Plutonij

plutonij
[Rn] 5f67s2[1] 94 Pu Periodni sustav elemenata
Osnovna svojstva
Element Simbol Atomski broj	plutonij Pu 94
Kemijska skupina	aktinoidi
Grupa, perioda, Blok	Ac, 7, f
Izgled	srebrnobijele boje
Gustoća1	19816 kg/m3
Tvrdoća
Specifični toplinski kapacitet (cp ili cV)2	(25 °C) 35,5 J mol–1 K–1
Talište	639,4[1] °C
Vrelište3	3232[1] °C
Toplina taljenja	2,82 kJ mol-1
Toplina isparavanja	333,5 kJ mol-1
1 pri standardnom tlaku i temperaturi 2 pri konstantnom tlaku ili volumenu 3 pri standardnom tlaku
Atomska svojstva
Atomska masa	244
Elektronska konfiguracija	[Rn] 5f67s2[1]

Plutonij je kemijski element atomskog (rednog) broja 94 i atomske mase 244. U periodnom sustavu elemenata predstavlja ga simbol Pu. Plutonij je srebrno-bijeli metal, koji potamni u dodiru sa zrakom, stvarajući tanki sloj oksida. Taj kemijski element ima šest alotropskih modifikacija i četiri oksidacijska stanja. Reagira s ugljikom, halogenim elementima, dušikom i silicijem. Kada je izložen vlažnom zraku, stvara okside i hidride, koji povećavaju obujam uzorka i do 70%. Plutonij se taloži u tijelu u koštanoj srži i ostalim organima, gdje je vrlo opasan zbog emitiranja alfa-čestica.

Ime je dobio po patuljastom planetu Plutonu. Umjetni izotop plutonij-239 mora se spremati u nekompaktnim, odvojenim komadima manjim od 300 g jer bi inače moglo doći do kritičnosti, uz oslobađanje opasnih količina ionizirajućeg zračenja i topline.

Plutonij se koristi i kao nuklearno gorivo za nuklearne elektrane te ima visoku radioaktivnost. Plutonij se može koristiti i kao nuklearni eksploziv; 1 kilogram plutonija stvara eksploziju ekvivalentnu 20 000 tona TNT-a. Plutonij se koristio u Apollo letovima kao izvor energije za seizmičke naprave i drugu opremu koja je ostavljena na Mjesecu. Komad plutonija je topao na dodir zbog energije oslobođene alfa-raspadom.

Najvažniji izotop je plutonij-239 koji ima dugo vrijeme poluraspada od 24 110 godina i veliku primjenu za izradu nuklearnih bojnih glava, ali i za industrijsku, mirnodopsku upotrebu atomske energije u nuklearnim elektranama. Plutonij nastaje kao proizvod raspada uranija u brzim oplodnim reaktorima, u kojima se koristi neobogaćeni uranij-238. Radom reaktora neprekidno se stvara energetski visokoefikasan plutonij, koji pojačava i održava neprekinuti tijek kontrolirane nuklearne lančane reakcije.^[2]

Plutonij-238 se koristi u minijaturnim nuklearnim reaktorima za napajanje svemirskih letjelica. Plutonij-240 ima visok stupanj spontane nuklearne fisije, povećavajući protok neutrona. Prisustvo plutonija-240 smanjuje učinak nuklearnog oružja i nuklearnog goriva, pa zato njegovog postotak određuje čistoću nekog nuklearnog goriva.

Veće količine (oko 20 tona godišnje) proizvode se u brzim oplodnim reaktorima, reakcijama u kojima spori (termalni) neutroni bombardiraju jezgre uranija-238 i uzrokuju njihov raspad.

Prvi put je proizveden u Berkeleyju 1940. pod vodstvom Glenna Seaborga, E.M. McMillana, J.W. Kennedyja i A.C. Wahla, bombardiranjem mete uranija deuteronom ubrzanim u ciklotronu. Proizvodnja plutonija je bio jedan od glavnih zadataka projekta Manhattan za vrijeme Drugog svjetskog rata, Druga atomska bomba, koja je pala na Nagasaki ("Debeljko"), imala je jezgru od elementarnog plutonija-239 legiranog s galijem.

1. ↑ ^{a b c} Sebastian Blumentritt Periodensystem der Elemente, 6. izd., Blume-Verlag, Münster (Savezna Republika Njemačka), 2012., ISBN 978-3-942-53009-5, str. 1
2. ↑ [1]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 5. studenoga 2011. (Wayback Machine) "Nuklearni gorivni ciklus"