La vida media del plutonio es de 238 años. No es el más pesado, pero sí el más longevo.

Por primera vez en unos 30 años, los científicos estadounidenses han producido polvo de plutonio-238. Según ellos, esto dará impulso a la investigación. espacio profundo realizado por la agencia espacial estadounidense NASA. El producto se obtiene combinando óxido de neptunio con aluminio y luego presionando el resultado en gránulos, que luego se irradian. Como resultado de todas estas manipulaciones químicas, los científicos crearon un elemento llamado neptunio-238, que luego rápidamente se descompuso en plutonio-238.

El plutonio-238 (Pu-238) es un elemento radiactivo cuya desintegración en uranio-234 siempre va acompañada de la liberación activa de calor, que puede utilizarse como fuente de energía. Por ejemplo, en los años 70 del siglo pasado, 30 lanzaron con éxito misiones espaciales (incluidas naves tipo Voyager), cuyo objetivo era estudiar planetas distantes fuera del sistema solar, utilizaron una forma oxidada del isótopo de plutonio como combustible. (Un isótopo es un átomo de un elemento con un número diferente de neutrones).

Durante Guerra Fría Planta del río Savannah estado americano Carolina del Sur estaba extrayendo Pu-238. “Los reactores se cerraron en 1988 y desde entonces el gobierno de Estados Unidos no ha podido producir material requerido“Recuerda Bob Wham, director de proyectos del Departamento de Seguridad Nuclear y Tecnología de Isótopos del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía de Estados Unidos, en una entrevista.

Después de que se detuviera la producción del isótopo en Estados Unidos, Rusia proporcionó el plutonio-238 necesario para las misiones espaciales, pero pronto suspendió la producción del material. Dos años más tarde, la NASA empezó a financiar nuevos intentos de producirlo. elemento raro: en particular, anualmente el gobierno de EE. UU. asignó hasta 15 millones de dólares al departamento para estas necesidades energía nuclear Departamento de Energía de EE. UU.

El plutonio-238 es una fuente de energía ideal para misiones espaciales por varias razones, siendo la principal la llamada vida media del elemento de aproximadamente 88 años. La vida media es el tiempo que tarda la mitad de los átomos de un elemento en desintegrarse. Esto significa que la liberación de calor del isótopo se reducirá a la mitad sólo después de 88 años. Según la Asociación Nuclear Mundial, el plutonio-239 es un isótopo con una vida media de 24.110 años y se forma con mayor frecuencia a partir de uranio en reactores nucleares.

Además, “es estable en altas temperaturas, puede generar temperaturas significativas en pequeñas cantidades y emitir relativamente nivel bajo radiación contra la que es fácil protegerse para que no afecte a las herramientas y equipos críticos”, dice Wham.

Sin embargo, este está lejos de ser el único logro que han logrado Wem y sus colegas. Por ejemplo, recientemente crearon 50 gramos (1,8 onzas) de Pu-238, que según el científico es cantidad suficiente para determinar una sustancia.

Dado que los investigadores estaban utilizando la infraestructura existente del Departamento de Energía de EE. UU. para producir el elemento, la primera tarea fue adaptar el proceso de producción de plutonio para acomodarlo. "Por lo tanto, los reactores de investigación del DOE en funcionamiento actualmente son más pequeños que los utilizados en Savannah River, por lo que necesitábamos modificar la tecnología de fabricación para que funcionara con los reactores en funcionamiento existentes", comentó Wham.

En un futuro próximo, los científicos comprobarán la pureza de la muestra y comenzarán a ampliar la producción.

“Si automatizamos y ampliamos la producción, Estados Unidos puede largos años"Producir sistemas de energía que funcionen con radioisótopos, que la NASA solía utilizar para la exploración del espacio profundo", dijo Wham.

La próxima misión de la NASA para aprovechar la energía de los radioisótopos será el lanzamiento en julio de 2020 de un rover a Marte que buscará signos de vida en el Planeta Rojo, recolectará rocas y muestras de suelo para realizar más pruebas en la Tierra e investigará tecnología, dicen los investigadores. exploración espacial.

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El descubrimiento de los isótopos del plutonio comenzó en 1940, cuando se obtuvo el plutonio-238. Actualmente, se considera uno de los nucleidos más importantes. Un año después, se descubrió el nucleido más importante, el plutonio-239, que posteriormente encontró su aplicación en las industrias nuclear y espacial. El elemento químico es un actínido, uno de sus isótopos, que se menciona anteriormente, es uno de los tres principales isótopos fisionables. Como se sabe, los isótopos de todos los actínidos son radiactivos, ya que son inestables y podrían haber encontrado su uso en medicina, si no fuera por su dura emisión de radio, incluido el plutonio.

Las propiedades nucleares más importantes de los nucleidos de plutonio se enumeran en la tabla:

Un anillo de plutonio puro y electrorefinado apto para armas. El anillo pesa 5,3 kg y mide 11 cm de diámetro. Esta forma no le permite tener un tamaño crítico.

De los isótopos del plutonio al este momento Se conoce la existencia de 19 de sus nucleidos con números de masa de 228-247. Sólo 4 de ellos encontraron su solicitud. Las propiedades de los isótopos tienen algunas característica distintiva, por lo que se puede juzgar su estudio posterior, incluso los isótopos tienen periodos largos vidas medias que las impares.

El Departamento de Energía de Estados Unidos divide las mezclas de plutonio en tres tipos:

1. plutonio apto para armas
2. plutonio combustible y
3. plutonio del reactor

El término "plutonio ultrapuro" se utiliza para describir una mezcla de isótopos de plutonio que contienen entre un 2 y un 3 por ciento de Pu.

Sólo dos isótopos de este elemento son más capaces de Fisión nuclear que otros; Además, estos son los únicos isótopos que sufren fisión nuclear cuando se exponen a neutrones térmicos. Entre los productos de la explosión. termo bombas nucleares También se han descubierto Pu y Pu, cuyas vidas medias son desproporcionadamente cortas.

Isótopos y síntesis.

Métodos de extracción de plutonio y uranio.

Se conocen unos 20 isótopos de plutonio, todos ellos radiactivos. El más longevo de ellos es el plutonio-244, con una vida media de 80,8 millones de años; el plutonio-242 tiene una vida media más corta, de 372.300 años; plutonio-239 24.110 años". Todos los demás isótopos tienen una vida media de menos de 7 mil años. Este elemento tiene 8 estados metaestables, las vidas medias de estos isómeros no superan 1 s.

El número másico de isótopos conocidos del elemento varía de 228 a 247. Todos experimentan uno o más tipos de desintegración radiactiva:

• captura de electrones con formación de isótopos de neptunio;
• desintegración beta menos para formar isótopos de americio;
• desintegración alfa para formar isótopos de uranio;
• fisión espontánea para producir una amplia gama de isótopos hijos de elementos de la parte media de la tabla periódica, muchos de los cuales son β-activos.

El principal canal de desintegración de los isótopos más ligeros del plutonio es la desintegración alfa, aunque para ellos también está abierto el canal de captura de electrones. El principal canal de desintegración de los isótopos ligeros del plutonio es la captura de electrones, con la desintegración alfa compitiendo con ella. Los principales canales de desintegración radiactiva de isótopos con números de masa entre 236 y 244 son la desintegración alfa y la fisión espontánea. El principal canal de desintegración de los isótopos de plutonio cuyo número de masa excede 244 es la desintegración beta-menos en isótopos de americio. El plutonio-241 es miembro de la serie del neptunio radiactivo "extinto".

Los isótopos con números de masa 236, 238, 239, 240, 242, 244 son betaestables.

Síntesis de plutonio

El plutonio se produce a escala industrial de dos formas:

1. irradiación de uranio contenido en reactores nucleares;
2. irradiación en reactores de elementos transuránicos aislados del combustible gastado.

Después de la irradiación, en ambos casos el plutonio se separa mediante métodos químicos del uranio, los elementos transuránicos y los productos de fisión.

Plutonio-238

El plutonio-238, utilizado en generadores de energía de radioisótopos, se puede sintetizar en el laboratorio mediante una reacción de intercambio con uranio-238:

EN este proceso Un deuterón golpea un núcleo de uranio-238, dando como resultado neptunio-238 y dos neutrones. A continuación, el neptunio-238 sufre una desintegración beta-menos en plutonio-238. Fue en esta reacción donde se produjo por primera vez el plutonio. Sin embargo, no es económico. En la industria, el plutonio-238 se obtiene de dos formas:

• separación del combustible nuclear irradiado, por lo que este método no produce plutonio-238 puro
• utilizando irradiación de neutrones en reactores de neptunio-237.

El precio de un kilogramo de plutonio-238 es de aproximadamente 1 millón de dólares.

Plutonio-239

El plutonio-239, un isótopo fisionable utilizado en armas nucleares y energía nuclear, se sintetiza industrialmente en reactores nucleares mediante la siguiente reacción que involucra núcleos de uranio y neutrones a través de la desintegración beta-menos y que involucra isótopos de neptunio como productos de desintegración intermedia:

Los neutrones emitidos por la fisión del uranio-235 son capturados por el uranio-238 para formar uranio-239; luego, a través de una cadena de dos desintegraciones β, se forma neptunio-239 y luego plutonio-239. Los empleados del grupo secreto británico Tube Alloys, que estudió el plutonio durante la Segunda Guerra Mundial, predijeron la existencia de esta reacción en 1940.

Isótopos pesados ​​de plutonio

Ciclos nucleares que permiten obtener isótopos de plutonio más pesados.

Los isótopos más pesados ​​se producen en los reactores de Pu a través de una cadena de capturas sucesivas de neutrones, cada una de las cuales aumenta el número de masa del nucleido en uno.

Propiedades de algunos isótopos

Los isótopos de plutonio sufren desintegración radiactiva, lo que libera energía térmica. Diferentes isótopos emiten diferentes cantidades calor. La disipación de calor generalmente se expresa en términos de W/kg o mW/kg. En los casos en que el plutonio esté presente en grandes cantidades y no hay disipador de calor, la energía térmica puede derretir el material que contiene plutonio.

Todos los isótopos del plutonio son capaces de fisión nuclear y emiten partículas γ.

Me gustaría informarles a todos que se han recibido datos de telemetría de Phobos-Grunt.
Material proporcionado por Vedomosti
Imprimir 24 de noviembre de 2011, 9:56 am espacio
Pero el 22 de noviembre, el subdirector de la Agencia Espacial Federal, Vitaly Davydov, dijo que Roscosmos no se hace ilusiones sobre las posibilidades de implementar la misión Phobos-Grunt. "Las posibilidades de que llevemos a cabo esta expedición ahora son prácticamente muy pequeñas", dijo a ITAR-TASS. Recordó que la ventana para colocar la nave espacial Phobos-Grunt en su trayectoria de vuelo a Marte se cerrará hasta finales de noviembre.
Según las previsiones de Roscosmos, el aparato podrá salir de órbita desde finales de diciembre hasta febrero inclusive. “La práctica demuestra que sólo en Últimas 24 horas Es posible determinar el área de impacto de cualquier dispositivo, no antes. Hasta esta fecha, no tiene sentido decir dónde caerá algo. La atmósfera respira, el Sol también se comporta de manera diferente. Y normalmente en medio día se obtienen resultados más precisos sobre la zona donde cayeron los fragmentos”, dijo Davydov.

Más detalles: http://news.mail.ru/society/7416083/?frommail=1
Y lamentablemente sabemos muy poco de todo. Pero ahora ha llegado el momento de que todos lo sepan todo y piensen en el futuro, en cómo vivir más y si tenemos futuro.
El satélite asesino mostrará a Rusia una cifra mortal Utro.ru
23 de septiembre, 03:42 | Adelaide SIGIDA
destrozado el satélite estadounidense no caerá sobre Moscú, sino en océano Indio, asegura Roscosmos. Sin embargo, en una conferencia de prensa celebrada la víspera del fatídico día, algunos expertos hicieron pronósticos ligeramente diferentes.
Recordemos que la caída del satélite se esperaba para el 17 de septiembre. Además, según los cálculos de la NASA, esto debería haber sucedido en Carril central Rusia. Sin embargo, el satélite se retrasó en órbita: el día 17 ya había descendido a una altitud de 200 km, pero aún así continuó cayendo, volando alrededor de la Tierra varias veces durante cada día de este otoño.
La siguiente fecha se nombró 23 de septiembre, luego el desastre se trasladó al 24. De hecho, como admitieron los expertos, aún se desconoce fecha exacta, ni siquiera un lugar aproximado del impacto.
También se desconoce la composición química exacta de la carga del satélite. Por estimaciones aproximadas contiene al menos 30 kg de plutonio-238. Además, sólo 450 g de esta sustancia son suficientes para causar cáncer en toda la humanidad (para ello, sin embargo, estos 450 g deben distribuirse uniformemente por toda la atmósfera terrestre).
Según Valery Volkov, profesor de la Academia de Problemas Geopolíticos y miembro de la Sociedad Nuclear Rusa, actualmente unos cincuenta satélites nucleares vuelan en órbita terrestre baja. Además, la URSS utilizó uranio-235 como combustible para satélites y Estados Unidos utilizó plutonio-238. Hoy, el plutonio-238 es el más peligroso de todos los conocidos. sustancias químicas, la inhalación de 100 mg de esta sustancia provoca edema pulmonar y la muerte en unos pocos días. Además, el proceso es irreversible.
Según Valery Volkov, en 2008, cuando uno de los satélites estadounidenses con plutonio comenzó a caer sobre Estados Unidos, fue derribado por un misil al acercarse, se desintegró en la atmósfera y sus fragmentos cayeron al océano. Después de esto, una ola de transeúntes pasó por todo el mundo. enfermedades del cáncer.
Una imagen completamente diferente se observa cuando caen satélites soviéticos que contienen uranio-235. Según el doctor en ciencias técnicas y miembro de la comisión de modernización del presidente de Rusia, el profesor Ígor Ostretsov, la destrucción del satélite soviético se puede comparar con un accidente en un pequeño planta de energía nuclear. Las personas que se encuentren en las inmediaciones del lugar del impacto pueden recibir pequeñas dosis de radiación. Es casi imposible morir a causa de esto, mientras que en caso de la caída de un solo satélite americano, hasta 300 mil personas podrían morir sólo de edema pulmonar.
Por lo tanto, ahora, cree Igor Ostretsov, Rusia, junto con otros países de la OCS y BRICS, debe exigir a Estados Unidos que recree el sistema de "transbordador espacial", que existía precisamente para retirar de la órbita esos satélites con plutonio-238.
"proyecto soviético Buran fue mucho más eficaz que el American Shuttle. Por lo tanto, para los estadounidenses sería decisión razonable financiar la reanimación de Buran y la eliminación con su ayuda de todos los satélites nucleares de órbitas espaciales. También es necesario prohibir el lanzamiento al espacio de objetos con instalaciones nucleares”, afirmó Ígor Ostretsov.
Según los participantes en la conferencia de prensa, estos satélites se lanzan a órbitas pequeñas, es decir, cercanas a la Tierra, y se utilizan principalmente para conducir reconocimiento espacial en el territorio de un enemigo potencial. Al mismo tiempo, Estados Unidos nos compró activamente plutonio para la construcción de tales dispositivos, en Rusia, en los años 1990 y 2000.
Nos compran, nos miran y nos echan todo encima en la cabeza: eso es lo que más indignó a los participantes en la rueda de prensa.
Mientras tanto, italiano agencia Espacial difundir información de que los restos de un satélite estadounidense no controlado podrían caer sobre regiones del norte Italia. Según cálculos de expertos, sin quemar en capas superiores atmósfera, los fragmentos del dispositivo podrían colapsar el viernes alrededor de las 21:00 hora de Moscú y dispersarse en el territorio de Lombardía, Piamonte, Valle de Aosta y Liguria. En relación con esta advertencia, las unidades servicio Nacional Protección civil está en alerta máxima. Las estaciones de radio locales recomiendan a los residentes que no salgan de sus casas.
Entonces, además de la hidracina, también hay plutonio-238 en los satélites estadounidenses y uranio-235 en los nuestros.
Plutonio (símbolo Pu; número atómico 94) - pesado frágil metal radiactivo color blanco plateado. EN tabla periódica Ubicado en la familia de los actínidos.
El elemento se caracteriza por propiedades estructurales y fisicoquímicas que son significativamente diferentes de otros elementos. El plutonio presenta siete modificaciones alotrópicas a determinadas temperaturas y rangos de presión: α, β, γ, δ, δ", ε y ζ. Puede tomar estados de oxidación de +2 a +7, los principales son +4, +5, + 6. La densidad varía de 19,8 (α-Pu) a 15,9 g/cm³ (δ-Pu).
Isótopos estables no tiene. Los isótopos "naturales"[~1] del plutonio se consideran los isótopos más longevos de todos los elementos transuránicos, 244Pu y 239Pu. En la naturaleza se encuentra principalmente en forma de dióxido (PuO2), que es incluso menos soluble en agua que la arena (cuarzo). La presencia del elemento en la naturaleza es tan pequeña que su extracción resulta poco práctica [~ 2].
Ampliamente utilizado en la producción de armas nucleares (el llamado “plutonio apto para armas”), combustible nuclear para reactores nucleares fines civiles y de investigación y como fuente de energía para astronave.
El segundo elemento artificial después del neptunio (erróneamente “obtenido” en 1934 por el grupo de E. Fermi; el primer isótopo 239Np fue sintetizado e identificado en mayo de 1940 por E. MacMillan y F. Abelson), obtenido en cantidades de microgramos a finales de 1940 en la forma del isótopo 238Pu. El primer elemento químico artificial, cuya producción se inició a escala industrial. La primera bomba nuclear del mundo, creada y probada en 1945 en Estados Unidos, utilizó una carga de plutonio. La primera bomba probada por la URSS en 1949 era del mismo tipo. Así, los EE.UU. y luego la URSS fueron los primeros países en dominar su producción.
Producir plutonio es muy caro. Un gramo de plutonio-238 costaba 1.000 dólares (hasta aproximadamente 1971), hoy en día unos 4.000, y un kilogramo, un millón. Para producir plutonio se utiliza tanto uranio enriquecido como natural. Total El plutonio almacenado en el mundo en todas sus formas posibles se estimó en 2003 en 1.239 toneladas.
Apertura
Enrico Fermi y sus colaboradores de la Universidad de Roma informaron que habían descubierto un elemento químico con número de serie 94 en 1934. Fermi llamó a este elemento hesperium, creyendo que había descubierto el elemento ahora llamado plutonio.
Origen del nombre

En 1930 se descubrió un nuevo planeta, de cuya existencia Percival Lovell, astrónomo, matemático y autor de fantásticos ensayos sobre la vida en Marte, hablaba desde hacía mucho tiempo. Basándose en muchos años de observaciones de los movimientos de Urano y Neptuno, llegó a la conclusión de que detrás de Neptuno en sistema solar debe haber otro noveno planeta, ubicado cuarenta veces más lejos del Sol que la Tierra. Elementos orbitales nuevo planeta fueron calculados por él en 1915. Plutón fue descubierto en fotografías tomadas los días 21, 23 y 29 de enero de 1930 por el astrónomo Clyde Tombaugh en el Observatorio Lowell de Flagstaff (EE.UU.). El planeta fue descubierto el 18 de febrero de 1930. El nombre del planeta lo dio una colegiala de once años de Oxford, Venetia Burney. En la mitología griega, Hades (en romano Plutón) es el dios del reino de los muertos.
experimentos medicos
Durante la Segunda Guerra Mundial y después de su fin, los científicos realizaron experimentos en animales y humanos inyectando dosis intravenosas de plutonio. Los estudios en animales han demostrado que unos pocos miligramos de plutonio por kilogramo de tejido... dosis letal. La dosis “estándar” era de 5 microgramos de plutonio, y en 1945 esta cifra se redujo a 1 microgramo debido a que el plutonio tiende a acumularse en los huesos y, por tanto, es más peligroso que el radio.
Se llevaron a cabo dieciocho pruebas de plutonio en humanos sin consentimiento previo para descubrir dónde y cómo se concentra el plutonio en cuerpo humano y desarrollar normas de seguridad para su manipulación. Los primeros lugares donde se llevaron a cabo experimentos como parte del Proyecto Manhattan fueron: Hanford, Berkeley, Los Alamos, Chicago, Oak Ridge, Rochester.
Genial, todos nos hemos convertido en sujetos de prueba. Gobierno americano, ¿no es hora de recordarles su responsabilidad hacia la Humanidad y el Universo entero, no es hora de empezar a limpiar? espacio exterior. No deberíamos colocar defensa antimisiles en Europa, sino leer de manera reflexiva y analítica el discurso de D. Washington al pueblo estadounidense varias veces seguidas hasta que nos llegue el significado de lo que leemos. Después de todo, D. Washington advirtió que no debería haber un sistema multipartidista en el país y que no se debería interferir en los asuntos de otros países, lo que yo pido constantemente.
Si el gobierno de los Estados Unidos tiene mucho dinero, entonces le encontraré una utilidad: reanimar a Buran y, con su ayuda, retirar todos los satélites nucleares de las órbitas espaciales. También es necesario prohibir el lanzamiento al espacio de objetos con instalaciones nucleares. Esto se aplica a todos los países del mundo. Y les advierto a todos una vez más que la existencia de Rusia y del Planeta Tierra depende únicamente del arrepentimiento popular. Repito nuevamente, tenemos la oportunidad de contactar el satélite y ponerlo en órbita y enviarlo a Marte y comenzar a vivir según la conciencia y la fe. A las 11 en punto del día 26, hora de Moscú, todos dicen una oración de arrepentimiento: “Padre nuestro, Padre Celestial, te pido que perdones todos mis pecados, voluntarios o involuntarios. Amén"
24.11.11 /I.E. Terentyeva/

Les pido que me brinden protección estatal. ley constitucional de por vida según el art. 45

1. Protección estatal de los derechos y libertades humanos y civiles en Federación Rusa garantizado.

07.12. 11 /I.E. Terentyeva/

Él es realmente precioso.

Antecedentes e historia

Al principio existían los protones: el hidrógeno galáctico. Como resultado de su compresión y posteriores reacciones nucleares, se formaron los "lingotes" de nucleones más increíbles. Entre estos “lingotes”, aparentemente se encontraban los que contenían 94 protones. Las estimaciones de los teóricos sugieren que alrededor de 100 formaciones de nucleones, que incluyen 94 protones y de 107 a 206 neutrones, son tan estables que pueden considerarse núcleos de isótopos del elemento número 94.

Pero todos estos isótopos, hipotéticos y reales, no son tan estables como para sobrevivir hasta el día de hoy desde la formación de los elementos del sistema solar. La vida media del isótopo más longevo del elemento 94 es de 75 millones de años. La edad de la galaxia se mide en miles de millones de años. En consecuencia, el plutonio "primordial" no tenía ninguna posibilidad de sobrevivir hasta el día de hoy. Si se formó durante la gran síntesis de los elementos del Universo, entonces sus antiguos átomos se “extinguieron” hace mucho tiempo, al igual que los dinosaurios y los mamuts se extinguieron.

En el siglo 20 Nueva era, AD, este elemento fue recreado. De los 100 posibles isótopos del plutonio se han sintetizado 25. Se han estudiado las propiedades nucleares de 15 de ellos. Cuatro encontrados uso práctico. Y fue inaugurado hace muy poco tiempo. En diciembre de 1940, cuando se irradió uranio con núcleos pesados ​​de hidrógeno, un grupo de radioquímicos estadounidenses liderados por Glenn T. Seaborg Descubrió un emisor de partículas alfa previamente desconocido con una vida media de 90 años. Este emisor resultó ser el isótopo del elemento número 94 con un número másico de 238. En el mismo año, pero unos meses antes. EM. Macmillan y F. Eibelson obtuvo el primer elemento más pesado que el uranio: el elemento número 93. Este elemento fue llamado neptunio, y el 94 - plutonio. El historiador definitivamente dirá que estos nombres se originan en la mitología romana, pero en esencia el origen de estos nombres no es mitológico, sino astronómico.

Los elementos nº 92 y 93 llevan el nombre de planetas distantes del sistema solar: Urano y Neptuno, pero Neptuno no es el último en el sistema solar; más lejos se encuentra la órbita de Plutón, un planeta del que todavía no se sabe casi nada. .. Una construcción similar también la vemos en el “flanco izquierdo” de la tabla periódica: uranio – neptunio – plutonio, sin embargo, la humanidad sabe mucho más sobre el plutonio que sobre Plutón. Por cierto, los astrónomos descubrieron Plutón apenas diez años antes de la síntesis del plutonio (casi el mismo período de tiempo separó los descubrimientos de Urano, el planeta y uranio- elemento.

Acertijos para criptógrafos

El primer isótopo del elemento nº 94, el plutonio-238, ha encontrado en estos días una aplicación práctica. Pero a principios de los años 40 ni siquiera pensaron en ello. Obtener plutonio-238 en cantidades de interés práctico sólo es posible apoyándose en la poderosa industria nuclear. En ese momento estaba apenas en su infancia. Pero ya estaba claro que, habiendo liberado la energía contenida en los núcleos de los objetos pesados elementos radiactivos, puedes conseguir un arma de un poder sin precedentes. Apareció el Proyecto Manhattan, que no tenía más que un nombre en común con la famosa zona de Nueva York. Fue nombre común todos los trabajos relacionados con la creación de las primeras bombas atómicas en Estados Unidos. No fue un científico, sino un militar, el general Groves, quien fue nombrado jefe del Proyecto Manhattan, quien "cariñosamente" llamó a sus altamente educados cargos "ollas rotas".

Los líderes del “proyecto” no estaban interesados ​​en el plutonio-238. Sus núcleos, como los de todos los isótopos de plutonio con números de masa pares, no son fisibles por neutrones de baja energía*, por lo que no podría servir como explosivo nuclear. Sin embargo, los primeros informes no muy claros sobre los elementos 93 y 94 no aparecieron impresos hasta la primavera de 1942.

*A los neutrones de baja energía los llamamos neutrones cuya energía no supera los 10 keV. Los neutrones cuya energía se mide en fracciones de electronvoltio se llaman térmicos, y los más neutrones lentos– con energía inferior a 0,005 eV – frío. Si la energía del neutrón es superior a 100 keV, dicho neutrón se considera rápido.

¿Comó podemos explicar esto? Los físicos lo entendieron: la síntesis de isótopos de plutonio con números de masa impares era cuestión de tiempo, y no demasiado. Se esperaba que los isótopos extraños, como el uranio-235, pudieran soportar una reacción nuclear en cadena. Algunas personas los vieron como potenciales explosivos nucleares, que aún no habían sido recibidos. Y el plutonio, lamentablemente, justificó estas esperanzas.

En el cifrado de aquella época, el elemento nº 94 se llamaba nada más que... cobre. Y cuando surgió la necesidad para la mayoría cobre(como material de construcción para algunas piezas), luego en los códigos, junto con el “cobre”, apareció el “cobre genuino”.

"El árbol del conocimiento del bien y del mal"

En 1941, se descubrió el isótopo más importante del plutonio, un isótopo con un número de masa de 239. Y casi de inmediato se confirmó la predicción de los teóricos: los núcleos de plutonio-239 fueron fisionados por neutrones térmicos. Además, en el proceso de su división, no número más pequeño neutrones que durante la fisión del uranio-235. Inmediatamente se describieron las formas de obtener este isótopo en grandes cantidades...

Han pasado los años. Ahora, para nadie es un secreto que las bombas nucleares almacenadas en los arsenales están llenas de plutonio-239 y que estas bombas son suficientes para causar daños irreparables a toda la vida en la Tierra.

Se cree ampliamente que con la apertura de la cadena reacción nuclear(cuya consecuencia inevitable fue la creación de una bomba nuclear), la humanidad claramente tenía prisa. Puedes pensar diferente o fingir que piensas diferente; es más agradable ser optimista. Pero incluso los optimistas se enfrentan inevitablemente a la cuestión de la responsabilidad de los científicos. Recordamos el triunfante día de junio de 1954, el día en que la primera planta de energía nuclear en Óbninsk. Pero no podemos olvidar la mañana de agosto de 1945: “la mañana de Hiroshima”, “el día negro de Albert Einstein”... Recordamos la primera años de posguerra y el chantaje atómico desenfrenado: la base politica americana esos años. ¿Pero no ha experimentado la humanidad muchos problemas en los años siguientes? Además, estas ansiedades se intensificaron muchas veces por la conciencia de que si estallaba un nuevo brote Guerra Mundial, arma nuclear se pondrá en acción.

Aquí se puede intentar demostrar que el descubrimiento del plutonio no añadió miedo a la humanidad, que, por el contrario, sólo fue útil.

Digamos que sucedió que por alguna razón o, como decían en los viejos tiempos, por voluntad de Dios, el plutonio era inaccesible para los científicos. ¿Se reducirían entonces nuestros miedos y preocupaciones? No pasó nada. Las bombas nucleares se fabricarían con uranio-235 (y en no menos cantidad que con plutonio), y estas bombas “consumirían” porciones de los presupuestos aún mayores que las actuales.

Pero sin plutonio no habría perspectivas de uso pacífico de la energía nuclear en a gran escala. Simplemente no habría suficiente uranio-235 para un “átomo pacífico”. El mal infligido a la humanidad por el descubrimiento de la energía nuclear no se equilibraría, ni siquiera parcialmente, con los logros del “átomo bueno”.

Cómo medir, con qué comparar

Cuando los neutrones dividen un núcleo de plutonio-239 en dos fragmentos de aproximadamente masa igual, se liberan unos 200 MeV de energía. Esto es 50 millones de veces más energía liberada en la reacción exotérmica más famosa C + O 2 = CO 2. "Ardiendo" en reactor nuclear, un gramo de plutonio da 2·10 7 kcal. Para no romper con las tradiciones (y en los artículos populares, la energía del combustible nuclear generalmente se mide en unidades no sistémicas: toneladas de carbón, gasolina, trinitrotolueno, etc.), también observamos: esta es la energía contenida en 4 toneladas. de carbón. Y un dedal corriente contiene una cantidad de plutonio energéticamente equivalente a cuarenta carros llenos de buena leña de abedul.

La misma energía se libera durante la fisión de los núcleos de uranio-235 mediante neutrones. Pero la mayor parte del uranio natural (¡99,3%!) es el isótopo 238 U, que sólo puede utilizarse convirtiendo el uranio en plutonio...

energía de las piedras

Estimemos los recursos energéticos contenidos en Las reservas naturales uranio.

El uranio es un oligoelemento y se encuentra en casi todas partes. Cualquiera que haya visitado, por ejemplo, Karelia, probablemente recordará los cantos rodados de granito y los acantilados costeros. Pero pocas personas saben que una tonelada de granito contiene hasta 25 g de uranio. Los granitos constituyen casi el 20% del peso. la corteza terrestre. Si contamos sólo el uranio-235, entonces una tonelada de granito contiene 3,5·10 5 kcal de energía. Es mucho, pero...

Procesar granito y extraer uranio requiere gastar una cantidad de energía aún mayor: alrededor de 10 6 ... 10 7 kcal/t. Ahora bien, si fuera posible utilizar no sólo el uranio-235, sino también el uranio-238 como fuente de energía, entonces el granito podría considerarse al menos como una materia prima energética potencial. Entonces la energía obtenida de una tonelada de piedra ya sería de 8·10 7 a 5·10 8 kcal. Esto equivale a 16...100 toneladas de carbón. Y en este caso, el granito podría proporcionar a las personas casi un millón de veces más energía que todas las reservas de combustibles químicos de la Tierra.

Pero los núcleos de uranio-238 no se fisionan mediante neutrones. Para energía nuclear este isótopo es inútil. Más precisamente, sería inútil si no se pudiera convertir en plutonio-239. Y lo que es especialmente importante: en esta transformación nuclear prácticamente no es necesario gastar energía; al contrario, ¡en este proceso se produce energía!

Intentemos descubrir cómo sucede esto, pero primero unas palabras sobre el plutonio natural.

400 mil veces menos que el radio

Ya se ha dicho que los isótopos del plutonio no se han conservado desde la síntesis de elementos durante la formación de nuestro planeta. Pero esto no significa que no haya plutonio en la Tierra.

Se forma todo el tiempo en minerales de uranio. Capturando neutrones radiación cósmica y los neutrones producidos por la fisión espontánea de los núcleos de uranio-238, algunos -muy pocos- átomos de este isótopo se convierten en átomos de uranio-239. Estos núcleos son muy inestables; emiten electrones y, por tanto, aumentan su carga. Se forma el neptunio, el primer elemento transuránico. El neptunio-239 también es muy inestable y sus núcleos emiten electrones. En sólo 56 horas, la mitad del neptunio-239 se convierte en plutonio-239, cuya vida media ya es bastante larga: 24 mil años.

¿Por qué no se extrae el plutonio de los minerales de uranio? Concentración baja, demasiado baja. "Un gramo de producción es un año de trabajo": se trata de radio, y los minerales contienen 400 mil veces menos plutonio que radio. Por lo tanto, es extremadamente difícil no sólo extraer, sino incluso detectar plutonio "terrestre". Esto se hizo sólo después de que se estudiaran las propiedades físicas y químicas del plutonio producido en los reactores nucleares.

Cuando 2,70 >> 2,23

El plutonio se acumula en los reactores nucleares. En poderosas corrientes de neutrones, ocurre la misma reacción que en los minerales de uranio, pero la tasa de formación y acumulación de plutonio en el reactor es mucho mayor: mil millones de millones de veces. Para la reacción de conversión de uranio-238 de lastre en plutonio-239 de grado energético, se crean condiciones óptimas (dentro de lo aceptable).

Si el reactor funciona con neutrones térmicos (recordemos que su velocidad es de unos 2000 m por segundo y su energía es una fracción de un electrón voltio), entonces a partir de una mezcla natural de isótopos de uranio se obtiene una cantidad de plutonio ligeramente menor que la cantidad de uranio-235 "quemado". Un poco, pero menos, más las inevitables pérdidas de plutonio durante su separación química del uranio irradiado. Además, la reacción nuclear en cadena se mantiene en la mezcla natural de isótopos de uranio sólo hasta que se consume una pequeña fracción de uranio-235. De ahí la conclusión lógica: un reactor “térmico” que utiliza uranio natural, el principal tipo de reactores actualmente en funcionamiento, no puede garantizar una reproducción ampliada del combustible nuclear. ¿Pero qué es lo prometedor entonces? Para responder a esta pregunta, comparemos el curso de la reacción nuclear en cadena en el uranio-235 y el plutonio-239 e introduzcamos otro concepto físico en nuestras discusiones.

La característica más importante de cualquier combustible nuclear es el número medio de neutrones emitidos después de que el núcleo ha capturado un neutrón. Los físicos lo llaman número eta y denotan letra griegaη. En los reactores “térmicos” de uranio se observa el siguiente patrón: cada neutrón genera una media de 2,08 neutrones (η = 2,08). El plutonio colocado en un reactor de este tipo bajo la influencia de neutrones térmicos da η = 2,03. Pero también hay reactores que funcionan con neutrones rápidos. Es inútil cargar una mezcla natural de isótopos de uranio en dicho reactor: reacción en cadena no funcionará. Pero si la “materia prima” se enriquece con uranio-235, se podrá desarrollar en un reactor “rápido”. En este caso, η ya será igual a 2,23. Y el plutonio puesto bajo fuego neutrones rápidos, dará η igual a 2,70. Tendremos “medio neutrón extra” a nuestra disposición. Y esto no es nada poco.

Veamos en qué se gastan los neutrones resultantes. En cualquier reactor, se necesita un neutrón para mantener una reacción nuclear en cadena. Los materiales estructurales de la instalación absorben 0,1 neutrones. El “sobrante” se utiliza para acumular plutonio-239. En un caso, el “exceso” es 1,13, en el otro, 1,60. Después de "quemar" un kilogramo de plutonio en un reactor "rápido", se libera una energía colosal y se acumulan 1,6 kg de plutonio. Y el uranio en un reactor "rápido" dará la misma energía y 1,1 kg de nuevo combustible nuclear. En ambos casos, la reproducción ampliada es evidente. Pero no debemos olvidarnos de la economía.

debido a la serie razones técnicas El ciclo de reproducción del plutonio dura varios años. Digamos cinco años. Esto significa que la cantidad de plutonio por año aumentará sólo un 2% si η = 2,23, y un 12% si η = 2,7. El combustible nuclear es capital, y cualquier capital debería rendir, digamos, un 5% anual. En el primer caso hay grandes pérdidas y en el segundo grandes ganancias. Este ejemplo primitivo ilustra el "peso" de cada décimo del número η en la energía nuclear.

Suma de muchas tecnologías.

Cuando, como resultado de reacciones nucleares, se acumula uranio. cantidad requerida plutonio, es necesario separarlo no sólo del uranio mismo, sino también de los fragmentos de fisión, tanto de uranio como de plutonio, quemados en una reacción nuclear en cadena. Además, la masa de uranio-plutonio también contiene una cierta cantidad de neptunio. Los elementos más difíciles de separar son el plutonio del neptunio y los elementos de tierras raras (lantánidos). Plutonio como elemento químico hasta cierto punto desafortunado. Desde el punto de vista de un químico, el elemento principal de la energía nuclear es sólo uno de los catorce actínidos. Al igual que los elementos de tierras raras, todos los elementos de la serie del actinio están muy cerca unos de otros en propiedades químicas, estructura de exterior capas de electrones Los átomos de todos los elementos desde actinio hasta 103 son iguales. Lo que es aún más desagradable es que las propiedades químicas de los actínidos son similares a las propiedades de las tierras raras, y entre los fragmentos de fisión de uranio y plutonio hay lantánidos más que suficientes. Pero entonces el elemento 94 se puede ubicar en cinco estados de valencia, y esto “endulza la píldora”: ayuda a separar el plutonio tanto del uranio como de los fragmentos de fisión.

La valencia del plutonio varía de tres a siete. Químicamente, los compuestos más estables (y por tanto los más comunes y estudiados) son el plutonio tetravalente.

La separación de actínidos con propiedades químicas similares (uranio, neptunio y plutonio) puede basarse en la diferencia en las propiedades de sus compuestos tetra y hexavalentes.

No es necesario describir en detalle todas las etapas de la separación química del plutonio y el uranio. Por lo general, su separación comienza con la disolución de barras de uranio en Ácido nítrico, después de lo cual el uranio, neptunio, plutonio y los elementos de fragmentación contenidos en la solución se "separan" utilizando métodos radioquímicos tradicionales: coprecipitación con portadores, extracción, intercambio iónico y otros. Los productos finales que contienen plutonio de esta tecnología de múltiples etapas son su dióxido PuO 2 o fluoruros: PuF 3 o PuF 4. Se reducen a metal con vapor de bario, calcio o litio. Sin embargo, el plutonio obtenido en estos procesos no es adecuado para el papel de material estructural: a partir de él no se pueden fabricar elementos combustibles de reactores nucleares, una carga bomba atómica no meas. ¿Por qué? El punto de fusión del plutonio (sólo 640°C) es bastante alcanzable.

No importa qué condiciones "ultra suaves" se utilicen para fundir piezas de plutonio puro, siempre aparecerán grietas en las piezas fundidas durante la solidificación. A 640°C, el plutonio solidificado forma una red cristalina cúbica. A medida que disminuye la temperatura, la densidad del metal aumenta gradualmente. Pero entonces la temperatura alcanzó los 480°C y, de repente, la densidad del plutonio cayó bruscamente. Las razones de esta anomalía se descubrieron con bastante rapidez: a esta temperatura, los átomos de plutonio se reorganizan en red cristalina. Se vuelve tetragonal y muy “suelto”. Ese plutonio puede flotar en su propio estado derretido, como el hielo sobre el agua.

La temperatura sigue bajando, ahora ha alcanzado los 451°C, y los átomos volvieron a formar una red cúbica, pero situadas a mayor distancia entre sí que en el primer caso. Con un enfriamiento adicional, la red primero se vuelve ortorrómbica y luego monoclínica. ¡En total, el plutonio forma seis formas cristalinas diferentes! Dos de ellos son diferentes. propiedad notable– coeficiente negativo expansión térmica: A medida que aumenta la temperatura, el metal no se expande, sino que se contrae.

Cuando la temperatura alcanza los 122°C y los átomos de plutonio reorganizan sus filas por sexta vez, la densidad cambia de manera especialmente dramática: de 17,77 a 19,82 g/cm 3 . Mas de 10%! En consecuencia, el volumen del lingote disminuye. Si el metal aún pudiera resistir las tensiones que surgieron en otras transiciones, entonces en este momento la destrucción es inevitable.

¿Cómo entonces hacer piezas de este asombroso metal? Los metalúrgicos alean plutonio (añadiéndole pequeñas cantidades de los elementos necesarios) y obtienen piezas fundidas sin una sola grieta. Se utilizan para fabricar cargas de plutonio para bombas nucleares. El peso de la carga (está determinado principalmente por la masa crítica del isótopo) es de 5...6 kg. Podría caber fácilmente en un cubo con un tamaño de arista de 10 cm.

Isótopos pesados

El plutonio-239 también contiene en pequeñas cantidades isótopos superiores de este elemento, con números de masa 240 y 241. El isótopo 240 Pu es prácticamente inútil: es el lastre del plutonio. De 241 se obtiene el americio, elemento número 95. En su forma pura, sin mezcla de otros isótopos, el dlutonio-240 y el plutonio-241 pueden obtenerse mediante separación electromagnética del plutonio acumulado en un reactor. Antes de esto, el plutonio se irradia adicionalmente con flujos de neutrones con características estrictamente definidas. Por supuesto, todo esto es muy complicado, sobre todo porque el plutonio no sólo es radiactivo, sino también muy tóxico. Trabajar con él requiere extrema precaución.

Uno de los isótopos más interesantes del plutonio, el 242 Pu, se puede obtener irradiando largo tiempo 239 Pu en flujos de neutrones. El 242 Pu rara vez captura neutrones y, por lo tanto, se "quema" en el reactor más lentamente que otros isótopos; persiste incluso después de que los isótopos restantes de plutonio se hayan convertido casi por completo en fragmentos o en plutonio-242.

El plutonio-242 es importante como “materia prima” para la acumulación relativamente rápida de elementos transuránicos superiores en los reactores nucleares. Si se irradia plutonio-239 en un reactor convencional, se necesitarán unos 20 años para acumular microgramos de, por ejemplo, California-251 a partir de gramos de plutonio.

Es posible reducir el tiempo de acumulación de isótopos superiores aumentando la intensidad del flujo de neutrones en el reactor. Eso es lo que hacen, pero luego no se puede irradiar. un gran número de plutonio-239. Después de todo, este isótopo se divide por neutrones y se libera demasiada energía en flujos intensos. Surgen dificultades adicionales con la refrigeración del recipiente y del reactor. Para evitar estas dificultades, sería necesario reducir la cantidad de plutonio irradiado. En consecuencia, el rendimiento de californio volvería a ser escaso. ¡Círculo vicioso!

El plutonio-242 no es fisible por neutrones térmicos, puede irradiarse en grandes cantidades en intensos flujos de neutrones... Por lo tanto, en los reactores, todos los elementos, desde el californio hasta el einstenio, se "fabrican" a partir de este isótopo y se acumulan en cantidades de peso.

No es el más pesado, pero sí el más longevo.

Cada vez que los científicos lograban obtener un nuevo isótopo de plutonio, se medía la vida media de sus núcleos. Vidas medias de isótopos pesados. núcleos radiactivos con números de masa pares cambian regularmente. (Esto no se puede decir de los isótopos impares).

Arroz. 8.

Mire el gráfico que muestra la dependencia de la vida media de los isótopos pares de plutonio del número másico. A medida que aumenta la masa, también aumenta la “vida útil” del isótopo. Hace unos pocos años punto mas alto Este gráfico era plutonio-242. ¿Y entonces cómo irá esta curva? mayor crecimiento¿número de masa? Exactamente 1 , que corresponde a una vida útil de 30 millones de años, o al punto 2 , que ha estado respondiendo durante 300 millones de años? La respuesta a esta pregunta fue muy importante para las geociencias. En el primer caso, si hace 5 mil millones de años la Tierra estaba compuesta enteramente por 244 Pu, ahora solo quedaría un átomo de plutonio-244 en toda la masa de la Tierra. Si la segunda suposición es cierta, entonces el plutonio-244 puede estar en la Tierra en concentraciones que ya podrían detectarse. Si tuviéramos la suerte de encontrar este isótopo en la Tierra, la ciencia obtendría la información más valiosa sobre los procesos que tuvieron lugar durante la formación de nuestro planeta.

Hace unos años, los científicos se enfrentaron a la pregunta: ¿vale la pena intentar encontrar plutonio pesado en la Tierra? Para responderla, primero fue necesario determinar la vida media del plutonio-244. Los teóricos no pudieron calcular este valor con la precisión requerida. Toda esperanza era sólo para el experimento.

Plutonio-244 acumulado en un reactor nuclear. Se irradió el elemento nº 95, americio (isótopo 243 Am). Tras capturar un neutrón, este isótopo se convirtió en americio-244; El americio-244 en uno de cada 10 mil casos se convirtió en plutonio-244.

Se aisló una preparación de plutonio-244 a partir de una mezcla de americio y curio. La muestra pesaba sólo unas millonésimas de gramo. Pero fueron suficientes para determinar la vida media de este interesante isótopo. Resultó ser igual a 75 millones de años. Más tarde, otros investigadores aclararon la vida media del plutonio-244, pero no mucho: 82,8 millones de años. En 1971 se encontraron trazas de este isótopo en la bastnäsita, un mineral de tierras raras.

Los científicos han hecho muchos intentos para encontrar el isótopo. elemento transuránico, viviendo más de 244 Pu. Pero todos los intentos fueron en vano. Hubo un tiempo en que se depositaban esperanzas en el curio-247, pero después de que este isótopo se acumuló en el reactor, resultó que su vida media es de solo 14 millones de años. No fue posible batir el récord del plutonio-244: es el isótopo más longevo de todos los elementos transuránicos.

Incluso los isótopos de plutonio más pesados ​​sufren desintegración beta y su vida útil oscila entre unos pocos días y unas pocas décimas de segundo. Probablemente sepamos que en explosiones termonucleares Se forman todos los isótopos del plutonio, hasta 257 Pu. Pero su vida útil es de décimas de segundo y muchos isótopos de plutonio de vida corta aún no se han estudiado.

Posibilidades del primer isótopo.

Y finalmente, sobre el plutonio-238, el primero de los isótopos de plutonio "creados por el hombre", un isótopo que al principio parecía poco prometedor. En realidad, es un isótopo muy interesante. Está sujeto a desintegración alfa, es decir sus núcleos emiten espontáneamente partículas alfa: núcleos de helio. Las partículas alfa generadas por los núcleos de plutonio-238 transportan mucha energía; Disipada en la materia, esta energía se convierte en calor. ¿Qué tan grande es esta energía? Se liberan seis millones de electronvoltios por la desintegración de uno núcleo atómico plutonio-238. EN reacción química la misma energía se libera durante la oxidación de varios millones de átomos. Una fuente de electricidad que contiene un kilogramo de plutonio-238 desarrolla una potencia térmica de 560 vatios. Potencia máxima con el mismo peso fuente química corriente - 5 vatios.

Hay muchos emisores con similares características energéticas, pero una característica del plutonio-238 hace que este isótopo sea insustituible. La desintegración alfa suele ir acompañada de una fuerte radiación gamma, que penetra a través de grandes capas de materia. 238 Pu es una excepción. La energía de los rayos gamma que acompañan a la desintegración de sus núcleos es baja y no es difícil protegerse contra ella: la radiación es absorbida por un recipiente de paredes delgadas. La probabilidad de fisión espontánea de los núcleos de este isótopo también es baja. Por tanto, ha encontrado aplicación no sólo en las fuentes actuales, sino también en la medicina. Las baterías que contienen plutonio-238 sirven como fuente de energía en estimulantes cardíacos especiales.

Pero el 238 Pu no es el isótopo más ligero conocido del elemento 94; se han obtenido isótopos de plutonio con números másicos de 232 a 237. La vida media del isótopo más ligero es de 36 minutos.

El plutonio es un gran tema. Aquí se cuentan las cosas más importantes. Después de todo, ya se ha convertido frase estándar que la química del plutonio se ha estudiado mucho mejor que la química de elementos tan “antiguos” como el hierro. ACERCA DE propiedades nucleares Se han escrito libros enteros sobre el plutonio. La metalurgia del plutonio es otra sección sorprendente. conocimiento humano... Por lo tanto, no creas que después de leer esta historia, realmente conociste el plutonio, el metal más importante del siglo XX.