Plutonium-238

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 18. dubna 2021; kontroly vyžadují 5 úprav .

Plutonium-238

Tableta oxidu plutonia-238 (používaného v RTG ), rozžhavená do červena v důsledku významného uvolňování energie za podmínek tepelné izolace.

Jméno, symbol

Plutonium-238, 238 Pu

Neutrony

144

Vlastnosti nuklidů

Atomová hmotnost

238,0495599(20) [1] a. jíst.

hromadný defekt

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

Specifická vazebná energie (na nukleon)

7 568,354(8) [1] keV

Poločas rozpadu

87,7(1) [2] let

Produkty rozkladu

234 U

Rodičovské izotopy

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

Spin a parita jádra

0 + [2]

Rozpadový kanál	Rozpadající se energie
α-rozpad	5,59320(19) [ 1] MeV
Spontánní rozdělení

Tabulka nuklidů

Plutonium-238 ( anglicky plutonium-238 ) je radioaktivní nuklid chemického prvku plutonia s atomovým číslem 94 a hmotnostním číslem 238. Jde o první objevený izotop plutonia . Objevili jej v roce 1940 Glen Seaborg , J. Kennedy, Arthur Wahl a E. M. Macmillan [3] v důsledku bombardování uranu-238 deuterony [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} .

Poločas rozpadu plutonia-238 je 87,7(1) let . Plutonium-238 je téměř čistý alfa zářič. Aktivita jednoho gramu tohoto nuklidu je přibližně 633,7 GBq .

Jeden gram čistého plutonia-238 generuje přibližně 0,567 wattu energie .

Vznik a rozpad

Plutonium-238 vzniká v důsledku následujících rozpadů:

β - rozpad nuklidu 238 Np (poločas rozpadu je 2,117(2) [2] dnů):

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

β + -rozpad nuklidu 238 Am (poločas rozpadu je 98(2) [2] min):

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

α-rozpad nuklidu 242 Cm (poločas rozpadu je 162,8(2) [2] dnů):

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

Rozpad plutonia-238 probíhá následujícími způsoby:

α-rozpad ve 234 U (pravděpodobnost ≈100 % [2] , energie rozpadu 5 593,20(19) keV [1] ):

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

energie emitovaných α-částic je 5456,3 keV (v 28,98 % případů) a 5499,03 keV (v 70,91 % případů) [5] .

Spontánní štěpení (pravděpodobnost 1,9(1)⋅10 −7 %) [2] ;

Získání

Plutonium-238 vzniká v jakémkoli jaderném reaktoru, který běží na přírodní nebo málo obohacený uran , který obsahuje hlavně izotop 238 U. V tomto případě dochází k následujícím jaderným reakcím [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}}.

Hmotnostní množství čistého plutonia-238 se získává neutronovým ozařováním neptunia-237 , které se zase těží z vyhořelého jaderného paliva [6] .

Cena jednoho kilogramu plutonia-238 je asi 2,5 milionu amerických dolarů [7] .

Aplikace

Plutonium-238 se používá v radioizotopových zdrojích energie (například v RTG ) [6] . Dříve (před příchodem lithiových baterií [8] ) se používaly v kardiostimulátorech [9] [10] .

USA použily plutonium-238 RTG na asi 30 kosmických lodích NASA, včetně Voyagerů a Cassinis . Kosmická loď Cassini tedy obsahovala tři RTG s 33 kilogramy oxidu plutonia- 238, které zajišťovaly generování 870 wattů elektrické energie [11] . Rovery Curiosity a Perseverance nesou RTG a MMRTG s 4,8 kg plutonia-238, které poskytují 125 W elektrické energie [12] . Kromě výroby elektřiny udržují RTG tepelnou bilanci kosmických lodí a roverů svým uvolňováním tepla. V zařízeních Sojourner , Spirit a Opportunity byly také použity radioizotopové zdroje tepla o velikosti galvanického článku velikosti D k udržení tepelného režimu provozu elektronických zařízení, včetně digitálních počítačů. Také atmosférická sonda automatické meziplanetární stanice " Galileo " měla podobné zdroje tepla.

Výroba

V USA byla produkce izotopu plutonia-238 zastavena v roce 1988 ( řeka Savannah ) [13] . V roce 1992 podepsalo americké ministerstvo energetiky pětiletou smlouvu o nákupu izotopu z Ruska v množství 10 kg a možnosti navýšení dodávek až na 40 kg. V rámci dohody bylo uzavřeno několik smluv, smlouva byla prodloužena. V roce 2009 byly dodávky přerušeny z důvodu restrukturalizace ruského jaderného průmyslu [14] .

Od roku 1993 většina RTG na amerických kosmických lodích používá izotop zakoupený z Ruska. Od roku 2005 bylo zakoupeno přibližně 16,5 kg [15] [16] .

V roce 2009 požádalo americké ministerstvo energetiky o finanční prostředky na obnovení výroby izotopů v USA [17] [18] . Náklady na projekt byly odhadnuty na 75-90 milionů dolarů během pěti let [19] Financování projektu je rozděleno mezi ministerstvo energetiky a NASA [19] . Kongres poskytl NASA v letech 2011 a 2012 každý 10 milionů dolarů [19] , ale odmítl financování ministerstvu energetiky [19] .

V roce 2013 zahájila Oak Ridge National Laboratory (Tennessee) výrobu plutonia-238 s konstrukční kapacitou 1,5–2 kilogramů izotopu ročně [20] [21] [22] .

Viz také

Izotopy plutonia

Poznámky

↑ 1 2 3 4 5 Audi G. , Wapstra AH , Thibault C. Hodnocení atomové hmotnosti AME2003 (II). Tabulky, grafy a odkazy (anglicky) // Nuclear Physics A . - 2003. - Sv. 729 . - str. 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 Hodnocení jaderných a rozpadových vlastností NUBASE // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
↑ Volkov V. A. , Vonsky E. V., Kuzněcovová G. I. Vynikající chemici světa . - M . : Vyšší škola, 1991. - S. 407 . — 656 s.
↑ 1 2 Milyukova M. S., Gusev N. I., Sentyurin I. G., Sklyarenko I. S. Analytical chemistry of plutonium. - M .: "Nauka", 1965. - S. 7-12. — 454 s. — (Analytická chemie prvků). - 3400 výtisků.
↑ Vlastnosti 238 Pu na webu MAAE (Mezinárodní agentura pro atomovou energii) (nepřístupný odkaz)
↑ 1 2 3 Úvodník: Knunyants I.L. (Šéf red.). Chemická encyklopedie: v 5 svazcích - M .: Bolshaya Rossiiskaya entsiklopediya, 1992. - T. 3. - S. 580-582. — 639 s. — 50 000 výtisků. - ISBN 5-85270-039-8.
↑ Timošenko, Alexej . Obama otevřel cestu do vesmíru pro „soukromé obchodníky“ (ruština) , gzt.ru (12. října 2010). Archivováno z originálu 15. října 2010. Staženo 22. října 2010.
↑ http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/dimensions/issue7/pacemaker.html Archivováno 20. března 2015 na Wayback Machine „Moderní lithium-iontové baterie nakonec nahradily ty plutoniové. K napájení kardiostimulátorů se dnes stále používají lithium-iontové baterie.
↑ Pacemaker poháněný plutoniem (1974) . Získáno 29. srpna 2012. Archivováno z originálu dne 22. srpna 2011. (neurčitý)
↑ Fakta o kardiostimulátorech . Získáno 29. srpna 2012. Archivováno z originálu dne 18. března 2021. (neurčitý)
↑ Plutonium. Archivováno 18. srpna 2015 ve Wayback Machine World Nuclear Association.
↑ Mars rover poháněný ruským plutoniem Archivováno 19. prosince 2014 na Wayback Machine // fuelfix.com , 21. srpna 2012
↑ Ekonomická výroba Pu - 238: Studie proveditelnosti . Centrum pro vesmírný jaderný výzkum. Datum přístupu: 19. března 2013. Archivováno z originálu 2. července 2013. (neurčitý)
↑ Výroba plutonia-238 pro radioizotopové energetické systémy NASA // Cryptome, Federal Register Volume 78, Number 6 (9. ledna 2013), [FR Doc No: 2013-00239
↑ Často kladené otázky o radioizotopových energetických systémech (odkaz není k dispozici) . Národní laboratoř Idaho (červenec 2005). Datum přístupu: 24. října 2011. Archivováno z originálu 2. července 2013. (neurčitý)
↑ Projekt výroby Plutonia-238 (odkaz není dostupný) . Katedra energetiky (5. února 2011). Získáno 2. července 2012. Archivováno z originálu 3. února 2012. (neurčitý)
↑ Nedostatek plutonia by mohl zastavit průzkum vesmíru . N.P.R. Získáno 19. září 2011. Archivováno z originálu 2. července 2013. (neurčitý)
↑ Greenfieldboyce, Nell. "Problém plutonia: Kdo platí za vesmírné palivo?" Archivováno 17. března 2021 na Wayback Machine NPR , 8. listopadu 2011
↑ 1 2 3 4 Wall, Mike Produkce plutonia může odvrátit nedostatek paliva pro kosmické lodě . Space.com (6. dubna 2012). Datum přístupu: 2. července 2012. Archivováno z originálu 2. července 2013. (neurčitý)
↑ RITEG: „srdce“ vesmírných robotů, nebo zbraně teroristů? Archivováno 24. září 2015 na Wayback Machine // Voice of America , 27.08.2013
↑ NASA opustila účinný jaderný zdroj energie – pokročilý Stirlingův radioizotopový termoelektrický generátor (ASRG – Advanced Stirling Radioisotope Generator) Archivováno 24. září 2015 na Wayback Machine // Popular Mechanics, 25. listopadu 2013
↑ USA restartují produkci plutonia pro průzkum hlubokého vesmíru Archivováno 15. září 2015 na Wayback Machine // Universe Today, 20. března 2013

Odkazy

Ave Mosher, Časová osa: Horká a zkroucená historie Plutonia-238 archivována 26. února 2014 na Wayback Machine // Wired , 2013-09-19