Плутоний-238

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Плутоний-238
Radioisotope thermoelectric generator plutonium pellet.jpg

Таблетка диоксида плутония-238 (применяется в РИТЭГах), раскаленная докрасна вследствие значительного энерговыделения в условиях термической изоляции.

Общие сведения
Название, символ Плутоний-238, 238Pu
Нейтронов 144
Протонов 94
Свойства нуклида
Атомная масса 238,0495599(20)[1] а. е. м.
Избыток массы 46 164,7(18)[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон) 7 568,354(8)[1] кэВ
Период полураспада 87,7(1)[2] лет
Продукты распада 234U
Родительские изотопы 238Np (β)
238Am (β+)
242Cm (α)
Спин и чётность ядра 0+[2]
Канал распада Энергия распада
α-распад 5,59320(19)[1] МэВ
SF

Плуто́ний-238 (англ. plutonium-238) — радиоактивный нуклид химического элемента плутония с атомным номером 94 и массовым числом 238. Является первым открытым изотопом плутония. Был открыт в 1940 году Гленом Сиборгом, Дж. Кеннеди, Артуром Валем и Э. М. Макмилланом[3] в результате бомбардировки урана-238 дейтронами[4]:

\mathrm{^{238}_{92}U} (\mathrm{d}, \mathrm{2n}) \mathrm{^{238}_{93}Np} \ \xrightarrow[2,117\ d]{\beta^-\ 1,292\ MeV} \ \mathrm{^{238}_{94}Pu} .

Период полураспада плутония-238 составляет 87,7(1) года. Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 633,7 ГБк; каждую секунду в этом же количестве вещества происходит около 1200 актов спонтанного деления.

Один грамм чистого плутония-238 генерирует приблизительно 0,567 Вт мощности.

Образование и распад[править | править вики-текст]

Плутоний-238 образуется в результате следующих распадов:

\mathrm{^{238}_{93}Np} \rightarrow \mathrm{^{238}_{94}Pu} + e^- + \bar{\nu}_e;
\mathrm{^{238}_{95}Am} \rightarrow \mathrm{^{238}_{94}Pu} + e^+ + \nu_e;
  • α-распад нуклида 242Cm (период полураспада составляет 162,8(2)[2] суток):
\mathrm{^{242}_{96}Cm} \rightarrow \mathrm{^{238}_{94}Pu} + \mathrm{^{4}_{2}He}.

Распад плутония-238 происходит по следующим направлениям:

\mathrm{^{238}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm{^{234}_{92}U} + \mathrm{^{4}_{2}He};

энергия испускаемых α-частиц 5 456,3 кэВ (в 28,98 % случаев) и 5 499,03 кэВ (в 70,91 % случаев)[5].

Получение[править | править вики-текст]

Плутоний-238 образуется в любом ядерном реакторе, работающем на природном или малообогащённом уране, содержащем в основном изотоп 238U. При этом происходят следующие ядерные реакции[4][6]:

\mathrm{^{238}_{92}U} (\mathrm{n}, \mathrm{2n}) \mathrm{^{237}_{92}U} \ \xrightarrow[6,75\ \mathrm{d}]{\beta^-\ 518,6\ \mathrm{keV}} \ \mathrm{^{237}_{93}Np} ;
\mathrm{^{235}_{92}U} (\mathrm{n}, \gamma) \mathrm{^{236}_{92}U} (\mathrm{n}, \gamma) \mathrm{^{237}_{92}U} \ \xrightarrow[6,75\ \mathrm{d}]{\beta^-\ 518,6\ \mathrm{keV}} \ \mathrm{^{237}_{93}Np} ;
\mathrm{^{237}_{93}Np} (\mathrm{n}, \gamma) \mathrm{^{238}_{93}Np} \ \xrightarrow[2,117\ \mathrm{d}]{\beta^-\ 1,292\ \mathrm{MeV}} \ \mathrm{^{238}_{94}Pu} .

Весовые количества изотопно чистого плутония-238 получают путем облучения нейтронами нептуния-237, который в свою очередь добывают из отработанного ядерного топлива[6].

Цена одного килограмма плутония-238 составляет примерно 1 млн долларов США[7].

Применение[править | править вики-текст]

Плутоний-238 используют в малогабаритных радиоизотопных источниках энергии (например, в РИТЭГах)[6]. Ранее (до появления литиевых батарей[8]) использовались в кардиостимуляторах.[9][10]

США использовали РИТЭГи с плутонием-238 на 24 космических аппаратах, включая Вояджеры и Кассини.[11]

Производство в США и мире[править | править вики-текст]

В США производство изотопа плутония-238 было остановлено в 1988 году (Саванна Ривер).[12] Министерство энергетики США подписало в 1992 году пятилетний договор о покупке изотопа у России в объеме 10 кг и возможностью увеличения поставок не более чем до 40 кг. В рамках договора заключалось несколько контрактов, соглашение продлевалось. В 2009 году поставки были прерваны из-за реструктуризации российской ядерной промышленности.[13]

Начиная с 1993 года, большинство РИТЭГов на американских космических аппаратах используют изотоп, приобретаемый у России. По состоянию на 2005 год было закуплено порядка 16.5 кг.[14][15]

В 2009 US DOE запросило финансирование на возобновление производства изотопа на территории США.[16][17] Стоимость проекта оценивалась в 75 — 90 миллионов долларов за пять лет.[18] Финансирование проекта разделено между DOE и NASA.[18] Конгресс предоставил NASA по 10 миллионов в 2011 и 2012 годах,[18] но отказал в финансировании DOE[18].

В 2013 году Национальная лаборатория Оук-Ридж (штат Теннеси) начала производство плутония-238, с проектной мощностью в 1,5-2 килограмма изотопа в год[19][20].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 5 G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  3. Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — М.: Высшая Школа, 1991. — С. 407. — 656 с.
  4. 1 2 Милюкова М.С., Гусев Н.И., Сентюрин И.Г., Скляренко И.С. Аналитическая химия плутония. — М.: «Наука», 1965. — С. 7-12. — 454 с. — (Аналитическая химия элементов). — 3400 экз.
  5. Свойства 238Pu на сайте МАГАТЭ (IAEA, International Atomic Energy Agency)
  6. 1 2 3 Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.
  7. Тимошенко, Алексей. Обама открыл «частникам» дорогу в космос  (рус.), gzt.ru (12 октября 2010). Архивировано из первоисточника 15 октября 2010. Проверено 22 октября 2010.
  8. http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/dimensions/issue7/pacemaker.html «Eventually, modern lithium-ion batteries replaced the plutonium ones. Lithium-ion batteries are still used to power pacemakers today.»
  9. Plutonium Powered Pacemaker (1974)
  10. Facts about pacemakers
  11. [1] "The decay heat of Pu-238 (0.56 W/g) enables its use as an electricity source in the radioisotope thermoelectric generators (RTGs) of some cardiac pacemakers, space satellites, navigation beacons, etc. Plutonium has powered 24 US space ... Voyager ... Cassini spacecraft carries three generators providing 870 watts power as it orbits around Saturn."
  12. Economical Production of Pu - 238: Feasibility Study. Center for Space Nuclear Research. Проверено 19 марта 2013. Архивировано из первоисточника 3 июля 2013.
  13. Plutonium-238 Production for NASA Radioisotope Power Systems // Cryptome, Federal Register Volume 78, Number 6 (January 9, 2013), [FR Doc No: 2013-00239
  14. Commonly Asked Questions About Radioisotope Power Systems. Idaho National Laboratory (July 2005). Проверено 24 октября 2011. Архивировано из первоисточника 3 июля 2013.
  15. Plutonium-238 Production Project. Department of Energy (5 February 2011). Проверено 2 июля 2012.
  16. Plutonium Shortage Could Stall Space Exploration. NPR. Проверено 19 сентября 2011. Архивировано из первоисточника 3 июля 2013.
  17. Greenfieldboyce, Nell. «The Plutonium Problem: Who Pays For Space Fuel?» NPR, 8 November 2011.
  18. 1 2 3 4 Wall, Mike Plutonium Production May Avert Spacecraft Fuel Shortage. Space.com (6 апреля 2012). Проверено 2 июля 2012. Архивировано из первоисточника 3 июля 2013.
  19. Голос Америки, 27.08.2013
  20. U.S. To Restart Plutonium Production for Deep Space Exploration // Universe Today, March 20, 2013

Ссылки[править | править вики-текст]

Легче:
плутоний-237
Плутоний-238 является
изотопом плутония
Тяжелее:
плутоний-239
Изотопы элементов · Таблица нуклидов