A plutónium egy radioaktív, ezüst fém, amely felhasználható létrehozására vagy megsemmisítésére. Míg az elkészítés után hamarosan pusztításra használták fel, ma az elemet elsősorban energia előállítására használják az egész világon.
A plutóniumot először 1940-ben állították elő és izolálták, majd felhasználták a "Kövér ember" atombomba elkészítésére, amelyet a második világháború végén, csak öt évvel az első gyártás után dobtak el Nagasakion - mondta Amanda Simson, a vegyészmérnök a New Haven Egyetemen.
Csak a tények
A Los Alamos Nemzeti Laboratórium szerint itt vannak a plutónium tulajdonságai:
- Atomszám: 94
- Atom szimbólum: Pu
- Atomsúly: 244
- Olvadáspont: 640 ° C (1,184 F).
- Forráspont: 5,842 F (3,228 C)
Felfedezés és történelem
A plutóniumot 1941-ben fedezte fel Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan és Arthur C. Wohl a Berkley-i kaliforniai egyetemen. A felfedezés akkor történt, amikor a csapat urán-238-at bombázott olyan deuteronokkal, amelyeket felgyorsítottak egy ciklotron eszközben, amely neptunium-238-at és két szabad neutront hozott létre. A neptunium-238 ezután béta-bomlás révén plutónium-238-ra bomlik.
Ezt a kísérletet 1946-ig, a II. Világháború után, nem osztották meg a tudományos közösség többi részével. Seaborg 1941 márciusában benyújtotta a felfedezésükről szóló papírt a Physical Review folyóiratnak, de a papírt eltávolították, amikor felfedezték, hogy a plutónium izotópja, a Pu-239 felhasználható atombomba létrehozására.
A Los Alamos Nemzeti Laboratórium szerint hamarosan Seaborgot küldték a Plutónium Termelési Lab, más néven Met Lab nevű laboratóriumának vezetésére a Chicagói Egyetemen. A laboratórium célja a plutónium előállítása volt a Manhattan Projekt részeként. A Manhattan Projekt egy titkos vállalkozás volt a második világháború alatt, amely kizárólag atombomba kifejlesztésén dolgozott.
1942. augusztus 18-án az első nagy sikerük volt. Képesek voltak létrehozni egy olyan mennyiségű plutóniumot, amely látható volt a szem számára. Csak 1 mikrogramm körül volt. Az apró mintából a tudós meghatározta a plutónium atomtömegét.
A manhattani projekt végül elegendő mennyiségű plutóniumot termelt a "Trinity Test" elvégzéséhez. A vizsgálat során a világ első atombombáját, vagyis a "Gadgetet" 1945. július 16-án felrobbantották az új mexikói Socorro közelében, Robert Oppenheimer Los Alamos laboratóriumi igazgatója és Leslie Groves hadsereg tábornokának.
A teszt közül Oppenheimer azt mondta: "Tudtuk, hogy a világ nem lesz ugyanaz. Néhány ember nevetett, néhány sírt. A legtöbb ember hallgatott. Emlékszem a hindu szentírásból, a Bhagavad-Gitáról szóló sorra. Vishnu próbálkozik. hogy meggyőzze a herceget arról, hogy kötelességeinek eleget kell tennie, és hogy lenyűgözze őt, többrétegű formáját ölti, és azt mondja: „Most halálom lettem, a világok pusztítója”. Gondolom, mindannyian úgy gondoltuk, hogy így vagy úgy ", a Kémiai Királyi Társaság szerint.
A robbanás energiatartalma megközelítőleg 20 000 tonna TNT volt. Az első háborúban felhasznált atombomba 1945. augusztus 6-án esett a japán Hirosimára. A "Kisfiú" elnevezésű atombomba uránmagot tartalmazott. A második bomba, amelyet 1945. augusztus 9-én, Japánban, a Nagasaki-on dobtak le, plutónium-maggal rendelkezik. A "Kövér ember", ahogy azt nevezték, felgyorsította a második világháború végét.
A plutónium tulajdonságai
A frissen elkészített plutónium-fém ezüstös színű, de a levegőn oxidálódva tompa szürke, sárga vagy olívazöld színűvé válik. A fém gyorsan feloldódik koncentrált ásványi savakban. Egy nagy darab plutónium melegnek érzi magát az alfa-bomlás által kibocsátott energia miatt; a nagyobb darabok elegendő hőt tudnak előállítani a víz forralásához. Szobahőmérsékleten az alfa-alakú plutónium (a leggyakoribb forma) ugyanolyan kemény és törékeny, mint az öntöttvas. Más fémekkel ötvözhető, hogy szobahőmérsékleten stabilizált delta formát képezzen, amely puha és elasztikus. A legtöbb fémből eltérően a plutónium nem jó hővezető vagy elektromos vezető. Alacsony olvadáspontú és szokatlanul magas forráspontú.
A plutónium ötvözeteket és közbenső vegyületeket képezhet a legtöbb más fémekkel, valamint vegyületeket számos más elemmel. Néhány ötvözet szupravezető képességekkel rendelkezik, mások pedig nukleáris tüzelőanyag-pellet előállítására szolgálnak. Vegyületei különféle színekben vannak, az oxidációs állapottól és a különböző ligandumok összetettségétől függően. Vizes oldatban öt valance ionos állapot van.
A plutónium, az összes többi transzuránium elemmel együtt, radiológiai veszélyt jelent, ezért speciális berendezésekkel és óvintézkedésekkel kell kezelni. Az állatkísérletek azt mutatták, hogy néhány milligramm plutónium / kilogramm szövet halálos.
Források
A plutónium általában nem található meg a természetben. A plutónium nyomelemei megtalálhatók a természetben előforduló uránércekben. Itt a neptuniumhoz hasonló módon képződik: a természetes urán neutronokkal történő besugárzása, majd béta-bomlás.
Elsődlegesen azonban a plutónium az atomenergia-ipar mellékterméke. A Los Alamos Nemzeti Laboratórium szerint évente körülbelül 20 tonna plutónium termelődik. A kiégett nukleáris üzemanyag újrafeldolgozható, hogy elválasztható legyen a használható plutónium az üzemanyag más elemeitől.
Az 1950-es és 1960-as években a légköri fegyverek tesztelése tonna plutóniumot hagyott a Föld légkörében, amely ma is ott van, állítja a Nukleáris Világszövetség szerint.
Felhasználások
A plutóniumot általában nem sokkal használják. Valójában az öt általános izotóp közül csak a plutónium-izotópok közül kettőt, a plutónium-238-at és a plutónium-239-et használják bármihez.
A plutónium-238-at elektromos áram előállításához használják űrszondákhoz radioizotóp hőelektromos generátorok segítségével. Ezeket a generátorokat akkor kapcsolják be, amikor a szondák nem tudnak elegendő napenergiát kapni, mert túl messzire mentek a napfénytől. Néhány szonda, amely plutónium-238-at használ, a Cassini és a Galileo.
Megfelelő koncentrációban a plutónium-239 hasadási láncreakción megy keresztül. Emiatt használják nukleáris fegyverekben és néhány nukleáris reaktorban.
Valójában a plutónium egyik legnagyobb felhasználása az energia. A Nukleáris Világszövetség szerint a legtöbb atomerőműben előállított energia több mint egyharmada plutóniumból származik. A plutónium a fő üzemanyag a gyors neutronreaktorokban.
Aki tudta?
A tudósok évtizedek óta elgondolkodtak azon, miért nem viselkedik úgy a plutónium, mint a csoport többi féme. Például a plutónium gyenge áramvezető, és nem tapad a mágnesekhez. A kutatók rájöttek, hol rejtőzik a hiányzó mágnesessége, és ennek köze van az elem külső héjában lévő elektronok szokatlan viselkedéséhez. Más fémekkel ellentétben, amelyek külső héjában meghatározott számú elektron van, alapállapotban a plutóniumnak négy, öt vagy hat elektronja lehet.
Ez a külső héjú elektronok ingadozó száma magyarázza, hogy a plutónium miért nem mágneses: Annak érdekében, hogy egy atom mágnesekkel kölcsönhatásba lépjen, a külső héjában lévő páratlan elektronoknak mágneses mezőben kell elhelyezkedniük.
A plutónium legstabilabb izotópja, a plutónium-244 hosszú ideig tarthat. A felezési ideje körülbelül 82 millió év, és az alfa-bomlás révén urán-240-re bomlik, a Jefferson Lab szerint.
A plutóniumot a Plútó bolygóról nevezték el. Ennek oka az, hogy az Uránusz, amelyet az Uránusz bolygó elnevezése után vált, és a Neptunium, amelyet Neptunusz bolygó elnevezése után jött.
A plutónium neutronokat, béta-részecskéket és gammasugarakat bocsát ki.
