Plutoniu-238

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 18 aprilie 2021; verificările necesită 5 modificări .

Plutoniu-238

O tabletă de dioxid de plutoniu-238 (utilizată în RTG ), încinsă din cauza eliberării semnificative de energie în condiții de izolare termică.

Nume, simbol

Plutoniu-238, 238 Pu

Neutroni

144

Proprietățile nuclidelor

Masă atomică

238.0495599(20) [1] a. mânca.

defect de masă

46 164,7(18) [1] k eV

Energie de legare specifică (per nucleon)

7 568,354(8) [1] keV

Jumătate de viață

87.7(1) [2] ani

Produse de degradare

234 U

Izotopi parentali

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

Spinul și paritatea nucleului

0 + [2]

Canal de dezintegrare	Energia de dezintegrare
α-degradare	5,59320(19) [ 1] MeV
Diviziunea spontană

Tabelul nuclizilor

Plutoniu-238 ( în engleză plutoniu-238 ) este un nuclid radioactiv al elementului chimic plutoniu cu număr atomic 94 și număr de masă 238. Este primul izotop descoperit al plutoniului . A fost descoperită în 1940 de Glen Seaborg , J. Kennedy, Arthur Wahl și E. M. Macmillan [3] ca urmare a bombardamentului cu uraniu-238 cu deuteroni [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} .

Timpul de înjumătățire al plutoniului-238 este de 87,7(1) ani . Plutoniul-238 este un emițător alfa aproape pur. Activitatea unui gram din acest nuclid este de aproximativ 633,7 GBq .

Un gram de plutoniu pur-238 generează aproximativ 0,567 wați de putere .

Formare și dezintegrare

Plutoniul-238 se formează ca urmare a următoarelor descompunere:

β - dezintegrarea nuclidului 238 Np (timp de înjumătățire este de 2,117(2) [2] zile):

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

β + -dezintegrarea nuclidului 238 Am (timp de înjumătățire este 98(2) [2] min):

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

Dezintegrarea α a nuclidului 242 Cm (timp de înjumătățire este de 162,8(2) [2] zile):

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

Dezintegrarea plutoniului-238 are loc în următoarele moduri:

α-degradare în 234 U (probabilitate ≈100% [2] , energie de dezintegrare 5 593,20(19) keV [1] ):

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

energia particulelor α emise este de 5456,3 keV (în 28,98% din cazuri) și 5499,03 keV (în 70,91% din cazuri) [5] .

Fisiune spontană (probabilitate 1.9(1)⋅10 −7 %) [2] ;

Obținerea

Plutoniul-238 se formează în orice reactor nuclear care funcționează cu uraniu natural sau slab îmbogățit , care conține în principal izotopul 238 U. În acest caz, apar următoarele reacții nucleare [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}}.

Cantitățile în greutate de plutoniu-238 pur sunt obținute prin iradierea cu neutroni a neptuniului-237 , care, la rândul său, este extras din combustibil nuclear uzat [6] .

Prețul unui kilogram de plutoniu-238 este de aproximativ 2,5 milioane de dolari SUA [7] .

Aplicație

Plutoniul-238 este utilizat în sursele de energie radioizotopice (de exemplu, în RTG -uri ) [6] . Anterior (înainte de apariția bateriilor cu litiu [8] ) erau folosite în stimulatoare cardiace [9] [10] .

SUA au folosit plutoniu-238 RTG pe aproximativ 30 de nave spațiale NASA, inclusiv Voyagers și Cassinis . Astfel, nava spațială Cassini conținea trei RTG-uri cu 33 de kilograme de dioxid de plutoniu- 238, care asigurau generarea a 870 de wați de putere electrică [11] . Roverele Curiosity și Perseverance transportă RTG și MMRTG-uri cu 4,8 kg de plutoniu-238, furnizând 125 W de putere electrică [12] . Pe lângă generarea electrică, RTG-urile mențin echilibrul termic al navelor spațiale și roverelor cu eliberarea de căldură. De asemenea, în dispozitivele Sojourner , Spirit și Opportunity , au fost folosite surse de căldură cu radioizotopi de dimensiunea unei celule galvanice de mărime D pentru a menține modul termic de funcționare a echipamentelor electronice, inclusiv a calculatoarelor digitale. De asemenea, sonda atmosferică a stației automate interplanetare „ Galileo ” avea surse de căldură similare.

Producție

În SUA, producția de izotop de plutoniu-238 a fost oprită în 1988 ( Savannah River ) [13] . În 1992, Departamentul de Energie al SUA a semnat un acord pe cinci ani privind achiziționarea unui izotop din Rusia în valoare de 10 kg și posibilitatea de a crește livrările la cel mult 40 kg. În cadrul acordului au fost încheiate mai multe contracte, acordul a fost prelungit. În 2009, livrările au fost întrerupte din cauza restructurării industriei nucleare rusești [14] .

Din 1993, majoritatea RTG-urilor de pe navele spațiale americane folosesc un izotop achiziționat din Rusia. Începând cu 2005, au fost achiziționate aproximativ 16,5 kg [15] [16] .

În 2009, Departamentul de Energie al SUA a solicitat finanțare pentru a reporni producția de izotopi în SUA [17] [18] . Costul proiectului a fost estimat la 75-90 de milioane de dolari pe cinci ani [19] Finanțarea proiectului este împărțită între Departamentul de Energie și NASA [19] . Congresul a dat NASA 10 milioane de dolari fiecare în 2011 și 2012 [19] , dar a refuzat finanțarea Departamentului de Energie [19] .

În 2013, Laboratorul Național Oak Ridge (Tennessee) a început producția de plutoniu-238 cu o capacitate de proiectare de 1,5–2 kilograme de izotop pe an [20] [21] [22] .

Vezi și

Izotopi ai plutoniului

Note

↑ 1 2 3 4 5 Audi G. , Wapstra AH , Thibault C. Evaluarea masei atomice AME2003 (II). Tabele, grafice și referințe (engleză) // Fizica nucleară A . - 2003. - Vol. 729 . - P. 337-676 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003 . - Cod .
↑ 1 2 3 4 5 6 7 Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A . - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - Cod biblic .
↑ Volkov V. A. , Vonsky E. V., Kuznetsova G. I. Chimiști remarcabili ai lumii . - M . : Şcoala superioară, 1991. - S. 407 . — 656 p.
↑ 1 2 Milyukova M. S., Gusev N. I., Sentyurin I. G., Sklyarenko I. S. Chimia analitică a plutoniului. - M . : „Nauka”, 1965. - S. 7-12. — 454 p. — (Chimia analitică a elementelor). - 3400 de exemplare.
↑ Proprietăți ale 238 Pu pe site-ul AIEA (Agenția Internațională pentru Energie Atomică) (link inaccesibil)
↑ 1 2 3 Editorial: Knunyants I.L. (ed. șef). Enciclopedie chimică: în 5 vol. - M .: Bolshaya Rossiiskaya entsiklopediya, 1992. - T. 3. - S. 580-582. — 639 p. — 50.000 de exemplare. - ISBN 5-85270-039-8.
↑ Timoșenko, Alexey . Obama a deschis calea către spațiu pentru „comercianții privați” (rusă) , gzt.ru (12 octombrie 2010). Arhivat din original pe 15 octombrie 2010. Consultat la 22 octombrie 2010.
↑ http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/dimensions/issue7/pacemaker.html Arhivat 20 martie 2015 la Wayback Machine „În cele din urmă, bateriile moderne litiu-ion le-au înlocuit pe cele cu plutoniu. Bateriile litiu-ion sunt încă folosite pentru alimentarea stimulatoarelor cardiace astăzi”
↑ Stimulator alimentat cu plutoniu (1974) . Preluat la 29 august 2012. Arhivat din original la 22 august 2011. (nedefinit)
↑ Fapte despre stimulatoare cardiace . Preluat la 29 august 2012. Arhivat din original la 18 martie 2021. (nedefinit)
↑ Plutoniu. Arhivat 18 august 2015 la Wayback Machine World Nuclear Association.
↑ Roverul Marte alimentat cu plutoniu rus Arhivat 19 decembrie 2014 la Wayback Machine // fuelfix.com , 21 august 2012
↑ Producția economică de Pu - 238: Studiu de fezabilitate . Centrul de Cercetare Nucleară Spațială. Data accesului: 19 martie 2013. Arhivat din original pe 2 iulie 2013. (nedefinit)
↑ Plutonium-238 Production for NASA Radioisotope Power Systems // Cryptome, Federal Register Volume 78, Number 6 (9 ianuarie 2013), [FR Doc No: 2013-00239
↑ Întrebări frecvente despre sistemele de alimentare cu radioizotopi (link nu este disponibil) . Laboratorul Național Idaho (iulie 2005). Data accesului: 24 octombrie 2011. Arhivat din original pe 2 iulie 2013. (nedefinit)
↑ Proiectul de producție Plutoniu-238 (link nu este disponibil) . Departamentul de Energie (5 februarie 2011). Preluat la 2 iulie 2012. Arhivat din original la 3 februarie 2012. (nedefinit)
↑ Lipsa de plutoniu ar putea opri explorarea spațială . NPR. Consultat la 19 septembrie 2011. Arhivat din original la 2 iulie 2013. (nedefinit)
↑ Greenfieldboyce, Nell. „Problema plutoniului: cine plătește pentru combustibil spațial?” Arhivat 17 martie 2021 la Wayback Machine NPR , 8 noiembrie 2011
↑ 1 2 3 4 Wall, producția de plutoniu Mike poate preveni lipsa de combustibil a navelor spațiale . Space.com (6 aprilie 2012). Data accesului: 2 iulie 2012. Arhivat din original pe 2 iulie 2013. (nedefinit)
↑ RITEG: „inimi” de roboți spațiali, sau arme de teroriști? Arhivat 24 septembrie 2015 la Wayback Machine // Vocea Americii , 27.08.2013
↑ NASA a abandonat o sursă eficientă de energie nucleară - Generatorul termoelectric cu radioizotop avansat Stirling (ASRG - Generator cu radioizotop avansat Stirling) Arhivat 24 septembrie 2015 la Wayback Machine // Popular Mechanics, 25 noiembrie 2013
↑ SUA va reporni producția de plutoniu pentru explorarea spațiului adânc Arhivat 15 septembrie 2015 la Wayback Machine // Universe Today, 20 martie 2013

Link -uri

Ave Mosher, Timeline: Plutonium-238's Hot and Twisted History Arhivat 26 februarie 2014 la Wayback Machine // Wired , 2013-09-19