Плутонийн хагас задралын хугацаа 238 жил байна. Хамгийн хүнд биш, гэхдээ хамгийн урт насалсан

Америкийн эрдэмтэд сүүлийн 30 орчим жилийн хугацаанд анх удаа плутони-238 нунтаг үйлдвэрлэжээ. Тэдний үзэж байгаагаар энэ нь судалгаанд түлхэц болно гүн орон зайАмерикийн сансар судлалын НАСА агентлаг явуулсан. Бүтээгдэхүүнийг нептуний ислийг хөнгөн цагаантай хольж, дараа нь үр дүнг мөхлөгт шахаж, дараа нь цацрагаар авдаг. Эдгээр бүх химийн заль мэхийн үр дүнд эрдэмтэд нептуни-238 хэмээх элементийг бүтээж, улмаар плутони-238 болж маш хурдан задарсан.

Плутони-238 (Пу-238) нь цацраг идэвхт элемент бөгөөд уран-234 болтлоо задрах нь эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглах боломжтой дулааны идэвхтэй ялгаралт дагалддаг. Жишээлбэл, өнгөрсөн зууны 70-аад онд 30 сансрын нислэг (Вояжер төрлийн хөлөг онгоцыг оруулаад) амжилттай хөөргөсөн бөгөөд зорилго нь судлах явдал байв. алс холын гаригуудНарны аймгийн гадна тэд плутонийн изотопын исэлдсэн хэлбэрийг түлш болгон ашигласан. (Изотоп гэдэг нь өөр тооны нейтронтой элементийн атом юм.)

үед Хүйтэн дайнСаванна голын ургамал Америкийн мужӨмнөд Каролина Пу-238 олборлож байсан. “1988 онд реакторууд хаагдсан бөгөөд түүнээс хойш АНУ-ын засгийн газар үйлдвэрлэж чадаагүй. шаардлагатай материал“АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Оак Риджийн үндэсний лабораторийн (ORNL) Цөмийн аюулгүй байдал, изотопын технологийн газрын төслийн захирал Боб Вам ярилцлага өгөхдөө дурсав.

АНУ-д изотоп үйлдвэрлэхээ больсны дараа Орос улс сансрын нислэгт шаардлагатай плутони-238-ыг нийлүүлсэн боловч удалгүй уг материалын үйлдвэрлэлээ зогсоов. Хоёр жилийн дараа НАСА үүнийг үйлдвэрлэх шинэ оролдлогуудыг санхүүжүүлж эхлэв. ховор элемент: ялангуяа АНУ-ын засгийн газар жил бүр эдгээр хэрэгцээнд зориулж тус хэлтэст 15 сая доллар хуваарилдаг цөмийн эрчим хүчАНУ-ын Эрчим хүчний яам.

Плутони-238 нь хэд хэдэн шалтгааны улмаас сансрын нислэгт хамгийн тохиромжтой эрчим хүчний эх үүсвэр бөгөөд гол шалтгаан нь элементийн хагас задралын хугацаа гэж нэрлэгддэг ойролцоогоор 88 жил юм. Хагас задралын хугацаа гэдэг нь элементийн атомын хагас задрах хугацаа юм. Энэ нь изотопоос ялгарах дулааныг 88 жилийн дараа л хоёр дахин бууруулна гэсэн үг. Дэлхийн цөмийн нийгэмлэгийн мэдээлснээр плутони-239 нь 24110 жилийн хагас задралын хугацаатай изотоп бөгөөд ихэвчлэн цөмийн реактор дахь уранаас үүсдэг.

Түүгээр ч зогсохгүй “тогтвортой байна өндөр температур, өөрөө бага хэмжээгээр их хэмжээний температур үүсгэж, харьцангуй ялгаруулж чаддаг бага түвшинхамгаалахад хялбар цацраг туяа нь чухал багаж хэрэгсэл, тоног төхөөрөмжид нөлөөлөхгүй" гэж Вам хэлэв.

Гэсэн хэдий ч энэ нь Вэм болон түүний хамтрагчдын хүрсэн цорын ганц амжилтаас хол байна. Жишээлбэл, тэд саяхан 50 грамм (1.8 унц) Пу-238 үйлдвэрлэсэн нь эрдэмтдийн хэлснээр хангалттай тоо хэмжээбодисыг тодорхойлох.

Судлаачид элементийг үйлдвэрлэхэд АНУ-ын Эрчим хүчний яамны одоо байгаа дэд бүтцийг ашиглаж байсан тул хамгийн эхний ажил бол плутони үйлдвэрлэх процессыг түүнд нийцүүлэн тохируулах явдал байв. "Тиймээс одоогийн ажиллаж байгаа ТМБ-ын судалгааны реакторууд нь Саванна голд ашиглагдаж байгаа реакторуудаас бага байгаа тул бид одоо ажиллаж байгаа реакторуудтай ажиллахын тулд үйлдвэрлэлийн технологийг өөрчлөх шаардлагатай болсон" гэж Вам тайлбарлав.

Ойрын ирээдүйд эрдэмтэд дээжийн цэвэр байдлыг шалгаж, үйлдвэрлэлээ өргөжүүлэх болно.

“Хэрэв бид үйлдвэрлэлээ автоматжуулж, өргөжүүлбэл Америк чадна олон жилийн туршНАСА сансар огторгуйн гүнд хайгуул хийхэд ашигладаг байсан радиоизотопоор ажилладаг эрчим хүчний системийг үйлдвэрлэдэг" гэж Вам хэлэв.

НАСА-гийн радиоизотопын эрчим хүчийг ашиглах дараагийн зорилго нь 2020 оны 7-р сард Улаан гараг дээр амьдралын шинж тэмдгийг хайж олох, дэлхий дээр цаашдын туршилт хийх зорилгоор чулуулаг, хөрсний дээж цуглуулах, цаашдын хүн төрөлхтөнд зориулсан судалгааны технологи болох Ангараг гарагийг хөөргөх болно сансрын судалгаа.

Хүн бүртэй шинэ мэдээлэлтэй байгаарай чухал үйл явдлууд United Traders - манай сайтад бүртгүүлнэ үү

1940 онд плутони-238-ыг олж авснаар плутонийн изотопуудыг нээсэн. Одоогийн байдлаар энэ нь хамгийн чухал нуклидын нэг гэж тооцогддог. Жилийн дараа хамгийн чухал нуклид болох плутони-239-ийг илрүүлж, дараа нь цөмийн болон сансрын салбарт ашиглах болсон. Химийн элемент нь актинид бөгөөд дээр дурдсан изотопуудын нэг нь хуваагддаг үндсэн гурван изотопын нэг юм. Мэдэгдэж байгаагаар бүх актинидын изотопууд нь цацраг идэвхт шинж чанартай байдаг, учир нь тэдгээр нь тогтворгүй бөгөөд хатуу цацраг, түүний дотор плутонийг ялгаруулдаггүй бол анагаах ухаанд ашиглах боломжтой байсан.

Плутонийн нуклидын хамгийн чухал цөмийн шинж чанаруудыг хүснэгтэд жагсаав.

Цэвэр, цахилгаанаар цэвэршүүлсэн зэвсгийн зэрэглэлийн плутонийн бөгж. Бөгжний жин 5.3 кг, диаметр нь 11 см. Энэ хэлбэр нь эгзэгтэй хэмжээтэй байхыг зөвшөөрдөггүй.

Плутонийн изотопуудаас эхлээд одоогоор 228-247 масстай түүний 19 нуклид байгаа нь мэдэгдэж байна. Тэдний 4 нь л өргөдлөө олсон. Изотопын шинж чанарууд нь зарим шинж чанартай байдаг онцлог шинж, үүгээр нь изотопууд ч гэсэн тэдний цаашдын судалгааг дүгнэж болно урт хугацааХагас амьдрах хугацаа нь сондгойгоос илүү.

АНУ-ын Эрчим хүчний яам плутонийн хольцыг гурван төрөлд хуваадаг.

1. зэвсгийн чанартай плутони
2. түлшний плутони ба
3. реактор плутони

"Хэт цэвэр плутони" гэсэн нэр томъёо нь 2-3 хувийн Pu агуулсан плутонийн изотопуудын хольцыг тодорхойлоход хэрэглэгддэг.

Энэ элементийн зөвхөн хоёр изотоп илүү чадвартай байдаг цөмийн задралбусдаас; Түүгээр ч зогсохгүй эдгээр нь дулааны нейтронд өртөх үед цөмийн задралд ордог цорын ганц изотопууд юм. Дэлбэрэлтийн бүтээгдэхүүнүүдийн дунд халуун цөмийн бөмбөгХагас задралын хугацаа нь харьцангуй богино байдаг Пу, Пу нарыг мөн илрүүлжээ.

Изотопууд ба синтез

Плутони ба ураныг олборлох арга.

Плутонийн 20 орчим изотоп мэдэгдэж байгаа бөгөөд бүгд цацраг идэвхт бодис юм. Эдгээрээс хамгийн урт насалдаг нь плутони-244 бөгөөд хагас задралын хугацаа 80.8 сая жил; плутони-242 нь хагас задралын хугацаа нь 372,300 жил; плутони-239 24,110 жил." Бусад бүх изотопуудын хагас задралын хугацаа 7 мянган жилээс бага байна. Энэ элемент нь 8 метаставтай төлөвтэй, эдгээр изомеруудын хагас задралын хугацаа 1 секундээс хэтрэхгүй.

Элементийн мэдэгдэж буй изотопуудын массын тоо 228-247 хооронд хэлбэлздэг. Тэд бүгд нэг буюу хэд хэдэн төрлийн цацраг идэвхт задралд өртдөг.

• нептуний изотоп үүсэх замаар электрон барих;
• америцийн изотопыг үүсгэхийн тулд бета хасах задрал;
• ураны изотопыг үүсгэх альфа задрал;
• аяндаа хуваагдал нь үелэх системийн дунд хэсгийн элементүүдийн олон төрлийн изотопуудыг үүсгэдэг бөгөөд тэдгээрийн ихэнх нь β-идэвхтэй байдаг.

Плутонийн хамгийн хөнгөн изотопуудын задралын гол суваг нь альфа задрал боловч электрон барих суваг нь тэдэнд нээлттэй байдаг. Хөнгөн плутонийн изотопуудын задралын гол суваг нь электрон барих бөгөөд альфа задрал түүнтэй өрсөлддөг. 236-аас 244 хүртэлх масстай изотопуудын цацраг идэвхт задралын гол суваг нь альфа задрал ба аяндаа хуваагдал юм. Массын тоо нь 244-өөс давсан плутонийн изотопуудын задралын гол суваг нь америцын изотоп болох бета-хасах задрал юм. Плутони-241 нь "мөхсөн" цацраг идэвхт нептуний цувралын гишүүн юм.

236, 238, 239, 240, 242, 244 массын дугаартай изотопууд нь бета-тогтвортой байдаг.

Плутонийн синтез

Плутонийг үйлдвэрлэлийн хэмжээнд хоёр аргаар үйлдвэрлэдэг.

1. цөмийн реакторт агуулагдах ураны цацраг туяа;
2. ашигласан түлшнээс тусгаарлагдсан трансуран элементийн реактор дахь цацраг туяа.

Цацрагийн дараа хоёр тохиолдолд плутонийг уран, трансуран элемент, задралын бүтээгдэхүүнээс химийн аргаар ялгадаг.

Плутони-238

Радиоизотопын энерги үүсгүүрт ашигладаг плутони-238-ийг уран-238-тай солилцох урвалаар лабораторид нийлэгжүүлж болно.

IN энэ үйл явцДейтерон нь уран-238 цөмд хүрч, үр дүнд нь нептун-238, хоёр нейтрон үүсдэг. Дараа нь Нептуни-238 нь бета-хасах задралд орж плутони-238 болдог. Энэ урвалаар плутонийг анх гаргаж авсан. Гэсэн хэдий ч энэ нь хэмнэлттэй биш юм. Аж үйлдвэрт плутони-238-ийг хоёр аргаар олж авдаг.

• цацрагжуулсан цөмийн түлшээс ялгах тул цэвэр плутони-238-ыг энэ аргаар гаргаж авдаггүй.
• нептуниум-237 реакторт нейтрон цацрагийг ашиглах.

Нэг кг плутони-238-ын үнэ ойролцоогоор 1 сая доллар.

Плутони-239

Плутони-239 нь цөмийн зэвсэг болон цөмийн эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашигладаг хуваагддаг изотопыг үйлдвэрлэлийн аргаар бета-хасах задралаар ураны цөм ба нейтроныг оролцуулан, завсрын задралын бүтээгдэхүүн болгон нептуний изотопуудыг оролцуулан дараах урвалаар цөмийн реакторт нийлэгжүүлдэг.

Уран-235-ын задралаас ялгарах нейтроныг уран-238-д барьж, уран-239-ийг үүсгэдэг; дараа нь хоёр β задралын гинжин хэлхээгээр нептуни-239, дараа нь плутони-239 үүсдэг. Дэлхийн 2-р дайны үед плутонийг судалж байсан Британийн Tube Alloys нууц группын ажилтнууд 1940 онд ийм урвал байгааг урьдчилан таамаглаж байжээ.

Плутонийн хүнд изотопууд

Плутонийн илүү хүнд изотопуудыг олж авах боломжийг олгодог цөмийн циклүүд.

Илүү хүнд изотопуудыг Пу реакторуудад дараалсан нейтрон барих гинжин хэлхээгээр үйлдвэрлэдэг бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь нуклидын массын тоог нэгээр нэмэгдүүлдэг.

Зарим изотопуудын шинж чанарууд

Плутонийн изотопууд цацраг идэвхт задралд ордог бөгөөд энэ нь ялгардаг дулааны энерги. Янз бүрийн изотопууд ялгардаг өөр өөр тоо хэмжээдулаан. Дулаан ялгаруулалтыг ихэвчлэн Вт/кг эсвэл мВт/кг хэлбэрээр бичдэг. Плутони байгаа тохиолдолд их хэмжээгээрмөн дулаан шингээгч байхгүй тул дулааны энерги нь плутони агуулсан материалыг хайлуулж чаддаг.

Плутонийн бүх изотопууд цөмийн хуваагдах чадвартай бөгөөд γ тоосонцор ялгаруулдаг.

Фобос-Грунтаас телеметрийн мэдээлэл хүлээн авсныг би бүгдэд нь мэдэгдэхийг хүсч байна
Материалыг "Ведомости"-ээс өгсөн
2011 оны 11-р сарын 24-ний өглөөний 9:56 цагт хэвлэх
Гэвч арваннэгдүгээр сарын 22-нд Холбооны сансрын агентлагийн орлогч дарга Виталий Давыдов Роскосмос Фобос-Грунт даалгаврыг хэрэгжүүлэх боломжийн талаар ямар ч хуурмаг зүйл байхгүй гэж мэдэгдэв. "Бид одоо энэ экспедицийг хийх магадлал маш бага байна" гэж тэр ИТАР-ТАСС хэлэв. Фобос-Грунт сансрын хөлгийг Ангараг гараг руу нисэх замд нь байрлуулах цонх арваннэгдүгээр сарын сүүл хүртэл хаагдана гэдгийг тэрээр сануулав.
Роскосмосын урьдчилсан мэдээгээр төхөөрөмж 12-р сарын сүүлээс 2-р сар хүртэл тойрог замаас гарах боломжтой. "Практик үүнийг зөвхөн дотор л харуулж байна сүүлийн 24 цагӨмнө нь биш, аль ч төхөөрөмжийн нөлөөллийн талбайг тодорхойлох боломжтой. Энэ өдрийг хүртэл хаана ямар нэгэн зүйл унахыг хэлэх нь утгагүй юм. Агаар мандал амьсгалж, нар бас өөрөөр ажилладаг. Мөн хэлтэрхий унасан газрын илүү нарийвчлалтай үр дүнг ихэвчлэн хагас өдрийн дотор авдаг" гэж Давыдов хэлэв.

Илүү дэлгэрэнгүй: http://news.mail.ru/society/7416083/?frommail=1
Харамсалтай нь бид бүх зүйлийн талаар маш бага мэддэг. Харин одоо хүн бүр бүхнийг мэдэж, ирээдүйгээ, цаашид хэрхэн амьдрах, бидэнд ирээдүй байгаа эсэх талаар бодох цаг иржээ.
Алуурчин хиймэл дагуул нь Орост үхлийн аюултай Utro.ru дугаарыг харуулах болно
9-р сарын 23, 03:42 | Аделаида СИГИДА
ЭвдэрсэнАмерикийн хиймэл дагуул Москвад биш харин унана Энэтхэгийн далай, Роскосмос тайвшруулж байна. Гэвч аймшигт өдрийн өмнөхөн болсон хэвлэлийн бага хурал дээр зарим шинжээч арай өөр таамаг дэвшүүлэв.
9-р сарын 17-нд хиймэл дагуул унах төлөвтэй байсныг санацгаая. Түүгээр ч барахгүй НАСА-гийн тооцооллоор ийм зүйл тохиолдсон байх ёстой Дунд эгнээОрос. Гэсэн хэдий ч хиймэл дагуул тойрог замд саатсан - 17-ны өдөр гэхэд аль хэдийн 200 км-ийн өндөрт унасан байсан ч энэ намрын өдөр бүр дэлхийг хэд хэдэн удаа тойрон ниссээр унасаар байв.
Дараагийн огноог 9-р сарын 23 гэж нэрлээд дараа нь гамшгийг 24-нд шилжүүлэв. Үнэн хэрэгтээ шинжээчдийн хүлээн зөвшөөрсөнчлан энэ нь тодорхойгүй хэвээр байна яг огноо, нөлөөллийн ойролцоо газар ч биш.
Мөн хиймэл дагуулын ачааны химийн найрлага яг тодорхойгүй байна. By бүдүүлэг тооцоололЭнэ нь хамгийн багадаа 30 кг плутони-238 агуулдаг. Түүнээс гадна энэ бодисоос ердөө 450 г нь бүх хүн төрөлхтөнд хорт хавдар үүсгэхэд хангалттай (гэхдээ эдгээр 450 гр нь дэлхийн агаар мандалд жигд тархсан байх ёстой).
Геополитикийн асуудлын академийн профессор, Оросын цөмийн нийгэмлэгийн гишүүн Валерий Волковын хэлснээр, одоогоор дэлхийн нам дор тойрог замд цөмийн 50 орчим хиймэл дагуул нисч байна. Түүгээр ч барахгүй ЗХУ уран-235-ыг хиймэл дагуулын түлш болгон, АНУ плутони-238-ыг ашигласан. Өнөөдөр плутони-238 нь мэдэгдэж байгаа хамгийн аюултай бодис юм химийн бодисууд, энэ бодисыг 100 мг-аар амьсгалах нь уушигны хаван болон хэдхэн хоногийн дотор үхэлд хүргэдэг. Түүнээс гадна үйл явц нь эргэлт буцалтгүй юм.
Валерий Волковын хэлснээр, 2008 онд плутони агуулсан Америкийн хиймэл дагуулын нэг нь АНУ-д унаж эхлэхэд ойртож байхдаа пуужингаар харваж, агаар мандалд задарч, түүний хэлтэрхийнүүд далайд унасан байна. Үүний дараа дэлхий даяар түр зуурын давалгаа өрнөв. хорт хавдрын өвчин.
Уран-235 агуулсан Зөвлөлтийн хиймэл дагуулууд унах үед огт өөр дүр зураг ажиглагдаж байна. Техникийн шинжлэх ухааны доктор, ОХУ-ын Ерөнхийлөгчийн дэргэдэх Модернжуулалтын комиссын гишүүн, профессор Игорь Острецовын хэлснээр Зөвлөлтийн хиймэл дагуулын сүйрлийг жижиг оврын хөлөгт гарсан осолтой зүйрлэж болно. атомын цахилгаан станц. Нөлөөллийн талбайн ойролцоо байгаа хүмүүс бага хэмжээний цацрагийн тунг авч болно. Үүнээс болж үхэх нь бараг боломжгүй, харин Америкийн ганц хиймэл дагуул унасан тохиолдолд зөвхөн уушигны хавангаас болж 300 мянга хүртэл хүн нас барж магадгүй юм.
Тиймээс одоо Орос улс ШХАБ болон БРИКС-ийн бусад орнуудтай хамтран плутони-238 бүхий ийм хиймэл дагуулуудыг тойрог замаас зайлуулахын тулд яг одоо байсан "сансрын хөлөг" системийг сэргээхийг АНУ-аас шаардах шаардлагатай байна гэж Игорь Острецов үзэж байна.
"Зөвлөлтийн төсөлБуран Америкийн Шаттл онгоцноос хамаагүй илүү үр дүнтэй байсан. Тиймээс америкчуудын хувьд энэ нь тийм байх болно үндэслэлтэй шийдвэрБураныг сэхээн амьдруулах, түүний тусламжтайгаар цөмийн бүх хиймэл дагуулыг зайлуулах ажлыг санхүүжүүлэх. сансрын тойрог замууд. Мөн цөмийн байгууламжтай объектуудыг сансарт хөөргөхийг хориглох шаардлагатай” гэж Игорь Острецов хэлэв.
Хэвлэлийн бага хуралд оролцогчдын хэлснээр, ийм хиймэл дагуулыг жижиг, өөрөөр хэлбэл дэлхийтэй ойрхон тойрог замд хөөргөж, голчлон нислэг үйлдэхэд ашигладаг. сансрын хайгуулболомжит дайсны нутаг дэвсгэр дээр. Үүний зэрэгцээ АНУ 1990, 2000-аад онд Оросоос ийм төхөөрөмж барихад зориулж плутонийг идэвхтэй худалдан авч байсан.
Тэд биднээс худалдаж авдаг, биднийг харж, бидний толгой дээр хаядаг - энэ нь хэвлэлийн бага хуралд оролцогчдыг хамгийн их бухимдуулсан зүйл юм.
Энэ хооронд Итали сансрын агентлагхяналтгүй Америкийн хиймэл дагуулын хог хаягдал унасан байж болзошгүй гэсэн мэдээлэл тараасан хойд бүсүүдИтали. Шинжээчдийн тооцооллоор шатаагүй байна дээд давхаргуудагаар мандал, төхөөрөмжийн хэлтэрхий баасан гаригт Москвагийн цагаар 21:00 цагийн орчимд нурж, Ломбарди, Пьемонт, Валле д'Аоста, Лигуриа мужуудад тархаж магадгүй юм. Энэхүү сэрэмжлүүлэгтэй холбогдуулан нэгж үндэсний үйлчилгээиргэний хамгаалалт өндөржүүлсэн бэлэн байдалд байна. Орон нутгийн радио станцууд оршин суугчдыг гэрээсээ гарахгүй байхыг зөвлөж байна.
Тэгэхээр гидразинаас гадна Америкийн хиймэл дагуул дээр плутони-238, манай хиймэл дагуул дээр уран-235 байдаг.
Плутони (Пу тэмдэг; атомын дугаар 94) - хүнд хэврэг цацраг идэвхт металлмөнгө-цагаан өнгө. IN үечилсэн хүснэгтактинидын гэр бүлд байрладаг.
Элемент нь бусад элементүүдээс эрс ялгаатай бүтцийн болон физик-химийн шинж чанараараа тодорхойлогддог. Плутони нь тодорхой температур, даралтын мужид долоон аллотропик өөрчлөлттэй: α, β, γ, δ, δ", ε ба ζ. Энэ нь исэлдэлтийн төлөвийг +2-оос +7 хүртэл авах боломжтой бөгөөд гол нь +4, +5, + 6. Нягт нь 19.8 (α-Pu)-аас 15.9 г/см³ (δ-Pu) хооронд хэлбэлздэг.
Тогтвортой изотопуудбайхгүй. Плутонийн "байгалийн" изотопууд[~1] нь 244Pu ба 239Pu бүх трансуран элементийн хамгийн урт насалдаг изотоп гэж тооцогддог. Байгальд энэ нь ихэвчлэн элсэн исэл (PuO2) хэлбэрээр байдаг бөгөөд энэ нь элс (кварц) -аас ч бага уусдаг. Байгальд элемент байгаа нь маш бага тул түүнийг олборлох нь боломжгүй юм [~ 2].
Цөмийн зэвсгийн үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг ("зэвсгийн чанартай плутони" гэж нэрлэдэг), цөмийн түлш. цөмийн реакторуудиргэний болон судалгааны зорилгоор болон эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглах сансрын хөлөг.
Нептуний дараах хоёр дахь хиймэл элемент (1934 онд Э.Фермигийн бүлэг алдаатай "олж авсан"; анхны изотоп 239Np-ийг 1940 оны 5-р сард Э.МакМиллан, Ф.Абелсон нар нийлэгжүүлж, тодорхойлсон) 1940 оны сүүлээр микрограмм хэмжээгээр авсан. 238Pu изотопын хэлбэр. Үйлдвэрлэлийн хэмжээнд үйлдвэрлэж эхэлсэн анхны хиймэл химийн элемент. 1945 онд АНУ-д бүтээж, туршсан дэлхийн анхны цөмийн бөмбөгийг плутонийн цэнэг ашигласан. ЗХУ-ын 1949 онд туршсан анхны бөмбөг нь ижил төрлийн бөмбөг байв. Үүний дагуу АНУ, дараа нь ЗСБНХУ анхны үйлдвэрлэлээ эзэмшсэн улсууд байв.
Плутони үйлдвэрлэх нь маш үнэтэй байдаг. Нэг грамм плутони-238 нь 1000 ам. доллар (1971 он хүртэл), бидний үед ~ 4000, нэг килограмм нь сая үнэтэй байв. Плутонийг үйлдвэрлэхэд баяжуулсан болон байгалийн ураныг хоёуланг нь ашигладаг. Нийт тоо хэмжээДэлхий дээр бүх боломжит хэлбэрээр хадгалагдаж буй плутони 2003 онд 1239 тонн гэж тооцоолсон.
Нээлт
Ромын их сургуулийн Энрико Ферми болон түүний хамтрагчид химийн элемент нээсэн гэж мэдэгдэв. серийн дугаар 1934 онд 94. Ферми одоо плутони гэж нэрлэгддэг элементийг нээсэн гэж үзэн энэ элементийг геспериум гэж нэрлэсэн.
Нэрийн гарал үүсэл

1930 онд одон орон судлаач, математикч, Ангараг гараг дээрх амьдралын тухай гайхалтай эссэ бичгүүдийн зохиолч Персивал Ловелл оршин тогтнох тухай эртнээс ярьж байсан шинэ гараг нээгдэв. Тэнгэрийн ван, Далай вангийн хөдөлгөөнийг олон жилийн турш ажигласны үндсэн дээр тэрээр Далай вангийн цаана байдаг гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. нарны системНарнаас дэлхийгээс дөч дахин хол орших өөр ес дэх гариг ​​байх ёстой. Орбитын элементүүд шинэ гариг 1915 онд түүний тооцоолсон. Плутоныг 1930 оны 1-р сарын 21, 23, 29-нд одон орон судлаач Клайд Томбаугийн Флагстафф (АНУ) дахь Лоуэлл ажиглалтын төвд авсан гэрэл зургуудаас олж илрүүлжээ. Уг гарагийг 1930 оны хоёрдугаар сарын 18-нд нээжээ. Энэ гарагийн нэрийг Оксфордын Венециа Берни хотын арван нэгэн настай сурагч охин өгсөн байна. Грекийн домог зүйд Үхэгсдийн орон (Ромын Плутон) бол үхэгсдийн хаант улсын бурхан юм.
Эмнэлгийн туршилтууд
Дэлхийн 2-р дайны туршид болон дууссаны дараа эрдэмтэд плутонийг судсаар тарьж, амьтан, хүн дээр туршилт хийжээ. Амьтны судалгаагаар нэг кг эдэд хэдэн миллиграмм плутони агуулагддаг болохыг харуулсан. үхлийн тун. Плутонийн "стандарт" тун нь 5 микрограмм байсан бөгөөд 1945 онд плутони нь ясанд хуримтлагдах хандлагатай тул радиумаас илүү аюултай тул энэ үзүүлэлтийг 1 микрограмм болгон бууруулсан.
Плутони хаана, хэрхэн агуулагдаж байгааг олж мэдэхийн тулд урьдчилан зөвшөөрөл авалгүйгээр хүн дээр 18 удаа плутони туршилт хийсэн. хүний ​​бие, түүнтэй харьцах аюулгүй байдлын стандартыг боловсруулах. Манхэттэний төслийн хүрээнд туршилт хийсэн анхны газрууд нь: Ханфорд, Беркли, Лос Аламос, Чикаго, Оак Ридж, Рочестер.
Гайхалтай, бид бүгд туршилтын субъект болсон. Америкийн засгийн газар, тэдэнд хүн төрөлхтөн болон бүх орчлон ертөнцийн өмнө хүлээх үүрэг хариуцлагаа сануулах цаг нь болоогүй гэж үү, цэвэрлэгээ хийх цаг болоогүй гэж үү? гадаад орон зай. Бид Европт пуужингийн довтолгооноос хамгаалах системийг байрлуулах ёсгүй, харин Д.Вашингтоны Америкийн ард түмэнд хандан хэлсэн үгийг уншсан зүйлийнхээ утга учрыг бидэнд хүртлээ хэд хэдэн удаа дараалан уншиж, сайтар бодож, дүн шинжилгээ хийх хэрэгтэй. Юутай ч Д.Вашингтон улс оронд олон намын тогтолцоо байж болохгүй, миний байнга уриалж байдаг бусад улсын хэрэгт оролцох ёсгүй гэдгийг сануулсан.
Хэрэв АНУ-ын засгийн газар маш их мөнгөтэй бол би үүнийг ашиглахыг олох болно - энэ бол Бураныг сэхээн амьдруулах, түүний тусламжтайгаар бүх цөмийн хиймэл дагуулуудыг сансрын тойрог замаас зайлуулах явдал юм. Мөн цөмийн байгууламжтай объектуудыг сансарт хөөргөхийг хориглох шаардлагатай байна. Энэ нь дэлхийн бүх улс оронд хамаатай. Орос, Дэлхий гараг оршин тогтнох нь зөвхөн ард түмний наманчлалаас шалтгаална гэдгийг би та бүхэнд дахин анхааруулж байна. Дахин давтан хэлэхэд, хиймэл дагуултай холбоо барьж, тойрог замд оруулж, Ангараг руу илгээж, ухамсар, итгэлийн дагуу амьдрах боломж бидэнд байна. 26-ны өдөр Москвагийн цагаар 11 цагт хүн бүр наманчлалын залбирал хэлдэг: "Тэнгэрлэг Эцэг минь ээ, миний сайн дурын болон санамсаргүй бүх нүглийг уучлахыг би чамаас гуйж байна. Амен"
11.11.24 /I.E. Терентьева/

Төрийн хамгаалалтад авч өгөөч гэж гуйж байна Үндсэн хуулийн хуульУрлагийн дагуу насан туршдаа. 45

1. Хүн, иргэний эрх, эрх чөлөөг төрөөс хамгаалах Оросын Холбооны Улсбаталгаатай.

07.12. 11 /I.E. Терентьева/

Тэр үнэхээр үнэ цэнэтэй юм.

Суурь ба түүх

Эхэндээ протонууд байсан - галактикийн устөрөгч. Түүний шахалт болон дараагийн цөмийн урвалын үр дүнд нуклонуудын хамгийн гайхалтай "эмбүү" үүссэн. Тэдгээрийн дотор эдгээр "эмбүү" нь 94 протон агуулсан байсан бололтой. Онолчдын тооцоолсноор 94 протон, 107-206 нейтрон агуулсан 100 орчим нуклон формац нь маш тогтвортой тул 94-р элементийн изотопын цөм гэж үзэж болно.

Гэхдээ эдгээр бүх изотопууд - таамаглал ба бодит - нарны аймгийн элементүүд үүссэнээс хойш өнөөг хүртэл амьд үлдэх тийм ч тогтвортой биш юм. 94-р элементийн хамгийн урт насалдаг изотопын хагас задралын хугацаа 75 сая жил байна. Галактикийн насыг хэдэн тэрбум жилээр хэмждэг. Тиймээс "анхны" плутони өнөөдрийг хүртэл амьд үлдэх ямар ч боломж байгаагүй. Хэрэв энэ нь орчлон ертөнцийн элементүүдийн агуу нийлэгжилтийн явцад үүссэн бол үлэг гүрвэлүүд, мамонтууд устаж үгүй ​​болсон шиг түүний эртний атомууд аль эрт "мөхсөн".

20-р зуунд шинэ эрин үе, МЭ, энэ элемент дахин бүтээгдсэн. Плутонийн 100 боломжит изотопоос 25-ыг нь нийлэгжүүлсэн бөгөөд 15-ынх нь цөмийн шинж чанарыг судалсан байна. Дөрөв олдсон практик хэрэглээ. Тэгээд саяхан нээгдсэн. 1940 оны 12-р сард ураныг хүнд устөрөгчийн цөмөөр цацруулах үед тэргүүтэй Америкийн радиохимичдийн хэсэг Гленн Т.Сиборг 90 жилийн хагас задралын хугацаатай альфа бөөмийн ялгаруулагчийг нээсэн. Энэ ялгаруулагч нь 238 масстай №94 элементийн изотоп болж хувирсан. Тухайн жил, гэхдээ хэдэн сарын өмнө. EM. Макмилланболон Ф.Эйбельсон уранаас хүнд анхны элемент болох 93 дугаар элементийг олж авсан. Энэ элементийг дуудсан нептун, 94-т - плутони. Эдгээр нэрс нь Ромын домог зүйгээс гаралтай гэж түүхч гарцаагүй хэлэх болно, гэхдээ үндсэндээ эдгээр нэрсийн гарал үүсэл нь домог биш, харин одон орон юм.

92 ба 93-р элементүүдийг нарны аймгийн алс холын гаригууд - Тэнгэрийн ван, Далай вангийн нэрээр нэрлэсэн боловч Далай ван нь нарны аймгийн хамгийн сүүлчийнх биш, бүр цаашлаад Плутоны тойрог замд оршдог - одоог хүртэл бараг юу ч мэдэгдээгүй байгаа гариг. .. Үүнтэй төстэй бүтээцийг бид үелэх системийн "зүүн жигүүр" дээр бас хардаг: уран - нептун - плутони, Гэсэн хэдий ч хүн төрөлхтөн плутонийн талаар Плутоноос илүү ихийг мэддэг. Дашрамд дурдахад, одон орон судлаачид плутонийг нийлэгжихээс аравхан жилийн өмнө Плутоныг нээсэн - бараг ижил хугацаанд Тэнгэрийн ван гаригийн нээлтүүдийг салгаж байсан. уран- элемент.

Криптографчдад зориулсан оньсого

94-р элементийн анхны изотоп болох плутони-238 энэ өдрүүдэд практик хэрэглээг олсон байна. Гэвч 40-өөд оны эхээр тэд энэ талаар огт бодоогүй. Плутони-238-ыг зөвхөн хүчирхэг цөмийн үйлдвэрт түшиглэж байж практикт хэрэгтэй хэмжээгээр авах боломжтой. Тэр үед дөнгөж дөнгөж эхэлж байсан. Гэхдээ хүндийн цөмд агуулагдах энергийг ялгаруулсан нь аль хэдийн тодорхой болсон цацраг идэвхт элементүүд, та урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй хүчтэй зэвсэг авч болно. Нью-Йоркийн алдартай бүстэй ижил төстэй нэрнээс өөр зүйлгүй Манхэттэн төсөл гарч ирэв. Тийм байсан нийтлэг нэрАНУ-д анхны атомын бөмбөг бүтээхтэй холбоотой бүх ажил. Манхэттэн төслийн тэргүүнээр томилогдсон эрдэмтэн биш, цэргийн хүн генерал Гровс байсан бөгөөд тэрээр өөрийн өндөр боловсролтой хэргүүдийг "хагарсан тогоо" гэж "хайртай" нэрлэжээ.

"Төслийн" удирдагчид плутони-238-ыг сонирхсонгүй. Түүний цөм нь тэгш масстай бүх плутонийн изотопуудын цөм шиг бага энергитэй нейтронууд* задрах чадваргүй тул цөмийн тэсрэх бодис болж чадахгүй. Гэсэн хэдий ч 93, 94-р элементүүдийн талаархи анхны тийм ч тодорхой бус тайлангууд зөвхөн 1942 оны хавар хэвлэгджээ.

* Бид бага энергитэй нейтроныг энерги нь 10 кеВ-ээс хэтрэхгүй нейтрон гэж нэрлэдэг. Электронвольтийн фракцаар хэмжигддэг энергитэй нейтроныг дулааны гэж нэрлэдэг ба хамгийн их нь удаан нейтронууд– 0.005 эВ-ээс бага энергитэй – хүйтэн. Хэрэв нейтроны энерги 100 кВ-аас их бол ийм нейтрон хурдан гэж тооцогддог.

Үүнийг бид хэрхэн тайлбарлах вэ? Физикчид ойлгосон: сондгой масстай плутонийн изотопуудын синтез нь цаг хугацааны асуудал бөгөөд тийм ч удаан биш юм. Хачирхалтай изотопууд нь уран-235 шиг цөмийн гинжин урвалыг дэмжих чадвартай байх төлөвтэй байсан. Зарим хүмүүс тэдгээрийг цөмийн тэсрэх бодис гэж харж байсан ч одоохондоо хүлээж аваагүй байна. Харамсалтай нь плутони эдгээр итгэл найдварыг зөвтгөв.

Тухайн үеийн шифрлэлтэд 94-р элементийг зэсээс өөр юу ч биш гэж нэрлэдэг байв. Тэгээд хамгийн их хэрэгцээ гарсан үед зэс(зарим хэсгүүдийн барилгын материал болгон) дараа нь кодуудад "зэс" -ийн хамт "жинхэнэ зэс" гарч ирэв.

"Сайн ба муугийн мэдлэгийн мод"

1941 онд плутонийн хамгийн чухал изотопыг нээсэн - 239 масстай изотоп. Тэгээд бараг тэр даруй онолчдын таамаглал батлагдсан: плутони-239-ийн цөмүүд дулааны нейтроноор хуваагдсан. Түүнээс гадна, тэдгээрийг хуваах явцад биш бага тооуран-235-ын задралын үеийнхээс нейтрон. Энэ изотопыг их хэмжээгээр авах арга замуудыг нэн даруй тодорхойлсон...

Олон жил өнгөрчээ. Арсеналуудад хадгалагдаж буй цөмийн бөмбөгүүд нь плутони-239-ээр дүүрсэн байдаг бөгөөд эдгээр бөмбөг нь дэлхий дээрх бүх амьдралд нөхөж баршгүй хохирол учруулахад хангалттай байдаг нь хэнд ч нууц биш юм.

Гинж нээгдсэнээр энэ нь өргөн тархсан гэж үздэг цөмийн урвал(зайлшгүй үр дагавар нь цөмийн бөмбөг бүтээх явдал байсан) хүн төрөлхтөн яарч байсан нь тодорхой. Та өөрөөр сэтгэж эсвэл өөрөөр бодож байгаа дүр эсгэж болно - өөдрөг үзэлтэй байх нь илүү тааламжтай байдаг. Гэхдээ өөдрөг үзэлтнүүд хүртэл эрдэмтдийн хариуцлагын асуудал зайлшгүй тулгардаг. 1954 оны 6-р сарын ялалтын өдрийг бид санаж байна атомын цахилгаан станцОбнинск хотод. Гэхдээ бид 1945 оны наймдугаар сарын өглөө болох “Хирошимагийн өглөө”, “Альберт Эйнштейний хар өдөр”-ийг мартаж болохгүй... Анхны өдрийг бид санаж байна. дайны дараах жилүүдба хязгааргүй атомын шантааж - үндэс Америкийн улс төртэр жилүүд. Гэвч хүн төрөлхтөн дараагийн жилүүдэд маш их бэрхшээлийг туулсангүй гэж үү? Түүгээр ч барахгүй, хэрэв шинэ дэгдэлт гарвал эдгээр түгшүүр олон дахин хүчтэй болсон. дэлхийн дайн, цөмийн зэвсэгажил хэрэг болгох болно.

Эндээс та плутонийг нээсэн нь хүн төрөлхтөнд айдас төрүүлээгүй, харин эсрэгээрээ энэ нь зөвхөн ашигтай байсан гэдгийг батлахыг оролдож болно.

Ямар нэг шалтгааны улмаас эсвэл эртний үед тэдний хэлснээр, Бурханы хүслээр плутони нь эрдэмтэдэд хүрч чадахгүй байсан гэж бодъё. Тэгвэл бидний айдас, түгшүүр багасах болов уу? Юу ч болоогүй. Цөмийн бөмбөгийг уран-235-аас (мөн плутониас багагүй хэмжээгээр) хийх бөгөөд эдгээр бөмбөг нь одоогийнхоос ч илүү төсвийн хэсгийг "идэх" болно.

Гэхдээ плутонигүйгээр цөмийн энергийг энхийн зорилгоор ашиглах хэтийн төлөв байхгүй их хэмжээгээр. "Энх тайван атом"-д уран-235 хангалтгүй байх болно. Цөмийн энергийг нээснээр хүн төрөлхтөнд учруулсан хор хөнөөлийг "сайн атом"-ын ололт хэсэгчилсэн ч гэсэн тэнцвэржүүлж чадахгүй.

Хэрхэн хэмжих, юутай харьцуулах вэ

Плутони-239 цөмийг нейтронууд ойролцоогоор хоёр хэсэг болгон хуваах үед тэнцүү масс, 200 МэВ орчим энерги ялгардаг. Энэ нь хамгийн алдартай экзотермик урвал C + O 2 = CO 2 үед ялгардаг энергиээс 50 сая дахин их энерги юм. "Шатаж байна" цөмийн реактор, плутони грамм нь 2·10 7 ккал өгдөг. Уламжлалыг зөрчихгүйн тулд (мөн алдартай нийтлэлд цөмийн түлшний энергийг ихэвчлэн системийн бус нэгжээр хэмждэг - тонн нүүрс, бензин, тринитротолуол гэх мэт) бид бас тэмдэглэж байна: энэ бол 4 тоннд агуулагдах энерги юм. нүүрсний . Энгийн хуруувч нь дөчин вагон сайн хус түлээтэй тэнцэх хэмжээний плутони агуулдаг.

Уран-235 цөмийг нейтроноор задлах үед ижил энерги ялгардаг. Гэхдээ байгалийн ураны дийлэнх хэсгийг (99.3%) 238 U изотоп эзэлдэг бөгөөд зөвхөн ураныг плутони болгон хувиргаснаар л ашиглах боломжтой...

Чулууны энерги

Үүнд агуулагдах эрчим хүчний нөөцийг тооцоолъё байгалийн нөөц газаруран.

Уран бол ул мөр элемент бөгөөд бараг хаа сайгүй олддог. Жишээлбэл, Карелияд очсон хүн бүр боржин чулуу, далайн эргийн хадан цохио зэргийг санах байх. Гэтэл нэг тонн боржинд 25 гр хүртэл уран агуулагддагийг цөөхөн хүн мэддэг. Боржин чулуу нь жингийн бараг 20% -ийг эзэлдэг дэлхийн царцдас. Зөвхөн уран-235 гэж тооцвол нэг тонн боржинд 3.5·10 5 ккал энерги агуулагддаг. Энэ маш их, гэхдээ ...

Боржин чулууг боловсруулж, түүнээс уран гарган авахад бүр ч их хэмжээний эрчим хүч зарцуулдаг - ойролцоогоор 10 6 ...10 7 ккал/т. Одоо зөвхөн уран-235 гэлтгүй уран-238-ыг эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглах боломжтой байсан бол боржин чулууг ядаж эрчим хүчний боломжит түүхий эд гэж үзэх боломжтой. Тэгвэл нэг тонн чулуунаас гаргаж авсан энерги нь аль хэдийн 8·10 7-аас 5·10 8 ккал байх болно. Энэ нь 16...100 тонн нүүрстэй тэнцэнэ. Мөн энэ тохиолдолд боржин чулуу нь дэлхий дээрх бүх химийн түлшний нөөцөөс бараг сая дахин их эрчим хүчийг хүмүүст өгч чадна.

Харин уран-238 цөм нь нейтроноор хуваагддаггүй. Учир нь цөмийн эрчим хүчЭнэ изотоп нь ашиггүй юм. Бүр тодруулбал, плутони-239-д хувирч чадахгүй бол дэмий. Хамгийн чухал зүйл бол энэ цөмийн өөрчлөлтөд бараг ямар ч эрчим хүч зарцуулах шаардлагагүй - эсрэгээр энэ процесст эрчим хүч үйлдвэрлэгддэг!

Энэ нь хэрхэн тохиолддогийг ойлгохыг хичээцгээе, гэхдээ эхлээд байгалийн плутонийн талаар хэдэн үг хэлье.

Радиумаас 400 мянга дахин бага

Манай гараг үүсэх явцад элементүүдийн нийлэгжилтээс хойш плутонийн изотопууд хадгалагдаагүй гэж аль хэдийн хэлсэн. Гэхдээ энэ нь дэлхий дээр плутони байхгүй гэсэн үг биш юм.

Энэ нь ураны хүдэрт байнга үүсдэг. Нейтроныг барьж авах сансрын цацрагуран-238 цөмийн аяндаа задралын үр дүнд үүссэн нейтронууд, энэ изотопын маш цөөхөн атомууд нь уран-239-ийн атомууд болж хувирдаг. Эдгээр цөмүүд нь маш тогтворгүй байдаг, тэд электрон ялгаруулж, улмаар тэдний цэнэгийг нэмэгдүүлдэг. Эхний трансуран элемент болох Нептуни үүсдэг. Нептуниум-239 нь мөн маш тогтворгүй бөгөөд цөм нь электрон ялгаруулдаг. Ердөө 56 цагийн дотор нептуни-239-ийн тал хувь нь плутони-239 болж хувирдаг бөгөөд хагас задралын хугацаа аль хэдийн нэлээд урт буюу 24 мянган жил болжээ.

Яагаад ураны хүдрээс плутони гаргаж авдаггүй вэ? Бага, хэт бага концентрац. "Нэг грамм үйлдвэрлэл бол нэг жилийн хөдөлмөр юм" - энэ нь радийн тухай бөгөөд хүдэр нь радиас 400 мянга дахин бага плутони агуулдаг. Тиймээс зөвхөн олборлох төдийгүй "газар дээрх" плутонийг илрүүлэх нь маш хэцүү байдаг. Цөмийн реакторт үйлдвэрлэсэн плутонийн физик, химийн шинж чанарыг судалсны дараа л үүнийг хийсэн.

2.70 >> 2.23 байх үед

Плутони нь цөмийн реакторуудад хуримтлагддаг. Хүчтэй нейтроны урсгалд ураны хүдэртэй ижил урвал явагддаг боловч реактор дахь плутони үүсэх, хуримтлуулах хурд нь хамаагүй өндөр буюу тэрбум дахин их байдаг. Тогтворжуулагч уран-238-ыг эрчим хүчний чанартай плутони-239 болгон хувиргах урвалын хувьд оновчтой (зөвшөөрөгдөх хэмжээнд) нөхцлийг бүрдүүлсэн.

Хэрэв реактор нь дулааны нейтрон дээр ажилладаг бол (тэдгээрийн хурд нь секундэд 2000 м орчим, энерги нь электрон вольтын багахан хэсэг гэдгийг санаарай) ураны изотопуудын байгалийн хольцоос плутони нь арай бага хэмжээтэй байдаг. “шатсан” ураны хэмжээ-235. Бага зэрэг, гэхдээ бага, дээр нь плутони нь цацраг идэвхт уранаас химийн аргаар ялгарах явцад зайлшгүй алдагдах болно. Түүнчлэн уран-235-ын багахан хэсгийг хэрэглэх хүртэл ураны изотопуудын байгалийн холимогт цөмийн гинжин урвал хадгалагдана. Эндээс логик дүгнэлт гарч байна: одоогийн ажиллаж байгаа реакторуудын үндсэн төрөл болох байгалийн ураныг ашигладаг "дулааны" реактор нь цөмийн түлшний өргөтгөсөн үйлдвэрлэлийг хангаж чадахгүй. Гэхдээ дараа нь юу ирээдүйтэй вэ? Энэ асуултад хариулахын тулд уран-235 ба плутони-239 дахь цөмийн гинжин урвалын явцыг харьцуулж, өөр физик ойлголтыг хэлэлцүүлэгтээ оруулъя.

Аливаа цөмийн түлшний хамгийн чухал шинж чанар бол цөм нэг нейтроныг барьж авсны дараа ялгарах нейтроны дундаж тоо юм. Физикчид үүнийг eta тоо гэж нэрлээд тэмдэглэдэг Грек үсэгη. Уран дээрх "дулааны" реакторуудад дараах загвар ажиглагдаж байна: нейтрон бүр дунджаар 2.08 нейтрон үүсгэдэг (η = 2.08). Дулааны нейтроны нөлөөн дор ийм реакторт байрлуулсан плутони нь η = 2.03 болно. Гэхдээ хурдан нейтрон дээр ажилладаг реакторууд бас байдаг. Ийм реакторт ураны изотопын байгалийн хольцыг ачих нь дэмий юм. гинжин урвалажиллахгүй. Харин “түүхий эд”-ээ уран-235-аар баяжуулвал “хурдан” реакторт боловсруулж болно. Энэ тохиолдолд η аль хэдийн 2.23-тай тэнцүү байх болно. Мөн плутонийг галд оруулсан хурдан нейтронууд, η-ийг 2.70-тай тэнцүү болгоно. Бидний мэдэлд "нэмэлт хагас нейтрон" байх болно. Мөн энэ нь огт бага биш юм.

Үүссэн нейтронууд юунд зарцуулагдаж байгааг харцгаая. Аливаа реакторт цөмийн гинжин урвалыг хадгалахын тулд нэг нейтрон шаардлагатай. 0.1 нейтроныг угсралтын бүтцийн материалаар шингээдэг. "Илүүдэл" нь плутони-239-ийг хуримтлуулахад ашиглагддаг. Нэг тохиолдолд "илүүдэл" нь 1.13, нөгөөд нь 1.60 байна. Нэг килограмм плутонийг "хурдан" реакторт "шатаасан" дараа асар их энерги ялгарч, 1.6 кг плутони хуримтлагддаг. Мөн "хурдан" реактор дахь уран нь ижил энерги, 1.1 кг шинэ цөмийн түлш өгөх болно. Аль ч тохиолдолд өргөтгөсөн нөхөн үржихүй нь илт харагдаж байна. Гэхдээ бид эдийн засгаа мартаж болохгүй.

Цувралын улмаас техникийн шалтгаануудПлутонийн үржлийн мөчлөг хэдэн жил үргэлжилдэг. Таван жил гэж хэлье. Энэ нь η = 2.23 бол жилийн плутонийн хэмжээ ердөө 2%, η = 2.7 бол 12% нэмэгдэнэ гэсэн үг юм! Цөмийн түлш бол капитал бөгөөд ямар ч хөрөнгө жилд 5% өгөөж өгөх ёстой. Эхний тохиолдолд их хэмжээний алдагдал хүлээж, хоёр дахь тохиолдолд их хэмжээний ашиг олдог. Энэхүү энгийн жишээ нь цөмийн эрчим хүчний η тооны аравны нэг бүрийн "жин"-ийг харуулж байна.

Олон технологийн нийлбэр

Цөмийн урвалын үр дүнд уран хуримтлагдах үед шаардлагатай тоо хэмжээПлутонийг зөвхөн уранаас төдийгүй цөмийн гинжин урвалын үр дүнд шатсан уран ба плутонийн хуваагдлын хэсгүүдээс салгах ёстой. Үүнээс гадна уран-плутонийн масс нь мөн тодорхой хэмжээний нептунийг агуулдаг. Салгахад хамгийн хэцүү зүйл бол нептуниас плутони ба газрын ховор элемент (лантанид) юм. Плутони зэрэг химийн элементямар нэг хэмжээгээр азгүй. Химичийн үүднээс авч үзвэл цөмийн энергийн гол элемент нь арван дөрвөн актинидын нэг л юм. Газрын ховор элементийн нэгэн адил актиниумын бүх элементүүд хоорондоо маш ойрхон байдаг химийн шинж чанар, гадаад бүтэц электрон бүрхүүлүүдактиниумаас 103 хүртэлх бүх элементийн атомууд ижил байна. Хамгийн тааламжгүй зүйл бол актинидын химийн шинж чанар нь газрын ховор элементийн шинж чанартай төстэй бөгөөд уран, плутонийн задралын хэсгүүдийн дунд лантанидын хэмжээ хангалттай байдаг. Гэхдээ дараа нь 94-р элементийг тавд байрлуулж болно валентын төлөвүүд, мөн энэ нь "эмийг амттай болгодог" - энэ нь уран болон задралын хэсгүүдээс плутонийг салгахад тусалдаг.

Плутонийн валент нь гурваас долоон хооронд хэлбэлздэг. Химийн хувьд хамгийн тогтвортой (тиймээс хамгийн түгээмэл бөгөөд хамгийн их судлагдсан) нэгдлүүд нь дөрвөн валенттай плутони юм.

Уран, нептун, плутони зэрэг ижил төстэй химийн шинж чанартай актинидыг салгах нь тэдгээрийн тетра ба зургаан валентын нэгдлүүдийн шинж чанарын ялгаан дээр суурилж болно.

Плутони ба ураныг химийн аргаар ялгах бүх үе шатыг нарийвчлан тайлбарлах шаардлагагүй. Ихэвчлэн тэдгээрийг салгах нь ураны баарыг уусгаснаас эхэлдэг азотын хүчил, үүний дараа уусмалд агуулагдах уран, нептун, плутони, хуваагдмал элементүүдийг уламжлалт радиохимийн аргууд - тээвэрлэгчтэй хамт тунадасжуулах, олборлох, ионы солилцооболон бусад. Энэхүү олон үе шаттай технологийн эцсийн плутони агуулсан бүтээгдэхүүн нь түүний давхар исэл PuO 2 эсвэл фторууд - PuF 3 эсвэл PuF 4 юм. Тэдгээрийг бари, кальци эсвэл литийн уураар металл болгон бууруулдаг. Гэсэн хэдий ч эдгээр процессоос олж авсан плутони нь бүтцийн материалын үүрэг гүйцэтгэхэд тохиромжгүй - цөмийн эрчим хүчний реакторын түлшний элементүүдийг үүнээс гаргаж авах боломжгүй, цэнэг. атомын бөмбөггоожиж болохгүй. Яагаад? Плутонийн хайлах цэг нь ердөө 640 хэмд хүрч болно.

Цэвэр плутоний эд ангиудыг цутгахад ямар ч "хэт зөөлөн" нөхцөлийг ашигладаг байсан ч хатуурах явцад цутгамал дээр үргэлж ан цав гарч ирдэг. 640°С температурт плутонийг хатууруулах нь куб болор тор үүсгэдэг. Температур буурах тусам металлын нягт аажмаар нэмэгддэг. Гэвч дараа нь температур 480 ° C хүрч, дараа нь гэнэт плутонийн нягт огцом буурчээ. Энэ гажиг үүсэх шалтгааныг маш хурдан илрүүлсэн: энэ температурт плутонийн атомууд өөрчлөгддөг. болор тор. Энэ нь тетрагональ болж, маш "сул" болдог. Ийм плутони нь усан дээрх мөс шиг өөрийн хайлмагт хөвж чаддаг.

Температур буурсаар байгаа бөгөөд одоо 451 ° C хүрч, атомууд дахин куб тор үүсгэсэн боловч эхний тохиолдолтой харьцуулахад бие биенээсээ илүү хол зайд байрладаг. Цаашид хөргөхөд тор нь эхлээд орторомб, дараа нь моноклиник болдог. Нийтдээ плутони нь зургаан өөр талст хэлбэрийг үүсгэдэг! Тэдний хоёр нь өөр гайхалтай өмч- сөрөг коэффициент дулааны тэлэлт: Температур нэмэгдэхийн хэрээр метал тэлэхгүй, харин агшиж байдаг.

Температур 122 ° C хүрч, плутонийн атомууд эгнээгээ зургаа дахь удаагаа өөрчлөхөд нягтрал нь ялангуяа эрс өөрчлөгддөг - 17.77-аас 19.82 г/см3 хүртэл. 10% -иас дээш! Үүний дагуу ембүүний хэмжээ багасна. Хэрэв метал нь бусад шилжилтийн үед үүссэн стрессийг тэсвэрлэх чадвартай хэвээр байвал энэ үед сүйрэл зайлшгүй байх болно.

Тэгвэл энэ гайхалтай металлаас хэрхэн эд анги хийх вэ? Төмөрлөгчид плутонийг хайлуулж (түүн дээр шаардлагатай элементүүдийг бага хэмжээгээр нэмж), нэг ан цавгүй цутгамал материал авдаг. Тэдгээрийг цөмийн бөмбөгөнд плутони цэнэглэхэд ашигладаг. Цэнэгийн жин (энэ нь үндсэндээ изотопын эгзэгтэй массаар тодорхойлогддог) 5...6 кг байна. Энэ нь 10 см хэмжээтэй ирмэгтэй шоо дөрвөлжинд амархан багтах боломжтой.

Хүнд изотопууд

Плутони-239 нь мөн бага хэмжээгээр энэ элементийн илүү өндөр изотопуудыг агуулдаг - массын тоо нь 240 ба 241. 240 Pu изотоп нь бараг хэрэггүй бөгөөд энэ нь плутони дахь тогтворжуулагч юм. 241-ээс америциумыг олж авдаг - элемент No95. Реакторт хуримтлагдсан плутонийг цахилгаан соронзон аргаар ялгах замаар бусад изотопуудыг холихгүйгээр цэвэр хэлбэрээр нь длутони-240 ба плутони-241-ийг олж авч болно. Үүнээс өмнө плутонийг хатуу тодорхойлсон шинж чанар бүхий нейтроны урсгалаар нэмэлт цацрагаар цацдаг. Мэдээжийн хэрэг, энэ бүхэн маш төвөгтэй, ялангуяа плутони нь зөвхөн цацраг идэвхт бодис төдийгүй маш хортой байдаг. Түүнтэй ажиллах нь маш болгоомжтой байхыг шаарддаг.

Плутонийн хамгийн сонирхолтой изотопуудын нэг болох 242 Pu-ийг цацрагаар гаргаж авах боломжтой. урт хугацааНейтроны урсгал дахь 239 Pu. 242 Пу нь нейтроныг маш ховор барьдаг тул реакторт бусад изотопуудаас илүү удаан "шатдаг"; Энэ нь плутонийн үлдсэн изотопууд бараг бүхэлдээ хэлтэрхий болон хувирсан эсвэл плутони-242 болж хувирсан ч гэсэн хэвээр байна.

Плутони-242 нь цөмийн реакторт өндөр трансуран элементийг харьцангуй хурдан хуримтлуулах “түүхий эд” болохын хувьд чухал юм. Хэрэв плутони-239-ийг ердийн реакторт цацрагаар цацвал грамм плутониас Калифорниа-251 микрограммыг хуримтлуулахад 20 орчим жил шаардагдана.

Реактор дахь нейтроны урсгалын эрчмийг нэмэгдүүлснээр өндөр изотопын хуримтлалын хугацааг багасгах боломжтой. Энэ бол тэд хийдэг зүйл, гэхдээ дараа нь та туяа цацруулж чадахгүй их тооплутони-239. Эцсийн эцэст, энэ изотоп нь нейтроноор хуваагддаг бөгөөд эрчимтэй урсгалд хэт их энерги ялгардаг. Сав, реакторыг хөргөхөд нэмэлт бэрхшээлүүд үүсдэг. Эдгээр хүндрэлээс зайлсхийхийн тулд цацраг туяагаар цацагдах плутонийн хэмжээг багасгах шаардлагатай болно. Үүний үр дүнд калифорниумын гарц дахин хомсдох болно. Харгис тойрог!

Плутони-242 нь дулааны нейтроны нөлөөнд хуваагддаггүй, эрчимтэй нейтроны урсгалд их хэмжээгээр цацраг туяагаар цацруулж чаддаг... Иймээс реакторуудад калифорниас эйнштэйн хүртэлх бүх элементүүд энэ изотопоос “хийж” жингийн хэмжээгээр хуримтлагддаг.

Хамгийн хүнд биш, гэхдээ хамгийн урт насалсан

Эрдэмтэд плутонийн шинэ изотопыг олж авах бүрт түүний цөмийн хагас задралын хугацааг хэмждэг байв. Хүнд изотопуудын хагас задралын хугацаа цацраг идэвхт цөмтэгш масстай тоо тогтмол өөрчлөгддөг. (Хачирхалтай изотопуудын хувьд үүнийг хэлэх боломжгүй.)

Цагаан будаа. 8.

Плутонийн тэгш изотопуудын хагас задралын хугацаа нь массын тооноос хамааралтай болохыг графикаас харна уу. Масс ихсэх тусам изотопын "амьдралын хугацаа" нэмэгддэг. Хэдэн жилийн өмнө хамгийн өндөр цэгЭнэ график плутони-242 байсан. Тэгээд энэ муруй яаж явах вэ? цаашдын өсөлтмассын тоо? Үүн дээр 1 , энэ нь 30 сая жилийн насжилттай буюу цэг хүртэл таарч байна 2 , аль нь 300 сая жилийн турш хариулж байна вэ? Энэ асуултын хариулт нь геошинжлэлийн хувьд маш чухал байсан. Эхний тохиолдолд, хэрэв 5 тэрбум жилийн өмнө дэлхий бүхэлдээ 244 Pu-аас бүрддэг байсан бол одоо дэлхийн бүх массад плутони-244-ийн нэг атом л үлдэх байсан. Хэрэв хоёр дахь таамаглал үнэн бол плутони-244 нь дэлхий дээр аль хэдийн илрүүлсэн концентрацитай байж магадгүй юм. Хэрэв бид азтай энэ изотопыг дэлхийгээс олж мэдсэн бол манай гараг үүсэх явцад болсон үйл явцын талаарх хамгийн үнэ цэнэтэй мэдээллийг шинжлэх ухаан хүлээн авах байсан.

Хэдэн жилийн өмнө эрдэмтэд дэлхий дээр хүнд плутонийг олохыг хичээх нь зүйтэй болов уу гэсэн асуулттай тулгарч байсан. Үүнд хариулахын тулд эхлээд плутони-244-ийн хагас задралын хугацааг тодорхойлох шаардлагатай байв. Онолчид энэ утгыг шаардлагатай нарийвчлалтайгаар тооцоолж чадаагүй. Бүх итгэл найдвар нь зөвхөн туршилт байсан.

Плутони-244 нь цөмийн реакторт хуримтлагдсан. 95-р элемент болох америциум (изотоп 243 Am) цацрагаар цацагдсан. Нейтроныг барьж авсны дараа энэ изотоп нь америциум-244 болж хувирав; 10 мянган тохиолдлын нэг нь америциум-244 нь плутони-244 болж хувирсан.

Плутони-244-ийн бэлдмэлийг америциум ба куриумын холимогоос тусгаарлав. Дээж нь граммын хэдхэн саяны жинтэй байв. Гэвч тэд энэ сонирхолтой изотопын хагас задралын хугацааг тодорхойлоход хангалттай байсан. Энэ нь 75 сая жилтэй тэнцэх болсон. Хожим нь бусад судлаачид плутони-244-ийн хагас задралын хугацааг тодруулсан боловч тийм ч их биш - 82.8 сая жил. 1971 онд энэ изотопын ул мөр газрын ховор эрдэс бастназитаас олдсон.

Эрдэмтэд изотопыг олох гэж олон оролдлого хийсэн трансуран элемент, 244 Pu-аас удаан амьдардаг. Гэвч бүх оролдлого дэмий хоосон байв. Нэгэн цагт куриум-247 дээр найдвар тавьж байсан боловч энэ изотопыг реакторт хуримтлуулсны дараа түүний хагас задралын хугацаа ердөө 14 сая жил болох нь тогтоогджээ. Плутони-244-ийн рекордыг эвдэх боломжгүй байсан - энэ нь трансуран элементийн бүх изотопуудаас хамгийн урт насалдаг.

Плутонийн илүү хүнд изотопууд ч гэсэн бета задралд ордог бөгөөд тэдний амьдрах хугацаа хэдхэн хоногоос секундын аравны нэг хүртэл байдаг. Үүнийг бид мэддэг байх термоядролын дэлбэрэлтПлутонийн бүх изотопууд 257 Pu хүртэл үүсдэг. Гэвч тэдний амьдрах хугацаа секундын аравны нэг бөгөөд плутонийн олон богино хугацааны изотопуудыг хараахан судлаагүй байна.

Эхний изотопын боломжууд

Эцэст нь - плутони-238-ийн тухай - плутонийн "хүний ​​бүтээсэн" изотопуудын хамгийн анхных нь эхэндээ найдваргүй мэт санагдсан изотоп юм. Энэ нь үнэндээ маш сонирхолтой изотоп юм. Энэ нь альфа задралд өртдөг, i.e. түүний цөм нь альфа бөөмсийг аяндаа ялгаруулдаг - гелий цөм. Плутони-238 цөмөөс үүссэн альфа тоосонцор нь өндөр энергитэй; бодист тархах үед энэ энерги нь дулаан болж хувирдаг. Энэ энерги хэр их вэ? Нэгийн задралаас зургаан сая электрон вольт ялгардаг атомын цөмплутони-238. IN химийн урвалхэдэн сая атомын исэлдэлтийн үед ижил энерги ялгардаг. Нэг кг плутони-238 агуулсан цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэр нь 560 ваттын дулааны хүчийг бий болгодог. Ижил жинтэй хамгийн их хүч химийн эх үүсвэргүйдэл - 5 ватт.

Үүнтэй төстэй ялгаруулагч олон байдаг эрчим хүчний шинж чанар, гэхдээ плутони-238-ийн нэг онцлог нь энэ изотопыг орлуулшгүй болгодог. Альфа задрал нь ихэвчлэн материйн том давхаргыг нэвтлэн хүчтэй гамма цацраг дагалддаг. 238 Pu бол үл хамаарах зүйл юм. Түүний бөөмийн задралыг дагалддаг гамма цацрагийн энерги бага байдаг бөгөөд үүнээс хамгаалах нь тийм ч хэцүү биш юм: цацрагийг нимгэн ханатай саванд шингээдэг. Энэ изотопын бөөмүүд аяндаа хуваагдах магадлал бага байна. Тиймээс энэ нь зөвхөн одоогийн эх сурвалжаас гадна анагаах ухаанд хэрэглээгээ олсон. Плутони-238 агуулсан батерей нь зүрхний тусгай өдөөгч бодисуудад эрчим хүчний эх үүсвэр болдог.

Гэхдээ 238 Pu бол 94-р элементийн хамгийн хөнгөн изотоп биш; 232-237 масстай плутонийн изотопуудыг олж авсан. Хамгийн хөнгөн изотопын хагас задралын хугацаа 36 минут байна.

Плутони бол том сэдэв юм. Хамгийн чухал зүйлийг энд хэлсэн. Эцсийн эцэст энэ нь аль хэдийн болсон стандарт хэллэгплутонийн хими нь төмөр гэх мэт "хуучин" элементүүдийн химигээс хамаагүй сайн судлагдсан. ТУХАЙ цөмийн шинж чанарПлутонийн талаар бүхэл бүтэн ном бичсэн. Плутонийн металлурги бол өөр нэг гайхалтай хэсэг юм хүний ​​мэдлэг... Тиймээс та энэ түүхийг уншсаны дараа 20-р зууны хамгийн чухал металл болох плутонийг мэддэг болсон гэж бодох шаардлагагүй.