Плутоний — радиоактивный трансурановый элемент¶

Плутоний — химический элемент с атомным номером 94, относящийся к группе актиноидов и классу трансурановых элементов. Обозначается символом Pu. В природе в ощутимых количествах не встречается и образуется главным образом в ядерных реакторах при захвате нейтронов ядрами урана. Все изотопы плутония радиоактивны; наиболее важное практическое значение имеет изотоп плутоний-239 — делящийся материал, применяемый в ядерном оружии и ядерной энергетике.

¶История открытия

Плутоний был получен искусственно в 1940 году группой американских исследователей под руководством Гленна Сиборга в Калифорнийском университете в Беркли. Учёные бомбардировали дейтронами ядра урана-238 на циклотроне; в результате ядерной реакции образовался нептуний-238, который при бета-распаде превращался в новый элемент с атомным номером 94. Элемент назвали в честь Плутона — планеты, открытой в 1930 году, по аналогии с ураном (Уран) и нептунием (Нептун). Первый весовой образец металлического плутония был выделен в 1942 году.

¶Физические и химические свойства

Плутоний — серебристо-белый металл, довольно тяжёлый (плотность около 19,8 г/см³) и легкоплавкий (температура плавления около 640 °C). Он обладает сложным полиморфизмом: известно шесть кристаллических модификаций, существующих в разных температурных интервалах, что затрудняет его механическую обработку.

Химически плутоний активен. На воздухе он окисляется с образованием плёнки оксида, а в порошкообразном состоянии пирофорен — способен самовоспламеняться. Реагирует с водой, галогенами, водородом, образуя гидриды. В растворах проявляет степени окисления от +3 до +7, наиболее устойчивы +4 и +6.

¶Изотопы

Известно около двадцати изотопов плутония с массовыми числами от 228 до 247. Ключевые из них:

Плутоний-238 получают облучением нептуния-237 или урана, а плутоний-239 — захватом нейтронов ураном-238 с последующими бета-распадами.

¶Применение

Плутоний-239 служит основным делящимся материалом для ядерных зарядов и используется в реакторах на быстрых нейтронах, где он может воспроизводиться из урана-238 (так называемое ядерное топливо-бридинг). Плутоний-238 применяется в радиоизотопных термоэлектрических генераторах — компактных источниках энергии для космических аппаратов, в том числе межпланетных станций, где солнечные панели малоэффективны.

¶Радиационная опасность

Плутоний высокотоксичен. Основную опасность представляет альфа-излучение, которое при внешнем облучении задерживается кожей, но при попадании внутрь организма (с воздухом, водой или пищей) наносит серьёзный ущерб тканям. Особенно опасно вдыхание аэрозолей: частицы откладываются в лёгких и костной ткани. Поэтому при работе с плутонием применяются герметичные боксы, дистанционные манипуляторы и строгий дозиметрический контроль. Период полувыведения плутония из организма человека измеряется десятилетиями.

¶Распространение и правовой статус

Плутоний относится к материалам, подлежащим международному контролю в рамках режима нераспространения ядерного оружия. Его учёт и обращение регулируются соглашениями МАГАТЭ и национальными законодательствами. Значительные количества плутония накоплены в отработавшем ядерном топливе и в составе демонтированных ядерных боеприпасов; вопросы его хранения, переработки и утилизации остаются предметом научных и политических дискуссий.