Плутоний - это радиоактивный серебристый металл, который можно использовать для создания или уничтожения. Хотя он использовался для уничтожения вскоре после его изготовления, сегодня этот элемент используется главным образом для создания энергии во всем мире.
Плутоний был впервые произведен и изолирован в 1940 году и использовался для создания атомной бомбы «Толстяк», которая была сброшена на Нагасаки в конце Второй мировой войны, всего через пять лет после того, как она была впервые произведена, сказала Аманда Симсон, доцент кафедры химическая инженерия в университете Нью-Хейвена.
Только факты
Вот свойства плутония, согласно Лос-Аламосской национальной лаборатории:
- Атомный номер: 94
- Атомный символ: Пу
- Атомный вес: 244
- Температура плавления: 1,184 F (640 C)
- Точка кипения: 5,842 F (3,228 C)
Открытие и история
Плутоний был открыт в 1941 году учеными Джозефа В. Кеннеди, Гленна Т. Сиборга, Эдварда М. Макмиллана и Артура К. Воля из Калифорнийского университета в Беркли. Открытие произошло, когда команда бомбардировала уран-238 дейтронами, которые были ускорены в циклотронном устройстве, которое создало нептуний-238 и два свободных нейтрона. Нептуний-238 затем распадается на плутоний-238 посредством бета-распада.
Этот эксперимент не был распространен среди остального научного сообщества до 1946 года, после Второй мировой войны. Сиборг представил документ об их открытии в журнал Physical Review в марте 1941 года, но этот документ был удален, когда было обнаружено, что изотоп плутония, Pu-239, может быть использован для создания атомной бомбы.
Вскоре Сиборг был направлен руководить лабораторией по производству плутония, также известной как Met Lab, в Чикагском университете, согласно Национальной лаборатории Лос-Аламоса. Целью лаборатории было создание плутония в рамках Манхэттенского проекта. Манхэттенский проект был секретным предприятием во время Второй мировой войны, которое работало исключительно на разработку атомной бомбы.
18 августа 1942 года у них был первый большой успех. Они смогли создать следовое количество плутония, которое было бы видно глазу. Это составило всего около 1 микрограмма. Из крошечного образца ученый определил атомный вес плутония.
В результате Манхэттенского проекта было произведено достаточно плутония для «Тринити-теста». Во время испытания 16 июля 1945 года возле Сокорро, штат Нью-Мексико, взорвалась первая в мире атомная бомба, или «Гаджет», директор Лаборатории Лос-Аламоса Роберт Оппенгеймер и генерал армии Лесли Гровс.
Относительно испытания Оппенгеймер сказал: «Мы знали, что мир не будет таким же. Несколько человек смеялись, несколько человек плакали. Большинство людей молчали. Я вспомнил строку из индуистского писания« Бхагавад-гита ». Вишну пытается убедить принца в том, что он должен выполнить свой долг, и произвести на него впечатление, принимая его многорукую форму и сказать: «Теперь я стал Смертью, разрушителем миров». Я полагаю, что мы все так или иначе думали "согласно Королевскому химическому обществу".
Взрыв имел энергетический эквивалент приблизительно 20 000 тонн тротила. Первая атомная бомба боевого назначения была сброшена на Хиросиму, Япония, 6 августа 1945 года. Однако эта атомная бомба, получившая название «Маленький мальчик», имела урановое ядро. Вторая бомба, сброшенная на Нагасаки, Япония, 9 августа 1945 года, имела плутониевое ядро. «Толстяк», как его называли, ускорил окончание Второй мировой войны.
Свойства плутония
Свежеприготовленный металлический плутоний имеет серебристо-яркий цвет, но при окислении на воздухе приобретает тускло-серый, желтый или оливково-зеленый оттенок. Металл быстро растворяется в концентрированных минеральных кислотах. Большой кусок плутония ощущается теплым на ощупь из-за энергии, выделяемой альфа-распадом; большие куски могут производить достаточно тепла, чтобы вскипятить воду. При комнатной температуре альфа-форма плутония (наиболее распространенная форма) является такой же твердой и хрупкой, как чугун. Он может быть сплавлен с другими металлами, чтобы сформировать дельта-форму, стабилизированную при комнатной температуре, которая является мягкой и пластичной. В отличие от большинства металлов плутоний не является хорошим проводником тепла или электричества. Он имеет низкую температуру плавления и необычно высокую температуру кипения.
Плутоний может образовывать сплавы и промежуточные соединения с большинством других металлов, а также соединения с множеством других элементов. Некоторые сплавы обладают сверхпроводящими свойствами, а другие используются для изготовления таблеток ядерного топлива. Его соединения бывают разных цветов, в зависимости от степени окисления и сложности различных лигандов. В водном растворе существует пять ионных состояний.
Плутоний, наряду со всеми другими трансурановыми элементами, представляет радиологическую опасность и требует обращения со специальным оборудованием и мерами предосторожности. Исследования на животных показали, что несколько миллиграммов плутония на килограмм ткани являются летальными.
Источники
Плутоний вообще не встречается в природе. Микроэлементы плутония обнаружены в естественных урановых рудах. Здесь он образуется аналогично нептунию: путем облучения природного урана нейтронами с последующим бета-распадом.
Однако прежде всего плутоний является побочным продуктом атомной энергетики. По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, ежегодно производится около 20 тонн плутония. Отработавшее ядерное топливо также может быть переработано для отделения полезного плутония от других элементов в топливе.
По данным Всемирной ядерной ассоциации, испытания атмосферного оружия в 1950-х и 1960-х годах привели к тому, что тонны плутония в атмосфере Земли остаются там и сегодня.
Пользы
По большей части плутоний не используется много. Фактически, из пяти распространенных изотопов только два изотопа плутония, плутоний-238 и плутоний-239, используются для чего-либо вообще.
Плутоний-238 используется для производства электроэнергии для космических зондов с использованием радиоизотопных термоэлектрических генераторов. Эти генераторы включаются, когда зонды не могут получить достаточно солнечной энергии, потому что они ушли слишком далеко от солнца. Некоторыми зондами, которые используют плутоний-238, являются Кассини и Галилео.
При достаточной концентрации плутоний-239 подвергается цепной реакции деления. Из-за этого он используется в ядерном оружии и некоторых ядерных реакторах.
Фактически, одним из самых больших применений плутония является энергия. По данным Всемирной ядерной ассоциации, более трети энергии, производимой на большинстве атомных электростанций, поступает из плутония. Плутоний является основным топливом в реакторах на быстрых нейтронах.
Кто знал?
В течение десятилетий ученые задавались вопросом, почему плутоний не действует как другие металлы в своей группе. Например, плутоний - плохой проводник электричества, и он не прилипает к магнитам. Теперь исследователи выяснили, где скрывается его «отсутствующий магнетизм», и это связано с дурацким поведением электронов во внешней оболочке элемента. В отличие от других металлов, которые имеют установленное количество электронов в своих внешних оболочках, в основном состоянии плутоний может иметь четыре, пять или шесть электронов.
Это колеблющееся число электронов внешней оболочки объясняет, почему плутоний не является магнитным: для взаимодействия атома с магнитами неспаренные электроны в его внешней оболочке должны выстроиться в магнитном поле.
Самый стабильный изотоп плутония, плутоний-244, может сохраняться долго. По данным лаборатории Джефферсона, его период полураспада составляет около 82 миллионов лет, и он превращается в уран-240 через альфа-распад.
Плутоний был назван в честь планеты Плутон. Это потому, что он пришел в честь Урана, который был назван в честь планеты Уран, и Нептуния, который был назван в честь планеты Нептун.
Плутоний испускает нейтроны, бета-частицы и гамма-лучи.
