Изотопи плутонијума

Плутонијум (₉₄Pu) је вештачки елемент, осим у траговима као резултат уранијумовог неутронског захвата, и због тога стандардна атомска маса не може бити дата. Као сваки вештачки елемент, нема стабилних изотопа. Синтетисан је знатно пре него што је пронађен у природи, први изотоп синтетисан је био ²³⁸Pu 1940. године. Карактеризовано је двадесет радиоизотопа. Најстабилнији су плутонијум-244 са временом полураспада од 80,8 милиона година, плутонијум-242 са временом полураспада од 373.300 година и плутонијум-239 са временом полураспада од 24.110 година, Сви остали радиоактивни изотопи имају времена полураспада од мање од 7.000 година. Овај елемент такође има 8 изомера; сви имају времена полураспада мање од једне секунде^[1].

Главни изотопи плутонијума уреди

Главни изотопи плутонијума (₉₄Pu)
Изотоп			Распад
	Распростањеност	Време полураспада	Начин	Производ
²³⁸Pu	траг	87.74 y	SF	–
²³⁸Pu	траг	87.74 y	α	²³⁴U
²³⁹Pu	траг	2.41×10⁴ y	SF	–
²³⁹Pu	траг	2.41×10⁴ y	α	²³⁵U
²⁴⁰Pu	траг	6500 y	SF	–
²⁴⁰Pu	траг	6500 y	α	²³⁶U
²⁴¹Pu	синтетички	14 y	β⁻	²⁴¹Am
²⁴¹Pu	синтетички	14 y	SF	–
²⁴²Pu	синтетички	3.73×10⁵ y	SF	–
²⁴²Pu	синтетички	3.73×10⁵ y	α	²³⁸U
²⁴⁴Pu	траг	8.08×10⁷ y	α	²⁴⁰U
²⁴⁴Pu	траг	8.08×10⁷ y	SF	–

Списак изотопа уреди

Изотоп^[2]	Z	N	Изотопска маса(Da)	Време полураспада	Начин распада	Производ	Распрострањеност
Изотоп^[2]	Енергија побуђености			Време полураспада	Начин распада	Производ	Распрострањеност
²²⁸Pu	94	134	228,03874(3)	1.1(+20−5) s	α (99,9%)	²²⁴U	синтетички
²²⁸Pu	94	134	228,03874(3)	1.1(+20−5) s	β⁺ (0,1%)	²²⁸Np	синтетички
²²⁹Pu	94	135	229,04015(6)	120(50) s	α	²²⁵U	синтетички
²³⁰Pu	94	136	230,039650(16)	1,70(17) min	α	²²⁶U	синтетички
²³⁰Pu	94	136	230,039650(16)	1,70(17) min	β⁺ (rare)	²³⁰Np	синтетички
²³¹Pu	94	137	231,041101(28)	8,6(5) min	β⁺	²³¹Np	синтетички
²³¹Pu	94	137	231,041101(28)	8,6(5) min	α (rare)	²²⁷U	синтетички
²³²Pu	94	138	232,041187(19)	33,7(5) min	EC (89%)	²³²Np	синтетички
²³²Pu	94	138	232,041187(19)	33,7(5) min	α (11%)	²²⁸U	синтетички
²³³Pu	94	139	233,04300(5)	20,9(4) min	β⁺ (99,88%)	²³³Np	синтетички
²³³Pu	94	139	233,04300(5)	20,9(4) min	α (0,12%)	²²⁹U	синтетички
²³⁴Pu	94	140	234,043317(7)	8,8(1) h	EC (94%)	²³⁴Np	синтетички
²³⁴Pu	94	140	234,043317(7)	8,8(1) h	α (6%)	²³⁰U	синтетички
²³⁵Pu	94	141	235,045286(22)	25,3(5) min	β⁺ (99,99%)	²³⁵Np	синтетички
²³⁵Pu	94	141	235,045286(22)	25,3(5) min	α (0,0027%)	²³¹U	синтетички
²³⁶Pu	94	142	236,0460580(24)	2,858(8) y	α	²³²U	синтетички
					SF (1,37×10⁻⁷%)	(разни)
					CD (2×10⁻¹²%)	²⁰⁸Pb²⁸Mg
					β⁺β⁺ (ретко)	²³⁶U
²³⁷Pu	94	143	237,0484097(24)	45,2(1) d	EC	²³⁷Np	синтетички
²³⁷Pu	94	143	237,0484097(24)	45,2(1) d	α (0,0042%)	²³³U	синтетички
^237m1Pu	145,544(10)2 keV			180(20) ms	IT	²³⁷Pu	синтетички
^237m2Pu	2900(250) keV			1,1(1) µs			синтетички
²³⁸Pu	94	144	238,0495599(20)	87,7(1) y	α	²³⁴U	Траг
					SF (1,9×10⁻⁷%)	(разни)
					CD (1,4×10⁻¹⁴%)	²⁰⁶Hg ³²Si
					CD (6×10⁻¹⁵%)	¹⁸⁰Yb ³⁰Mg ²⁸Mg
²³⁹Pu	94	145	239,0521634(20)	2,411(3)×10⁴ y	α	²³⁵U	Tраг
²³⁹Pu	94	145	239,0521634(20)	2,411(3)×10⁴ y	SF (3,1×10⁻¹⁰%)	(разни)	Tраг
^239m1Pu	391,584(3) keV			193(4) ns			синтетички
^239m2Pu	3100(200) keV			7,5(10) µs			синтетички
²⁴⁰Pu	94	146	240,0538135(20)	6,561(7)×10³ y	α	²³⁶U	Траг
					SF (5,7×10⁻⁶%)	(разни)
					CD (1,3×10⁻¹³%)	²⁰⁶Hg ³⁴Si
²⁴¹Pu	94	147	241,0568515(20)	14,290(6) y	β⁻ (99,99%)	²⁴¹Am	синтетички
					α (0,00245%)	²³⁷U
					SF (2,4×10⁻¹⁴%)	(разни)
^241m1Pu	161,6(1) keV			0,88(5) µs			синтетички
^241m2Pu	2200(200) keV			21(3) µs			синтетички
²⁴²Pu	94	148	242,0587426(20)	3,75(2)×10⁵ y	α	²³⁸U	синтетички
²⁴²Pu	94	148	242,0587426(20)	3,75(2)×10⁵ y	SF (5,5×10⁻⁴%)	(rразни)	синтетички
²⁴³Pu	94	149	243,062003(3)	4,956(3) h	β⁻	²⁴³Am	синтетички
^243mPu	383,6(4) keV			330(30) ns			синтетички
²⁴⁴Pu	94	150	244,064204(5)	8,00(9)×10⁷ y	α (99,88%)	²⁴⁰U	Tраг
					SF (0,123%)	(разни)
					β⁻β⁻ (7,3×10⁻⁹%)	²⁴⁴Cm
²⁴⁵Pu	94	151	245,067747(15)	10,5(1) h	β⁻	²⁴⁵Am	синтетички
²⁴⁶Pu	94	152	246,070205(16)	10,84(2) d	β⁻	^246mAm	синтетички
²⁴⁷Pu	94	153	247,07407(32)#	2,27(23) d	β⁻	²⁴⁷Am	синтетички

Значајни изотопи уреди

Плутонијум-238^[3] има време полураспада 87,74 године и емијуте алфа честице. Чист ²³⁸Pu који се користи у термоелектричним генераторима који напајају неке свемирске летелице добија се електронским захватом нептунијума-237 .
Плутонијум-239 је најзначајнији изотоп плутонијума, са временом полураспада 24.100 година. ²³⁹Pu и ²⁴¹Pu су фисилни, што значи да њихова језгра могу да се раздвоје спорим бомбардовањем неутронима, том приликом испуштају енергију, гама радијацију и више неутрона. Из тог разлога могу да се користе да одржавају нуклеарну ланчану реакцију, која омогућава примену у нуклеарним оружијима и нуклеарним реакторима. ²³⁹Pu је синтетисан изразавањем уранијума-238 неутронима. Даљим неутронским захватом се добијају узастопно тежи изотопи.
Плутонијум-240 има високу стопу спонтане фисије. Плутонијум се категоризује по проценту ²⁴⁰Pu: квалитета за оружије (<7%), квалитета за гориво (7–19%), квалитета за реакторе (> 19%).
Плутонијум-241је фисилан, али такође се распада бета распадом у америцијум-241.
Плутонијум-242 није фисилан, нијеје знатно фертилан(захтева 3 неутрона да буду захваћена како би постао фисилан) има дуже време полураспада него било који лакши изотоп
Плутонијум-244 је најстабилнији изотоп плутонијума, са временом плураспада од 80 милиона година.Не производи се често јер ²⁴³Pu има кратко време плураспада.

Производња и употреба уреди

²³⁹Pu, фисилни изотоп који је друго најкоришћеније нуклеарно гориво после уранијума-235, и најкоришћенији у фисијском делу нуклеарних оружија, производи се из уранијума-238 неутронским хватањем праћеним са два бета израчивања.

Гранула плутонијума-238, која светли од своје сопствене топлоте, користи се за термоелектричне генераторе.

²⁴⁰Pu, ²⁴¹Pu, и ²⁴²Pu се производе даљим неутронским хватањем. Изотопи непарне масе ²³⁹Pu и ²⁴¹Pu имају 3/4 шансе да прођу кроз фисију при захвату неутрона и 1/4 шансу да постану следећи тежи изотоп. Изотопи парне масе су фертилни и имају знатно мање стопе неутронског захвата^[4].

Полуживот ²⁴¹Pu има 14 година и има нешто веће пресеке термичких неутрона од ²³⁹Pu и за фисију и за апсорпцију. Док се нуклеарно гориво користи у реактору, језгро од ²⁴¹Pu је вероватније да ће се цепати или да зароби неутрон, него да пропадне. ²⁴¹Pu представља значајан део фисије у гориву термичког реактора које се користи већ неко време. Међутим, у истрошеном нуклеарном гориву које се брзо не подвргне преради нуклеарне обраде, већ се хлади годинама након употребе, већи део или већи део ²⁴¹Pu ће бета пропасти на америциум-241, један од мањих актинида, јак алфа емитер и тешко га је употребити у термичким реакторима.

²⁴²Pu има посебно низак пресек за хватање термичких неутрона; и потребне су три апсорпције неутрона да би постали још један дељиви изотоп (куријум-245 или ²⁴¹Pu) и фисија. Чак и тада, постоји шанса да један од ова два дељива изотопа неће успети да се дели, али уместо тога, апсорбује четврти неутрон, постајући куријум-246 (на путу ка још тежим актинидима попут калифорнијског, који је неутронски емитир спонтаном дељењем и тешко га је ручка) или опет постаје ²⁴²Pu; па је средњи број неутрона апсорбираних пре фисије чак већи од 3. Стога је ²⁴²Pu посебно неприкладан за рециклирање у термичком реактору и боље би се користио у бржем реактору. Међутим, низак пресек ²⁴²Pu значи да ће се релативно мало тога претворити током једног циклуса у термичком реактору. Полуживот ²⁴²Pu-а је око 15 пута дужи од полуживота ²³⁹Pu; стога је 1/15 радиоактиван и није један од већих који доприноси радиоактивности нуклеарног отпада. Емисија гама зрака ²⁴²Pu је такође слабија од оне других изотопа^[4].

Полуживот ²⁴³Pu је само 5 сати, а бета пропада до америциума-243. Пошто ²⁴³Pu има мало могућности за хватање додатног неутрона пре распада, циклус нуклеарног горива не даје дуговечну ²⁴⁴Pu у значајној количини.

²³⁸Pu се обично не производи у толико великим количинама нуклеарним горивним циклусом, али неки се производе из нептунијума-237 хватањем неутрона (ова реакција се такође може користити са пречишћеним нептунијумом да би се произвео ²³⁸Pu релативно без других изотопа плутонијума за употребу у радиоизотопској термоелектричној енергији генератори), реакцијом (н, 2н) брзих неутрона на ²³⁹Pu или алфа распадом куријума-242, која настаје хватањем неутрона из ²⁴¹Am. Има значајан термички пресек неутрона за фисију, али је вероватније да ће заробити неутрон и постати ²³⁹Pu^[4].

^{240Pu као препрека нуклеарном оружију} уреди

Плутонијум-240 пролази кроз спонтану фисију као секундарни начин распада, малом али значајном стопом. Присуство ²⁴⁰Pu ограхичава његову употребу у нуклеарном оружију, јер неутрони из спонтане фисије започињу прерану ланчану реакцију, која доводи до тога да се језгро измести и онемогућава потпуну имплозију.

Референце уреди

^ Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean;. „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”.
^ „National Nuclear Data Center Interactive Chart of Nuclides”.
^ Makhijani, Arjun; Seth, Anita (July 1997). (PDF). Energy and Security. Takoma Park, MD: Institute for Energy and Environmental Research. Retrieved 4 July 2016. „The Use of Weapons Plutonium as Reactor Fuel” (PDF).
^ ^а ^б ^в „Plutonium Isotopic Results of Known Samples Using the Snap Gamma Spectroscopy Analysis Code and the Robwin Spectrum Fitting Routine” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 13. 08. 2017. г. Невалидан унос |dead-url=dead (помоћ)

Категорија:Хемијски елементи

[1] Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean;. „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”.

[2] „National Nuclear Data Center Interactive Chart of Nuclides”.

[3] Makhijani, Arjun; Seth, Anita (July 1997). (PDF). Energy and Security. Takoma Park, MD: Institute for Energy and Environmental Research. Retrieved 4 July 2016. „The Use of Weapons Plutonium as Reactor Fuel” (PDF).

[:0-4] а ^б ^в „Plutonium Isotopic Results of Known Samples Using the Snap Gamma Spectroscopy Analysis Code and the Robwin Spectrum Fitting Routine” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 13. 08. 2017. г. Невалидан унос |dead-url=dead (помоћ)

[1]

[2]

[3]

[4]