Plutonij

Plutónij je radioaktiven kovinski kemični element, ki ima v periodnem sistemu simbol Pu in atomsko število 94. Njegova atomska teža je 244,06, gostota je 19.800 kg/m³. Uporablja se v večini sodobnih jedrskih orožij. Najpomembnejši izotop plutonija je ²³⁹Pu z razpolovno dobo 24.200 let. Plutonij pridobivamo v jedrskih reaktorjih, kjer jedro urana (²³⁸U) zajame nevtron in nastane nestabilni uranov izotop, ki po hitrem beta razpadu (β⁻-razpad) predide v razmeroma stabilni plutonij 239. Z zaporednim zajetjem nadaljnjih nevtronov nastanejo drugi transuranski elementi, vključno z izotopi plutonija z višjo atomsko maso.

Plutonij, ₉₄Pu

Plutonij
Izgovarjava	IPA: [plutónij]
Alotropi	glej Alotropi plutonija
Videz	srebrno bel, na zraku postane temno siv
Masno število	[244]
Plutonij v periodnem sistemu
Vodik Helij Litij Berilij Bor (element) Ogljik Dušik Kisik Fluor Neon Natrij Magnezij Aluminij Silicij Fosfor Žveplo Klor Argon Kalij Kalcij Skandij Titan (element) Vanadij Krom Mangan Železo Kobalt Nikelj Baker Cink Galij Germanij Arzen Selen Brom Kripton Rubidij Stroncij Itrij Cirkonij Niobij Molibden Tehnecij Rutenij Rodij Paladij Srebro Kadmij indij Kositer Antimon Telur Jod Ksenon Cezij Barij Lantan Cerij Prazeodim Neodim Prometij Samarij Evropij Gadolinij Terbij Disprozij Holmij Erbij Tulij Iterbij Lutecij Hafnij Tantal Volfram Renij Osmij Iridij Platina Zlato Živo srebro Talij Svinec Bizmut Polonij Astat Radon Francij Radij Aktinij Torij Protaktinij Uran (element) Neptunij Plutonij Americij Kirij Berkelij Kalifornij Ajnštajnij Fermij Mendelevij Nobelij Lavrencij Raderfordij Dubnij Siborgij Borij Hasij Majtnerij Darmštatij Rentgenij Kopernicij Nihonij Flerovij Moskovij Livermorij Tenes Oganeson Sm ↑ Pu ↓ (Uqo) neptunij ← plutonij → americij
Vrstno število (Z)	94
Skupina	n/a
Perioda	perioda 7
Blok	blok f
Razporeditev elektronov	[Rn] 5f6 7s2
Razporeditev elektronov po lupini	2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
Fizikalne lastnosti
Faza snovi pri STP	trdnina
Tališče	639,4 °C
Vrelišče	3228 °C
Gostota (blizu s.t.)	19.85 (239Pu) g/cm3
v tekočem stanju (pri TT)	16,63 g/cm3
Talilna toplota	2,82 kJ/mol
Izparilna toplota	333,5 kJ/mol
Toplotna kapaciteta	35,5 J/(mol·K)
Parni tlak P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k pri T (°C) 1.483 1.680 1.925 2.238 2.653 3.226
Lastnosti atoma
Oksidacijska stanja	+2, +3, +4, +5, +6, +7, +8 (amfoterni oksid)
Elektronegativnost	Paulingova lestvica: 1,28
Ionizacijske energije	1.: 584,7 kJ/mol
Atomski polmer	empirično: 159 pm
Kovalentni polmer	187±1 pm
Spektralne črte plutonija
Druge lastnosti
Pojavljanje v naravi	iz razpada
Kristalna struktura	​monoklinska
Hitrost zvoka	2260 m/s
Temperaturni raztezek	46,7 µm/(m⋅K) (pri 25 °C)
Toplotna prevodnost	6,74 W/(m⋅K)
Električna upornost	1,460 µΩ⋅m (pri 0 °C)
Magnetna ureditev	paramagnetik
Youngov modul	96 GPa
Strižni modul	43 GPa
Poissonovo razmerje	0,21
Številka CAS	7440-07-5
Zgodovina
Poimenovanje	po pritlikavem planetu Plutonu, ki je poimenovan po bogu podzemja Plutonu
Odkritje	Glenn T. Seaborg, Arthur Wahl, Joseph W. Kennedy, Edwin McMillan (1940–1941)
Najpomembnejši izotopi plutonija
Izo­top Pogos­tost Razpolovni čas (t1/2) Razpadni način Pro­dukt 238Pu sled 87,74 y SF – α 234U 239Pu sled 2,41×104 y SF – α 235U 240Pu sled 6500 y SF – α 236U 241Pu sint. 14 y β− 241Am SF – 242Pu sint. 3,73×105 y SF – α 238U 244Pu sled 8,08×107 y α 240U SF –

Za izdelavo atomskih bomb je zelo primeren plutonij ²³⁹Pu, ki je ceplijiv in ga je razmeroma lahko pridobivati v ustreznih produkcijskih ali dvonamenskih jedrskih reaktorjih. Za izdelavo plutonijske atomske bombe zadostuje že manj kot 10 kg kovine, minimalno celo le 4,4 kg, kar gre v kroglo s premerom manj kot 10 cm; nekaj več prostora pa zavzame celotni mehanizem atomske bombe.

²³⁸Pu ima razpolovni čas 88 let in se uporablja na vesoljskih sondah kot gorivo za RTG - Termoelektrični generator.

Pridobivanje plutonija

Plutonij nastane ob izpostavitvi uranovega izotopa ²³⁸U nevtronskemu sevanju. Uranovo jedro absorbira nevtron in nastane jedro ²³⁹Pu. Ob nadaljnji izpostavljenosti nevtronom iz ²³⁹Pu nastanejo še plutonijevi izotopi ²⁴⁰Pu, ²⁴¹Pu in ²⁴²Pu. Plutonij nastaja tudi v jedrskih reaktorjih za proizvodnjo električne energije. Z cepitvijo enega kilograma ²³⁵U nastane približno 30% plutonija, ki se potem cepi in prispeva približno tretjino skupne moči reaktorja in tako zmanjša potrebe po novem gorivu. Pri hitrih oplodnih reaktorjih pa se generira več plutonija, za kilogram porabljenega jedrskega goriva se generira 1-1,3 kg plutonija. Pri tej reakciji dobimo več fisilnega materiala kot ga porabimo - zato oznaka oplodni reaktorji. Ko bo začelo primanjkovati ²³⁵U, bo ta nova tehnologija omogočila izkoriščanje ²³⁸U - osiromašenega urana, ki ga je več kot stokrat več kot ²³⁵U.

Če se plutonij namerava uporabiti za izdelavo jedrskega orožja (najbolj pogosta uporaba), mora vsebovati vsaj 93 % ²³⁹Pu. Prisotnost izotopa ²⁴⁰Pu mora biti za uporabo v jedrskem orožju čim manjša, saj je slednji močan vir nevtronov, ki otežijo pravilno delovanje jedrskega orožja. Da bi se izognili večji prisotnosti ²⁴⁰Pu, in s tem dragi in zapleteni separaciji izotopov, je uranove palice potrebno pogosto menjati.

Glej tudi

• plutonijeve anorganske spojine