Plutónium-238

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. április 18-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 5 szerkesztést igényelnek .

Plutónium-238

Plutónium-238-dioxid tabletta ( RTG -ekben használatos ), a hőszigetelési körülmények között jelentős energiafelszabadulás miatt vörösen felforrósodott.

Név, szimbólum

Plutónium-238, 238 Pu

Neutronok

144

Nuklidok tulajdonságai

Atomtömeg

238.0495599(20) [1] a. eszik.

tömeghiba

46 164.7(18) [1] k eV

Fajlagos kötési energia (nukleononként)

7 568.354(8) [1] keV

Fél élet

87.7. (1) [2] év

Bomlástermékek

234 U

Szülői izotópok

238 Np ( β - )
238 Am ( β + )
242 Cm ( α )

Az atommag spinje és paritása

0 + [2]

Bomlási csatorna	Bomlási energia
α-bomlás	5.59320(19) [ 1] MeV
Spontán megosztottság

Nuklidok táblázata

A plutónium-238 ( angolul plutonium-238 ) a plutónium kémiai elem radioaktív nuklidja , amelynek rendszáma 94 és tömegszáma 238. Ez a plutónium első felfedezett izotópja . 1940 - ben fedezte fel Glen Seaborg , J. Kennedy, Arthur Wahl és E. M. Macmillan [3] az urán-238 deuteronokkal történő bombázása következtében [4] :

\mathrm {^{238}_{92}U} (\mathrm {d} ,\mathrm {2n} )\mathrm {^{238}_{93}Np} \ {\xrightarrow[{2,117\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 1,292\ \mathrm {MeV} }}\ \mathrm {^{238}_{94}Pu} .

A plutónium-238 felezési ideje 87,7 (1) év . A Plutónium-238 szinte tiszta alfa-sugárzó. Ennek a nuklidnak egy grammjának aktivitása körülbelül 633,7 GBq .

Egy gramm tiszta plutónium-238 körülbelül 0,567 watt teljesítményt termel .

Képződés és bomlás

A plutónium-238 a következő bomlások eredményeként képződik:

β - a nuklid bomlása 238 Np (felezési idő 2,117(2) [2] nap):

{\mathrm {^{{238}}_{{93}}Np}}\rightarrow {\mathrm {^{{238}}_{{94}}Pu}}+e^{-}+{\bar {\nu ))_{e};

A 238 Am nuklid β + -bomlása (felezési ideje 98(2) [2] perc):

{\mathrm {^{{238}}_{{95}}Am}}\rightarrow {\mathrm {^{{238}}_{{94}}Pu}}+e^{+}+\nu _ {e};

A 242 cm -es nuklid α-bomlása (felezési ideje 162,8(2) [2] nap):

{\mathrm {^{{242}}_{{96}}Cm}}\rightarrow {\mathrm {^{{238}}_{{94}}Pu}}+{\mathrm {^{{4} }_{{2}}Ő}}.

A plutónium-238 bomlása a következő módokon megy végbe:

α-bomlás 234 U - ban (valószínűség ≈100% [2] , bomlási energia 5 593,20(19) keV [1] ):

{\mathrm {^{{238}}_{{94}}Pu}}\rightarrow {\mathrm {^{{234}}_{{92}}U}}+{\mathrm {^{{4} }_{{2}}Ő}};

a kibocsátott α-részecskék energiája 5456,3 keV (az esetek 28,98%-ában) és 5499,03 keV (az esetek 70,91%-ában) [5] .

Spontán hasadás (valószínűség: 1,9(1)⋅10 −7 %) [2] ;

Getting

A plutónium-238 minden olyan atomreaktorban keletkezik, amely természetes vagy alacsony dúsítású uránnal működik, amely főleg a 238 U izotópot tartalmazza . Ebben az esetben a következő nukleáris reakciók mennek végbe [4] [6] :

{\mathrm {^{{238}}_{{92}}U}}({\mathrm {n}},{\mathrm {2n}}){\mathrm {^{{237}}_{{92 }}U}}\ {\xrightarrow[ {6,75\ {\mathrm {d}}}]{\beta ^{-}\ 518,6\ {\mathrm {keV}}}}\ {\mathrm { ^{{237}}_{{93}}Np}};

{\mathrm {^{{235}}_{{92}}U}}({\mathrm {n}},\gamma ){\mathrm {^{{236}}_{{92}}U}} ({\mathrm {n)),\gamma ){\mathrm {^{{237}}_{{92}}U}}\ {\xrightarrow[ {6,75\ {\mathrm {d}}}] {\beta ^{-}\ 518.6\ {\mathrm {keV))))\ {\mathrm {^{{237))_{{93))Np));

{\mathrm {^{{237}}_{{93}}Np}}({\mathrm {n}},\gamma ){\mathrm {^{{238}}_{{93}}Np}} \ {\xrightarrow[ {2,117\ {\mathrm {d}}}]{\beta ^{-}\ 1,292\ {\mathrm {MeV}}}}\ {\mathrm {^{{238}}_{{ 94}}Pu}}.

A tiszta plutónium-238 tömegét a neptunium-237 neutronbesugárzásával nyerik , amelyet viszont kiégett nukleáris üzemanyagból bányásznak [6] .

Egy kilogramm plutónium-238 ára körülbelül 2,5 millió USA dollár [7] .

Alkalmazás

A plutónium-238-at radioizotópos energiaforrásokban használják (például RTG -kben ) [6] . Korábban (a lítium akkumulátorok [8] megjelenése előtt ) szívritmus -szabályozókban használták [9] [10] .

Az Egyesült Államok körülbelül 30 NASA űrszondán használt plutónium-238 RTG-ket, köztük a Voyagers és a Cassinis . Így a Cassini űrszonda három RTG-t tartalmazott 33 kilogramm plutónium -dioxid -238-mal, ami 870 watt elektromos teljesítmény előállítását biztosította [11] . A Curiosity és Perseverance roverek RTG-ket és MMRTG-ket szállítanak 4,8 kg plutónium-238-cal, amelyek 125 W elektromos teljesítményt biztosítanak [12] . Az elektromos termelés mellett az RTG-k hőleadásukkal tartják fenn az űrhajók és roverek hőegyensúlyát. A Sojourner , Spirit és Opportunity eszközökben D-méretű galvanikus cella méretű radioizotópos hőforrásokat használtak az elektronikus berendezések, köztük a digitális számítógépek termikus működési módjának fenntartására. Hasonló hőforrásokkal rendelkezett a " Galileo " automatikus bolygóközi állomás légköri szondája is .

Gyártás

Az Egyesült Államokban 1988-ban leállították a plutónium-238 izotóp termelését ( Savannah River ) [13] . 1992-ben az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma öt évre szóló megállapodást írt alá egy 10 kg-os izotóp Oroszországból történő vásárlásáról, valamint a készletek legfeljebb 40 kg-ra történő növelésének lehetőségéről. A megállapodás keretében több szerződés megkötésére, a megállapodás meghosszabbítására került sor. 2009-ben az orosz nukleáris ipar szerkezetátalakítása miatt megszakadtak a szállítások [14] .

1993 óta az amerikai űrhajókon lévő RTG-k többsége Oroszországból vásárolt izotópot használ. 2005-ig körülbelül 16,5 kg [15] [16] került vásárlásra .

2009-ben az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma támogatást kért az Egyesült Államok izotóptermelésének újraindításához [17] [18] . A projekt költségét 75-90 millió dollárra becsülték öt év alatt [19] A projekt finanszírozása megoszlik az Energiaügyi Minisztérium és a NASA között [19] . A Kongresszus 10 millió dollárt adott a NASA-nak 2011-ben és 2012-ben [19] , de megtagadta a támogatást az Energiaügyi Minisztériumtól [19] .

2013-ban az Oak Ridge National Laboratory (Tennessee) megkezdte a plutónium-238 gyártását, amelynek tervezett kapacitása évi 1,5–2 kilogramm izotóp [20] [21] [22] .

Lásd még

A plutónium izotópjai

Jegyzetek

↑ 1 2 3 4 5 Audi G. , Wapstra AH , Thibault C. Az AME2003 atomtömeg-értékelés (II.). Táblázatok, grafikonok és hivatkozások (angol) // Nukleáris fizika A. - 2003. - 1. évf. 729 . - P. 337-676 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003 . - .
↑ 1 2 3 4 5 6 7 Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH A NUBASE értékelése a nukleáris és bomlási tulajdonságokról // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
↑ Volkov V. A. , Vonsky E. V., Kuznetsova G. I. A világ kiemelkedő kémikusai . - M . : Felsőiskola, 1991. - S. 407 . — 656 p.
↑ 1 2 Milyukova M. S., Gusev N. I., Sentyurin I. G., Sklyarenko I. S. A plutónium analitikai kémiája. - M . : "Nauka", 1965. - S. 7-12. — 454 p. — (Elemek analitikai kémiája). - 3400 példány.
↑ A 238 Pu tulajdonságai a NAÜ honlapján (Nemzetközi Atomenergia Ügynökség) (elérhetetlen link)
↑ 1 2 3 Szerkesztőség: Knunyants I.L. (Főszerk.). Kémiai enciklopédia: 5 kötetben - M .: Bolshaya Rossiiskaya entsiklopediya, 1992. - T. 3. - S. 580-582. — 639 p. — 50.000 példány. - ISBN 5-85270-039-8.
↑ Timosenko, Alekszej . Obama megnyitotta az utat az űrbe a „magánkereskedők” (orosz) számára , gzt.ru (2010. október 12.). Az eredetiből archiválva: 2010. október 15. Letöltve: 2010. október 22.
↑ http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/dimensions/issue7/pacemaker.html Archivált : 2015. március 20. a Wayback Machine -nél „Végül a modern lítium-ion akkumulátorok felváltották a plutónium akkumulátorokat. A lítium-ion akkumulátorokat még ma is használják a szívritmus-szabályozók táplálására."
↑ Plutónium Powered Pacemaker (1974) . Letöltve: 2012. augusztus 29. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 22.. (határozatlan)
↑ Tények a pacemakerekről . Letöltve: 2012. augusztus 29. Az eredetiből archiválva : 2021. március 18. (határozatlan)
↑ Plutónium. Archiválva : 2015. augusztus 18., a Wayback Machine World Nuclear Association.
↑ Orosz plutóniummal hajtott Mars -járó archiválva : 2014. december 19. a Wayback Machine -nél // fuelfix.com , 2012. augusztus 21.
↑ A Pu - 238 gazdaságos előállítása: Megvalósíthatósági tanulmány . Űr Nukleáris Kutatási Központ. Hozzáférés dátuma: 2013. március 19. Az eredetiből archiválva : 2013. július 2. (határozatlan)
↑ Plutónium-238 gyártás a NASA Radioizotóp Power Systems számára // Cryptome, Federal Register 78. kötet, 6. szám (2013. január 9.), [FR Doc No: 2013-00239
↑ Gyakran ismételt kérdések a radioizotópos energiarendszerekről (hivatkozás nem érhető el) . Idaho National Laboratory (2005. július). Hozzáférés dátuma: 2011. október 24. Az eredetiből archiválva : 2013. július 2. (határozatlan)
↑ Plutónium-238 gyártási projekt (a link nem elérhető) . Energiaügyi Minisztérium (2011. február 5.). Letöltve: 2012. július 2. Az eredetiből archiválva : 2012. február 3.. (határozatlan)
↑ A plutóniumhiány leállíthatja az űrkutatást . NPR. Letöltve: 2011. szeptember 19. Az eredetiből archiválva : 2013. július 2. (határozatlan)
↑ Greenfieldboyce, Nell. "A plutónium probléma: ki fizeti az űrüzemanyagot?" Archiválva : 2021. március 17. a Wayback Machine NPR -nél , 2011. november 8.
↑ 1 2 3 4 Wall, Mike A plutóniumtermelés elkerülheti az űrhajók üzemanyag-hiányát . Space.com (2012. április 6.). Hozzáférés időpontja: 2012. július 2. Az eredetiből archiválva : 2013. július 2. (határozatlan)
↑ RITEG: űrrobotok "szívei", vagy terroristák fegyverei? Archivált : 2015. szeptember 24. a Wayback Machine -nél // Amerika Hangja , 2013.08.27.
↑ A NASA felhagyott egy hatékony nukleáris energiaforrással – az Advanced Stirling Radioisotope Thermoelectric Generatorral (ASRG – Advanced Stirling Radioisotope Generator) Archiválva : 2015. szeptember 24. a Wayback Machine -nél // Popular Mechanics, 2013. november 25.
↑ Az Egyesült Államok újraindítja a plutóniumtermelést a mélyűrkutatáshoz Archiválva : 2015. szeptember 15. a Wayback Machine -nél // Universe Today, 2013. március 20.

Linkek

Ave Mosher, Timeline: Plutonium-238's Hot and Twisted History Archiválva : 2014. február 26. a Wayback Machine -nél // Vezetékes , 2013.09.19.