Плутоний-239

Шаблон:Нуклид Плуто́ний-239 (Шаблон:Lang-en) — радиоактивный нуклид химического элемента плутония с атомным номером 94 и массовым числом 239. Иногда считается входящим в радиоактивное семейство 4n+3, называемое рядом актиния (хотя обычно этот ряд считают начинающимся с природного урана-235, который и возникает при распаде практически отсутствующего в природе плутония-239). Был открыт в 1941 году Гленом Сиборгом, Джозефом Кеннеди, Артуром Валем и Эмилио Сегре.

В природе встречается в чрезвычайно малых количествах в урановых рудах. Радиогенный плутоний-239 образуется из урана-238 при захвате нейтронов, возникающих при спонтанном делении урана (²³⁵U и ²³⁸U) и в результате реакций (α, n) на лёгких элементах, входящих в состав руд; еще одним источником нейтронов является космическое излучение.

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 2,3 ГБк.

Образование и распад

Плутоний-239 образуется в результате следующих распадов:

• β⁻-распад нуклида ²³⁹Np (период полураспада составляет 2,356(3) суток):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}\mathrm{P}\mathrm{u}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e;$

• e-захват, осуществляемый нуклидом ²³⁹Am (период полураспада составляет 11,9(1) ч):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{5}}\mathrm{A}\mathrm{m}+e^{-}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}\mathrm{P}\mathrm{u}+{\overline{\nu }}_e;$

• α-распад нуклида ²⁴³Cm (период полураспада составляет 29,1(1) лет):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{4}\mathrm{3}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{6}}\mathrm{C}\mathrm{m}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}\mathrm{P}\mathrm{u}+{}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e}.$

Распад плутония-239 происходит по следующим направлениям:

• α-распад в ²³⁵U (вероятность 100 %, энергия распада 5 244,51(21) кэВ):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}\mathrm{P}\mathrm{u}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{5}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}+{}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e};$

энергия испускаемых α-частиц

5 105,5 кэВ (в 11,94 % случаев);

5 144,3 кэВ (в 17,11 % случаев);

5 156,59 кэВ (в 70,77 % случаев).

• Спонтанное деление (вероятность 3,1(6)Шаблон:E %);

Получение

Плутоний-239 образуется в любом ядерном реакторе, работающем на природном или малообогащённом уране, содержащем в основном изотоп ²³⁸U, при захвате этим изотопом избыточных нейтронов. При этом происходят следующая последовательность ядерных реакций и радиоактивных распадов:

$n+{\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{238}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}238}\mathrm{U}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{239}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}239}\mathrm{U}+\gamma ;$

${\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{239}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}239}\mathrm{U}\stackrel{\mathrm{\beta }}{\to }{\phantom{A}}_{\phantom{93}}^{\phantom{239}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}93}^{\phantom{2}239}\mathrm{N}\mathrm{p}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e;$

${\phantom{A}}_{\phantom{93}}^{\phantom{239}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}93}^{\phantom{2}239}\mathrm{N}\mathrm{p}\stackrel{\mathrm{\beta }}{\to }{\phantom{A}}_{\phantom{94}}^{\phantom{239}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}94}^{\phantom{2}239}\mathrm{P}\mathrm{u}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e.$

Для промышленного выделения плутония-239 из облученного ядерного топлива используют пьюрекс-процесс.

Изомеры

Известен единственный изомер ^239mPu со следующими характеристиками:

• Избыток массы: 48 981,5(18) кэВ
• Энергия возбуждения: 391,584(3) кэВ
• Период полураспада: 193(4) нc
• Спин и чётность ядра: 7/2⁻

Распад изомерного состояния осуществляется путём изомерного перехода в основное состояние.

Применение

Плутоний-239 используют:

• в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах на тепловых и особенно на быстрых нейтронах;
• при изготовлении ядерного оружия (критическая масса для голого шара из металлического ²³⁹Pu составляет примерно 10 кг, для шара в водяном отражателе примерно 5,2 кг);
• используется в качестве исходного вещества для получения трансплутониевых элементов.

См. также

• Изотопы плутония
• Оружейный плутоний
• Соглашение об утилизации плутония
• Плутоний-239 (фильм)

Ссылки

• Дымоизвещатель «РИД-1». Радиоактивный датчик дыма. Плутоний-239 Шаблон:Wayback (видео)