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]:

Период полураспада плутония-238 составляет 87,7(1) года. Плутоний-238 вляется практически чистым альфа-излучателем. Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 633,7 ГБк.

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:

  • α-распад нуклида 242Cm (период полураспада составляет 162,8(2)[2] суток):

Распад плутония-238 происходит по следующим направлениям:

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]:

Весовые количества изотопно чистого плутония-238 получают путём 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[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 объёме 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 Министерство энергетики США 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 Министерством энергетики и NASA.[18]. Конгресс предоставил NASA по 10 миллионов в 2011 и 2012 годах[18], но отказал в финансировании Министерству энергетики[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][21].

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. Bibcode2003NuPhA.729..337A.
  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. Bibcode2003NuPhA.729....3A.
  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. РИТЭГ: «сердца» космических роботов, или оружие террористов? // Голос Америки, 27.08.2013
  20. NASA отказалось от эффективного ядерного источника энергии — усовершенствованного радиоизотопного термоэлектрического генератора Стирлинга (ASRG — Advanced Stirling Radioisotope Generator) // Попмеханика, 25 ноября 2013
  21. 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