პლუტონიუმი. პლუტონიუმის აღწერა

პლუტონიუმი(ლათ. Plutonium), Pu, ხელოვნურად წარმოებული რადიოაქტიური ქიმიური ელემენტი, ატომური ნომერი 94; ეხება აქტინიდები. 1940-41 წლებში აღმოაჩინეს ამერიკელმა მეცნიერებმა გ.სიბორგმა, ე. მაკმილანმა, ჯ.კენედიმ და ა. უოლმა, რომლებმაც მიიღეს 238 Pu იზოტოპი მძიმე წყალბადის ბირთვებით - დეიტერონებით ურანის დასხივების შედეგად. დაარქვეს პლანეტა პლუტონის, ისევე როგორც P.-ის წინამორბედები პერიოდულ სისტემაში - ურანი და ნეპტუნი, რომელთა სახელებიც ასევე მომდინარეობს პლანეტებიდან ურანი და ნეპტუნი. ცნობილია P. იზოტოპები 232-დან 246-მდე მასობრივი ნომრით. P.-ის ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპი არის a-რადიოაქტიური 244 Pu (ნახევარგამოყოფის პერიოდი T 1/2 დაახლოებით 7,5 × 102 წელი). ყველა P. იზოტოპის T 1/2 მნიშვნელობები გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე დედამიწის ასაკი და, შესაბამისად, ყველა პირველადი P. (რომელიც არსებობდა ჩვენს პლანეტაზე მისი ფორმირების დროს) მთლიანად დაიშალა. თუმცა, 239 Pu-ის წუთიერი რაოდენობა მუდმივად წარმოიქმნება 239 Np-ის b-დაშლის დროს, რაც, თავის მხრივ, ხდება ურანის ბირთვული რეაქციის დროს ნეიტრონებთან (მაგალითად, კოსმოსური გამოსხივების ნეიტრონები). ამიტომ ურანის მადნებში აღმოჩნდა პ-ის კვალი.

P. არის მბზინავი თეთრი ლითონი, ოთახის ტემპერატურაზე 640 C (t pl) ტემპერატურაზე ის არსებობს ექვსი ალოტროპული მოდიფიკაციით. P.-ს ალოტროპული გარდაქმნები თან ახლავს სიმკვრივის მკვეთრ ცვლილებებს (იხ. ბრინჯი. ). მეტალის უნიკალური თვისებაა ის, რომ როდესაც თბება 310-დან 480 °C-მდე, ის არ აფართოებს, როგორც სხვა ლითონები, არამედ იკუმშება. Pu ატომის სამი გარე ელექტრონული გარსის კონფიგურაცია 5წ 2 5გვ 6 5d 10 5ფ 6 6ს 2 6გვ 2 7 ს 2 . P.-ს ქიმიური თვისებები მრავალი თვალსაზრისით მსგავსია მისი წინამორბედების თვისებების პერიოდულ სისტემაში - ურანიდა ნეპტუნიუმი. P. ქმნის ნაერთებს ჟანგვის მდგომარეობით +2-დან +7-მდე. ცნობილია ოქსიდები PuO, Pu 2 O 3, PuO 2 და ცვლადი შემადგენლობის ფაზა Pu 2 O 3 - Pu 4 O 7. ჰალოგენებთან ნაერთებში P. ჩვეულებრივ ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას +3, მაგრამ ასევე ცნობილია ჰალოგენები PuF 4, PuF 4 და PuCl 4. ხსნარებში P. არსებობს Pu 3+, Pu 4+, PuO 2 + (პლუტონილის იონი), PuO 2 2+ (პლუტონილის იონი) და PuO 5 3- ფორმებში, რაც შეესაბამება ჟანგვის მდგომარეობებს +3-დან +7-მდე. ეს იონები (გარდა PuO 5 3--ისა) შეიძლება ერთდროულად იყოს ხსნარში წონასწორობაში. ყველა დაჟანგვის მდგომარეობის P. იონები მიდრეკილია ჰიდროლიზისა და კომპლექსების წარმოქმნისკენ.

P.-ის ყველა იზოტოპიდან ყველაზე მნიშვნელოვანია a-რადიოაქტიური 239 Pu (T 1/2 = 2,4 × 10 4 წელი). 239 Pu ბირთვს შეუძლია ჯაჭვური დაშლის რეაქცია ნეიტრონების გავლენის ქვეშ, ამიტომ 239 Pu შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ატომური ენერგიის წყარო (1-ის დაშლის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია გ 239 Pu, 4000-ის წვის დროს გამოთავისუფლებული სითბოს ექვივალენტი კგქვანახშირი). სსრკ-ში პირველი ექსპერიმენტები 239 Pu-ს მისაღებად დაიწყო 1943-44 წლებში აკადემიკოსების ი.ვ. ხლოპინის ხელმძღვანელობით. პ. პირველად იზოლირებული იქნა სსრკ-ში ნეიტრონით გამოსხივებული ურანისგან 1945 წელს. უაღრესად მოკლე დროში ჩატარდა პ.-ის თვისებების ვრცელი კვლევები და 1949 წელს პ.-ს რადიოქიმიური იზოლაციის პირველი ქარხანა დაიწყო მუშაობა. სსრკ.

239 Pu-ს სამრეწველო წარმოება ეფუძნება 238 U ბირთვის ურთიერთქმედებას ნეიტრონებთან ბირთვულ რეაქტორებში. პუ-ის შემდგომი გამოყოფა U, Np-დან და მაღალრადიოაქტიური დაშლის პროდუქტებიდან ხდება რადიოქიმიური მეთოდებით (თანალექციით, ექსტრაქცია, იონური გაცვლა და ა.შ.). მეტალის P. ჩვეულებრივ მიიღება PuF 3, PuF 4 ან PuO 2 ბარიუმის, კალციუმის ან ლითიუმის ორთქლის შემცირებით. როგორც დასაშლელი მასალა, 239 Pu გამოიყენება ბირთვულ რეაქტორებში და ატომურ და თერმობირთვულ ბომბებში. 238 Pu იზოტოპი გამოიყენება ატომური ელექტრო ბატარეების დასამზადებლად, რომელთა მომსახურების ვადა 5 წელს ან მეტს აღწევს. ასეთი ბატარეები შეიძლება გამოყენებულ იქნას, მაგალითად, მიმდინარე გენერატორებში, რომლებიც ასტიმულირებენ გულს.

ნათ.:ბეგლი კ., პლუტონიუმი და მისი შენადნობები, ტრანს. ინგლისურიდან, მ., 1958; Vdovenko V.M. და Kurchatov B.V., პირველი საბჭოთა პლუტონიუმი, "რადიოქიმია", 10, ტ. 6, გვ. 696; პლუტონიუმი. სახელმძღვანელო, რედ. ო ვიკა, პერ. ინგლისურიდან, ტ. 1-2, მ., 1971-73. აგრეთვე განათებული. ხელოვნებაში. აქტინოიდები.

S. S. ბერდონოსოვი.

პლუტონიუმი სხეულში. P. კონცენტრირებულია ზღვის ორგანიზმებით: მისი დაგროვების კოეფიციენტი (ანუ კონცენტრაციების თანაფარდობა სხეულში და გარე გარემოში) წყალმცენარეებისთვის არის 1000-9000, პლანქტონისთვის (შერეული) - დაახლოებით 2300, მოლუსკებისთვის - 380-მდე. , ვარსკვლავური თევზისთვის - დაახლოებით 1000, კუნთებისთვის, ძვლებისთვის, ღვიძლისა და თევზის კუჭისთვის - შესაბამისად 5, 570, 200 და 1060. მიწის მცენარეები პ-ს ძირითადად ფესვთა სისტემის მეშვეობით შთანთქავენ და აგროვებენ მასის 0,01%-მდე. ადამიანის ორგანიზმში პ. ძირითადად შენარჩუნებულია ჩონჩხსა და ღვიძლში, საიდანაც თითქმის არ გამოიყოფა (განსაკუთრებით ძვლებიდან). ყველაზე ტოქსიკური 239 Pu იწვევს ჰემატოპოეზის დარღვევებს, ოსტეოსარკომას და ფილტვის კიბოს. 70-იანი წლებიდან მე-20 საუკუნე პ-ის წილი რადიოაქტიური დაბინძურებაბიოსფერო იზრდება (ამგვარად, ზღვის უხერხემლოების დასხივება P.-ის გამო უფრო დიდი ხდება, ვიდრე 90 Sr და 137 Cs-ის გამო).

ნათ.:პლუტონიუმის ტოქსიკოლოგიის პრობლემები, მ., 1969: რადიოაქტიური ნივთიერებები და კანი. (Metabolism and Decontamination), M., 1972: Uranium, Plutonium, Transplutonis Elements B.-Hdlb.-N. ი., 1973 წ.

გ.გ.პოლიკარპოვი.

პლუტონიუმის აღწერა

პლუტონიუმი(პლუტონიუმი) არის ვერცხლისფერი მძიმე ქიმიური ელემენტი, რადიოაქტიური ლითონი ატომური ნომრით 94, რომელიც პერიოდულ სისტემაში მითითებულია სიმბოლოთ Pu.

ეს ელექტროუარყოფითი აქტიური ქიმიური ელემენტი მიეკუთვნება აქტინიდების ჯგუფს 244.0642 ატომური მასის მქონე და ნეპტუნიუმის მსგავსად, რომელმაც მიიღო სახელი ამავე სახელწოდების პლანეტის საპატივცემულოდ, ამ ქიმიურმა ქიმიკატმა თავისი სახელი უნდა მიიღო პლანეტა პლუტონს, რადგან წინამორბედები. მენდელეევის ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში რადიოაქტიური ელემენტია ნეპტუნიუმი, რომელსაც ასევე ეწოდა ჩვენი გალაქტიკის შორეული კოსმოსური პლანეტების სახელი.

პლუტონიუმის წარმოშობა

ელემენტი პლუტონიუმიპირველად აღმოაჩინეს 1940 წელს კალიფორნიის უნივერსიტეტში რადიოლოგთა და მეცნიერ მკვლევართა ჯგუფმა G. Seaborg, E. McMillan, Kennedy, A. Walch, როდესაც ციკლოტრონიდან ურანის სამიზნე დაბომბვა დეიტერონებით - მძიმე წყალბადის ბირთვებით.

იმავე წლის დეკემბერში მეცნიერებმა აღმოაჩინეს პლუტონიუმის იზოტოპი– Pu-238, რომლის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 90 წელზე მეტია და აღმოჩნდა, რომ რთული ბირთვული ქიმიური რეაქციების გავლენით თავდაპირველად წარმოიქმნება ნეპტუნი-238 იზოტოპი, რის შემდეგაც იზოტოპი უკვე ყალიბდება. პლუტონიუმი-238.

1941 წლის დასაწყისში მეცნიერებმა აღმოაჩინეს პლუტონიუმი 239 25000 წლის დაშლის პერიოდით. პლუტონიუმის იზოტოპებს შეიძლება ჰქონდეთ სხვადასხვა ნეიტრონის შემცველობა ბირთვში.

ელემენტის სუფთა ნაერთი მიიღეს მხოლოდ 1942 წლის ბოლოს. ყოველთვის, როცა რადიოლოგები აღმოაჩენდნენ ახალ იზოტოპს, ისინი ყოველთვის ზომავდნენ იზოტოპების ნახევარგამოყოფის პერიოდს.

ამ დროისთვის პლუტონიუმის იზოტოპები, რომელთაგან სულ 15-ია, განსხვავდება დროის ხანგრძლივობით. ნახევარგამოყოფის პერიოდი. სწორედ ამ ელემენტთან არის დაკავშირებული დიდი იმედები და პერსპექტივები, მაგრამ ამავე დროს კაცობრიობის სერიოზული შიშები.

პლუტონიუმს აქვს გაცილებით დიდი აქტივობა, ვიდრე, მაგალითად, ურანი და არის ერთ-ერთი ყველაზე ძვირადღირებული ტექნიკურად მნიშვნელოვანი და ქიმიური ბუნების ნივთიერება.

მაგალითად, ერთი გრამი პლუტონიუმის ღირებულება რამდენჯერმე აღემატება ერთ გრამ, ან სხვა თანაბრად ღირებულ ლითონს.

პლუტონიუმის წარმოება და მოპოვება ითვლება ძვირად, ხოლო ერთი გრამი ლითონის ღირებულება ჩვენს დროში დამაჯერებლად რჩება დაახლოებით 4000 აშშ დოლარი.

როგორ მიიღება პლუტონიუმი? პლუტონიუმის წარმოება

ქიმიური ელემენტის წარმოება ხდება ბირთვულ რეაქტორებში, რომლებშიც ურანი იყოფა რთული ქიმიური და ტექნოლოგიური ურთიერთდაკავშირებული პროცესების გავლენით.

ურანი და პლუტონიუმი ძირითადი, ძირითადი კომპონენტებია ატომური (ბირთვული) საწვავის წარმოებაში.

თუ საჭიროა დიდი რაოდენობით რადიოაქტიური ელემენტის მიღება, გამოიყენება ტრანსურანული ელემენტების დასხივების მეთოდი, რომლის მიღებაც შესაძლებელია დახარჯული ბირთვული საწვავისგან და ურანის დასხივებისგან. რთული ქიმიური რეაქციები საშუალებას იძლევა ლითონის გამოყოფა ურანისგან.

იზოტოპების, კერძოდ, პლუტონიუმ-238 და იარაღის კლასის პლუტონიუმ-239-ის მისაღებად, რომლებიც შუალედური დაშლის პროდუქტებია, ნეპტუნიუმი-237 დასხივებულია ნეიტრონებით.

პლუტონიუმ-244-ის მცირე ნაწილი, რომელიც ყველაზე ხანგრძლივად იზოტოპია მისი ხანგრძლივი ნახევარგამოყოფის გამო, აღმოაჩინეს ცერიუმის საბადოში, რომელიც სავარაუდოდ შემონახულია ჩვენი პლანეტა დედამიწის ფორმირებიდან. ეს რადიოაქტიური ელემენტი ბუნებაში ბუნებრივად არ გვხვდება.

პლუტონიუმის ძირითადი ფიზიკური თვისებები და მახასიათებლები

პლუტონიუმი არის საკმაოდ მძიმე რადიოაქტიური ქიმიური ელემენტი ვერცხლისფერი შეფერილობით, რომელიც ანათებს მხოლოდ გაწმენდის დროს. ბირთვული ლითონის პლუტონიუმის მასაუდრის 244 ა. ე.მ.

მისი მაღალი რადიოაქტიურობის გამო, ეს ელემენტი თბილია შეხებისას და შეუძლია გაცხელდეს ისეთ ტემპერატურამდე, რომელიც აღემატება წყლის დუღილის ტემპერატურას.

პლუტონიუმი, ჟანგბადის ატომების გავლენის ქვეშ, სწრაფად ბნელდება და დაფარულია ირისისფერი თხელი ფენით, თავდაპირველად ღია ყვითელი, შემდეგ კი მდიდარი ან ყავისფერი ელფერით.

ძლიერი დაჟანგვით, PuO2 ფხვნილის წარმოქმნა ხდება ელემენტის ზედაპირზე. ამ ტიპის ქიმიური ლითონი ექვემდებარება ძლიერ ჟანგვის პროცესებს და კოროზიას ტენიანობის დაბალ დონეზეც კი.

ლითონის ზედაპირის კოროზიისა და დაჟანგვის თავიდან ასაცილებლად საჭიროა საშრობი საშუალება. პლუტონიუმის ფოტოშეგიძლიათ იხილოთ ქვემოთ.

პლუტონიუმი არის ოთხვალენტიანი ქიმიური ლითონი, ის კარგად და სწრაფად იხსნება ჰიდროიოდურ ნივთიერებებში და მჟავე გარემოში, მაგალითად, ქლორის მჟავაში.

ლითონის მარილები სწრაფად ანეიტრალებს ნეიტრალურ გარემოში და ტუტე ხსნარებში, წარმოქმნის უხსნად პლუტონიუმის ჰიდროქსიდს.

ტემპერატურა, რომლის დროსაც პლუტონიუმი დნება, არის 641 გრადუსი ცელსიუსი, დუღილის წერტილი 3230 გრადუსია.

მაღალი ტემპერატურის გავლენის ქვეშ ხდება ლითონის სიმკვრივის არაბუნებრივი ცვლილებები. თავისი ფორმით, პლუტონიუმს აქვს სხვადასხვა ფაზა და აქვს ექვსი კრისტალური სტრუქტურა.

ფაზებს შორის გადასვლისას მნიშვნელოვანი ცვლილებები ხდება ელემენტის მოცულობაში. ელემენტი იძენს თავის ყველაზე მკვრივ ფორმას მეექვსე ალფა ფაზაში (გადასვლის ბოლო ეტაპი), ხოლო ამ მდგომარეობაში ლითონზე მძიმე მხოლოდ ნეპტუნიუმი და რადიუმია.

დნობისას ელემენტი განიცდის ძლიერ შეკუმშვას, ამიტომ ლითონს შეუძლია წყლისა და სხვა არააგრესიული თხევადი საშუალებების ზედაპირზე ცურვა.

მიუხედავად იმისა, რომ ეს რადიოაქტიური ელემენტი მიეკუთვნება ქიმიურ ლითონთა ჯგუფს, ელემენტი საკმაოდ აქროლადია და დახურულ სივრცეში მოკლე დროში ყოფნისას მისი კონცენტრაცია ჰაერში რამდენჯერმე იზრდება.

ლითონის ძირითადი ფიზიკური თვისებებია: დაბალი ხარისხი, ყველა არსებული და ცნობილი ქიმიური ელემენტის თბოგამტარობის დონე, თხევად მდგომარეობაში ელექტრული გამტარობის დაბალი დონე, პლუტონიუმი ერთ-ერთი ყველაზე ბლანტი მეტალია.

აღსანიშნავია, რომ პლუტონიუმის ნებისმიერი ნაერთი არის ტოქსიკური, შხამიანი და წარმოადგენს ადამიანის ორგანიზმისთვის რადიაციის სერიოზულ საფრთხეს, რაც ხდება აქტიური ალფა გამოსხივების გამო, ამიტომ ყველა სამუშაო უნდა შესრულდეს მაქსიმალური სიფრთხილით და მხოლოდ სპეციალური კოსტუმები ქიმიური დაცვით. .

უნიკალური ლითონის წარმოშობის თვისებებისა და თეორიების შესახებ მეტი შეგიძლიათ წაიკითხოთ წიგნში ობრუჩევი "პლუტონია"" ავტორი V.A. ობრუჩევი ეპატიჟება მკითხველს ჩაძირულიყვნენ ფანტასტიკური ქვეყნის პლუტონიის გასაოცარ და უნიკალურ სამყაროში, რომელიც მდებარეობს დედამიწის წიაღში.

პლუტონიუმის გამოყენება

სამრეწველო ქიმიური ელემენტი ჩვეულებრივ კლასიფიცირდება იარაღის და რეაქტორის ხარისხის ("ენერგეტიკული კლასის") პლუტონიუმად.

ამრიგად, ბირთვული იარაღის წარმოებისთვის, ყველა არსებული იზოტოპიდან, დასაშვებია მხოლოდ პლუტონიუმის 239-ის გამოყენება, რომელიც არ უნდა შეიცავდეს 4,5%-ზე მეტ პლუტონიუმ 240-ს, რადგან ის ექვემდებარება სპონტანურ დაშლას, რაც მნიშვნელოვნად ართულებს სამხედრო ჭურვების წარმოებას. .

პლუტონიუმი-238გამოიყენება ელექტროენერგიის მცირე ზომის რადიოიზოტოპური წყაროების მუშაობისთვის, მაგალითად, როგორც ენერგიის წყარო კოსმოსური ტექნოლოგიებისთვის.

რამდენიმე ათეული წლის წინ პლუტონიუმი გამოიყენებოდა მედიცინაში კარდიოსტიმულატორებით (გულის რითმის შესანარჩუნებელი მოწყობილობები).

მსოფლიოში შექმნილ პირველ ატომურ ბომბს პლუტონიუმის მუხტი ჰქონდა. ბირთვული პლუტონიუმი(Pu 239) მოთხოვნადია, როგორც ბირთვული საწვავი, რათა უზრუნველყოს ენერგეტიკული რეაქტორების ფუნქციონირება. ეს იზოტოპი ასევე ემსახურება რეაქტორებში ტრანსპლუტონიუმის ელემენტების წარმოქმნის წყაროს.

თუ ბირთვულ პლუტონიუმს შევადარებთ სუფთა ლითონს, იზოტოპს აქვს უფრო მაღალი მეტალის პარამეტრები და არ გააჩნია გარდამავალი ფაზები, ამიტომ ფართოდ გამოიყენება საწვავის ელემენტების მიღების პროცესში.

Plutonium 242 იზოტოპის ოქსიდები ასევე მოთხოვნადია, როგორც ენერგიის წყარო კოსმოსური მომაკვდინებელი ერთეულებისთვის, აღჭურვილობისა და საწვავის ღეროებისთვის.

იარაღის კლასის პლუტონიუმიარის ელემენტი, რომელიც წარმოდგენილია კომპაქტური ლითონის სახით, რომელიც შეიცავს Pu239 იზოტოპის მინიმუმ 93%-ს.

ამ ტიპის რადიოაქტიური ლითონი გამოიყენება სხვადასხვა ტიპის ბირთვული იარაღის წარმოებაში.

იარაღის კლასის პლუტონიუმი იწარმოება სპეციალიზებულ სამრეწველო ბირთვულ რეაქტორებში, რომლებიც მუშაობენ ბუნებრივ ან დაბალ გამდიდრებულ ურანზე ნეიტრონების დაჭერის შედეგად.

ცნობილია პლუტონიუმის 15 იზოტოპი. მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანია Pu-239 ნახევარგამოყოფის პერიოდით 24360 წელი. პლუტონიუმის ხვედრითი წონა არის 19,84 25°C ტემპერატურაზე. ლითონი იწყებს დნობას 641°C ტემპერატურაზე და დუღს 3232°C-ზე. მისი ვალენტობაა 3, 4, 5 ან 6.

ლითონს ვერცხლისფერი ელფერი აქვს და ჟანგბადთან ზემოქმედებისას ყვითლდება. პლუტონიუმი არის ქიმიური რეაქტიული ლითონი და ადვილად იხსნება კონცენტრირებულ მარილმჟავაში, პერქლორინის მჟავასა და ჰიდროიოდურ მჟავაში. დაშლის დროს ლითონი ათავისუფლებს სითბოს ენერგიას.

პლუტონიუმი აღმოაჩინეს მეორე ტრანსურანული აქტინიდი. ბუნებაში, ეს ლითონი მცირე რაოდენობით გვხვდება ურანის მადნებში.

პლუტონიუმი შხამიანია და საჭიროებს ფრთხილად დამუშავებას. პლუტონიუმის ყველაზე დაშლილი იზოტოპი გამოიყენებოდა ბირთვულ იარაღად. კერძოდ, ის გამოიყენეს ბომბში, რომელიც ჩამოაგდეს იაპონიის ქალაქ ნაგასაკიზე.

ეს არის რადიოაქტიური შხამი, რომელიც გროვდება ძვლის ტვინში. რამდენიმე უბედური შემთხვევა, ზოგიერთი ფატალური, მოხდა ადამიანებზე ექსპერიმენტების დროს პლუტონიუმის შესასწავლად. მნიშვნელოვანია, რომ პლუტონიუმმა არ მიაღწიოს კრიტიკულ მასას. ხსნარში პლუტონიუმი ქმნის კრიტიკულ მასას უფრო სწრაფად, ვიდრე მყარ მდგომარეობაში.

ატომური ნომერი 94 ნიშნავს, რომ პლუტონიუმის ყველა ატომია 94. ჰაერში, პლუტონიუმი წარმოიქმნება ლითონის ზედაპირზე. ეს ოქსიდი პიროფორიულია, ამიტომ დნობის პლუტონიუმი ნაცარივით ციმციმდება.

არსებობს პლუტონიუმის ექვსი ალოტროპული ფორმა. მეშვიდე ფორმა ჩნდება მაღალ დონეზე.

წყალხსნარში პლუტონიუმი ფერს იცვლის. ლითონის ზედაპირზე სხვადასხვა ჩრდილები ჩნდება დაჟანგვის დროს. ჟანგვის პროცესი არასტაბილურია და პლუტონიუმის ფერი შეიძლება მოულოდნელად შეიცვალოს.

უმეტესი ნივთიერებებისგან განსხვავებით, პლუტონიუმი დნობისას უფრო მკვრივი ხდება. გამდნარ მდგომარეობაში ეს ელემენტი უფრო ძლიერია ვიდრე სხვა ლითონები.

ლითონი გამოიყენება რადიოაქტიურ იზოტოპებში თერმოელექტრო გენერატორებში, რომლებიც კვებავს კოსმოსურ ხომალდებს. იგი გამოიყენება ელექტრონული გულის სტიმულატორების წარმოებაში.

პლუტონიუმის ორთქლის ჩასუნთქვა ჯანმრთელობისთვის სახიფათოა. ზოგიერთ შემთხვევაში, ამან შეიძლება გამოიწვიოს ფილტვის კიბო. ჩასუნთქულ პლუტონიუმს მეტალის გემო აქვს.

ამ ლითონს ძვირფასს უწოდებენ, მაგრამ არა მისი სილამაზის, არამედ შეუცვლელობის გამო. მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში ეს ელემენტი იკავებს უჯრედის ნომერს 94. სწორედ მასთან ამყარებენ ყველაზე დიდ იმედებს მეცნიერები და სწორედ პლუტონიუმს უწოდებენ კაცობრიობისთვის ყველაზე საშიშ ლითონს.

პლუტონიუმი: აღწერა

გარეგნულად ის მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონია. ის რადიოაქტიურია და შეიძლება წარმოდგენილი იყოს 15 იზოტოპის სახით სხვადასხვა ნახევარგამოყოფის პერიოდით, მაგალითად:

• Pu-238 - დაახლოებით 90 წელი
• Pu-239 - დაახლოებით 24 ათასი წელი
• Pu-240 – 6580 წლები
• Pu-241 – 14 წელი
• Pu-242 – 370 ათასი წელი
• Pu-244 - დაახლოებით 80 მილიონი წელი

ამ ლითონის მოპოვება შეუძლებელია მადნიდან, რადგან ის არის ურანის რადიოაქტიური ტრანსფორმაციის პროდუქტი.

როგორ მიიღება პლუტონიუმი?

პლუტონიუმის წარმოებისთვის საჭიროა ურანის დაშლა, რაც მხოლოდ ბირთვულ რეაქტორებშია შესაძლებელი. თუ ვსაუბრობთ პუ ელემენტის არსებობაზე დედამიწის ქერქში, მაშინ 4 მილიონი ტონა ურანის საბადოსთვის იქნება მხოლოდ 1 გრამი სუფთა პლუტონიუმი. და ეს გრამი წარმოიქმნება ურანის ბირთვების მიერ ნეიტრონების ბუნებრივი დაჭერით. ამგვარად, ამ ბირთვული საწვავის (ჩვეულებრივ იზოტოპი 239-Pu) რამდენიმე კილოგრამის ოდენობის მისაღებად აუცილებელია ბირთვულ რეაქტორში რთული ტექნოლოგიური პროცესის ჩატარება.

პლუტონიუმის თვისებები

რადიოაქტიურ მეტალის პლუტონიუმს აქვს შემდეგი ფიზიკური თვისებები:

• სიმკვრივე 19.8 გ/სმ 3
• დნობის წერტილი – 641°C
• დუღილის წერტილი – 3232°C
• თბოგამტარობა (300 K-ზე) – 6,74 W/(m K)

პლუტონიუმი რადიოაქტიურია, რის გამოც იგი თბილია შეხებისას. უფრო მეტიც, ეს მეტალი ხასიათდება ყველაზე დაბალი თერმული და ელექტრული გამტარობით. თხევადი პლუტონიუმი ყველაზე ბლანტია ყველა არსებულ ლითონს შორის.

პლუტონიუმის ტემპერატურის უმნიშვნელო ცვლილება იწვევს ნივთიერების სიმკვრივის მყისიერ ცვლილებას. ზოგადად, პლუტონიუმის მასა მუდმივად იცვლება, რადგან ამ ლითონის ბირთვები მუდმივი დაშლის მდგომარეობაშია პატარა ბირთვებად და ნეიტრონებში. პლუტონიუმის კრიტიკული მასა არის დაშლელი ნივთიერების მინიმალური მასის სახელი, რომლის დროსაც დაშლა (ბირთვული ჯაჭვის რეაქცია) შესაძლებელია. მაგალითად, იარაღის კლასის პლუტონიუმის კრიტიკული მასა არის 11 კგ (შედარებისთვის, მაღალ გამდიდრებული ურანის კრიტიკული მასა არის 52 კგ).

ურანი და პლუტონიუმი ძირითადი ბირთვული საწვავია. პლუტონიუმის დიდი რაოდენობით მისაღებად გამოიყენება ორი ტექნოლოგია:

• ურანის დასხივება
• დახარჯული საწვავისგან მიღებული ტრანსურანის ელემენტების დასხივება

ორივე მეთოდი გულისხმობს პლუტონიუმის და ურანის გამოყოფას ქიმიური რეაქციის შედეგად.

სუფთა პლუტონიუმ-238-ის მისაღებად გამოიყენება ნეპტუნიუმ-237-ის ნეიტრონული დასხივება. იგივე იზოტოპი მონაწილეობს იარაღის კლასის პლუტონიუმ-239-ის შექმნაში, კერძოდ, ეს არის შუალედური დაშლის პროდუქტი. 1 მილიონი დოლარი არის 1 კგ პლუტონიუმ-238-ის ფასი.

(Pu) არის აქტინიდების ჯგუფის მოვერცხლისფრო-თეთრი რადიოაქტიური ლითონი, შეხებით თბილი (რადიოაქტიურობის გამო. ბუნებრივად ძალიან მცირე რაოდენობით გვხვდება ურანიტის ქვევრში და ურანისა და ცერიუმის სხვა საბადოებში, მნიშვნელოვანი რაოდენობით იწარმოება ხელოვნურად. დაახლოებით 5 ტონა. ბირთვული ტესტების შედეგად ატმოსფეროში პლუტონიუმი გათავისუფლდა.
ამბავი
აღმოაჩინეს 1940 წელს გლენ სიბორგმა, ედვინ მაკმილანმა, კენედიმ და არტურ უოლმა 1940 წელს ბერკლიში (აშშ) ურანის სამიზნის დაბომბვის დროს ციკლოტრონი აჩქარებული დეიტრონებით.
სახელის წარმოშობა
პლუტონიუმს პლანეტა პლუტონის სახელი ეწოდა, რადგან წინა აღმოჩენილ ქიმიურ ელემენტს ნეპტუნიუმი ერქვა.
ქვითარი
პლუტონიუმი იწარმოება ბირთვულ რეაქტორებში.
იზოტოპი 238 U, რომელიც წარმოადგენს ბუნებრივი ურანის ძირითად ნაწილს, არ არის ძალიან შესაფერისი დაშლისთვის. ბირთვული რეაქტორებისთვის ურანი ოდნავ გამდიდრებულია, მაგრამ ბირთვულ საწვავში 235 U წილი რჩება მცირე (დაახლოებით 5%). საწვავის ღეროებში ძირითადი ნაწილია 238 U. ბირთვული რეაქტორის მუშაობის დროს 238 U ბირთვის ნაწილი იჭერს ნეიტრონებს და იქცევა 239 Pu-ად, რომელიც შემდგომში შეიძლება იზოლირებული იყოს.

ბირთვული რეაქციების პროდუქტებს შორის პლუტონიუმის გარჩევა საკმაოდ რთულია, რადგან პლუტონიუმი (ურანის, თორიუმის, ნეპტუნიუმის მსგავსად) მიეკუთვნება ძალიან მსგავსი ქიმიური თვისებების მქონე აქტინიდებს. ამოცანას ართულებს ის ფაქტი, რომ დაშლის პროდუქტებს შორის შეიცავდა იშვიათი დედამიწის ელემენტებს, რომელთა ქიმიური თვისებები ასევე პლუტონიუმის მსგავსია. გამოიყენება ტრადიციული რადიოქიმიური მეთოდები - ნალექი, ექსტრაქცია, იონგაცვლა და ა.შ. ამ მრავალსაფეხურიანი ტექნოლოგიის საბოლოო პროდუქტია პლუტონიუმის ოქსიდები PuO 2 ან ფტორიდები (PuF 3, PuF 4).
პლუტონიუმი მოპოვებულია მეტალოთერმიის მეთოდით (აქტიური ლითონების შემცირება ოქსიდებიდან და მარილებიდან ვაკუუმში):

PuF 4 +2 Ba = 2BaF 2 + Pu

იზოტოპები
ცნობილია პლუტონიუმის ათზე მეტი იზოტოპი, ყველა მათგანი რადიოაქტიურია.
ყველაზე მნიშვნელოვანი იზოტოპი 239 Pu,შეუძლია ბირთვული დაშლა და ბირთვული ჯაჭვური რეაქციები. ეს არის ერთადერთი იზოტოპი, რომელიც შესაფერისია ბირთვულ იარაღში გამოსაყენებლად. მას აქვს უკეთესი ნეიტრონის შთანთქმის და გაფანტვის მახასიათებლები, ვიდრე ურანი-235, ნეიტრონების რაოდენობა ერთ დაშლაზე (დაახლოებით 3 წინააღმდეგ 2.3) და, შესაბამისად, უფრო დაბალი კრიტიკული მასა. მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი დაახლოებით 24 ათასი წელია. პლუტონიუმის სხვა იზოტოპები განიხილება, პირველ რიგში, მათი მავნებლობის თვალსაზრისით პირველადი (იარაღის) გამოყენებისთვის.
იზოტოპი 238 Puაქვს ძლიერი ალფა რადიოაქტიურობა და, შედეგად, მნიშვნელოვანი სითბოს გამომუშავება (567 W / კგ). ეს პრობლემურია ბირთვულ იარაღში გამოსაყენებლად, მაგრამ გამოიყენება ბირთვულ ბატარეებში. თითქმის ყველა კოსმოსურ ხომალდს, რომელიც გაფრინდა მარსის ორბიტის მიღმა, აქვს რადიოიზოტოპური რეაქტორები 238 Pu-ს გამოყენებით. რეაქტორ პლუტონიუმში ამ იზოტოპის წილი ძალიან მცირეა.
იზოტოპი 240 Puარის იარაღის ხარისხის პლუტონიუმის მთავარი დამაბინძურებელი. მას აქვს სპონტანური დაშლის მაღალი მაჩვენებელი და ქმნის მაღალ ნეიტრონულ ფონს, რაც მნიშვნელოვნად ართულებს ბირთვული მუხტების დეტონაციას. ითვლება, რომ მისი წილი იარაღში არ უნდა აღემატებოდეს 7%-ს.
241 Puაქვს დაბალი ნეიტრონული ფონი და ზომიერი თერმული ემისია. მისი წილი 1%-ზე ოდნავ ნაკლებია და არ მოქმედებს იარაღის ხარისხის პლუტონიუმის თვისებებზე. თუმცა, მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდით, 1914 იქცევა ამერიციუმ-241-ად, რომელიც წარმოქმნის უამრავ სითბოს, რამაც შეიძლება შექმნას პრობლემა მუხტების გადახურებასთან დაკავშირებით.
242 Puაქვს ძალიან მცირე ჯვარი კვეთა ნეიტრონის დაჭერის რეაქციისთვის და გროვდება ბირთვულ რეაქტორებში, თუმცა ძალიან მცირე რაოდენობით (0,1%-ზე ნაკლები). ეს არ იმოქმედებს იარაღის ხარისხის პლუტონიუმის თვისებებზე. იგი ძირითადად გამოიყენება ტრანსპლუტონიუმის ელემენტების სინთეზში შემდგომი ბირთვული რეაქციებისთვის: თერმული ნეიტრონები არ იწვევენ ბირთვულ დაშლას, ამიტომ ამ იზოტოპის ნებისმიერი რაოდენობა შეიძლება დასხივდეს ძლიერი ნეიტრონული ნაკადებით.
პლუტონიუმის სხვა იზოტოპები ძალზე იშვიათია და არ ახდენს გავლენას ბირთვული იარაღის წარმოებაზე. მძიმე იზოტოპები წარმოიქმნება ძალიან მცირე რაოდენობით, აქვთ ხანმოკლე სიცოცხლე (რამდენიმე დღეზე ან საათზე ნაკლები) და ბეტა დაშლის გზით გარდაიქმნება ამერიციუმის შესაბამის იზოტოპებად. მათ შორის გამოირჩევა 244 Pu- მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი დაახლოებით 82 მილიონი წელია. ეს არის ყველაზე იზოტოპი ყველა ტრანსურანის ელემენტებს შორის.
განაცხადი
1995 წლის ბოლოს მსოფლიოში წარმოებული იყო დაახლოებით 1270 ტონა პლუტონიუმი, საიდანაც 257 ტონა იყო სამხედრო გამოყენებისთვის, რისთვისაც მხოლოდ 239 Pu იზოტოპია შესაფერისი. ატომურ რეაქტორებში საწვავად 239 Pu-ის გამოყენება შესაძლებელია, მაგრამ ეკონომიკური თვალსაზრისით ურანს ჩამოუვარდება. პლუტონიუმის მოსაპოვებლად ბირთვული საწვავის ხელახალი გადამუშავების ღირებულება გაცილებით მეტია, ვიდრე დაბალი გამდიდრებული (~5% 235 U) ურანის ღირებულება. მხოლოდ იაპონიას აქვს პლუტონიუმის ენერგიის გამოყენების პროგრამა.
ალოტროპული ცვლილებები
მყარი ფორმით, პლუტონიუმს აქვს შვიდი ალოტროპული მოდიფიკაცია (თუმცა, ? და ? 1 ფაზები ზოგჯერ გაერთიანებულია და განიხილება ერთ ფაზაში). ოთახის ტემპერატურაზე პლუტონიუმი არის კრისტალური სტრუქტურა, რომელსაც ე.წ ?-ფაზა.ატომები დაკავშირებულია კოვალენტური ბმით (მეტალის ბმის ნაცვლად), ამიტომ ფიზიკური თვისებები უფრო ახლოსაა მინერალებთან, ვიდრე ლითონებთან. ეს არის მყარი, მტვრევადი მასალა, რომელიც იშლება გარკვეული მიმართულებით. მას აქვს დაბალი თბოგამტარობა ყველა ლითონს შორის, დაბალი ელექტრული გამტარობა, გარდა მანგანუმისა. ?-ფაზა არ შეიძლება დამუშავდეს ჩვეულებრივი ლითონის ტექნოლოგიების გამოყენებით.
როდესაც ტემპერატურა იცვლება, პლუტონიუმი განიცდის რესტრუქტურიზაციას და განიცდის უკიდურესად ძლიერ ცვლილებებს. ფაზებს შორის ზოგიერთ გადასვლას თან ახლავს მოცულობის უბრალოდ გასაოცარი ცვლილებები. ამ ორ ფაზაში (? და?1) პლუტონიუმს აქვს უნიკალური თვისება - გაფართოების უარყოფითი ტემპერატურული კოეფიციენტი, ე.ი. ის იკუმშება ტემპერატურის მატებასთან ერთად.
გამა და დელტა ფაზებში პლუტონიუმი ავლენს ლითონების ჩვეულ თვისებებს, განსაკუთრებით ელასტიურობას. თუმცა, დელტა ფაზაში, პლუტონიუმი ავლენს არასტაბილურობას. მცირე ზეწოლის ქვეშ, ის ცდილობს დასახლდეს მკვრივ (25%) ალფა ფაზაში. ეს თვისება გამოიყენება ბირთვული იარაღის აფეთქების მოწყობილობებში.
სუფთა პლუტონიუმში 1 კილობარზე მეტი წნევის დროს დელტა ფაზა საერთოდ არ არსებობს. 30 კილობარზე მეტი წნევის დროს არსებობს მხოლოდ ალფა და ბეტა ფაზები.
პლუტონიუმის მეტალურგია
პლუტონიუმის სტაბილიზება შესაძლებელია დელტა ფაზაში ჩვეულებრივი წნევისა და ოთახის ტემპერატურაზე შენადნობის წარმოქმნით სამვალენტიანი ლითონებით, როგორიცაა გალიუმი, ალუმინი, ცერიუმი, ინდიუმი რამდენიმე მოლი პროცენტის კონცენტრაციით. სწორედ ამ ფორმით გამოიყენება პლუტონიუმი ბირთვულ იარაღში.
შეიარაღებული პლუტონიუმი
ბირთვული იარაღის წარმოებისთვის აუცილებელია სასურველი იზოტოპის (235 U ან 239 Pu) სისუფთავის მიღწევა 90%-ზე მეტი. ურანის მუხტის შექმნა მოითხოვს გამდიდრების ბევრ საფეხურს (რადგან 235 U-ის პროპორცია ბუნებრივ ურანში 1%-ზე ნაკლებია, ხოლო 239 Pu-ის პროპორცია რეაქტორულ პლუტონიუმში ჩვეულებრივ 50%-დან 80%-მდეა (ანუ თითქმის 100-ჯერ მეტი). ხოლო რეაქტორის მუშაობის ზოგიერთ რეჟიმში შესაძლებელია პლუტონიუმის მიღება, რომელიც შეიცავს 90%-ზე მეტ 239 Pu-ს - ასეთი პლუტონიუმი არ საჭიროებს გამდიდრებას და შეიძლება გამოყენებულ იქნას უშუალოდ ბირთვული იარაღის დასამზადებლად.
ბიოლოგიური როლი
პლუტონიუმი ერთ-ერთი ყველაზე ტოქსიკური ნივთიერებაა. პლუტონიუმის ტოქსიკურობა განპირობებულია არა იმდენად მისი ქიმიური თვისებებით (თუმცა პლუტონიუმი შესაძლოა ისეთივე ტოქსიკურია, როგორც ნებისმიერი მძიმე მეტალი), არამედ მისი ალფა რადიოაქტიურობით. ალფა ნაწილაკები ინარჩუნებს მასალის ან ქსოვილის თხელი ფენებსაც კი. ვთქვათ, რამდენიმე მილიმეტრი კანი მთლიანად შთანთქავს მათ ნაკადს, იცავს შინაგან ორგანოებს. მაგრამ ალფა ნაწილაკები უკიდურესად აზიანებენ ქსოვილებს, რომლებთანაც ისინი კონტაქტში არიან. ასე რომ, პლუტონიუმი ორგანიზმში მოხვედრის შემთხვევაში სერიოზულ საფრთხეს წარმოადგენს. ის ძალიან ცუდად შეიწოვება კუჭ-ნაწლავის ტრაქტში, მაშინაც კი, თუ იგი იქ მოხვდება ხსნადი ფორმით. მაგრამ ნახევარი გრამი პლუტონიუმის მიღებამ შეიძლება გამოიწვიოს სიკვდილი რამდენიმე კვირაში საჭმლის მომნელებელი ტრაქტის მწვავე დასხივების გამო.
მეათედი გრამი პლუტონიუმის მტვრის ჩასუნთქვა იწვევს ფილტვის შეშუპების სიკვდილს ათი დღის განმავლობაში. 20 მგ დოზის ინჰალაცია იწვევს ფიბროზის სიკვდილს ერთი თვის განმავლობაში. მცირე დოზები იწვევს კანცეროგენულ ეფექტს. 1 მკგ პლუტონიუმის მიღება ზრდის ფილტვის კიბოს ალბათობას 1%-ით. ამიტომ, ორგანიზმში 100 მიკროგრამი პლუტონიუმი თითქმის გარანტიას იძლევა კიბოს განვითარების (ათი წლის განმავლობაში, თუმცა ქსოვილის დაზიანება შეიძლება ადრეც მოხდეს).
ბიოლოგიურ სისტემებში პლუტონიუმი ჩვეულებრივ +4 ჟანგვის მდგომარეობაშია და მსგავსებას აჩვენებს რკინასთან. სისხლში მოხვედრის შემდეგ, ის სავარაუდოდ კონცენტრირდება რკინის შემცველ ქსოვილებში: ძვლის ტვინში, ღვიძლში, ელენთაში. თუ ძვლის ტვინში 1-2 მიკროგრამი პლუტონიუმიც კი ჩაჯდება, იმუნიტეტი საგრძნობლად გაუარესდება. ძვლოვანი ქსოვილიდან პლუტონიუმის მოცილების პერიოდი 80-100 წელია, ე.ი. ის იქ დარჩება პრაქტიკულად მთელი ცხოვრების განმავლობაში.
რადიოლოგიური დაცვის საერთაშორისო კომისიამ დაადგინა პლუტონიუმის მაქსიმალური წლიური მიღება 280 ნანოგრამზე.