Plutonium-238

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 18. april 2021; checks kræver 5 redigeringer .

Plutonium-238

En tablet af plutonium-238 dioxid (brugt i RTG'er ), rødglødende på grund af betydelig energifrigivelse under termiske isoleringsforhold.

Navn, symbol

Plutonium-238, 238 Pu

Neutroner

144

Nuklidegenskaber

Atommasse

238.0495599(20) [1] a. spise.

massefejl

46 164,7(18) [1] k eV

Specifik bindingsenergi (pr. nukleon)

7 568.354(8) [1] keV

Halvt liv

87,7(1) [2] år

Forfaldsprodukter

234 U

Forældreisotoper

238 Np ( β - )
238 Am ( β + )
242 Cm ( α )

Spin og paritet af kernen

0 + [2]

Decay kanal	Nedbrydningsenergi
α-henfald	5,59320(19) [ 1] MeV
Spontan opdeling

Tabel over nuklider

Plutonium-238 ( engelsk plutonium-238 ) er et radioaktivt nuklid af det kemiske grundstof plutonium med atomnummer 94 og massenummer 238. Det er den første opdagede isotop af plutonium . Det blev opdaget i 1940 af Glen Seaborg , J. Kennedy, Arthur Wahl og E. M. Macmillan [3] som et resultat af bombardementet af uranium-238 med deuteroner [4] :

\mathrm {^{238}_{92}U} (\mathrm {d} ,\mathrm {2n} )\mathrm {^{238}_{93}Np} \ {\xrightarrow[{2.117\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 1.292\ \mathrm {MeV} }}\ \mathrm {^{238}_{94}Pu} .

Halveringstiden for plutonium-238 er 87,7(1) år . Plutonium-238 er en næsten ren alfa-emitter. Aktiviteten af et gram af dette nuklid er ca. 633,7 GBq .

Et gram rent plutonium-238 genererer cirka 0,567 watt strøm .

Dannelse og forfald

Plutonium-238 dannes som et resultat af følgende henfald:

β - henfald af nuklidet 238 Np (halveringstid er 2,117(2) [2] dage):

{\mathrm {^{{238}}_{{93}}Np}}\højrepil {\mathrm {^{{238}}_{{94}}Pu}}+e^{-}+{\bar {\nu ))_{e};

β + -henfald af nuklidet 238 Am (halveringstid er 98(2) [2] min):

{\mathrm {^{{238}}_{{95}}Am}}\højrepil {\mathrm {^{{238}}_{{94}}Pu}}+e^{+}+\nu _ {e};

α-henfald af nuklidet 242 Cm (halveringstid er 162,8(2) [2] dage):

{\mathrm {^{{242}}_{{96}}Cm}}\højrepil {\mathrm {^{{238}}_{{94}}Pu}}+{\mathrm {^{{4} }_{{2}}Han}}.

Nedbrydningen af plutonium-238 sker på følgende måder:

α-henfald i 234 U (sandsynlighed ≈100% [2] , henfaldsenergi 5 593,20(19) keV [1] ):

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

energien af udsendte α-partikler er 5456,3 keV (i 28,98 % af tilfældene) og 5499,03 keV (i 70,91 % af tilfældene) [5] .

Spontan fission (sandsynlighed 1,9(1)⋅10 −7 %) [2] ;

Henter

Plutonium-238 dannes i enhver atomreaktor, der kører på naturligt eller lavt beriget uran , som hovedsageligt indeholder 238 U isotopen . I dette tilfælde forekommer følgende nukleare reaktioner [4] [6] :

{\mathrm {^{{238}}_{{92}}U}}({\mathrm {n}},{\mathrm {2n}}){\mathrm {^{{237}}_{{92 }}U}}\ {\xhøjrepil[ {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}}.

Vægtmængder af rent plutonium-238 opnås ved neutronbestråling af neptunium-237 , som igen udvindes fra brugt nukleart brændsel [6] .

Prisen for et kilogram plutonium-238 er omkring 2,5 millioner amerikanske dollars [7] .

Ansøgning

Plutonium-238 bruges i radioisotopenergikilder (for eksempel i RTG'er ) [6] . Tidligere (før fremkomsten af lithiumbatterier [8] ) blev de brugt i pacemakere [9] [10] .

USA har brugt plutonium-238 RTG'er på omkring 30 NASA-rumfartøjer, inklusive Voyagers og Cassinis . Cassini rumfartøjet indeholdt således tre RTG'er med 33 kilogram plutoniumdioxid- 238, hvilket sikrede genereringen af 870 watt elektrisk strøm [11] . Curiosity and Perseverance -roverne bærer RTG'er og MMRTG'er med 4,8 kg plutonium-238, hvilket giver 125 W elektrisk effekt [12] . Ud over elektrisk produktion opretholder RTG'er varmebalancen i rumfartøjer og rovere med deres varmeafgivelse. Også i Sojourner- , Spirit- og Opportunity-enhederne blev radioisotopvarmekilder på størrelse med en galvanisk celle i D-størrelse brugt til at opretholde den termiske driftstilstand for elektronisk udstyr, herunder digitale computere. Også den atmosfæriske sonde af den automatiske interplanetariske station " Galileo " havde lignende varmekilder.

Produktion

I USA blev produktionen af plutonium-238 isotopen stoppet i 1988 ( Savannah River ) [13] . I 1992 underskrev det amerikanske energiministerium en femårig aftale om køb af en isotop fra Rusland i mængden af 10 kg og muligheden for at øge forsyningerne til højst 40 kg. Inden for aftalens rammer blev der indgået flere kontrakter, aftalen blev forlænget. I 2009 blev leverancerne afbrudt på grund af omstruktureringen af den russiske atomindustri [14] .

Siden 1993 har de fleste RTG'er på amerikanske rumfartøjer brugt en isotop købt fra Rusland. Fra 2005 er der indkøbt ca. 16,5 kg [15] [16] .

I 2009 anmodede det amerikanske energiministerium om finansiering til at genstarte isotopproduktion i USA [17] [18] . Omkostningerne ved projektet blev anslået til 75-90 millioner dollars over fem år [19] Finansieringen til projektet er delt mellem Department of Energy og NASA [19] . Kongressen gav NASA $10 millioner hver i 2011 og 2012 [19] , men nægtede finansiering til Department of Energy [19] .

I 2013 begyndte Oak Ridge National Laboratory (Tennessee) produktionen af plutonium-238 med en designkapacitet på 1,5-2 kilogram af isotopen om året [20] [21] [22] .

Se også

Isotoper af plutonium

Noter

↑ 1 2 3 4 5 Audi G. , Wapstra AH , Thibault C. AME2003-atommasseevalueringen (II). Tabeller, grafer og referencer (engelsk) // Kernefysik A . - 2003. - Bd. 729 . - s. 337-676 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003 . - .
↑ 1 2 3 4 5 6 7 Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH NUBASE-evalueringen af nukleare og henfaldsegenskaber // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
↑ Volkov V. A. , Vonsky E. V., Kuznetsova G. I. Fremragende kemikere i verden . - M . : Højere skole, 1991. - S. 407 . — 656 s.
↑ 1 2 Milyukova M. S., Gusev N. I., Sentyurin I. G., Sklyarenko I. S. Analytisk kemi af plutonium. - M . : "Nauka", 1965. - S. 7-12. — 454 s. — (Analytisk kemi af grundstoffer). - 3400 eksemplarer.
↑ Egenskaber for 238 Pu på IAEA's hjemmeside (International Atomic Energy Agency) (utilgængeligt link)
↑ 1 2 3 Redaktion: Knunyants I.L. (Chiefred.). Kemisk encyklopædi: i 5 bind - M .: Bolshaya Rossiiskaya entsiklopediya, 1992. - T. 3. - S. 580-582. — 639 s. — 50.000 eksemplarer. - ISBN 5-85270-039-8.
↑ Timosjenko, Alexey . Obama åbnede vejen til rummet for "private forhandlere" (russisk) , gzt.ru (12. oktober 2010). Arkiveret fra originalen den 15. oktober 2010. Hentet 22. oktober 2010.
↑ http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/dimensions/issue7/pacemaker.html Arkiveret 20. marts 2015 på Wayback Machine "Til sidst erstattede moderne lithium-ion-batterier plutonium-batterierne. Lithium-ion-batterier bruges stadig til at drive pacemakere i dag"
↑ Plutonium-drevet pacemaker (1974) . Hentet 29. august 2012. Arkiveret fra originalen 22. august 2011. (ubestemt)
↑ Fakta om pacemakere . Hentet 29. august 2012. Arkiveret fra originalen 18. marts 2021. (ubestemt)
↑ Plutonium. Arkiveret 18. august 2015 hos Wayback Machine World Nuclear Association.
↑ Mars rover drevet af russisk plutonium Arkiveret 19. december 2014 på Wayback Machine // fuelfix.com , 21. august 2012
↑ Økonomisk produktion af Pu - 238: Gennemførlighedsundersøgelse . Center for Rumatomforskning. Dato for adgang: 19. marts 2013. Arkiveret fra originalen 2. juli 2013. (ubestemt)
↑ Plutonium-238 Production for NASA Radioisotope Power Systems // Cryptome, Federal Register Volume 78, Number 6 (9. januar 2013), [FR Doc No: 2013-00239
↑ Ofte stillede spørgsmål om radioisotopstrømsystemer (link ikke tilgængeligt) . Idaho National Laboratory (juli 2005). Dato for adgang: 24. oktober 2011. Arkiveret fra originalen den 2. juli 2013. (ubestemt)
↑ Plutonium-238 produktionsprojekt (link ikke tilgængeligt) . Energiministeriet (5. februar 2011). Hentet 2. juli 2012. Arkiveret fra originalen 3. februar 2012. (ubestemt)
↑ Plutoniummangel kunne standse rumudforskningen . N.P.R. Hentet 19. september 2011. Arkiveret fra originalen 2. juli 2013. (ubestemt)
↑ Greenfieldboyce, Nell. "Plutonium-problemet: Hvem betaler for rumbrændstof?" Arkiveret 17. marts 2021 på Wayback Machine NPR 8. november 2011
↑ 1 2 3 4 Wall, Mike Plutoniumproduktion kan afværge mangel på brændstof i rumfartøjer . Space.com (6. april 2012). Dato for adgang: 2. juli 2012. Arkiveret fra originalen 2. juli 2013. (ubestemt)
↑ RITEG: "hjerter" af rumrobotter eller terroristers våben? Arkiveret 24. september 2015 på Wayback Machine // Voice of America , 27.08.2013
↑ NASA forlod en effektiv atomkraftkilde - Advanced Stirling Radioisotope Thermoelectric Generator (ASRG - Advanced Stirling Radioisotope Generator) Arkiveret 24. september 2015 på Wayback Machine // Popular Mechanics, 25. november 2013
↑ USA genstarter Plutonium-produktion til Deep Space Exploration Arkiveret 15. september 2015 på Wayback Machine // Universe Today, 20. marts 2013

Plutonium-238

Dannelse og forfald

Henter

Ansøgning

Produktion

Se også

Noter

Links