プルトニウム 化學(xué)特性,用途語(yǔ),生産方法
解説
プルトニウム，アクチノイドに屬する放射性元素の一つ。原子番號(hào)94、元素記號(hào)Pu。ウラン鉱物中にウラン238と自発核分裂で生成した中性子との反応で生じた質(zhì)量數(shù)239の同位體がわずかに存在するが、その事実が知られる以前は完全な人工合成元素と考えられていた。人工元素として初めて肉眼で認(rèn)識(shí)しうる量が生産された元素でもある。1940年カリフォルニア大學(xué)の研究グループがウラン238の重水素衝撃で質(zhì)量數(shù)238の同位體を得たが、その後、原子爆弾開(kāi)発計(jì)畫によって原子爐中で大量に生産されるようになった。ウラン、ネプツニウムがそれぞれ天王星、海王星から命名されたのに倣い、冥王(めいおう)星Plutoから命名された。多くの同位體があるが、半減期の長(zhǎng)いα(アルファ)崩壊核種が多く、質(zhì)量數(shù)244のものの約8000萬(wàn)年が最長(zhǎng)で、大量に生産される239のもので約2萬(wàn)4000年である。
性質(zhì)と用途
プルトニウム，銀白色の金屬となる?yún)g體には結(jié)晶構(gòu)造の異なる6種の同素體があり、そのうち2種は溫度上昇で収縮する特異な性質(zhì)を示す。自己の発する崩壊エネルギーで溫度が自発的に上昇する危険性があるので、小塊にして冷卻保存される。ウランに似て、＋Ⅲから＋Ⅴまでの酸化狀態(tài)でさまざまな化合物をつくり、それらの物理?化學(xué)的性質(zhì)も詳細(xì)に調(diào)べられている。
天然ウランの99.3％を占めるウラン238は現(xiàn)用核分裂爐では燃料とならないが、それが中性子を吸収して生成するプルトニウム239は広いエネルギー範(fàn)囲の中性子と反応して容易に核分裂する核燃料であり、その効率からも、ウラン238の有効利用の面からも重要な核燃料である?，F(xiàn)用爐の使用済み燃料からも再処理によって回収されている。一方、プルトニウムはもっとも危険な物質(zhì)で、その原因は、核分裂が容易なこと、自発昇溫性であること、α崩壊性であることなどにある。プルトニウムを扱うプラントでは、臨界量のプルトニウムが凝集しないように細(xì)心の注意が払われている。
毒性
プルトニウムの毒性は主として肝臓および骨髄造血部への濃縮保留とその場(chǎng)所でのα崩壊に起因する。α粒子そのものは健康な皮膚を通過(guò)しないが、含プルトニウム粉末?溶液は傷、消化器、呼吸器から體內(nèi)に侵入する危険性がある。人體內(nèi)許容基準(zhǔn)はプルトニウム換算0.6マイクログラム、大気許容基準(zhǔn)は30ピコグラム/立方メートルで、ほかのあらゆる毒物よりも低く設(shè)定されている。
説明
Plutonium was first isolated and produced in 1941 at the
University of California-Berkeley, by nuclear chemist Glenn T.
Seaborg and his colleagues, Joseph W. Kennedy, Edwin M.
McMillan, and Arthur C. Wahl. Minute amounts of plutonium
exist naturally, but large amounts are produced in nuclear
reactors when uranium absorbs an atomic particle such as a
neutron.
Natural occurrences of plutonium are very rare, but it can
occur in a reaction called spontaneous fission. This type of
reaction occurs when ores of uranium with a high localized
concentration decay in the right conditions and produce small
amounts of plutonium. Synthetic plutonium is produced in
a controlled nuclear reactor when uranium-238 absorbs
a neutron and becomes uranium-239, ultimately decaying to
plutonium-239. Plutonium has at least 15 different isotopes.
Different isotopes of uranium and different combinations of
neutron absorption and radioactive decay create the different
isotopes of plutonium. Plutonium was discovered during
wartime; therefore, the majority of plutonium production was
for nuclear weapons. Other plutonium applications range from
being energy sources on deep space probes to small amounts
providing power to heart pacemakers.
化學(xué)的特性
silvery white metal; highly reactive; αform: monoclinic, a=0.6183 nm, b=0.4822 nm, c=1.0963 nm; ionic radius of Pu++++ is 0.0887nm; stable form from room temp to 115°C; enthalpy of vaporization 333.5kJ/mol; enthalpy of fusion 2.82kJ/mol; discovered in 1940–1941; prepared in ton quantities in nuclear reactors; 238Pu produced in kg amounts from 237Np; important fuel for producing power for terrestrial and extraterrestrial applications [MER06] [KIR78] [CRC10]
來(lái)歴
The name of Pu derives from the planet Pluto, (the Roman god of the underworld). Pluto was selected because it is the next planet in the solar system beyond the planet Neptune and the element plutonium is the next element in the period table beyond neptunium. Plutonium was first synthesized in 1940 by American chemists Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, Joseph W. Kennedy and Arthur C. Wahl at Berkeley, California, in the nuclear reaction
238U(
2H, 2n)
238Np → β − →
238Pu. The longest half-life associated with this unstable element is 80 million year
244Pu.
使用
The principal plutonium isotopes,
239Pu and
240Pu, were
produced as ingredients for nuclear weapons. It is estimated
that the United States produced 400 kCi of plutonium for
nuclear weapons testing, and approximately 325 kCi was
dispersed globally into the environment from conducted
aboveground tests. Overall, an estimated 500 aboveground
nuclear tests were conducted between 1945 and 1963 by the
Soviet Union, Britain, France, and the United States. From these
tests, it is estimated 100 000 kCi of plutonium were dispersed
into the environment.
Applications for 238Pu include using it as a heat source for
thermoelectric power devices. Radioisotope thermoelectric
generators (RTGs) have been used to provide a source of power
in remote locations, such as deep space probes. This plutonium
isotope generates a large amount of heat through its decay
process. The generated heat is converted into electric power via
a thermocouple in the RTG. Small-scale application of
238Pu is
also used to provide power to heart pacemakers. The concept behind the use of this material is a result of the half-life of the
isotope, since its half-life is extremely long, changing out the
power source is not necessary.
プルトニウム 上流と下流の製品情報(bào)
原材料
準(zhǔn)備製品