Plutonio pusinės eliminacijos laikas yra 238 metai. Ne pats sunkiausias, bet ilgiausiai gyvenęs

Pirmą kartą per maždaug 30 metų amerikiečių mokslininkai pagamino plutonio-238 miltelius. Anot jų, tai duos impulsą tyrimams gili erdvė atliko Amerikos kosmoso agentūra NASA. Produktas gaunamas neptūno oksidą sumaišius su aliuminiu, o gautą rezultatą suspaudžiant į granules, kurios vėliau apšvitinamos. Dėl visų šių cheminių manipuliacijų mokslininkai sukūrė elementą, vadinamą neptūnu-238, kuris vėliau greitai suskyla iki plutonio-238.

Plutonis-238 (Pu-238) yra radioaktyvus elementas, kurio skilimą iki urano-234 visada lydi aktyvus šilumos išsiskyrimas, kuris gali būti naudojamas kaip energijos šaltinis. Pavyzdžiui, praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje buvo sėkmingai paleista 30 kosminių misijų (įskaitant „Voyager“ tipo laivus), kurių tikslas buvo ištirti tolimos planetos už Saulės sistemos ribų jie kaip kurą naudojo oksiduotą plutonio izotopo formą. (Izotopas yra elemento atomas, turintis skirtingą neutronų skaičių.)

Per Šaltasis karas Savanos upės augalas Amerikos valstija Pietų Karolina kasė Pu-238. „Reaktoriai buvo uždaryti 1988 m., ir nuo tada JAV vyriausybė negalėjo gaminti reikalingos medžiagos„Prisimena Bobas Whamas, JAV Energetikos departamento Oak Ridžo nacionalinės laboratorijos (ORNL) Branduolinės saugos ir izotopų technologijos departamento projektų direktorius interviu.

Sustabdžius izotopo gamybą Jungtinėse Valstijose, Rusija parūpino kosminėms misijoms reikalingą plutonį-238, tačiau netrukus sustabdė šios medžiagos gamybą. Po dvejų metų NASA pradėjo finansuoti naujus bandymus jį gaminti. retas elementas: visų pirma, kasmet JAV vyriausybė skyrė departamentui iki 15 mln branduolinė energija JAV Energetikos departamentas.

Plutonis-238 yra idealus energijos šaltinis kosminėms misijoms dėl daugelio priežasčių, iš kurių pagrindinė yra vadinamoji elemento pusėjimo trukmė, kuri yra maždaug 88 metai. Pusinės eliminacijos laikas yra laikas, per kurį suyra pusė elemento atomų. Tai reiškia, kad šilumos išsiskyrimas iš izotopo sumažės perpus tik po 88 metų. Pasaulinės branduolinės asociacijos duomenimis, plutonis-239 yra izotopas, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 24 110 metų ir dažniausiai susidaro iš urano branduoliniuose reaktoriuose.

Be to, „jis yra stabilus aukšta temperatūra, pati gali sukurti didelę temperatūrą nedideliais kiekiais ir palyginti žemas lygis spinduliuotės, nuo kurios lengva apsisaugoti, todėl ji neturi įtakos svarbiems įrankiams ir įrangai“, – sako Wham.

Tačiau tai toli gražu ne vienintelis Wemo ir jo kolegų pasiekimas. Pavyzdžiui, jie neseniai sukūrė 50 gramų (1,8 uncijos) Pu-238, kuris, pasak mokslininko, yra pakankamas kiekis nustatyti medžiagą.

Kadangi mokslininkai naudojo esamą JAV Energetikos departamento infrastruktūrą elementui gaminti, pirmoji užduotis buvo pritaikyti plutonio gamybos procesą, kad jis būtų pritaikytas. "Taigi dabartiniai veikiantys DOE tyrimų reaktoriai yra mažesni nei naudojami Savannah upėje, todėl mums reikėjo modifikuoti gamybos technologiją, kad ji veiktų su esamais veikiančiais reaktoriais", - komentavo Wham.

Netolimoje ateityje mokslininkai patikrins mėginio grynumą ir pradės plėsti gamybą.

„Jei mes automatizuosime ir išplėsime gamybą, Amerika gali daugelį metų gamina energijos sistemas, veikiančias radioizotopais, kuriuos NASA naudojo giluminiam kosmoso tyrinėjimui“, – sakė Whamas.

Kita NASA misija panaudoti radioizotopų energiją bus 2020 m. liepos mėn. marsaeigis, kuris ieškos gyvybės ženklų Raudonojoje planetoje, rinks uolienų ir dirvožemio pavyzdžius tolesniems bandymams Žemėje ir tyrinės technologijas, skirtas tolesniam žmogui kosmoso tyrinėjimas.

Sekite naujienas su visais svarbius įvykius United Traders – užsiprenumeruokite mūsų

Plutonio izotopų atradimas prasidėjo 1940 m., kai buvo gautas plutonis-238. Šiuo metu jis laikomas vienu svarbiausių nuklidų. Po metų buvo aptiktas svarbiausias nuklidas plutonis-239, kuris vėliau buvo panaudotas branduolinėje ir kosmoso pramonėje. Cheminis elementas yra aktinidas, vienas iš jo izotopų, kuris minėtas aukščiau, yra vienas iš trijų pagrindinių skiliųjų izotopų. Kaip žinoma, visų aktinidų izotopai yra radioaktyvūs, nes jie yra nestabilūs ir galėjo būti panaudoti medicinoje, jei ne dėl stiprios radijo spinduliuotės, įskaitant plutonį.

Svarbiausios plutonio nuklidų branduolinės savybės pateiktos lentelėje:

Gryno, elektrorafinuoto ginklų klasės plutonio žiedas. Žiedas sveria 5,3 kg ir yra 11 cm skersmens. Ši forma neleidžia turėti kritinio dydžio.

Nuo plutonio izotopų iki šiuo metužinomas 19 jo nuklidų, kurių masės skaičiai yra 228–247, egzistavimas. Tik 4 iš jų rado savo prašymą. Izotopų savybės turi tam tikrų būdingas bruožas, pagal kurį galima spręsti apie jų tolesnį tyrimą net izotopų ilgus laikotarpius pusinės eliminacijos laikas nei nelyginis.

JAV Energetikos departamentas skirsto plutonio mišinius į tris tipus:

1. ginklų klasės plutonis
2. kuro plutonio ir
3. reaktoriaus plutonis

Terminas „ypač grynas plutonis“ vartojamas apibūdinti plutonio izotopų mišinį, kuriame yra 2–3 procentai Pu.

Tik du šio elemento izotopai yra pajėgesni branduolio dalijimasis nei kiti; Be to, tai yra vieninteliai izotopai, kurių branduolys dalijasi, kai juos veikia šiluminiai neutronai. Tarp sprogimo produktų termo branduolines bombas Taip pat buvo atrasti Pu ir Pu, kurių pusinės eliminacijos laikas yra neproporcingai trumpas.

Izotopai ir sintezė

Plutonio ir urano gavybos metodai.

Yra žinoma apie 20 plutonio izotopų, visi jie yra radioaktyvūs. Ilgiausias iš jų yra plutonis-244, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 80,8 milijono metų; plutonio-242 pusinės eliminacijos laikas yra trumpesnis – 372 300 metų; plutonis-239 24 110 metų." Visų kitų izotopų pusinės eliminacijos laikas yra trumpesnis nei 7 tūkst. metų. Šis elementas turi 8 metastabilias būsenas, šių izomerų pusinės eliminacijos laikas neviršija 1 s.

Žinomų elemento izotopų masės skaičius svyruoja nuo 228 iki 247. Visi jie patiria vieną ar daugiau radioaktyvaus skilimo tipų:

• elektronų gaudymas susidarant neptūno izotopams;
• beta minus skilimas, kad susidarytų americio izotopai;
• alfa skilimas, kad susidarytų urano izotopai;
• savaiminis dalijimasis, kad susidarytų daugybė dukterinių elementų izotopų iš vidurinės periodinės lentelės dalies, iš kurių daugelis yra β-aktyvūs.

Pagrindinis lengviausių plutonio izotopų skilimo kanalas yra alfa skilimas, nors elektronų gaudymo kanalas jiems taip pat yra atviras. Pagrindinis lengvųjų plutonio izotopų skilimo kanalas yra elektronų gaudymas, o alfa skilimas konkuruoja su juo. Pagrindiniai izotopų, kurių masės skaičius yra nuo 236 iki 244, radioaktyvaus skilimo kanalai yra alfa skilimas ir savaiminis dalijimasis. Pagrindinis plutonio izotopų, kurių masės skaičius viršija 244, skilimo kanalas yra beta minus skilimas į americio izotopus. Plutonis-241 yra „išnykusios“ radioaktyvaus neptūnio serijos narys.

Izotopai, kurių masės skaičiai yra 236, 238, 239, 240, 242, 244, yra beta stabilūs.

Plutonio sintezė

Plutonis pramoniniu mastu gaminamas dviem būdais:

1. branduoliniuose reaktoriuose esančio urano švitinimas;
2. iš panaudoto kuro izoliuotų transurano elementų švitinimas reaktoriuose.

Abiem atvejais po švitinimo plutonis cheminiais metodais atskiriamas nuo urano, transurano elementų ir skilimo produktų.

Plutonis-238

Plutonis-238, naudojamas radioizotopų energijos generatoriuose, gali būti sintetinamas laboratorijoje mainų reakcijoje su uranu-238:

IN šis procesas Deuteronas atsitrenkia į urano-238 branduolį, todėl susidaro neptūnas-238 ir du neutronai. Tada neptūnas-238 beta-minusas skyla į plutonį-238. Būtent šios reakcijos metu pirmą kartą buvo pagamintas plutonis. Tačiau tai nėra ekonomiška. Pramonėje plutonis-238 gaunamas dviem būdais:

• atskyrimas nuo apšvitinto branduolinio kuro, todėl grynas plutonis-238 šiuo metodu negaminamas
• naudojant neutronų švitinimą neptūno-237 reaktoriuose.

Vieno kilogramo plutonio-238 kaina yra maždaug 1 mln.

Plutonis-239

Plutonis-239, skilusis izotopas, naudojamas branduoliniuose ginkluose ir branduolinėje energetikoje, pramoniniu būdu sintetinamas branduoliniuose reaktoriuose vykstant tokiai reakcijai, kurioje dalyvauja urano branduoliai ir neutronai, vykstant beta-minuso skilimui, o neptūno izotopai yra tarpiniai skilimo produktai:

Neutronai, išsiskiriantys dalijantis uranui-235, sulaikomi uranu-238, kad susidarytų uranas-239; tada per dviejų β skilimų grandinę susidaro neptūnas-239, o vėliau plutonis-239. Slaptos britų grupės „Tube Alloys“ darbuotojai, Antrojo pasaulinio karo metais tyrinėję plutonį, šios reakcijos egzistavimą numatė 1940 m.

Sunkieji plutonio izotopai

Branduoliniai ciklai, leidžiantys gauti sunkesnius plutonio izotopus.

Sunkesni izotopai gaminami Pu reaktoriuose per nuoseklų neutronų gaudymo grandinę, kurių kiekvienas padidina nuklido masės skaičių vienu.

Kai kurių izotopų savybės

Plutonio izotopai radioaktyviai skyla, todėl išsiskiria šiluminė energija. Išskiria įvairūs izotopai skirtingi kiekiai karštis. Šilumos išsklaidymas paprastai rašomas W/kg arba mW/kg. Tais atvejais, kai plutonio yra dideli kiekiai ir nėra šilumos kriauklės, šiluminė energija gali ištirpdyti plutonio turinčią medžiagą.

Visi plutonio izotopai gali dalytis branduoliais ir išmesti γ daleles.

Noriu visus informuoti, kad telemetrijos duomenys gauti iš Phobos-Grunt
Medžiagą pateikė Vedomosti
Spausdinti 2011 m. lapkričio 24 d., 9:56 val
Tačiau lapkričio 22 dieną Federalinės kosmoso agentūros vadovo pavaduotojas Vitalijus Davydovas pareiškė, kad „Roscosmos“ neturi iliuzijų dėl „Phobos-Grunt“ misijos įgyvendinimo galimybių. „Tikimybė, kad dabar įvykdysime šią ekspediciją, praktiškai labai maža“, – sakė jis ITAR-TASS. Jis priminė, kad erdvėlaivio „Phobos-Grunt“ patalpinimo į Marsą trajektorija langas užsidarys iki lapkričio pabaigos.
Remiantis „Roscosmos“ prognozėmis, įrenginys gali palikti orbitą nuo gruodžio pabaigos iki vasario imtinai. „Praktika rodo, kad tik m paskutines 24 valandas Galima nustatyti bet kurio įrenginio smūgio plotą – ne anksčiau. Iki šios datos beprasmiška pasakyti, kur kas nukris. Atmosfera kvėpuoja, Saulė taip pat elgiasi kitaip. O tikslesni vietovės, kurioje nukrito skeveldros, rezultatai dažniausiai gaunami per pusę paros“, – sakė D. Davydovas.

Daugiau informacijos: http://news.mail.ru/society/7416083/?frommail=1
Ir, deja, apie viską žinome labai mažai. Tačiau dabar atėjo laikas visiems viską žinoti ir galvoti apie ateitį, apie tai, kaip gyventi toliau ir ar turime ateitį.
Žudikas palydovas parodys Rusijai mirtiną numerį Utro.ru
rugsėjo 23 d., 03:42 | Adelaidė SIGIDA
Sudaužytas Amerikos palydovas kris ne į Maskvą, o į vidų Indijos vandenynas, nuramina Roskosmosas. Tačiau lemtingosios dienos išvakarėse surengtoje spaudos konferencijoje kai kurie ekspertai pateikė kiek kitokias prognozes.
Prisiminkime, kad palydovo kritimo buvo laukiama rugsėjo 17 d. Be to, NASA skaičiavimais, tai turėjo įvykti m Vidurinė juosta Rusija. Tačiau palydovas orbitoje vėlavo – 17 dieną jis jau buvo nukritęs į 200 km aukštį, bet vis tiek toliau krito, per kiekvieną šio kritimo dieną po kelis kartus apskriedamas aplink Žemę.
Kita data buvo pavadinta rugsėjo 23 d., tada nelaimė buvo perkelta į 24 d. Tiesą sakant, kaip pripažino ekspertai, tai vis dar nežinoma tiksli data, net ne apytikslė smūgio vieta.
Tiksli palydovo krovinio cheminė sudėtis taip pat nežinoma. Autorius apytiksliai įvertinimai jame yra ne mažiau kaip 30 kg plutonio-238. Be to, viso žmonijos vėžiui sukelti pakanka tik 450 g šios medžiagos (tačiau tam šie 450 g turi būti tolygiai paskirstyti visoje Žemės atmosferoje).
Geopolitinių problemų akademijos profesoriaus ir Rusijos branduolinės draugijos nario Valerijaus Volkovo teigimu, šiuo metu žemoje Žemės orbitoje skraido apie penkiasdešimt branduolinių palydovų. Be to, SSRS uraną-235 naudojo kaip kurą palydovams, o JAV – plutonį-238. Šiandien plutonis-238 yra pavojingiausias iš visų žinomų cheminių medžiagų, įkvėpus 100 mg šios medžiagos, per kelias dienas ištinka plaučių edema ir mirtis. Be to, procesas yra negrįžtamas.
Anot Valerijaus Volkovo, 2008 metais, kai vienas iš Amerikos palydovų su plutoniu pradėjo kristi ant JAV, jis buvo numuštas raketa artėjant, subyrėjo atmosferoje ir jo skeveldros nukrito į vandenyną. Po to pasaulį apskriejo trumpalaikių įvykių banga. vėžio ligos.
Visiškai kitoks vaizdas stebimas, kai krinta sovietų palydovai, kuriuose yra urano-235. Pasak technikos mokslų daktaro, Modernizavimo komisijos prie Rusijos prezidento nario profesoriaus Igorio Ostrecovo, sovietinio palydovo sunaikinimą galima palyginti su avarija ant nedidelio atominė elektrinė. Žmonės, esantys netoli smūgio vietos, gali gauti nedideles radiacijos dozes. Nuo to mirti beveik neįmanoma, o nukritus vienam Amerikos palydovui, vien nuo plaučių edemos gali mirti iki 300 tūkst.
Todėl dabar, Igorio Ostrecovo nuomone, Rusijai kartu su kitomis SCO ir BRICS šalimis reikia reikalauti iš JAV atkurti „kosminių šaudmenų“ sistemą, kuri egzistavo būtent tam, kad iš orbitos būtų pašalinti tokie palydovai su plutoniu-238.
"Sovietinis projektas„Buran“ buvo daug efektyvesnis nei „American Shuttle“. Todėl amerikiečiams tai būtų pagrįstą sprendimą finansuoti Burano gaivinimą ir visų branduolinių palydovų pašalinimą iš jo kosmoso orbitos. Taip pat būtina uždrausti į kosmosą paleisti objektus su branduoliniais įrenginiais“, – sakė Igoris Ostrecovas.
Spaudos konferencijos dalyvių teigimu, tokie palydovai yra paleidžiami į mažas, tai yra, orbitas arti Žemės ir naudojami daugiausia kosmoso žvalgyba potencialaus priešo teritorijoje. Tuo pat metu Jungtinės Valstijos 1990-aisiais ir 2000-aisiais aktyviai pirko plutonį tokių prietaisų gamybai iš mūsų, Rusijos.
Jie perka iš mūsų, stebi mus ir meta mums ant galvos – tai labiausiai papiktino spaudos konferencijos dalyvius.
Tuo tarpu italų kosmoso agentūra paskleidė informaciją, kad ant nevaldomo Amerikos palydovo gali užkristi šiukšlės šiauriniai regionai Italija. Ekspertų skaičiavimais, nesudegė viršutiniai sluoksniai atmosferą, įrenginio fragmentai gali subyrėti penktadienį apie 21 val. Maskvos laiku ir išsibarstyti Lombardijos, Pjemonto, Aostos slėnio ir Ligūrijos teritorijose. Ryšium su šiuo įspėjimu, įrenginys nacionalinė tarnyba civilinė sauga yra labai parengti. Vietos radijo stotys pataria gyventojams neiti iš namų.
Taigi, be hidrazino, Amerikos palydovuose taip pat yra plutonio-238, o mūsų palydovuose - urano-235.
Plutonis (simbolis Pu; atominis skaičius 94) - sunkus trapus radioaktyvus metalas sidabro-baltos spalvos. IN periodinė lentelė esantis aktinidų šeimoje.
Elementas pasižymi struktūrinėmis ir fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis, kurios labai skiriasi nuo kitų elementų. Plutonis turi septynias alotropines modifikacijas esant tam tikroms temperatūroms ir slėgio intervalams: α, β, γ, δ, δ", ε ir ζ. Jis gali turėti oksidacijos būsenas nuo +2 iki +7, pagrindinės yra +4, +5, + 6. Tankis svyruoja nuo 19,8 (α-Pu) iki 15,9 g/cm³ (δ-Pu).
Stabilūs izotopai neturi. „Natūralūs“ plutonio izotopai[~1] laikomi ilgiausiai gyvuojančiu visų transurano elementų – 244Pu ir 239Pu – izotopu. Gamtoje jis randamas daugiausia dioksido (PuO2) pavidalu, kuris net mažiau tirpsta vandenyje nei smėlis (kvarcas). Elemento buvimas gamtoje yra toks mažas, kad jo išgauti yra nepraktiška [~ 2].
Plačiai naudojamas branduolinių ginklų gamyboje (vadinamasis „ginklų klasės plutonis“), branduolinis kuras branduoliniai reaktoriai civiliniais ir mokslinių tyrimų tikslais ir kaip energijos šaltiniu erdvėlaivis.
Antrasis dirbtinis elementas po neptūnio (klaidingai „gautas“ 1934 m. E. Fermio grupės; pirmąjį izotopą 239Np susintetino ir 1940 m. gegužę nustatė E. MacMillanas ir F. Abelsonas), gautas mikrogramų kiekiais 1940 m. izotopo 238Pu forma. Pirmasis dirbtinis cheminis elementas, pradėtas gaminti pramoniniu mastu. Pirmoji pasaulyje branduolinė bomba, sukurta ir išbandyta 1945 metais JAV, naudojo plutonio užtaisą. Pirmoji SSRS 1949 metais išbandyta bomba buvo to paties tipo. Atitinkamai, JAV, o vėliau SSRS buvo pirmosios šalys, kurios įsisavino savo gamybą.
Plutonio gamyba yra labai brangi. Vienas gramas plutonio-238 kainavo 1000 JAV dolerių (iki maždaug 1971 m.), mūsų laikais ~4000, o kilogramas – milijoną. Plutoniui gaminti naudojamas ir prisodrintas, ir natūralus uranas. Bendras kiekis visame pasaulyje sukaupto plutonio visomis įmanomomis formomis 2003 metais buvo įvertinta 1239 tonomis.
Atidarymas
Enrico Fermi ir jo bendradarbiai iš Romos universiteto pranešė, kad jie atrado cheminį elementą su serijos numeris 94 1934 m. Fermi pavadino šį elementą hesperiumi, manydamas, kad jis atrado elementą, dabar vadinamą plutoniu.
Vardo kilmė

1930 metais buvo atrasta nauja planeta, apie kurios egzistavimą jau seniai kalbėjo astronomas, matematikas ir fantastinių esė apie Marse gyvenimą autorius Percivalis Lovellas. Remdamasis daugelio metų Urano ir Neptūno judėjimo stebėjimais, jis padarė išvadą, kad už Neptūno m. saulės sistema turi būti kita, devinta planeta, esanti keturiasdešimt kartų toliau nuo Saulės nei Žemė. Orbitiniai elementai nauja planeta buvo jo apskaičiuotos 1915 m. Plutonas buvo aptiktas nuotraukose, kurias 1930 metų sausio 21, 23 ir 29 dienomis padarė astronomas Clyde'as Tombaugh Lowell observatorijoje Flagstaff mieste (JAV). Planeta buvo atrasta 1930 metų vasario 18 dieną. Planetai pavadinimą suteikė vienuolikmetė moksleivė iš Oksfordo, Venecijos Burney. Graikų mitologijoje Hadas (romėnų Plutonas) yra mirusiųjų karalystės dievas.
Medicininiai eksperimentai
Viso Antrojo pasaulinio karo metu ir jam pasibaigus mokslininkai atliko eksperimentus su gyvūnais ir žmonėmis, švirkščiant į veną plutonio dozes. Tyrimai su gyvūnais parodė, kad keli miligramai plutonio kilograme audinio - mirtina dozė. „Standartinė“ dozė buvo 5 mikrogramai plutonio, o 1945 m. šis skaičius buvo sumažintas iki 1 mikrogramo dėl to, kad plutonis linkęs kauptis kauluose ir todėl yra pavojingesnis už radį.
Aštuoniolika plutonio bandymų su žmonėmis buvo atlikta be išankstinio sutikimo, siekiant išsiaiškinti, kur ir kaip plutonis koncentruojasi žmogaus kūnas, ir parengti saugos standartus, kaip elgtis su juo. Pirmosios vietos, kur buvo atlikti eksperimentai pagal Manheteno projektą, buvo: Hanfordas, Berklis, Los Alamosas, Čikaga, Oak Ridge, Rochester.
Puiku, mes visi tapome bandomaisiais. Amerikos vyriausybė, ar ne laikas priminti jiems apie jų atsakomybę žmonijai ir visai Visatai, ar ne laikas pradėti valytis kosminė erdvė. Neturėtume statyti priešraketinės gynybos Europoje, o apgalvotai ir analitiškai kelis kartus iš eilės perskaityti D. Washingtono kreipimąsi į Amerikos žmones, kol mus pasieks to, ką skaitome, prasmė. Juk D. Washingtonas perspėjo, kad šalyje neturėtų būti daugiapartinės sistemos ir nesikištų į kitų šalių reikalus, kurių aš nuolat raginu.
Jeigu JAV valdžia turi daug pinigų, tai aš rasiu jiems panaudojimą – tai yra Burano gaivinimas ir jo pagalba visų branduolinių palydovų pašalinimas iš kosminių orbitų. Taip pat būtina uždrausti į kosmosą paleisti objektus su branduoliniais įrenginiais. Tai taikoma visoms pasaulio šalims. Ir dar kartą perspėju jus visus, kad Rusijos ir Žemės planetos egzistavimas priklauso tik nuo liaudies atgailos. Dar kartą kartoju, mes turime galimybę susisiekti su palydovu ir iškelti jį į orbitą ir nusiųsti į Marsą ir pradėti gyventi pagal sąžinę bei tikėjimą. 26 d., 11 valandą Maskvos laiku, visi kalba atgailos maldą: „Tėve mūsų, Dangiškasis Tėve, prašau tavęs atleisti visas mano nuodėmes, savanoriškas ar nevalingas. Amen“
11.24.11 /I.E. Terentjeva/

Prašau jūsų suteikti man valstybės apsaugą konstitucine teise iki gyvos galvos pagal str. 45

1. Valstybinė žmogaus ir piliečio teisių ir laisvių apsauga in Rusijos Federacija garantuotas.

07.12 11 /I.E. Terentjeva/

Jis tikrai brangus.

Fonas ir istorija

Pradžioje buvo protonai – galaktinis vandenilis. Dėl jo suspaudimo ir vėlesnių branduolinių reakcijų susidarė neįtikėtiniausi nukleonų „luitai“. Tarp šių „luitų“, matyt, buvo 94 protonai. Teoretikų skaičiavimais, apie 100 nukleonų darinių, kuriuose yra 94 protonai ir nuo 107 iki 206 neutronai, yra tokie stabilūs, kad juos galima laikyti elemento Nr.94 izotopų branduoliais.

Tačiau visi šie izotopai – hipotetiniai ir realūs – nėra tokie stabilūs, kad išliktų iki šių dienų nuo Saulės sistemos elementų susidarymo. Ilgiausiai gyvuojančio elemento Nr.94 izotopo pusinės eliminacijos laikas yra 75 milijonai metų. Galaktikos amžius matuojamas milijardais metų. Vadinasi, „pirminis“ plutonis neturėjo šansų išgyventi iki šių dienų. Jei jis susidarė per didžiąją Visatos elementų sintezę, tai tie senoviniai jos atomai „išnyko“ seniai, kaip išnyko dinozaurai ir mamutai.

XX amžiuje Naujoji era, po Kr., šis elementas buvo atkurtas. Iš 100 galimų plutonio izotopų buvo susintetinti 25. Ištirtos 15 jų branduolinės savybės. Rastos keturios praktinis pritaikymas. Ir jis buvo atidarytas visai neseniai. 1940 m. gruodį, kai uranas buvo apšvitintas sunkiaisiais vandenilio branduoliais, grupė amerikiečių radiochemikų, vadovaujamų Glennas T. Seaborgas atrado anksčiau nežinomą alfa dalelių emiterį, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 90 metų. Šis spinduolis pasirodė esąs elemento Nr. 94 izotopas, kurio masės skaičius yra 238. Tais pačiais metais, bet keliais mėnesiais anksčiau EM. Macmillan ir F. Eibelsonas gavo pirmąjį už uraną sunkesnį elementą – elementą Nr.93. Šis elementas buvo vadinamas neptūnas, o 94-oji – plutonis. Istorikas tikrai pasakys, kad šie vardai kilę iš romėnų mitologijos, tačiau iš esmės šių vardų kilmė yra veikiau ne mitologinė, o astronominė.

Elementai Nr.92 ir 93 pavadinti tolimų Saulės sistemos planetų – Urano ir Neptūno – vardais, tačiau Neptūnas Saulės sistemoje nėra paskutinis, dar toliau slypi Plutono – planetos, apie kurią dar beveik nieko nežinoma, orbita. .. Panaši konstrukcija Matome ir periodinės lentelės „kairėje pusėje“: uranas – neptūnas – plutonis, tačiau apie plutonį žmonija žino daug daugiau nei apie Plutoną. Beje, astronomai Plutoną atrado likus vos dešimčiai metų iki plutonio sintezės – beveik tiek pat laiko skyrė Urano atradimai – planeta ir uranas– elementas.

Mįslės kriptografams

Pirmasis elemento Nr. 94 izotopas plutonis-238 šiomis dienomis buvo praktiškai pritaikytas. Tačiau 40-ųjų pradžioje jie apie tai net negalvojo. Praktiškai svarbiais kiekiais plutonio-238 galima gauti tik pasikliaujant galinga branduoline pramone. Tuo metu tai buvo tik pradinėje stadijoje. Bet jau buvo aišku, kad išleidus energiją, esančią sunkiųjų branduoliuose radioaktyvieji elementai, galite gauti neregėtos galios ginklą. Pasirodė Manheteno projektas, kuris turėjo tik pavadinimą, bendrą su garsiąja Niujorko vietove. Tai buvo bendras vardas visų darbų, susijusių su pirmųjų atominių bombų sukūrimu JAV. Manheteno projekto vadovu buvo paskirtas ne mokslininkas, o kariškis generolas Grovesas, kuris savo aukšto išsilavinimo kaltinimus „sudaužytais puodais“ pavadino „sudaužytais puodais“.

„Projekto“ vadovai nesidomėjo plutoniu-238. Jo branduoliai, kaip ir visų plutonio izotopų, turinčių lygų masės skaičių, branduoliai nėra dalijami mažos energijos neutronų*, todėl jis negalėtų tarnauti kaip branduolinis sprogmuo. Nepaisant to, pirmieji nelabai aiškūs pranešimai apie elementus Nr.93 ir 94 spaudoje pasirodė tik 1942 metų pavasarį.

* Mažos energijos neutronais vadiname neutronus, kurių energija neviršija 10 keV. Neutronai, kurių energija matuojama elektronvolto dalimis, vadinami šiluminiais ir labiausiai lėti neutronai– kurių energija mažesnė nei 0,005 eV – šalta. Jei neutrono energija yra didesnė nei 100 keV, tai toks neutronas laikomas greitu.

Kaip mes galime tai paaiškinti? Fizikai suprato: plutonio izotopų su nelyginiais masės skaičiais sintezė buvo laiko klausimas, o ne per ilgai. Buvo tikimasi, kad nelyginiai izotopai, kaip ir uranas-235, galės palaikyti branduolinę grandininę reakciją. Kai kurie žmonės juos vertino kaip potencialius branduolinius sprogmenis, kurie dar nebuvo gauti. Ir plutonis, deja, šias viltis pateisino.

To meto šifravime elementas Nr.94 buvo vadinamas tik... variu. O kai iškilo poreikis labiausiai vario(kaip kai kurių dalių statybinė medžiaga), tada koduose kartu su „variu“ atsirado „tikras varis“.

"Gėrio ir blogio pažinimo medis"

1941 metais buvo aptiktas svarbiausias plutonio izotopas – izotopas, kurio masės skaičius 239. Ir beveik iš karto pasitvirtino teoretikų prognozė: plutonio-239 branduoliai buvo suskaidyti terminių neutronų. Be to, jų padalijimo procese – ne mažesnis skaičius neutronų nei dalijantis uranui-235. Iš karto buvo aprašyti būdai gauti šį izotopą dideliais kiekiais...

Praėjo metai. Dabar niekam ne paslaptis, kad arsenaluose saugomos branduolinės bombos pripildytos plutonio-239 ir kad šių bombų pakanka padaryti nepataisomą žalą visai gyvybei Žemėje.

Plačiai manoma, kad atidarius grandinę branduolinė reakcija(kurio neišvengiama pasekmė buvo branduolinės bombos sukūrimas), žmonija akivaizdžiai skubėjo. Galite galvoti kitaip arba apsimesti, kad galvojate kitaip - maloniau būti optimistu. Tačiau net optimistai neišvengiamai susiduria su mokslininkų atsakomybės klausimu. Prisimename pergalingą 1954-ųjų birželio dieną, dieną, kai pirmoji atominė elektrinė Obninske. Tačiau negalime pamiršti 1945 metų rugpjūčio ryto – „Hirošimos ryto“, „Juodosios Alberto Einšteino dienos“... Prisimename pirmąją pokario metais o nežabotas atomazgas – pagrindas Amerikos politika tų metų. Bet ar žmonija vėlesniais metais nepatyrė daug rūpesčių? Be to, šį nerimą daug kartų sustiprino sąmonė, kad jei prasidėtų naujas protrūkis pasaulinis karas, branduoliniai ginklai bus pradėtas veikti.

Čia galite pabandyti įrodyti, kad plutonio atradimas nepridėjo žmonijai baimės, o atvirkščiai – buvo tik naudingas.

Tarkime, atsitiko taip, kad dėl kokių nors priežasčių arba, kaip senais laikais sakydavo, Dievo valia, plutonis mokslininkams buvo nepasiekiamas. Ar tada mūsų baimės ir rūpesčiai sumažėtų? Nieko neatsitiko. Branduolinės bombos būtų gaminamos iš urano-235 (ir ne mažiau nei iš plutonio), o šios bombos „suvalgytų“ dar didesnę biudžeto dalį nei dabar.

Tačiau be plutonio nebūtų perspektyvų taikiam branduolinės energijos naudojimui dideliu mastu. Urano-235 tiesiog neužtektų „taikiam atomui“. Blogis, kurį žmonijai padarė atradus branduolinę energiją, net iš dalies nebūtų subalansuotas „gerojo atomo“ pasiekimais.

Kaip išmatuoti, su kuo palyginti

Kai plutonio-239 branduolį neutronai padalija į du maždaug vienoda masė, išsiskiria apie 200 MeV energijos. Tai yra 50 milijonų kartų daugiau energijos, išsiskiriančios garsiausioje egzoterminėje reakcijoje C + O 2 = CO 2. "Dega" viduje branduolinis reaktorius, gramas plutonio duoda 2·10 7 kcal. Kad nebūtų pažeistos tradicijos (o populiariuose straipsniuose branduolinio kuro energija dažniausiai matuojama nesisteminiais vienetais – tonomis anglies, benzino, trinitrotolueno ir kt.), taip pat atkreipiame dėmesį: tai energija, esanti 4 tonose. anglies. O paprastoje antpirštyje yra toks plutonio kiekis, kuris energetiškai prilygsta keturiasdešimčiai automobilių krovinių gerų beržinių malkų.

Ta pati energija išsiskiria neutronams dalijantis urano-235 branduoliams. Tačiau didžioji natūralaus urano dalis (99,3 proc.!) yra izotopas 238 U, kuris gali būti panaudotas tik uraną paverčiant plutoniu...

Akmenų energija

Leiskite mums įvertinti energijos išteklius, esančius gamtos rezervatai uranas.

Uranas yra mikroelementas ir randamas beveik visur. Kas lankėsi, pavyzdžiui, Karelijoje, tikriausiai prisimins granitinius riedulius ir pakrantės skardžius. Tačiau nedaugelis žino, kad tonoje granito yra iki 25 g urano. Granitas sudaro beveik 20% masės žemės pluta. Jei skaičiuotume tik uraną-235, tai tonoje granito yra 3,5·10 5 kcal energijos. Tai daug, bet...

Apdorojant granitą ir iš jo išgaunant uraną, reikia išleisti dar didesnį energijos kiekį – apie 10 6 ...10 7 kcal/t. Dabar, jei būtų galima kaip energijos šaltinį naudoti ne tik uraną-235, bet ir uraną-238, tai granitą būtų galima laikyti bent jau potencialia energetine žaliava. Tada iš tonos akmens gaunama energija jau būtų nuo 8·10 7 iki 5·10 8 kcal. Tai prilygsta 16...100 tonų anglies. Ir šiuo atveju granitas galėtų suteikti žmonėms beveik milijoną kartų daugiau energijos nei visos cheminio kuro atsargos Žemėje.

Tačiau urano-238 branduoliai nesiskiria neutronais. Už branduolinė energijašis izotopas yra nenaudingas. Tiksliau, būtų nenaudinga, jei jo nepavyktų paversti plutoniu-239. Ir kas ypač svarbu: šiai branduolinei transformacijai energijos išleisti praktiškai nereikia – atvirkščiai, šiame procese energija gaminama!

Pabandykime išsiaiškinti, kaip tai vyksta, bet pirmiausia keli žodžiai apie natūralų plutonį.

400 tūkstančių kartų mažiau nei radžio

Jau buvo pasakyta, kad plutonio izotopai nebuvo išsaugoti nuo elementų sintezės mūsų planetos formavimosi metu. Bet tai nereiškia, kad Žemėje nėra plutonio.

Jis visą laiką susidaro urano rūdose. Neutronų gaudymas kosminė spinduliuotė ir neutronų, susidarančių savaiminio urano-238 branduolių dalijimosi metu, kai kurie – labai nedaug – šio izotopo atomų virsta urano-239 atomais. Šie branduoliai yra labai nestabilūs, jie skleidžia elektronus ir taip padidina jų krūvį. Susidaro neptūnas, pirmasis transurano elementas. Neptūnas-239 taip pat yra labai nestabilus, o jo branduoliai išskiria elektronus. Vos per 56 valandas pusė neptūno-239 virsta plutoniu-239, kurio pusinės eliminacijos laikas jau gana ilgas – 24 tūkst.

Kodėl plutonis nėra išgaunamas iš urano rūdų? Maža, per maža koncentracija. „Gramas produkcijos yra darbo metai“ - tai maždaug radis, o rūdose yra 400 tūkstančių kartų mažiau plutonio nei radžio. Todėl labai sunku ne tik išgauti, bet net ir aptikti „sausumos“ plutonį. Tai buvo padaryta tik po to, kai buvo ištirtos branduoliniuose reaktoriuose gaminamo plutonio fizinės ir cheminės savybės.

Kai 2,70 >> 2,23

Plutonis kaupiamas branduoliniuose reaktoriuose. Galinguose neutronų srautuose vyksta ta pati reakcija kaip ir urano rūdose, tačiau plutonio susidarymo ir kaupimosi greitis reaktoriuje yra daug didesnis – milijardą milijardų kartų. Balastinio urano-238 konvertavimo į energetinį plutonį-239 reakcijai sudaromos optimalios (priimtinos) sąlygos.

Jei reaktorius veikia šiluminiais neutronais (prisiminkime, kad jų greitis yra apie 2000 m per sekundę, o jų energija yra elektronvolto dalis), tai iš natūralaus urano izotopų mišinio gaunamas plutonio kiekis, kuris yra šiek tiek mažesnis nei „sudegusio“ urano-235 kiekis. Šiek tiek, bet mažiau, plius neišvengiami plutonio nuostoliai cheminiu būdu atskiriant jį nuo apšvitinto urano. Be to, branduolinė grandininė reakcija natūraliame urano izotopų mišinyje palaikoma tik tol, kol sunaudojama nedidelė urano-235 dalis. Taigi logiška išvada: „terminis“ reaktorius, kuriame naudojamas natūralus uranas – pagrindinė šiuo metu veikiančių reaktorių rūšis – negali užtikrinti išplėstinio branduolinio kuro atgaminimo. Bet kas tada yra perspektyvus? Norėdami atsakyti į šį klausimą, palyginkime branduolinės grandininės reakcijos eigą urane-235 ir plutonyje-239 ir į mūsų diskusijas įtrauksime kitą fizikinę koncepciją.

Svarbiausia bet kurio branduolinio kuro charakteristika yra vidutinis neutronų, išmetamų po to, kai branduolys užfiksavo vieną neutroną, skaičius. Fizikai jį vadina eta skaičiumi ir žymi Graikiškas laiškasη. „Šiluminiuose“ urano reaktoriuose stebimas toks modelis: kiekvienas neutronas generuoja vidutiniškai 2,08 neutrono (η = 2,08). Plutonis, patalpintas į tokį reaktorių, veikiamas šiluminių neutronų, duoda η = 2,03. Tačiau yra ir reaktorių, kurie veikia greitais neutronais. Nenaudinga krauti natūralų urano izotopų mišinį į tokį reaktorių: grandininė reakcija neveiks. Bet jei „žaliava“ yra praturtinta uranu-235, ją galima sukurti „greitame“ reaktoriuje. Šiuo atveju η jau bus lygus 2,23. Ir plutonis buvo padėtas po ugnimi greitieji neutronai, duos η lygų 2,70. Turėsime „papildomą pusę neutrono“. Ir tai visai nėra mažai.

Pažiūrėkime, kam išleidžiami susidarę neutronai. Bet kuriame reaktoriuje branduolinei grandininei reakcijai palaikyti reikia vieno neutrono. Įrenginio konstrukcinės medžiagos sugeria 0,1 neutrono. „Perteklius“ naudojamas plutoniui-239 kaupti. Vienu atveju „perteklius“ yra 1,13, kitu – 1,60. „Sudeginus“ kilogramą plutonio „greitame“ reaktoriuje išsiskiria kolosali energija ir susikaupia 1,6 kg plutonio. O uranas „greitame“ reaktoriuje duos tą pačią energiją ir 1,1 kg naujo branduolinio kuro. Abiem atvejais pastebimas išplėstas dauginimasis. Tačiau mes neturime pamiršti apie ekonomiką.

Dėl serijos techninių priežasčių Plutonio veisimosi ciklas trunka keletą metų. Tarkime, penkeri metai. Tai reiškia, kad plutonio kiekis per metus padidės tik 2%, jei η = 2,23, ir 12%, jei η = 2,7! Branduolinis kuras yra kapitalas, ir bet koks kapitalas turėtų duoti, tarkime, 5% per metus. Pirmuoju atveju patiriami dideli nuostoliai, o antruoju – didelis pelnas. Šis primityvus pavyzdys iliustruoja kiekvieno dešimtosios skaičiaus η „svorį“ branduolinėje energetikoje.

Daugelio technologijų suma

Kai dėl branduolinių reakcijų kaupiasi uranas reikalingas kiekis plutonio, jis turi būti atskirtas ne tik nuo paties urano, bet ir nuo skilimo fragmentų – tiek urano, tiek plutonio, sudegusių per branduolinę grandininę reakciją. Be to, urano-plutonio masėje taip pat yra tam tikras neptūno kiekis. Sunkiausia atskirti plutonį nuo neptūno ir retųjų žemių elementus (lantanidus). Plutonis kaip cheminis elementas tam tikru mastu nepasisekė. Chemiko požiūriu, pagrindinis branduolinės energijos elementas yra tik vienas iš keturiolikos aktinidų. Kaip ir retųjų žemių elementai, visi aktinio serijos elementai yra labai arti vienas kito cheminės savybės, išorės struktūra elektroniniai apvalkalai visų elementų atomai nuo aktinio iki 103 yra vienodi. Dar nemalonu yra tai, kad aktinidų cheminės savybės yra panašios į retųjų žemių elementų savybes, o tarp urano ir plutonio dalijimosi fragmentų yra daugiau nei pakankamai lantanidų. Bet tada 94-asis elementas gali būti penkiuose valentinės būsenos, ir tai „pasaldina piliulę“ – padeda atskirti plutonį ir nuo urano, ir nuo dalijimosi fragmentų.

Plutonio valentingumas svyruoja nuo trijų iki septynių. Cheminiu požiūriu stabiliausi (taigi ir labiausiai paplitę bei labiausiai ištirti) junginiai yra keturiavalentis plutonis.

Panašių cheminių savybių aktinidų – urano, neptūno ir plutonio – atskyrimas gali būti pagrįstas jų tetra- ir šešiavalenčių junginių savybių skirtumais.

Nereikia detaliai aprašyti visų plutonio ir urano cheminio atskyrimo etapų. Paprastai jų atskyrimas prasideda nuo urano strypų ištirpinimo azoto rūgštis, po to tirpale esantys uranas, neptūnas, plutonis ir suskaidymo elementai „atskiriami“ naudojant tradicinius radiocheminius metodus - nusodinimą su nešikliais, ekstrahavimą, jonų mainai ir kiti. Galutiniai plutonio turintys šios daugiapakopės technologijos produktai yra jo dioksidas PuO 2 arba fluoridai – PuF 3 arba PuF 4. Jie redukuojami į metalą bario, kalcio ar ličio garais. Tačiau šiuose procesuose gautas plutonis netinka konstrukcinės medžiagos vaidmeniui – iš jo negalima pagaminti branduolinių reaktorių kuro elementų, užtaisas atominė bomba neimk nuotėkio. Kodėl? Plutonio lydymosi temperatūra – tik 640°C – yra gana pasiekiama.

Kad ir kokiomis „ypač švelniomis“ sąlygomis būtų liejamos dalys iš gryno plutonio, kietėjimo metu liejiniuose visada atsiras įtrūkimų. 640°C temperatūroje kietėjantis plutonis sudaro kubinę kristalinę gardelę. Temperatūrai mažėjant, metalo tankis palaipsniui didėja. Tačiau tada temperatūra pasiekė 480°C, o tada staiga plutonio tankis smarkiai sumažėja. Šios anomalijos priežastys buvo atrastos gana greitai: tokioje temperatūroje plutonio atomai persitvarko į kristalinė gardelė. Jis tampa tetragoniškas ir labai „laisvas“. Toks plutonis gali plūduriuoti savo tirpale, kaip ledas ant vandens.

Temperatūra ir toliau mažėja, dabar ji pasiekė 451 ° C, o atomai vėl sudarė kubinę gardelę, tačiau išsidėstę didesniu atstumu vienas nuo kito nei pirmuoju atveju. Toliau aušinant, grotelės pirmiausia tampa ortorombinės, tada monoklininės. Iš viso plutonis sudaro šešias skirtingas kristalines formas! Du iš jų yra skirtingi nepaprastas turtas– neigiamas koeficientas šiluminis plėtimasis: Kylant temperatūrai metalas nesiplečia, o susitraukia.

Temperatūrai pasiekus 122°C ir plutonio atomams šeštą kartą pertvarkius eiles, tankis pasikeičia ypač dramatiškai – nuo ​​17,77 iki 19,82 g/cm 3 . Daugiau nei 10%! Atitinkamai mažėja luito tūris. Jei metalas vis dar galėtų atsispirti įtempiams, kurie atsirado kitų perėjimų metu, tai šiuo metu sunaikinimas yra neišvengiamas.

Kaip tada pagaminti dalis iš šio nuostabaus metalo? Metalurgai legiruoja plutonį (į jį prideda nedidelį kiekį reikalingų elementų) ir išgauna liejinius be nė vieno įtrūkimo. Jie naudojami plutonio užtaisams gaminti branduolinėms bomboms. Krūvio svoris (jis pirmiausia nustatomas pagal izotopo kritinę masę) yra 5...6 kg. Jis gali lengvai tilpti į kubą, kurio krašto dydis yra 10 cm.

Sunkieji izotopai

Plutonis-239 taip pat nedideliais kiekiais turi didesnių šio elemento izotopų – masės skaičiais 240 ir 241. Izotopas 240 Pu praktiškai nenaudingas – tai plutonio balastas. Iš 241 gaunamas americis - elementas Nr.95. Gryna forma, be kitų izotopų priemaišų, dlutonio-240 ir plutonio-241 gali būti gaunami elektromagnetiniu būdu atskiriant reaktoriuje susikaupusį plutonį. Prieš tai plutonis papildomai apšvitinamas neutronų srautais, turinčiais griežtai apibrėžtas charakteristikas. Žinoma, visa tai labai sudėtinga, juolab kad plutonis yra ne tik radioaktyvus, bet ir labai toksiškas. Darbas su juo reikalauja ypatingo atsargumo.

Vieną įdomiausių plutonio izotopų 242 Pu galima gauti švitinant ilgą laiką 239 Pu neutronų srautuose. 242 Pu labai retai fiksuoja neutronus, todėl reaktoriuje „perdega“ lėčiau nei kiti izotopai; jis išlieka net po to, kai likę plutonio izotopai beveik visiškai pavirto fragmentais arba pavirto į plutoniu-242.

Plutonis-242 yra svarbus kaip „žaliava“ santykinai greitam aukštesniųjų transurano elementų kaupimui branduoliniuose reaktoriuose. Jei plutonis-239 apšvitinamas įprastame reaktoriuje, prireiks maždaug 20 metų, kad iš gramų plutonio būtų sukauptas mikrogramų kiekis, pavyzdžiui, Kalifornijos-251.

Didinant neutronų srauto intensyvumą reaktoriuje, galima sumažinti aukštesnių izotopų kaupimosi laiką. Taip jie ir daro, bet tuomet negalima švitinti didelis skaičius plutonis-239. Juk šis izotopas dalijasi neutronais, o intensyviuose srautuose išsiskiria per daug energijos. Papildomų sunkumų kyla aušinant konteinerį ir reaktorių. Norint išvengti šių sunkumų, reikėtų sumažinti apšvitinto plutonio kiekį. Todėl kalifornijos derlius vėl taptų menkas. Užburtas ratas!

Plutonis-242 neskyla šiluminiais neutronais, gali būti apšvitinamas dideliais kiekiais intensyviais neutronų srautais... Todėl reaktoriuose iš šio izotopo „pagamina“ visi elementai nuo kalifornio iki einšteino ir kaupiami svoriais.

Ne pats sunkiausias, bet ilgiausiai gyvenęs

Kiekvieną kartą, kai mokslininkams pavyko gauti naują plutonio izotopą, buvo matuojamas jo branduolių pusinės eliminacijos laikas. Sunkiųjų izotopų pusinės eliminacijos laikas radioaktyvieji branduoliai su lyginiais masiniais skaičiais keičiasi reguliariai. (To negalima pasakyti apie nelyginius izotopus.)

Ryžiai. 8.

Pažiūrėkite į grafiką, rodantį lyginių plutonio izotopų pusinės eliminacijos periodo priklausomybę nuo masės skaičiaus. Didėjant masei, ilgėja ir izotopo „gyvenimo laikas“. Prieš keletą metų aukščiausias taškasŠioje diagramoje buvo plutonis-242. Ir kaip tada vyks ši kreivė? tolesnis augimas masės skaičius? Iki reikalo 1 , kuris atitinka 30 milijonų metų gyvenimo trukmę arba iki taško 2 , kuris atsako jau 300 milijonų metų? Atsakymas į šį klausimą buvo labai svarbus geomokslams. Pirmuoju atveju, jei prieš 5 milijardus metų Žemę sudarė tik 244 Pu, dabar visoje Žemės masėje liktų tik vienas plutonio-244 atomas. Jei antroji prielaida yra teisinga, plutonio-244 gali būti Žemėje tokiomis koncentracijomis, kurias jau būtų galima aptikti. Jei pasisektų Žemėje rasti šį izotopą, mokslas gautų vertingiausios informacijos apie procesus, vykusius formuojantis mūsų planetai.

Prieš kelerius metus mokslininkai susidūrė su klausimu: ar verta bandyti Žemėje rasti sunkaus plutonio? Norint atsakyti į jį, pirmiausia reikėjo nustatyti plutonio-244 pusėjimo trukmę. Teoretikai negalėjo apskaičiuoti šios vertės reikiamu tikslumu. Visa viltis buvo tik eksperimentui.

Branduoliniame reaktoriuje sukauptas plutonis-244. Elementas Nr. 95, americis (izotopas 243 Am), buvo apšvitintas. Užfiksavęs neutroną, šis izotopas virto americiu-244; americis-244 vienu iš 10 tūkstančių atvejų virto plutoniu-244.

Plutonio-244 preparatas buvo išskirtas iš americio ir kurio mišinio. Mėginys svėrė tik kelias milijonines gramo dalis. Tačiau jų pakako, kad būtų nustatytas šio įdomaus izotopo pusinės eliminacijos laikas. Paaiškėjo, kad tai lygu 75 milijonams metų. Vėliau kiti tyrinėtojai išaiškino plutonio-244 pusėjimo trukmę, bet nedaug – 82,8 mln. 1971 metais šio izotopo pėdsakų buvo rasta retųjų žemių mineraliniame bastnäsite.

Mokslininkai daug kartų bandė rasti izotopą transuraninis elementas, gyvena ilgiau nei 244 Pu. Tačiau visi bandymai liko veltui. Vienu metu viltys buvo dedamos į curium-247, tačiau reaktoriuje susikaupus šiam izotopui paaiškėjo, kad jo pusinės eliminacijos laikas yra tik 14 milijonų metų. Sumušti plutonio-244 rekordo nepavyko – tai ilgiausiai iš visų transurano elementų izotopų.

Net sunkesni plutonio izotopai patiria beta skilimą, o jų gyvavimo trukmė svyruoja nuo kelių dienų iki kelių dešimtųjų sekundės dalių. Mes tikriausiai tai žinome termobranduoliniai sprogimai Susidaro visi plutonio izotopai, iki 257 Pu. Tačiau jų gyvavimo trukmė yra dešimtosios sekundės, o daugelis trumpalaikių plutonio izotopų dar nebuvo ištirti.

Pirmojo izotopo galimybės

Ir galiausiai – apie plutonį-238 – patį pirmąjį iš „žmogaus sukurtų“ plutonio izotopų – izotopą, kuris iš pradžių atrodė neperspektyvus. Iš tikrųjų tai labai įdomus izotopas. Jį veikia alfa skilimas, t.y. jo branduoliai spontaniškai išskiria alfa daleles – helio branduolius. Plutonio-238 branduolių generuojamos alfa dalelės turi didelę energiją; išsklaidyta materijoje, ši energija virsta šiluma. Kokio dydžio ši energija? Šeši milijonai elektronų voltų išsiskiria skilus vienam atomo branduolys plutonis-238. IN cheminė reakcija ta pati energija išsiskiria oksiduojant kelis milijonus atomų. Elektros šaltinis, kuriame yra vienas kilogramas plutonio-238, sukuria 560 vatų šiluminę galią. Didžiausia to paties svorio galia cheminis šaltinis srovė - 5 vatai.

Yra daug panašių emiterių energetines charakteristikas, tačiau viena plutonio-238 savybė daro šį izotopą nepakeičiamu. Alfa irimą dažniausiai lydi stipri gama spinduliuotė, prasiskverbianti per didelius medžiagos sluoksnius. 238 Pu yra išimtis. Jos branduolių irimą lydinčių gama spindulių energija yra maža, nuo jos apsisaugoti nesunku: spinduliuotę sugeria plonasienis indas. Savaiminio šio izotopo branduolių dalijimosi tikimybė taip pat maža. Todėl jis rado pritaikymą ne tik dabartiniuose šaltiniuose, bet ir medicinoje. Baterijos, kuriose yra plutonio-238, yra specialių širdies stimuliatorių energijos šaltinis.

Tačiau 238 Pu nėra lengviausias žinomas elemento Nr. 94 izotopas. Gauti plutonio izotopai, kurių masės svyruoja nuo 232 iki 237. Lengviausio izotopo pusinės eliminacijos laikas yra 36 minutės.

Plutonis yra didelė tema. Čia pasakojama apie svarbiausius dalykus. Juk jau tapo standartinė frazė kad plutonio chemija ištirta daug geriau nei tokių „senų“ elementų kaip geležies chemija. APIE branduolinės savybės Apie plutonį parašyta ištisos knygos. Plutonio metalurgija yra dar vienas nuostabus skyrius žmogaus žinios... Todėl nereikia galvoti, kad perskaitę šią istoriją tikrai pažinote plutonį – svarbiausią XX amžiaus metalą.