Plutonium on radioaktiivinen hopeametalli, jota voidaan käyttää luomaan tai tuhoamaan. Vaikka sitä käytettiin tuhoon pian sen jälkeen, kun se tehtiin, nykyään elementtiä käytetään pääasiassa energian luomiseen kaikkialla maailmassa.
Plutonium valmistettiin ja eristettiin ensimmäisen kerran vuonna 1940, ja sitä käytettiin "Fat Man" -pommin valmistukseen, joka pudotettiin Nagasakiin toisen maailmansodan lopussa, vain viisi vuotta sen ensimmäisen valmistamisen jälkeen, kertoi apulaisprofessori Amanda Simson. kemian tekniikka New Havenin yliopistossa.
Vain tosiasiat
Tässä ovat plutoniumin ominaisuudet Los Alamosin kansallisen laboratorion mukaan:
- Atominumero: 94
- Atomisymboli: Pu
- Atomipaino: 244
- Sulamispiste: 1 184 F (640 C)
- Kiehumispiste: 5,842 F (3,228 C)
Löytö ja historia
Plutoniumia löysivät vuonna 1941 tutkijat Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan ja Arthur C. Wohl Kalifornian yliopistosta, Berkley. Löytö tapahtui, kun joukkue pommitti uraania-238 deuteroneilla, joita oli kiihdytetty syklotronilaitteessa, joka loi neptunium-238 ja kaksi vapaata neutronia. Sitten neptunium-238 hajosi beeta-hajoamisen kautta plutonium-238: ksi.
Tätä kokeilua ei jaettu muun tiedeyhteisön kanssa vuoteen 1946, toisen maailmansodan jälkeen. Seaborg lähetti löytöstään paperin Physical Review -lehtille maaliskuussa 1941, mutta paperi poistettiin, kun havaittiin, että plutoniumin isotooppia Pu-239 voidaan käyttää atomipommin luomiseen.
Pian Seaborg lähetettiin johtamaan Plutonium Production Lab, joka tunnetaan myös nimellä Met Lab, Chicagon yliopistossa, Los Alamosin kansallisen laboratorion mukaan. Labin tarkoituksena oli luoda plutonium osana Manhattan-hanketta. Manhattan-projekti oli toisen maailmansodan aikana salainen hanke, jonka tarkoituksena oli kehittää vain atomipommi.
Heillä oli ensimmäinen suuri menestys 18. elokuuta 1942. He pystyivät luomaan pienen määrän plutoniumia, joka oli näkyvissä silmälle. Se vastasi vain noin 1 mikrogrammaa. Pienestä näytteestä tutkija määritteli plutoniumin atomipainon.
Manhattan-projekti tuotti lopulta tarpeeksi plutoniumia "kolminaisuuden testiksi". Kokeen aikana maailman ensimmäinen atomipommi tai "Pienoisohjelma" räjähti Los Mekson laboratorion johtajan Robert Oppenheimerin ja armeijan kenraalin Leslie Grovesin läheisyydessä 16. heinäkuuta 1945 lähellä Socorroa, New Mexico.
Kokeesta Oppenheimer sanoi: "Tiesimme, että maailma ei olisi sama. Muutama ihminen nauroi, muutama itki. Suurin osa ihmisistä oli hiljaa. Muistan hindujen pyhien kirjoitusten, Bhagavad-Gitan, linjan. Vishnu yrittää. vakuuttaa prinssi siitä, että hänen tulisi suorittaa velvollisuutensa ja tehdä hänelle vaikutuksen, ottaa monimuotoisen muodonsa ja sanoo: "Nyt minusta on tullut kuolema, maailmojen tuhoaja." Oletan, että me kaikki ajattelimme tavalla tai toisella ", kuninkaallisen kemian seuran mukaan.
Räjähdyksen energiaekvivalentti oli noin 20 000 tonnia TNT: tä. Ensimmäinen sodankäyttöön tarkoitettu atomipommi putosi Japanin Hiroshimaan 6. elokuuta 1945. Siinä atomipommissa, nimeltään "Pikku poika", oli kuitenkin uraanisydän. Japanin Nagasakiin 9. elokuuta 1945 pudotetulla toisella pommilla oli plutoniumydin. "Fat Man", kuten sitä kutsuttiin, kiirehti toisen maailmansodan päättymistä.
Plutoniumin ominaisuudet
Äskettäin valmistetulla plutoniummetallilla on hopeanhohtoinen kirkas väri, mutta se hapettaa ilmassa tylsää harmaata, keltaista tai oliivinvihreää. Metalli liukenee nopeasti väkevöityihin mineraalihapoihin. Suuri pala plutoniumia tuntuu lämpimältä kosketukselta alfa-hajoamisen aiheuttaman energian takia; isommat palat voivat tuottaa tarpeeksi lämpöä veden kiehumiseen. Huoneenlämpötilassa alfa-muotoinen plutonium (yleisin muoto) on yhtä kova ja hauras kuin valurauta. Sitä voidaan seostaa muiden metallien kanssa huoneenlämpötilassa stabiloidun deltamuodon muodostamiseksi, joka on pehmeä ja taipuisa. Toisin kuin useimmat metallit, plutonium ei ole hyvä lämmön tai sähkönjohdin. Sillä on alhainen sulamispiste ja epätavallisen korkea kiehumispiste.
Plutonium voi muodostaa seoksia ja välituoteyhdisteitä useimpien muiden metallien kanssa ja yhdisteitä monien muiden alkuaineiden kanssa. Joillakin seoksilla on suprajohtavat kyvyt, ja toisia käytetään ydinpolttoainepellettien valmistukseen. Sen yhdisteet ovat erivärisiä, riippuen hapetustilasta ja kuinka monimutkaiset eri ligandit ovat. Vesiliuoksessa on viisi valance-ionista tilaa.
Plutonium, samoin kuin kaikki muut transuraanielementit, on säteilyvaara, ja sitä on käsiteltävä erityislaitteilla ja varotoimenpiteillä. Eläintutkimuksissa on havaittu, että muutama milligramma plutoniumia kudosta kohti on tappava.
Lähteet
Plutoniumia ei yleensä löydy luonnosta. Plutoniumin hivenaineita löytyy luonnossa esiintyvistä uraanimalmista. Täällä se muodostuu samalla tavalla kuin neptunium: säteilyttämällä luonnollista uraania neutroneilla, mitä seuraa beetahajoaminen.
Ensisijaisesti plutonium on kuitenkin ydinvoimateollisuuden sivutuote. Los Alamosin kansallisen laboratorion mukaan vuosittain tuotetaan noin 20 tonnia plutoniumia. Käytetty ydinpolttoaine voidaan myös käsitellä uudelleen käyttökelpoisen plutoniumin erottamiseksi polttoaineen muista elementeistä.
Maailman ydinliiton mukaan 1950- ja 1960-luvuilla tehdyt ilmakehän asetestaukset jättivät tonnia plutoniumia maapallon ilmakehään, joka on edelleen olemassa.
Käyttötarkoitukset
Suurimmaksi osaksi plutoniumia ei käytetä paljon. Itse asiassa viidestä yleisestä isotoopista vain plutoniumin isotoopeista kahta, plutonium-238 ja plutonium-239, käytetään mihinkään.
Plutonium-238: ta käytetään sähkön tuottamiseen avaruusluotaimiin radioisotooppisilla termosähkögeneraattoreilla. Nämä generaattorit kytketään päälle, kun anturit eivät pysty saamaan tarpeeksi aurinkovoimaa, koska ne ovat matkustaneet liian kaukana auringosta. Jotkut plutonium-238: ta käyttävät koettimet ovat Cassini ja Galileo.
Riittävästi konsentroituneena plutonium-239: llä tapahtuu halkeamisketjureaktio. Tämän vuoksi sitä käytetään ydinaseissa ja joissakin ydinreaktorissa.
Itse asiassa yksi plutoniumin suurimmista käyttötarkoituksista on energia. Maailman ydinliiton järjestön mukaan yli kolmasosa suurimman osan ydinvoimaloiden tuottamasta energiasta tulee plutoniumista. Plutonium on tärkein polttoaine nopeissa neutronireaktoreissa.
Joka tiesi?
Vuosikymmenien ajan tutkijat ihmettelivät, miksi plutonium ei toiminut kuten muut ryhmän metallit. Esimerkiksi plutonium on huono sähkönjohdin, eikä se tartu magneetteihin. Nyt tutkijat ovat selvittäneet, mihin sen "puuttuva magneettisuus" on piiloutunut, ja se liittyy elementin ulkokuoressa olevien elektronien hauskaan käyttäytymiseen. Toisin kuin muut metallit, joiden ulkokuoressa on määrätty määrä elektroneja, plutoniumilla voi maassa ollessaan olla neljä, viisi tai kuusi elektronia.
Tämä ulomman kuoren elektronien vaihteleva lukumäärä selittää miksi plutonium ei ole magneettinen: Jotta atomi voi toimia vuorovaikutuksessa magneettien kanssa, ulkokuoressa olevien parittumattomien elektronien on rinnastettava magneettikentään.
Plutoniumin vakain isotooppi, plutonium-244, voi kestää kauan. Jefferson Labin mukaan sen puoliintumisaika on noin 82 miljoonaa vuotta ja hajoaa uraani-240: ksi alfa-hajoamisen kautta.
Plutonium sai nimen planeetta Pluto. Tämä johtuu siitä, että se tuli Uraanin, joka on nimetty Uranus-planeetan, ja neptuniumin, joka on nimetty planeetta Neptunuksen mukaan.
Plutonium emittoi neutroneja, beetahiukkasia ja gammasäteitä.
