Plutonijs ir radioaktīvs sudraba metāls, ko var izmantot, lai izveidotu vai iznīcinātu. Kamēr tas tika izmantots iznīcināšanai drīz pēc tā izgatavošanas, šodien elements galvenokārt tiek izmantots enerģijas radīšanai visā pasaulē.
Pirmo reizi plutonijs tika ražots un izolēts 1940. gadā, un to izmantoja “Fat Man” atombumbas izgatavošanai, kas tika nomesta uz Nagasaki Otrā pasaules kara beigās, tikai piecus gadus pēc tam, kad tā pirmo reizi tika ražota, sacīja Amanda Simsone, ķīmijas inženierija Ņūheivenas universitātē.
Tikai fakti
Saskaņā ar Los Alamos Nacionālās laboratorijas sniegtajām ziņām ir plutonija īpašības:
- Atomu skaits: 94
- Atomu simbols: Pu
- Atomsvars: 244
- Kušanas temperatūra: 1 184 F (640 C)
- Viršanas punkts: 5,842 F (3,228 C)
Atklāšana un vēsture
Plutoniju 1941. gadā atklāja zinātnieki Džozefs W. Kenedijs, Glens T. Seaborgs, Edvards M. Makmilans un Artūrs C. Wohls Kalifornijas universitātē, Berklijā. Atklājums notika, kad komanda bombardēja urānu-238 ar deuteroniem, kas tika paātrināti, izmantojot ciklotrona ierīci, kas izveidoja neptūniju-238 un divus brīvos neitronus. Pēc tam neptūns-238 beta sadalīšanās rezultātā sadalījās plutonijā-238.
Šis eksperiments netika dalīts ar pārējo zinātnisko aprindu līdz 1946. gadam, pēc Otrā pasaules kara. Jūras dienvidu grāmata par šo atklājumu 1941. gada martā iesniedza žurnālam Physical Review, bet tas tika noņemts, kad tika atklāts, ka atombumbas izveidošanai var izmantot plutonija izotopu Pu-239.
Drīz Seaborga tika nosūtīta vadīt Plutonija ražošanas laboratoriju, kas pazīstama arī kā Met laboratorija, Čikāgas universitātē, saskaņā ar Los Alamos Nacionālās laboratorijas datiem. Laboratorijas mērķis bija izveidot plutoniju Manhetenas projekta ietvaros. Manhetenas projekts bija slepens pasākums Otrā pasaules kara laikā, kura mērķis bija vienīgi atombumbas izstrāde.
1942. gada 18. augustā viņiem bija pirmie lielie panākumi. Viņi spēja radīt acīmredzamu plutonija daudzumu, kas bija redzams. Tas bija tikai aptuveni 1 mikrograms. No niecīgā parauga zinātnieks noteica plutonija atoma svaru.
Manhetenas projekts galu galā ražoja pietiekami daudz plutonija "Trīsvienības pārbaudei". Pārbaudes laikā netālu no Socorro, Ņūmeksikā, 1945. gada 16. jūlijā eksplodēja pasaulē pirmā atombumba jeb “Sīkrīks” Los Alamos laboratorijas direktors Roberts Oppenheimers un armijas ģenerālis Leslijs Grovess.
Pārbaudē Oppenheims sacīja: "Mēs zinājām, ka pasaule nebūs tāda pati. Daži cilvēki smējās, daži raudāja. Lielākā daļa cilvēku klusēja. Es atcerējos rindu no hinduistu rakstiem - Bhagavad-Gita. Višnu mēģina. pārliecināt princi, ka viņam jādara savs pienākums un radīt viņam iespaidu, iegūst savu daudzbalsīgo formu un saka: 'Tagad es esmu kļuvis par Nāvi, pasaules iznīcinātāju.' Es domāju, ka mēs visi tā vai citādi domājām, "uzskata Karaliskā ķīmijas biedrība.
Sprādziena enerģijas ekvivalents bija aptuveni 20 000 tonnu TNT. Pirmā kara laikā izmantotā atombumba nokrita Hirosimā, Japānā, 1945. gada 6. augustā. Tomēr šai atombumbai ar nosaukumu “Mazais zēns” bija urāna kodols. Otrajai bumbai, kas 1945. gada 9. augustā nokrita Nagasaki, Japānā, bija plutonija kodols. "Fat Man", kā to sauca, paātrināja Otrā pasaules kara beigas.
Plutonija īpašības
Svaigi pagatavotam plutonija metālam ir sudrabaini spilgta krāsa, bet, gaisā oksidējoties, tas kļūst blāvi pelēks, dzeltens vai olīvu zaļš. Metāls ātri izšķīst koncentrētās minerālskābēs. Liels plutonija gabals jūtas silts pieskārieniem, jo enerģiju izdala alfa sabrukšana; lielāki gabali var radīt pietiekami daudz siltuma, lai vārītos ūdenī. Istabas temperatūrā alfa formas plutonijs (visizplatītākā forma) ir tikpat ciets un trausls kā čuguns. To var sakausēt ar citiem metāliem, veidojot istabas temperatūrā stabilizētu delta formu, kas ir mīksta un kaļama. Atšķirībā no vairuma metālu plutonijs nav labs siltuma vai elektrības vadītājs. Tam ir zema kušanas temperatūra un neparasti augsta viršanas temperatūra.
Plutonijs var veidot sakausējumus un starpposma savienojumus ar lielāko daļu citu metālu, kā arī savienojumus ar daudziem citiem elementiem. Dažiem sakausējumiem piemīt supravadītspējas, bet citus izmanto kodoldegvielas granulu ražošanai. Tās savienojumi ir dažādās krāsās atkarībā no oksidācijas stāvokļa un no tā, cik sarežģīti ir dažādi ligandi. Ūdens šķīdumā ir pieci valanta jonu stāvokļi.
Plutonijs kopā ar visiem pārējiem transurāna elementiem ir radioloģiski bīstams, un ar to jārīkojas ar īpašu aprīkojumu un piesardzības pasākumiem. Pētījumos ar dzīvniekiem atklāts, ka daži miligrami plutonija uz kilogramu audu ir nāvējoši.
Avoti
Plutonijs dabā parasti nav atrodams. Plutonija mikroelementi ir atrodami dabā sastopamās urāna rūdās. Šeit tas veidojas līdzīgi kā neptūnijs: apstarojot dabisko urānu ar neitroniem, kam seko beta sabrukšana.
Tomēr galvenokārt plutonijs ir kodolenerģijas nozares blakusprodukts. Katru gadu saskaņā ar Los Alamos Nacionālās laboratorijas datiem tiek saražotas aptuveni 20 tonnas plutonija. Izlietoto kodoldegvielu var arī pārstrādāt, lai atdalītu izmantojamo plutoniju no citiem degvielas elementiem.
Atmosfēras ieroču izmēģinājumi pagājušā gadsimta piecdesmitajos un sešdesmitajos gados Zemes atmosfērā atstāja tonnas plutonija, kas joprojām atrodas mūsdienās, ziņo Pasaules Kodolieroču asociācija.
Lietojumi
Lielākoties plutonijs netiek izmantots daudz. Faktiski no pieciem izplatītajiem izotopiem tikai divi no plutonija izotopiem, plutonijs-238 un plutonijs-239, tiek izmantoti jebkam.
Plutonijs-238 tiek izmantots elektrības ražošanai kosmosa zondes, izmantojot radioizotopu termoelektriskos ģeneratorus. Šie ģeneratori tiek ieslēgti, kad zondes nevar iegūt pietiekami daudz saules enerģijas, jo tie ir devušies pārāk tālu no saules. Dažas zondes, kurās tiek izmantots plutonijs-238, ir Cassini un Galileo.
Pietiekami koncentrējoties plutonijs-239 tiek pakļauts dalīšanās ķēdes reakcijai. Tādēļ to izmanto kodolieročos un dažos kodolreaktoros.
Faktiski viens no lielākajiem plutonija lietojumiem ir enerģija. Saskaņā ar Pasaules kodolenerģijas asociācijas datiem vairāk nekā viena trešdaļa enerģijas, kas saražota lielākajā daļā atomelektrostaciju, nāk no plutonija. Plutonijs ir galvenā degviela ātrgaitas neitronu reaktoros.
Kurš zināja?
Gadu desmitiem zinātnieki domāja, kāpēc plutonijs nerīkojās tāpat kā citi metāli savā grupā. Piemēram, plutonijs ir slikts elektroenerģijas vadītājs, un tas nelīp pie magnētiem. Tagad pētnieki ir izdomājuši, kur slēpjas tā "trūkstošais magnētisms", un tas ir saistīts ar elektrolīta ārējo čaumalu elektronu uzbudinošo izturēšanos. Atšķirībā no citiem metāliem, kuru ārējā apvalkā ir noteikts elektronu skaits, plutonijā, atrodoties pamata stāvoklī, tajā var būt četri, pieci vai seši elektroni.
Šis mainīgais ārējā apvalka elektronu skaits izskaidro, kāpēc plutonijs nav magnētisks: Lai atoms mijiedarbotos ar magnētiem, nepārajiem elektroniem ārējā apvalkā jāatrodas magnētiskajā laukā.
Stabilākais plutonija izotops, plutonijs-244, var kalpot ilgu laiku. Pēc Jefferson Lab datiem, tā pussabrukšanas periods ir aptuveni 82 miljoni gadu un alfa sadalīšanās dēļ sadalās urānā-240.
Plutonijs tika nosaukts planētas Plutona vārdā. Tas ir tāpēc, ka tas nāca pēc urāna, kas tika nosaukts pēc planētas Urāns, un neptūnija, kas tika nosaukts pēc planētas Neptūns.
Plutonijs izstaro neitronus, beta daļiņas un gamma starus.
