Plutoonium on radioaktiivne hõbedane metall, mida saab kasutada loomiseks või hävitamiseks. Kui seda kasutati hävitamiseks varsti pärast valmistamist, siis tänapäeval kasutatakse seda elementi enamasti energia tekitamiseks kogu maailmas.
Plutooniumi toodeti ja isoleeriti esmakordselt 1940. aastal ning seda kasutati "Fat Mani" aatomipommi valmistamiseks, mis visati Nagasakile II maailmasõja lõpus, vaid viis aastat pärast selle esmakordset tootmist, ütles Amanda Simson, keemiatehnika New Haveni ülikoolis.
Ainult faktid
Los Alamose riikliku labori andmetel on siin plutooniumi omadused:
- Aatominumber: 94
- Aatomisümbol: Pu
- Aatommass: 244
- Sulamistemperatuur: 640 ° C (1,184 F).
- Keemispunkt: 5,842 F (3,228 C)
Avastused ja ajalugu
Plutooniumi avastasid 1941. aastal teadlased Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan ja Arthur C. Wohl California ülikoolist Berkley. Avastus leidis aset siis, kui meeskond pommitas uraani-238 tsüklotroniseadmes kiirendatud deuteroonidega, mis lõid neptuunium-238 ja kaks vaba neutronit. Seejärel lagunes neptuunium-238 beeta-lagunemise teel plutoonium-238-ks.
Seda katset ei jagatud ülejäänud teadusringkondadega kuni 1946. aastani, pärast Teist maailmasõda. Seaborg esitas nende avastuse kohta ajakirjale Physical Review märtsis 1941 paberi, kuid paber eemaldati, kui avastati, et aatomipommi loomiseks võib kasutada plutooniumi isotoopi Pu-239.
Varsti saadeti Seaborg Los Alamose riikliku labori andmetel juhtima Chicago ülikooli Plutonium Production Labi, mida tuntakse ka Met Lab nime all. Labori eesmärk oli luua plutoonium Manhattani projekti osana. Manhattani projekt oli II maailmasõja ajal salajane ettevõtmine, mille eesmärk oli ainult aatomipommi väljatöötamine.
18. augustil 1942 oli neil esimene suur edu. Nad suutsid luua silmaga nähtava jäljendatud koguse plutooniumi. See võrdub ainult 1 mikrogrammiga. Pisikese proovi põhjal määras teadlane plutooniumi aatommassi.
Manhattani projekt tootis lõpuks "kolmainsustesti" jaoks piisavalt plutooniumi. Katse ajal plahvatas 16. juulil 1945 New Mexico osariigis Socorro lähedal New Yorgis maailma esimene aatomipomm ehk "Vidin", mille koostasid Los Alamosi labori direktor Robert Oppenheimer ja armee kindral Leslie Groves.
Testist ütles Oppenheimer: "Me teadsime, et maailm ei ole sama. Mõned inimesed naersid, mõned nutsid. Enamik inimesi vaikisid. Mulle meenus rida hinduistlikust pühakirjast Bhagavad-Gita. Vishnu proovib veenda printsi, et ta peaks oma kohust täitma ja talle muljet avaldama, võtab selle mitme relvastatud kuju ja ütleb: 'Nüüd olen saanud surmaks, maailmade hävitajaks.' Ma arvan, et me kõik arvasime, et nii või teisiti, "ütles Kuningliku Keemia Ühing.
Plahvatuse energiaekvivalent oli umbes 20 000 tonni TNT. Esimene sõjaotstarbeline aatomipomm kukkus Jaapanis Hiroshimale 6. augustil 1945. Sellel aatomipommil, mida hüüti "Väike poiss", oli küll uraanituum. Teisel pommil, mis langes Jaapanis Nagasakis 9. augustil 1945, oli plutooniumsüdamik. "Paks mees", nagu seda kutsuti, kiirendas II maailmasõja lõppu.
Plutooniumi omadused
Värskelt valmistatud metallist plutooniumil on hõbedane erksavärv, kuid õhus oksüdeerudes on tuhm hall, kollane või oliivroheline tuhm. Metall lahustub kiiresti kontsentreeritud mineraalhapetes. Suur tükk plutooniumi on alfa lagunemisest eralduva energia tõttu tunda puudutust; suuremad tükid suudavad toota piisavalt vett. Toatemperatuuril on alfa-vormis plutoonium (kõige tavalisem vorm) sama kõva ja rabe kui malm. Seda saab legeerida teiste metallidega, et saada toatemperatuuril stabiliseeritud deltavorm, mis on pehme ja plastiline. Erinevalt enamikust metallidest ei ole plutoonium hea soojuse ega elektri juht. Sellel on madal sulamistemperatuur ja ebatavaliselt kõrge keemistemperatuur.
Plutoonium võib moodustada sulamid ja vaheühendid enamiku teiste metallidega ning ühendid paljude muude elementidega. Mõnel sulamil on ülijuhtivus ja teisi kasutatakse tuumakütuse graanulite valmistamiseks. Selle ühendeid on mitmesuguses värvitoonis, sõltuvalt oksüdatsiooni olekust ja erinevate ligandide keerukusest. Vesilahuses on viis valance ioonset olekut.
Plutoonium koos kõigi teiste transuraani elementidega on radioloogiliselt ohtlik ja seda tuleb käidelda spetsiaalse varustuse ja ettevaatusabinõudega. Loomkatsetes on leitud, et mõni milligramm plutooniumi ühe kilogrammi koe kohta on surmav.
Allikad
Plutooniumi looduses üldiselt ei leidu. Plutooniumi mikroelemente leidub looduslikult esinevates uraanimaakides. Siin moodustub see neptuuniumiga sarnasel viisil: loodusliku uraani kiiritamisel neutronitega, millele järgneb beeta lagunemine.
Peamiselt on plutoonium tuumaenergia tööstuse kõrvalsaadus. Los Alamose riikliku labori andmetel toodetakse igal aastal umbes 20 tonni plutooniumi. Samuti saab kasutatud tuumakütust ümbertöödelda, et eraldada kasutatav plutoonium muudest kütuse elementidest.
1950ndatel ja 1960ndatel toimunud atmosfäärirelvakatsetused jätsid Maailma Tuumaühingu andmetel Maa atmosfääri, mis on tänaseni, tonni plutooniumi.
Kasutab
Enamasti ei kasutata plutooniumi palju. Tegelikult kasutatakse viiest levinumast isotoobist vaid kahte plutooniumi isotoobi, plutooniumi-238 ja plutooniumi-239.
Plutoonium-238 kasutatakse elektrienergia tootmiseks kosmosesondide jaoks radioisotoopide termoelektriliste generaatorite abil. Need generaatorid lülitatakse sisse, kui sondid ei saa piisavalt päikeseenergiat, kuna nad on päikesest liiga kaugele sõitnud. Mõned sondid, mis kasutavad plutoonium-238, on Cassini ja Galileo.
Piutoonium-239 on piisavalt kontsentreeritud ja lõhustuva ahelreaktsiooni kaudu. Seetõttu kasutatakse seda tuumarelvades ja mõnedes tuumareaktorites.
Tegelikult on plutooniumi üks suurimaid kasutusviise energia. Maailma Tuumaühenduse andmetel tuleb enam kui kolmandik enamikus tuumaelektrijaamades toodetavast energiast plutooniumist. Kiir neutronreaktorites on peamine kütus plutoonium.
Kes teadis?
Aastakümneid mõtlesid teadlased, miks plutoonium ei käitunud nagu tema rühma muud metallid. Näiteks on plutoonium halb elektrijuht ja see ei kleepu magnetide külge. Nüüd on teadlased välja mõelnud, kus selle "kadunud magnetism" peidus on ning see on seotud elemendi väliskesta elektronide imeliku käitumisega. Erinevalt teistest metallidest, mille väliskestades on kindel arv elektrone, võib plutoonium mullas olekus olla neli, viis või kuus elektroni.
See välimise kesta elektronide kõikuv arv seletab, miks plutoonium ei ole magnetiline: selleks, et aatom saaks interakteeruda magnetitega, peavad selle väliskesises olevad paarimata elektronid ritta magnetvälja.
Plutooniumi kõige stabiilsem isotoop plutoonium-244 võib kesta kaua. Selle poolväärtusaeg on umbes 82 miljonit aastat ja Jefferson Labi andmetel laguneb alfa lagunemisel uraan-240-ks.
Plutoonium sai oma nime planeedi Pluuto järgi. Selle põhjuseks on see, et see tuli pärast Uraani, mis sai nime planeedi Uraan, ja Neptuuniumi järgi, mis sai nime planeedil Neptuun.
Plutoonium eraldab neutroneid, beetaosakesi ja gammakiiri.
