė, kad jis pradės koncentruotis audiniuose, kuriuose yra geležies: kaulų čiulpuose, kepenyse, blužnyje. Jei suaugusio žmogaus kauluose yra 1,4 mikrogramo, imunitetas dėl to pablogės ir po kelerių metų gali išsivystyti vėžys.

Faktas yra tas, kad Pu-239 yra α spinduolis, o kiekviena jo α dalelė biologiniame audinyje sukuria 150 tūkstančių jonų porų per trumpą kelią, pažeisdama ląsteles ir sukeldama įvairias chemines transformacijas. Pu priklauso medžiagoms, kurių pasiskirstymas yra mišrus, nes jis kaupiasi ne tik kaulų skeletuose, bet ir kepenyse. Jis labai gerai išsilaiko kauluose ir praktiškai nėra pašalinamas iš organizmo, nes sulėtėja medžiagų apykaitos procesai kauliniame audinyje. Dėl šios priežasties šis nuklidas priklauso toksiškiausių kategorijai.

Būdamas kūne, plutonis žmonėms tampa nuolatiniu α spinduliuotės šaltiniu, sukeliančiu kaulų navikus, kepenų vėžį ir leukemiją, kraujodaros sutrikimus, osteosarkomas, plaučių vėžį, todėl yra vienas pavojingiausių kancerogenų (23 lentelė).

Bibliografija

1. Tichonovas M. N., Muratovas O. E., Petrovas E. L. Izotopai ir radiacijos technologijos: tikrovės supratimas ir žvilgsnis į ateitį // Ekologinė ekspertizė. Obz.inf., 2006, Nr. 6, p. 38-99. - M., VINITI RAS.
Tikhonovas M.N., Muratovas O.E., Petrovas E.L. Izotopai ir radiacijos technologijos: tikrovės supratimas ir žvilgsnis į ateitį // Ekologinė ekspertizė. Obz.inf., 2006, Nr. 6, p. 38-99. - M., VINITI RAN. 2. Bazhenovas V.A., Buldakovas L.A., Vasilenko I.Ya. ir kiti.Kenksmingos cheminės medžiagos. Radioaktyviosios medžiagos: informacinis leidimas // Red. V.A. Filova ir kt. -L.: Chemija, 1990–464 p.
3. Cheminė enciklopedija: 5 tomai // Ch. red. Zefirovas N.S. - M.: Bolšaja Rusų enciklopedija, 1995. - T. 4, p. 153-154 (radis), p. 282 (rubidiumas), p. 283 (rutenis), p. 300 (švinas), p. 560 (technecis), p. 613 (toris); 1999. - T. 5, p. 41 (uranas), p. 384 (cirkonis).
4. Cheminė enciklopedija: 5 tomai // Ch. red. Knunyants I.L. - M.: Sovietų enciklopedija, 1990.- T. 1, p. 78 (jūros anemonas), p. 125 (iškyla), p. 241 (baris); T. 2, p. 284 (kalis), p. 286 (kalifornija), p. 414 (kobaltas), p. 577 (lantanas); 1992. 3 tomas, p. 580 (plutonis).
5. Nesmejanovas AN Radiochemija. - M.: Chemija, 1978–560 p.
6. Širokovas Yu.M., Yudin N.P. Branduolinė fizika. - M., mokslas, 1980 m.
7. Kozlovas V.F. Radiacinės saugos vadovas. - 5 -asis leidimas, red. ir pridėkite. - M.: Energoatomizdat, 1999.- 520 p.
8. Moisejevas A. A., Ivanovas V. I. Dozimetrijos ir radiacinės higienos vadovas. - M.: Energoatomizdat, 1992.- 252 p.
9. Kirillovas V.F., Knizhnikovas V.A., Korenkovas I.P. Radiacinė higiena // Red. L.A. Iljinas. - M.: Medicina, 1988.- 336 psl.
10. Rikhvanovas L.P. Bendrosios ir regioninės radioekologijos problemos. - Tomskas: TPU, 1997.- 384 p.
11. Bagnal K. Retų radioaktyviųjų elementų chemija. Polonis - anemonai: Per. iš anglų kalbos // Red. Yu.V. Gagarinskis. - M.: Užsienio leidykla. lit-ry. - 256 psl.
12. Gusevas N. G., Rubcovas P. M., Kovalenko V. V., Kolobaškinas V. V. Skilimo produktų spinduliuotės charakteristikos: vadovas. - M.: Atomizdat, 1974.- 224 p.
13. Transuraniniai elementai aplinkoje // Red. JAV Hensonas: Per. iš anglų kalbos - M.: Mir, 1985–344 p.
14. Smyslovas A.A. Uranas ir toris žemės plutoje. - L.: Nedra, 1974.- 232 p.
15. Jonizuojančioji spinduliuotė: šaltiniai ir biologinis poveikis. Jungtinių Tautų atominės spinduliuotės poveikio mokslinis komitetas (UNSCEAR). 1982 m. Ataskaita Generalinei Asamblėjai. 1 tomas. - Niujorkas, JT, 1982.- 882 p.
16. Jonizuojančiosios spinduliuotės šaltiniai, poveikis ir pavojai // JT atominio spinduliavimo poveikio mokslinio komiteto ataskaita Generalinei Asamblėjai 1988 m. - M.: Mir, 1992.- 1232 p.
17. Vasilenko I. Taip. Branduolių skilimo produktų toksikologija. - M.: Medicina, 1999–200 p.
18. Izraelis Yu.A., Stukinas E.D. Gama - radioaktyviųjų nuosėdų spinduliuotė. - M.: Atomizdat, 1967.- 224 p.
19. Aleksakhin R.M., Arkhipov N.P., Vasilenko I.Ya. Sunkūs natūralūs radionuklidai biosferoje. - M.: Nauka, 1990.- 368 p.
20. Krivolutskiy D.A. ir kt. Jonizuojančiosios spinduliuotės poveikis biogeocenozei. - M.: Gidrometeoizdat, 1977.- 320 p.
21. Buldakovas L.A. Radioaktyviosios medžiagos ir žmonės. -M.: Energoatomizdat, 1990 - 160 psl.
22. Ruseris L.S. Radioaktyvieji aerozoliai // Red. A.N. Martynukas. - M.: Energoatomizdat, 2001.- 230 p.
23. Žuravlevas V.F. Radioaktyviųjų medžiagų toksikologija. - M.: Energoatomizdat, 1990.- 336 p.
24. Moisejevas A.A. Cezis-137. Aplinka yra žmogiška. - M.: Energoatomizdat, 1985.- 121 p.
25. Tikhonovas M.N., Muratovas O.E. Alternatyvus branduolinio kuro ciklas: būtinumas ir aktualumas // Pramoninės gamybos ekologija, 2009, Nr. 4, p. 40-48.
26. Aleksakhin R.M., Vasiliev A.V., Dikarev V.G. ir kita žemės ūkio radioekologija. - M., Ekologija, 1991 m.
27. Chalovas P.I. Natūralaus urano izotopinė frakcionavimas. - Frunze: Ilimas, 1975 m.
28. Pilipenko A.T. Natris ir kalis // Elementarios chemijos vadovas. - 2 -asis leidimas. - Kijevas: Naukova Dumka, 1978, p. 316-319.
29. Tikhonovas M.N. Radono pavojus: šaltiniai, dozės ir neišspręstos problemos // Ekologinė ekspertizė. Obz.inf., 2009, numeris. 5, p. 2-108. - M., VINITI RAS.
30. Gudzenko V.V., Dubinčukas V.T. Radžio ir radono izotopai natūraliuose vandenyse. - M.: Nauka, 1987 m.- 157 psl.
31. Martynyuk Yu.N. Geriamojo vandens kokybės klausimas dėl radiacijos // ANRI, 1996, №1, p. 64-66.
32. Borisovas N. B., Iljinas L. A., Margulis U.Ya. ir kita radiacinė sauga dirbant su poloniu-210 // Red. I.V. Petryanova ir L.A. Iljinas. - M.: Atomizdat, 1980.- 264 p.
33. Polonio-210 ir švino-210 tūrinio aktyvumo natūraliuose vandenyse matavimo metodas alfa-beta radiometriniu metodu su radiocheminiu preparatu. - M., 2001 m.
34. Gusevas N. G., Beljajevas V. A. Radioaktyviosios emisijos biosferoje: vadovas. - M.: Energoatomizdat, 1991.- 255 p.
35. Bolsunovskis A.Ya. Branduolinių medžiagų gamyba Rusijoje ir aplinkos tarša. - Knygoje: Atomas be „slapto“ antspaudo: požiūriai. - Maskva-Berlynas, 1992, p. 9-29.
36. Fedorova E.A., Ponomareva R.P., Milakina L.A. 14 C elgesio dėsningumai atmosferos ir augalų sistemoje kintamos CO 2 koncentracijos ore sąlygomis // Ekologija, 1985, Nr. 5, p. 24-29.
37. Ponomareva R.P., Milakina L.A., Savina V.I. Anglies-14 elgesio dėsningumai žmogaus maisto grandinėje veikiant vietiniam išmetamųjų teršalų šaltiniui // Branduolinė pramonė: aplinka ir visuomenės sveikata / Red. L.A. Buldakova, S. N. Demina. - M., 1988, p. 240-249.
38. Rublevskis V.P., Golenetskiy S.P., Kirdin G.S. Radioaktyvi anglis biosferoje. - M.: Atomizdat, 1979.- 150 p.
39. Artemova N.E., Bondarev A.A., Karpov V.I., Kurdyumov B.S. leistinas radioaktyviųjų ir kenksmingų cheminių medžiagų išmetimas į atmosferos paviršinį sluoksnį. - M.: Atomizdat, 1980.- 235 p.
40. Deminas S.N. Anglies-14 problema PA „Mayak“ srityje // Radiacinės saugos klausimai, 2000, №1, p. 61-66.
41. Sacharovas A.D. Radioaktyvi anglis branduoliniai sprogimai ir neribotas biologinis poveikis // Atominė energija, 1958, T. 4, Nr. 6, p. 576-580.
42. Sacharovas A.D. Branduolinių sprogimų radioaktyvioji anglis ir biologinis poveikis be slenksčio // Science and Global Security, 1991, t. 1, nr. 4, p. 3-8.
43. Vokiečių A.M. Atmosferos radijo anglis ir mirtingumas Danijoje. Interneto žurnalas „Komercinė biotechnologija“, 2005 m.
44. Evans E. Tričio ir jo junginių. - M., „Atomizdat“, 1970 m.
45. Lensky L.A. Tričio fizika ir chemija. - M., „Atomizdat“, 1981 m.
46. Belovodsky L.F., Gayevoy V.K., Grišmanovskis V.I. Tričio. - M., „Atomizdat“, 1985 m.
47. Andreev B.M., Zelvensky Ya.D., Katalnikov S.G. Sunkūs vandenilio izotopai branduolinėje technologijoje. - M., „Atomizdat“, 1987 m.
48. Leensonas I.A. 100 klausimų ir atsakymų chemijoje. - M., AST-Astrel, 2002 m.
49. Dubasovas Yu.V., Okunevas N.S., Pakhomovas S.A. Ksenono ir kriptono-85 radionuklidų stebėjimas Rusijos šiaurės vakarų regione 2007–2008 m. // Surinktos ataskaitos. III tarpt. branduolinis forumas Rugsėjo 22–26 d. 2008 - SPb.: NOU DPO „ATOMPROF“, 2008, p. 57-62.
50. Ksenzenko V.I., Stasinevičius D.S. Bromo, jodo ir jų junginių chemija ir technologija. 2 -asis leidimas. - M.: In.lit., 1995.- 562 psl.
51. Bagnal K. Seleno, telūro ir polonio chemija. - M., 1971 m.
52. Metodinės instrukcijos MU 2.6.1.082-96. Vidinės skydliaukės švitinimo jodu-131 dozės įvertinimas, remiantis rezultatais, nustatytais jodo-129 kiekio aplinkos objektuose (Patvirtinta Rusijos Federacijos vyriausiojo valstybinio sanitarinio gydytojo pavaduotojo 1996 m. Gegužės 24 d.).
53. Gavrilinas Yu.I., Volkovas V.Ya., Makarenkova I.I. Retrospektyvus vientiso jodo-131 nusėdimo atkūrimas Rusijos Briansko srities gyvenvietėse, remiantis 2008 m. Jodo-129 kiekio nustatymo dirvožemyje rezultatais // Radiacinė higiena, 2009, T. 2, Nr. 3, p. 38-44.
54. Vasilenko I.Ya., Vasilenko O.I. Radioaktyvusis stroncis // Energija: ekonomika, technologijos, ekologija, 2002, Nr. 4, p. 26-32.
55. Vasilenko I. Taip. Radioaktyvus cezis-137 // Gamta, 1999, Nr. 3, p. 70-76.
56. Plutonio ekonomika: išeitis arba aklavietė. Plutonis aplinkoje // Komp. Mironova N.I. - Čeliabinskas, 1998.- 74 p.
57. Blumenthal U.B. Cirkonio chemija. - M., 1963 m.
58. L. A. Pertsovas. Jonizuojanti biosferos spinduliuotė. - M.: Atomizdat, 1973.- 288 p.
59. Populiari cheminių elementų biblioteka. 2 knyga. Silver-nielsborium ir už jos ribų. - 3 -asis leidimas. - M.: Nauka, 1983–573 p.
60. Ogorodnikovas B.I. „Toron“ ir jos dukterinės įmonės įkvėpus švitinimo problemą // Atominės technologijos užsienyje, 2006, Nr. 6, p. 10-15.
61. Yarmonenko S. P. Žmogaus ir gyvūnų radiobiologija. baigti mokyklą, 1988.-424 p.
62. Babaev N.S., Demin V.F., Ilyin L.A. ir kt. Branduolinė energija, žmogus ir aplinka / Red. akad. A.P. Aleksandrova. - M.: Energoatomizdat, 1984.- 312 p.
63. Abramovas Yu.V. ir kiti. Organų ir audinių išorinio švitinimo dozių nustatymas pagal NRB -99 reikalavimus pramoninėmis sąlygomis // Ekstremalių situacijų medicina, 2000, Nr. 3 (6), p. 55-60.
64. Aleksakhinas R. M., Buldakovas L. A., Gubanovas V. A. ir kitos didelės radiacinės avarijos: pasekmės ir apsaugos priemonės / Red. red. L. A. Ilyina ir V. A. Gubanovas. - M.: IzdAT, 2001.-752 p.
65. V. P. Mashkovich, A. V. Kudryavtseva. Apsauga nuo jonizuojančiosios spinduliuotės: vadovas, 4 leid. - M.: Energoatomizdat, 1995.
66. Radiacinė medicina. T.2. Radiacinė žala žmonėms / Mažiau. red. akad. RAMS L. A. Iljina. -M .: IzdAT, 2001. -432 p.

Plutonio aprašymas

Plutonis(Plutonis) yra sunkus sidabrinis cheminis elementas, radioaktyvus metalas, kurio atominis skaičius yra 94, kuris periodiškai žymimas simboliu Pu.

Šis elektroneigiamas aktyvus cheminis elementas priklauso aktinidų grupei, kurių atominė masė yra 244,0642, ir, kaip ir neptūnas, kuris gavo savo vardą to paties pavadinimo planetos garbei, ši cheminė medžiaga yra pavadinta Plutono planetai, nes jos pirmtakai radioaktyviojo elemento Mendelejevo cheminių elementų periodinėje lentelėje yra ir neptūnas, kurie taip pat buvo pavadinti tolimų kosminių mūsų galaktikos planetų vardu.

Plutonio kilmė

Elementas plutonis pirmą kartą 1940 metais Kalifornijos universitete atrado grupė radiologų ir mokslinių tyrėjų G. Seaborg, E. Macmillan, Kennedy, A. Walhom bombarduojant urano taikinį iš ciklotrono deuteronais - sunkiais vandenilio branduoliais.

Tų pačių metų gruodį mokslininkai atrado plutonio izotopas-Pu-238, kurio pusinės eliminacijos laikas yra daugiau nei 90 metų, o buvo nustatyta, kad veikiant sudėtingiausioms branduolinėms cheminėms reakcijoms iš pradžių gaunamas izoptas neptūnas-238, po kurio izotopas jau susidaro plutonis-238.

1941 metų pradžioje mokslininkai atrado plutonis 239 su skilimo laikotarpiu 25 000 metų. Plutonio izotopai gali turėti skirtingą neutronų kiekį branduolyje.

Gryno elemento junginio buvo galima gauti tik 1942 m.

Šiuo metu plutonio izotopai, kurių iš viso yra 15, skiriasi savo trukme. pusė gyvenimo... Su šiuo elementu siejamos didelės viltys ir perspektyvos, tačiau kartu ir rimta žmonijos baimė.

Plutonis yra daug aktyvesnis nei, pavyzdžiui, uranas ir priklauso brangiausiai techniškai svarbiausioms ir reikšmingiausioms cheminėms medžiagoms.

Pavyzdžiui, gramo plutonio kaina yra kelis kartus didesnė nei vieno gramo ar kitų vienodai vertingų metalų.

Plutonio gamyba ir kasyba laikoma brangia, o vieno gramo metalo kaina mūsų laikais užtikrintai laikoma maždaug 4000 JAV dolerių.

Kaip gaunamas plutonis? Plutonio gamyba

Cheminis elementas gaminamas branduoliniuose reaktoriuose, kurių viduje uranas dalijamasi veikiant sudėtingiems tarpusavyje susijusiems cheminiams ir technologiniams procesams.

Uranas ir plutonis yra pagrindiniai, pagrindiniai atominio (branduolinio) kuro gamybos komponentai.

Jei reikia gauti didelį radioaktyviojo elemento kiekį, naudojamas transuraninių elementų, kuriuos galima gauti iš panaudoto branduolinio kuro ir švitinant uraną, apšvitinimo metodas. Sudėtingos cheminės reakcijos gali atskirti metalą nuo urano.

Norint gauti izotopus, būtent plutonio-238 ir ginklų klasės plutonio-239, kurie yra tarpiniai skilimo produktai, naudojamas neptūno-237 švitinimas neutronais.

Tyrimuose su cerio rūda, kuri greičiausiai išliko nuo mūsų planetos Žemės susidarymo, buvo nustatyta nedidelė plutonio-244 dalis, kuri dėl ilgo pusinės eliminacijos laiko yra labiausiai „ilgaamžis“ izotopo variantas. . Šis radioaktyvus elementas gamtoje natūraliai nepasitaiko.

Pagrindinės plutonio fizinės savybės ir savybės

Plutonis yra gana sunkus sidabro spalvos radioaktyvus cheminis elementas, kuris šviečia tik išgryninta forma. Atominis plutonio metalo masė yra lygus 244 amu. valgyti.

Dėl didelio radioaktyvumo šis elementas yra šiltas liesti, užviręs vanduo gali įkaisti iki temperatūros, viršijančios temperatūros indikatorių.

Plutonis, veikiamas deguonies atomų, greitai patamsėja ir yra padengtas vaivorykštine plona plėvele, iš pradžių šviesiai geltona, o vėliau prisotinta arba ruda.

Esant stipriai oksidacijai, ant elemento paviršiaus susidaro PuO2 milteliai. Šio tipo cheminis metalas yra jautrus stipriems oksidacijos ir korozijos procesams net esant žemai drėgmei.

Norint išvengti metalo paviršiaus korozijos ir oksidacijos, reikalinga džiovinimo krosnis. Plutonio nuotrauka galima pamatyti žemiau.

Plutonis priklauso keturvalenčiams cheminiams metalams, gerai ir greitai ištirpsta vandenilio jodido medžiagose, rūgščioje terpėje, pavyzdžiui, chlore.

Metalo druskos greitai neutralizuojamos aplinkoje, kurioje vyksta neutrali reakcija, šarminiai tirpalai, tuo pačiu susidaro netirpus plutonio hidroksidas.

Plutonio lydymosi temperatūra yra 641 laipsnis Celsijaus, virimo temperatūra - 3230 laipsnių.

Esant aukštos temperatūros sąlygoms, atsiranda nenatūralių metalo tankio pokyčių. Plutonio pavidalu jis turi įvairias fazes ir šešias kristalines struktūras.

Pereinant tarp fazių pastebimi reikšmingi elemento tūrio pokyčiai. Elementai įgauna tankiausią formą šeštoje alfa fazėje (paskutinis perėjimo etapas), o tik neptūno radis yra sunkesnis už metalą.

Lydant, elementas yra stipriai suspaustas, todėl metalas gali prilipti prie vandens ir kitų neagresyvių skystų terpių paviršiaus.

Nepaisant to, kad šis radioaktyvusis elementas priklauso cheminių metalų grupei, elementas yra gana lakus, o trumpam esant uždaroje erdvėje jo koncentracija ore padidėja ir padidėja kelis kartus.

Pagrindinės metalo fizinės savybės yra: žemas laipsnis, visų esamų ir žinomų cheminių elementų šilumos laidumo lygis, žemas elektros laidumo lygis, skysta būsena plutonis yra vienas klampiausių metalų.

Verta paminėti, kad bet kokie plutonio junginiai yra toksiški, nuodingi ir kelia rimtą spinduliuotės pavojų žmogaus organizmui, kuris atsiranda dėl aktyvios alfa spinduliuotės, todėl visi darbai turi būti atliekami itin kruopščiai ir tik su specialiais kostiumais su chemine apsauga.

Daugiau apie savybę, unikalaus metalo kilmės teorijas rasite knygoje Obručiovas „Plutonis". Autorius V.A. Obručiovas kviečia skaitytojus pasinerti į nuostabų ir nepakartojamą fantastiškos Plutonio šalies, esančios giliai Žemės žarnyne, pasaulį.

Plutonio naudojimas

Pramoninis cheminis elementas paprastai klasifikuojamas į ginklų klasės ir reaktoriaus („galios“) plutonio.

Taigi, gamybai atominiai ginklai Iš visų esamų izotopų leidžiama naudoti tik plutonį-239, kuriame neturėtų būti daugiau kaip 4,5% plutonio-240, nes jis savaime dalijasi, o tai labai apsunkina karinių sviedinių gamybą.

Plutonis-238 randa pritaikymą mažo dydžio radioizotopinių elektros energijos šaltinių veikimui, pavyzdžiui, kaip kosmoso technologijų energijos šaltinį.

Prieš kelis dešimtmečius plutonis buvo naudojamas medicinoje širdies stimuliatoriuose (širdies ritmo palaikymo prietaisuose).

Pirmoji pasaulyje sukurta atominė bomba turėjo plutonio užtaisą. Branduolinis plutonis(Pu 239) yra paklausus kaip branduolinis kuras reaktoriams eksploatuoti. Be to, šis izotopas yra transplutonio elementų gamybos reaktoriuose šaltinis.

Palyginus branduolinį plutonio su grynu metalu, izotopas turi aukštesnius metalo parametrus, neturi pereinamųjų fazių, todėl yra plačiai naudojamas kuro elementų gavimo procese.

Plutonio 242 izotopų oksidai taip pat yra paklausūs kaip energijos šaltinis mirtiniems kosmoso vienetams, įrangai ir kuro strypams.

Ginklo klasės plutonis- Tai elementas, pateiktas kompaktiško metalo pavidalu, kuriame yra ne mažiau kaip 93% Pu239 izotopo.

Šio tipo radioaktyvus metalas naudojamas įvairių tipų branduolinių ginklų gamybai.

Ginklų klasės plutonis gaunamas specializuotuose pramoniniuose branduoliniuose reaktoriuose, kurie veikia natūraliame arba mažai prisodrintame urane, nes jis sugauna neutronus.

Šis metalas vadinamas tauriu, bet ne dėl grožio, bet dėl jo nepakeičiamumo. Mendelejevo periodinėje lentelėje šis elementas užima ląstelių skaičių 94. Būtent su juo mokslininkai deda didžiausias viltis, o būtent plutonio jie vadina pavojingiausiu žmonijai metalu.

Plutonis: aprašymas

Iki išvaizda tai sidabriškai baltas metalas. Jis yra radioaktyvus ir gali būti pavaizduotas kaip 15 izotopų, kurių pusinės eliminacijos laikas yra skirtingas, pavyzdžiui:

Pu -238 - apie 90 metų
Pu -239 - apie 24 tūkstančius metų
Pu -240 - 6580 metų
Pu -241 - 14 metų
Pu -242 - 370 tūkstančių metų
Pu -244 - apie 80 milijonų metų

Šio metalo negalima išgauti iš rūdos, nes jis yra radioaktyvaus urano konversijos produktas.

Kaip gaunamas plutonis?

Plutonio gamybai reikalingas urano skilimas, kurį galima atlikti tik branduoliniuose reaktoriuose. Jei kalbėsime apie Pu elemento buvimą žemės plutoje, tada 4 milijonams tonų urano rūdos bus tik 1 gramas gryno plutonio. Ir šis gramas susidaro natūraliai užfiksavus neutronus urano branduoliais. Taigi, norint gauti kelis kilogramus šio branduolinio kuro (dažniausiai izotopo 239-Pu), būtina atlikti sudėtingą technologinį procesą branduoliniame reaktoriuje.

Plutonio savybės

Radioaktyvusis metalas plutonis turi šias fizines savybes:

tankis 19,8 g / cm 3
lydymosi temperatūra - 641 ° C
virimo temperatūra - 3232 ° C
šilumos laidumas (esant 300 K) - 6,74 W / (m K)

Plutonis yra radioaktyvus ir todėl šiltas liesti. Be to, šis metalas pasižymi mažiausiu šilumos laidumu ir elektros laidumu. Skystas plutonis yra klampiausias iš visų egzistuojančių metalų.

Mažiausias plutonio temperatūros pokytis lemia akimirksniu pasikeitusią medžiagos tankį. Apskritai, plutonio masė nuolat kinta, nes šio metalo branduoliai nuolat dalijasi į mažesnius branduolius ir neutronus. Kritinė pliutonio masė yra mažiausia skiliosios medžiagos masė, kurioje skilimo eiga (branduolinė grandininė reakcija) išlieka įmanoma. Pavyzdžiui, ginklų klasės plutonio kritinė masė yra 11 kg (palyginimui, labai praturtinto urano kritinė masė yra 52 kg).

Uranas ir plutonis yra pagrindinis branduolinis kuras. Norint gauti daug plutonio, naudojamos dvi technologijos:

urano apšvitinimas
transuraninių elementų, gautų iš panaudoto kuro, apšvitinimas

Abu metodai yra plutonio ir urano atskyrimas dėl cheminės reakcijos.

Norint gauti gryno plutonio-238, naudojamas neptūno-237 švitinimas neutronais. Tas pats izotopas dalyvauja kuriant ginklų klasės plutonį-239, visų pirma, tai yra tarpinis skilimo produktas. 1 milijonas dolerių yra 1 kg plutonio-238 kaina.