خواص فیزیکی و شیمیایی پلوتونیوم پلوتونیوم درجه سلاح: کاربرد، تولید، دفع. گزینه های غنی سازی پلوتونیوم

پلوتونیوم در اواخر سال 1940 در دانشگاه کالیفرنیا کشف شد. توسط مک میلان، کندی و وال با بمباران اکسید اورانیوم (U 3 O 8) با هسته های دوتریوم (دوترون ها) که در یک سیکلوترون بسیار شتاب گرفته بودند، سنتز شد. بعدها مشخص شد که با این واکنش هسته ایابتدا ایزوتوپ کوتاه عمر نپتونیوم 238 و از آن پلوتونیوم 238 با نیمه عمر حدود 50 سال به دست می آید. یک سال بعد، کندی، سیبورگ، سگر و وال با تابش اورانیوم با نوترون های بسیار شتاب در یک سیکلوترون، ایزوتوپ مهم تری به نام پلوتونیوم-239 را سنتز کردند. پلوتونیوم-239 از فروپاشی نپتونیوم-239 تشکیل شده است. پرتوهای آلفا از خود ساطع می کند و نیمه عمر آن 24000 سال است. ترکیب خالص پلوتونیوم برای اولین بار در سال 1942 به دست آمد. سپس مشخص شد که پلوتونیوم طبیعی در سنگ‌های معدنی اورانیوم، به‌ویژه در سنگ‌های معدنی موجود در کنگو وجود دارد.

نام این عنصر در سال 1948 مطرح شد: مک میلان اولین عنصر فرااورانیکی را نپتونیوم نامید، زیرا سیاره نپتون اولین سیاره فراتر از اورانوس است. بر اساس قیاس، آنها تصمیم گرفتند عنصر 94 را پلوتونیوم بنامند، زیرا سیاره پلوتون پس از اورانوس دومین سیاره است. پلوتو که در سال 1930 کشف شد، نام خود را از نام خدای پلوتون، فرمانروای جهان اموات در اساطیر یونان دریافت کرد. در اوایل XIX V. کلارک پیشنهاد کرد که عنصر باریم پلوتونیوم نامیده شود که این نام را مستقیماً از نام خدای پلوتون گرفته است، اما پیشنهاد او پذیرفته نشد.

رادیونوکلئیدهای تشکیل دهنده دوز قسمت 5
تاریخ: 03/08/2011
موضوع:سلامتی

مشخصات اصلی رادیونوکلئیدهای تشکیل دهنده دوز آورده شده است. تاکید اصلی بر ارائه خطرات بالقوه رادیونوکلئیدها است. برای اهداف ایمنی، اثرات رادیوتوکسیک و رادیو بیولوژیکی رادیو ایزوتوپ ها بر روی بدن و محیط در نظر گرفته می شود. موارد فوق این امکان را برای درمان آگاهانه تر فراهم می کند خطر تشعشعرادیونوکلئیدهای تشکیل دهنده دوز

11. سزیم-137

سزیم (لات سزیم- Cs، عنصر شیمیایی گروه I جدول تناوبیمندلیف، عدد اتمی 55، جرم اتمی 132.9054. نام از لاتین کیسیوس- آبی (با خطوط طیفی آبی روشن باز می شود). فلز نقره ای-سفید از گروه قلیایی؛ قابل ذوب، نرم مانند موم؛ چگالی 1.904 گرم بر سانتی متر مکعب است و دارای مشخصات می باشد. وزن 1.88 (در 15ºС)، نقطه ذوب - 28.4ºС. در هوا مشتعل می شود و با آب واکنش انفجاری نشان می دهد. ماده معدنی اصلی آلاینده است.

34 ایزوتوپ شناخته شده سزیم با اعداد جرمی 114-148 وجود دارد که تنها یکی از آنها (133 Cs) پایدار است، بقیه رادیواکتیو هستند. فراوانی ایزوتوپی سزیم 133 در طبیعت تقریباً 100 درصد است. 133 Cs متعلق به عناصر کمیاب است. تقریباً در تمام اشیاء محیطی به مقدار کم یافت می شود. Clarke (متوسط) محتوای نوکلید در پوسته زمین- 3.7∙10 -4٪، در خاک - 5∙10 -5٪. سزیم یک ریز عنصر ثابت موجودات گیاهی و حیوانی است: در فیتوماسه زنده به مقدار 6∙10 -6٪ در بدن انسان وجود دارد - تقریباً 4 گرم با توزیع یکنواخت سزیم-137 در بدن انسان با فعالیت خاص 1 Bq/kg، میزان دوز جذبی طبق نظر نویسندگان مختلف، از 2.14 تا 3.16 میکروگری در سال متغیر است.

در طبیعت، این فلز قلیایی نقره ای-سفید به شکل وجود دارد ایزوتوپ پایدار Cs-133. این عنصر کمیاب با محتوای متوسط ​​در پوسته زمین 3.7∙10 -4٪ است. سزیم معمولی و طبیعی و ترکیبات آن رادیواکتیو نیست. فقط ایزوتوپ 137 Cs که به طور مصنوعی تولید شده است رادیواکتیو است. ایزوتوپ رادیواکتیو با عمر طولانی سزیم 137 Cs از شکافت هسته 235 U و 239 Pu با بازدهی حدود 7٪ تشکیل شده است. در طی واپاشی رادیواکتیو، 137 Cs الکترون هایی با حداکثر انرژی 1173 کو ولت ساطع می کند و به هسته گسیلنده γ با عمر کوتاه 137m Ba تبدیل می شود (جدول 18). دارای بالاترین در بین فلزات قلیایی است فعالیت شیمیایی، فقط در آمپول های تخلیه شده در بسته قابل نگهداری است.

جدول 18
ویژگی های اصلی سزیم-137

ایزوتوپ	نمای اصلی تشعشع	نیمه عمر، تی 1/2	مقدار HCآب ، Bq/dm 3	تغییرات طبیعی OA در آبها (حداقل حداکثر)، Bq/dm 3
137 Cs (+ 137m Ba)	β (E β max = 1173 کو)؛ γ(E γ = 661 کو)		11.0 (NRB-99) 8.0 (SanPiN 2.3.2.560-96)	n∙10 -3 - n∙10 -2

فلز سزیم در فتوسل‌ها و فتومولک‌کننده‌ها در ساخت فوتوکاتدها و به‌عنوان گیرنده در لوله‌های فلورسنت استفاده می‌شود. بخار سزیم سیال عامل در ژنراتورهای MHD است، لیزرهای گازی. ترکیبات سزیم در اپتیک و دستگاه های دید در شب استفاده می شود.

محصولات حاصل از واکنش های شکافت هسته ای حاوی مقادیر قابل توجهی از رادیونوکلئیدهای سزیم تجزیه شده است که در این میان 137 Cs خطرناک ترین است. کارخانه های رادیوشیمیایی نیز می توانند منبع آلودگی باشند. انتشار سزیم 137 در محیط زیست عمدتاً در نتیجه آزمایش‌های هسته‌ای و حوادث در شرکت‌ها رخ می‌دهد. انرژی هسته ای. در آغاز سال 1981، کل فعالیت 137 Cهای آزاد شده در محیط به 960 PBq رسید. تراکم آلودگی در شمال و نیمکره های جنوبیو به طور متوسط ​​توسط کره زمینبه ترتیب 3.42 بود; 0.86 و 3.14 kBq/m2، و در قلمرو اتحاد جماهیر شوروی سابقبه طور متوسط ​​- 3.4 کیلوبایت بر متر مربع.

در صورت تصادف در اورال جنوبیدر سال 1957، یک انفجار حرارتی در یک مرکز ذخیره سازی زباله های رادیواکتیو رخ داد و رادیونوکلئیدها با فعالیت کل 74 PBq، شامل 0.2 PBq از 137 Cs، وارد جو شدند. در طی یک آتش سوزی در Windscale RCP در بریتانیای کبیر در سال 1957، 12 PBq پرتوزا آزاد شد که 46 TBq از 137 Cs. تخلیه فن آوری زباله های رادیواکتیو از شرکت مایاک در اورال جنوبی در رودخانه. جریان در سال 1950 102 PBq بود که شامل 137 Cs 12.4 PBq بود. حذف رادیونوکلئیدهای باد از دشت سیلابی دریاچه. کاراچای در جنوب اورال در سال 1967 بالغ بر 30 ترابایت مربع بود. 137 Cs 0.4 TBq را به خود اختصاص داده است.

فاجعه واقعی حادثه نیروگاه هسته ای چرنوبیل (ChNPP) در سال 1986 بود: 1850 PBq پرتوزا از راکتور تخریب شده آزاد شد که سزیم رادیواکتیو 270 PBq را تشکیل می داد. گسترش رادیونوکلئیدها به ابعاد سیاره ای رسیده است. در اوکراین، بلاروس و منطقه مرکزی فدراسیون روسیهبیش از نیمی از کل مقدار رادیونوکلئیدهای ذخیره شده در CIS کاهش یافت. موارد شناخته شده ای از آلودگی محیط زیست در نتیجه نگهداری بی دقتی منابع سزیم رادیواکتیو برای اهداف پزشکی و فناوری وجود دارد.

سزیم-137 در تشخیص نقص گاما، فناوری اندازه‌گیری، استریلیزاسیون پرتوی محصولات غذایی، داروها و داروها و در رادیوتراپی برای درمان تومورهای بدخیم استفاده می‌شود. سزیم-137 همچنین در تولید منابع جریان رادیوایزوتوپ استفاده می شود، جایی که به شکل کلرید سزیم (چگالی 3.9 گرم در سانتی متر) استفاده می شود. 3 ، آزادسازی انرژی در حدود 1.27 W/cm 3 ).

سزیم-137 در سنسورهای سطح حد برای جامدات حجیم در سطل های مات استفاده می شود. سزیم-137 دارای مزایای خاصی نسبت به کبالت-60 رادیواکتیو است: نیمه عمر طولانی تر و تشعشعات گامای خشن کمتر. از این نظر دستگاه های مبتنی بر 137 C دوام بیشتری دارند و حفاظت در برابر تشعشعات دست و پا گیر کمتری دارد. با این حال، این مزایا تنها در غیاب ناخالصی 137 Cs با نیمه عمر کوتاه‌تر و تابش گامای شدیدتر واقعی می‌شوند.

به طور گسترده ای به عنوان منبع تابش γ استفاده می شود. در پزشکی، منابع سزیم، همراه با منابع رادیوم، در دستگاه‌ها و دستگاه‌های γ درمانی برای گاماتراپی بین بافتی و حفره‌ای استفاده می‌شوند. از سال 1967، پدیده انتقال بین دو سطح فوق ریز از حالت پایه اتم سزیم-137 برای تعریف یکی از واحدهای اساسی زمان - ثانیه استفاده شده است.

Radiocesium 137 Cs یک رادیونوکلئید منحصراً تکنولوژیک است که حضور آن در محیط مورد مطالعه با آزمایش همراه است سلاح های هسته اییا با استفاده از فن آوری های هسته ای. 137 Cs یک ایزوتوپ رادیواکتیو β-γ از سزیم است که یکی از اجزای اصلی آلودگی رادیواکتیو تکنولوژیکی زیست کره است. در نتیجه واکنش های شکافت هسته ای شکل گرفته است. موجود در ریزش رادیواکتیو، تخلیه و پسماند کارخانه های رادیوشیمیایی. OA 137 Cs در آب آشامیدنی به سطوح 11 Bq/dm 3 یا 8 Bq/dm 3 محدود شده است.

یکی از ویژگی های ژئوشیمیایی 137 Cs توانایی آن در نگهداری بسیار محکم توسط جاذب های طبیعی است. در نتیجه، با ورود به OPS، با دور شدن از منبع آلودگی، فعالیت آن به سرعت کاهش می یابد. آبهای طبیعی به دلیل جذب 137 Cs توسط سوسپانسیون ها و رسوبات کف نسبتاً سریع خود را تصفیه می کنند.

سزیم می تواند به مقدار قابل توجهی در گیاهان کشاورزی و به ویژه در دانه ها انباشته شود. به شدت از محیط آبیو با سرعت زیاد در سرتاسر گیاه حرکت می کند. ورود کودهای پتاسیم و آهک به خاک به طور قابل توجهی جذب سزیم توسط گیاهان را کاهش می دهد و هر چه قوی تر باشد، نسبت پتاسیم بیشتر می شود.

ضریب تجمع به ویژه در جلبک های آب شیرین و گیاهان خشکی قطب شمال (به ویژه گلسنگ ها) و در دنیای حیوانات - در گوزن شمالی از طریق خزه گوزن شمالی که از آن تغذیه می کنند، بالا است. سزیم 137 عمدتاً از طریق اندام های تنفسی و گوارشی به موجودات زنده نفوذ می کند. این نوکلید عمدتاً از غذا به مقدار 10 میکروگرم در روز به دست می آید. عمدتاً از طریق ادرار (به طور متوسط ​​9 میکروگرم در روز) از بدن دفع می شود. سزیم یک ریز جزء شیمیایی دائمی بدن گیاهان و جانوران است. مخزن اصلی سزیم در بدن پستانداران ماهیچه ها، قلب و کبد است. حدود 80 درصد سزیمی که وارد بدن می شود در ماهیچه ها، 8 درصد در اسکلت تجمع می یابد و 12 درصد باقیمانده به طور مساوی در سایر بافت ها توزیع می شود.

سزیم 137 عمدتاً از طریق کلیه ها و روده ها دفع می شود. نیمه عمر بیولوژیکی سزیم 137 انباشته شده برای انسان به طور کلی 70 روز در نظر گرفته می شود (طبق کمیسیون بین المللی حفاظت رادیولوژیکی). در طی دفع، مقادیر قابل توجهی سزیم در قسمت تحتانی روده دوباره جذب خون می شود. یک درمان موثربرای کاهش جذب سزیم در روده، فروسیانید به عنوان جاذب استفاده می شود که نوکلید را به شکل غیرقابل هضم متصل می کند. علاوه بر این، برای تسریع در حذف نوکلید، فرآیندهای دفع طبیعی تحریک شده و از عوامل کمپلکس کننده مختلف استفاده می شود.

ایجاد صدمات ناشی از تشعشعات در انسان در هنگام جذب دوز تقریباً 2 گری یا بیشتر قابل انتظار است. دوزهای 148، 170 و 740 MBq مربوط به درجات خفیف، متوسط ​​و شدید آسیب است، اما واکنش تشعشع حتی با واحدهای MBq مشاهده می شود.

137 Cs متعلق به گروهی از مواد رادیواکتیو است که به طور مساوی در اندام ها و بافت ها پراکنده شده اند، به همین دلیل از نظر رادیو سمیت به عنوان یک هسته با خطر متوسط ​​طبقه بندی می شوند. توانایی خوبی برای ورود به بدن به همراه پتاسیم از طریق زنجیره غذایی دارد.

منبع اصلی سزیم وارد شده به بدن انسان، محصولات غذایی با منشا حیوانی آلوده به نوکلید است. محتوای سزیم رادیواکتیو در یک لیتر شیر گاو به 0.8-1.1٪ از مصرف روزانه نوکلید، بز و گوسفند - 10-20٪ می رسد. با این حال، به طور عمده در بافت ماهیچه ای حیوانات تجمع می یابد: 1 کیلوگرم گوشت گاو، گوسفند، خوک و مرغ حاوی 4.8، 20 و 26 درصد (به ترتیب) از مصرف روزانه سزیم است. کمتر به پروتئین تخم مرغ وارد می شود - 1.8-2.1٪. سزیم حتی در مقادیر بیشتری در بافت های ماهیچه ای هیدروبیونت ها تجمع می یابد: فعالیت 1 کیلوگرم ماهی آب شیرین می تواند بیش از 1000 برابر از فعالیت 1 لیتر آب بیشتر باشد (در ماهی های دریایی کمتر است).

منبع اصلی سزیم برای جمعیت روسیه لبنیات و محصولات غلات است (پس از حادثه چرنوبیل - لبنیات و محصولات گوشتی در اروپا و ایالات متحده آمریکا، سزیم عمدتاً از لبنیات و محصولات گوشتی و کمتر از غلات و سبزیجات تهیه می شود). تابش مداوم داخلی ایجاد شده در این روش به طور قابل توجهی آسیب بیشتری نسبت به تابش خارجی با این ایزوتوپ ایجاد می کند.

روش‌های منتشر شده برای اندازه‌گیری فعالیت 137 Cs با انتشار β شامل آماده‌سازی نمونه رادیوشیمیایی و جداسازی سزیم با درجه خلوص بالا برای از بین بردن تأثیر تداخلی سایر تابش‌کنندگان β است. روش های مدرنتعیین 137 Cs، به طور معمول، بر اساس تشخیص تابش گاما با انرژی 661.6 کو است. آنها به روش های ابزاری تقسیم می شوند که حد پایین تعیین (LDL) آن 10-1 Bq/kg (یا Bq/dm3) و روش هایی با غنی سازی اولیه شیمیایی (LDL تا 10-2 Bq/kg) است. برای تغلیظ Cs 137 از محلول های رقیق، اغلب از رسوب همزمان آن با فروسیانیدهای نیکل، مس، روی، آهن، کبالت، کلسیم، منیزیم یا جاذب بر اساس آنها استفاده می شود.

12. پلوتونیوم

پلوتونیوم (پلوتونیوم) Pu یک عنصر شیمیایی رادیواکتیو مصنوعی از گروه III جدول تناوبی عناصر مندلیف، عدد اتمی 94، عنصری فرااورانیوم، متعلق به اکتینیدها است. اولین هسته 238 Pu در سال 1940 توسط G. Th. McMillan، E. M. McMillan، J. E. Kennedy و A. C. Val (A.Ch.Wahl) کشف شد. در بهار سال 1941، سیبورگ و همکارانش پس از فروپاشی 239 نیوتن pp، یک چهارم میکروگرم 239 Pu را که از تابش 238 U با هسته‌های هیدروژن سنگین (دوترون) تشکیل شده بود، کشف و برای اولین بار جدا کردند. به دنبال اورانیوم و نپتونیم، عنصر جدید به افتخار سیاره پلوتون که در سال 1930 کشف شد، نام خود را دریافت کرد. از 24 آگوست 2006، با تصمیم اتحادیه بین المللی نجوم، پلوتون دیگر یک سیاره نیست. منظومه شمسی. در اساطیر یونانی، پلوتون (معروف به هادس) خدای پادشاهی مردگان است.

پلوتونیوم پلوتونیم خطرناک ترین فلز سنگین است. دارای 15 ایزوتوپ رادیواکتیو با اعداد جرمی از 232 تا 246 است که عمدتاً گسیل‌کننده‌های α هستند. روی زمین فقط ردپایی از این عنصر و فقط در سنگ معدن اورانیوم وجود دارد. مقادیر T½ تمام ایزوتوپ‌های پلوتونیوم بسیار کمتر از سن زمین است و بنابراین تمام پلوتونیوم اولیه (که در طول شکل‌گیری آن در سیاره ما وجود داشت) کاملاً از بین رفت. با این حال، مقادیر دقیقه 239 Pu دائماً توسط واپاشی بتا 239 Np تولید می شود که به نوبه خود از واکنش هسته ای اورانیوم با نوترون ها (مثلاً نوترون های پرتو کیهانی) ناشی می شود.

بنابراین، آثار پلوتونیوم در سنگ معدن اورانیوم در مقادیر میکروسکوپی (0.4-15 قسمت پلوتونیم در 1012 قسمت U) یافت شد که استخراج آن از سنگ معدن اورانیوم قابل بحث نیست. حدود 5000 کیلوگرم از آن در نتیجه آزمایش های هسته ای در جو رها شد. بر اساس برخی برآوردها، خاک ایالات متحده به طور متوسط ​​حاوی 2 میلی کوری (28 میلی گرم) پلوتونیوم در هر کیلومتر مربع ریزش است. این محصول معمولی خلقت انسان است. در راکتورهای هسته ای از اورانیوم 238 تولید می شود که به طور متوالی به اورانیوم 239، نپتونیوم 239 و پلوتونیوم 239 تبدیل می شود.

ایزوتوپ های زوج پلوتونیوم-238، -240، -242 مواد شکافت پذیر نیستند، اما می توانند تحت تأثیر نوترون ها شکافت کنند. انرژی بالا(قابل تقسیم هستند). آنها قادر به حفظ یک واکنش زنجیره ای نیستند (به استثنای پلوتونیوم-240). ایزوتوپ های 232 Pu - 246 Pu به دست آمد. 247 Pu و 255 Pu نیز در میان محصولات انفجار بمب های هسته ای یافت شد. پایدارترین آنها 244 Pu غیرقابل دسترس است (آفروپاشی و شکافت خودبخودی، T 1/2= 8.2·10 7 سال، جرم اتمی 244.0642). وقتی آزاد باشد، فلزی شکننده و سفید نقره ای است. آثاری از ایزوتوپ‌های 247 Pu و 255 Pu در گرد و غبار جمع‌آوری شده پس از انفجار بمب‌های هسته‌ای یافت شد.

تلاش‌ها و منابع عظیمی به تحقیقات هسته‌ای و ایجاد صنعت هسته‌ای در ایالات متحده، مانند اتحاد جماهیر شوروی سابق، اختصاص یافت. در کوتاه مدتهسته ای و فیزیکی خواص شیمیاییپلوتونیوم (جدول 19). اولین دستگاه هسته ای مبتنی بر پلوتونیوم در 16 ژوئیه 1945 در سایت آزمایش آلاموگوردو (آزمایش با کد Trinity) منفجر شد. در اتحاد جماهیر شوروی، اولین آزمایشات برای به دست آوردن 239 Pu در سال 1943-1944 آغاز شد. تحت رهبری دانشگاهیان I.V. کورچاتوف و V.G. خلوپین. برای اولین بار در اتحاد جماهیر شوروی، پلوتونیوم از اورانیوم تابش شده با نوترون جدا شد. در سالهای 1945 و 1949، اولین کارخانه جداسازی رادیوشیمیایی در اتحاد جماهیر شوروی آغاز به کار کرد.

جدول 19
خواص هسته ای مهم ترین ایزوتوپ های پلوتونیوم

خواص هسته ای	پلوتونیوم-238	پلوتونیوم-239	پلوتونیوم-240	پلوتونیوم-241	پلوتونیوم-242
نیمه عمر، سال
فعالیت، Ci/g
نوع واپاشی رادیواکتیو	پوسیدگی آلفا	پوسیدگی آلفا	پوسیدگی آلفا	پوسیدگی بتا	پوسیدگی آلفا
انرژی واپاشی رادیواکتیو، MeV

توجه داشته باشید. همه ایزوتوپ های پلوتونیوم ساطع کننده های گامای ضعیفی هستند. پلوتونیوم 241 به آمریکیوم 241 تبدیل می شود (یک ساطع کننده گاما قدرتمند)

تنها دو ایزوتوپ پلوتونیوم برای مقاصد صنعتی و نظامی کاربرد عملی دارند. پلوتونیوم-238 که در راکتورهای هسته ای از نپتونیوم-237 تولید می شود، برای تولید ژنراتورهای ترموالکتریک فشرده استفاده می شود. شش میلیون الکترون ولت از فروپاشی یک هسته اتمی پلوتونیوم 238 آزاد می شود. در واکنش شیمیاییهمین انرژی در طی اکسیداسیون چند میلیون اتم آزاد می شود. یک منبع الکتریسیته حاوی یک کیلوگرم پلوتونیوم-238 توان حرارتی 560 مگاوات را تولید می کند. حداکثر قدرت با همان وزن منبع شیمیاییجریان - 5 وات.

ساطع کننده های زیادی با ویژگی های انرژی مشابه وجود دارد، اما یکی از ویژگی های پلوتونیوم-238 این ایزوتوپ را ضروری می کند. فروپاشی آلفا معمولاً با تشعشعات گامای قوی همراه است که از لایه‌های بزرگ ماده نفوذ می‌کند. 238 Pu یک استثنا است. انرژی پرتوهای گاما همراه با فروپاشی هسته آن کم است و محافظت در برابر آن دشوار نیست: تابش توسط یک ظرف جدار نازک جذب می شود. احتمال شکافت خود به خودی هسته های این ایزوتوپ نیز کم است. بنابراین، نه تنها در منابع فعلی، بلکه در پزشکی نیز کاربرد پیدا کرده است. باتری‌های حاوی پلوتونیوم-238 به عنوان منبع انرژی در محرک‌های قلبی خاص عمل می‌کنند که عمر مفید آنها به 5 سال یا بیشتر می‌رسد.
آلیاژ پلوتونیوم-بریلیم به عنوان منبع نوترون آزمایشگاهی عمل می کند. ایزوتوپ Pu-238 در تعدادی از ژنراتورهای انرژی ترموالکتریک هسته ای در وسایل نقلیه تحقیقاتی فضایی یافت می شود. به دلیل عمر طولانی و قدرت حرارتی بالا، این ایزوتوپ تقریباً به طور انحصاری در RTG برای اهداف فضایی استفاده می شود، به عنوان مثال، در تمام وسایل نقلیه ای که فراتر از مدار مریخ پرواز کرده اند.

از بین تمام ایزوتوپ ها، جالب ترین ایزوتوپ Pu-239 است، نیمه عمر آن 24110 سال است. به عنوان یک ماده شکافت پذیر، 239 Pu به طور گسترده به عنوان سوخت هسته ای در راکتورهای هسته ای استفاده می شود (انرژی آزاد شده در طول شکافت 1). جی 239 Pu، معادل گرمای آزاد شده از احتراق 4000 کیلوگرم زغال سنگ)، در تولید سلاح های هسته ای (به اصطلاح "پلوتونیوم درجه سلاح") و در بمب های اتمی و گرما هسته ای و همچنین برای راکتورهای هسته ای نوترونی سریع و راکتورهای هسته ای برای اهداف عمرانی و تحقیقاتی. به عنوان منبع تابش α، پلوتونیوم، همراه با 210 پو، کاربرد گسترده ای در صنعت، به ویژه، در دستگاه هایی برای حذف بارهای الکترواستاتیک پیدا کرده است. از این ایزوتوپ در تجهیزات ابزار دقیق و کنترل نیز استفاده می شود.

پلوتونیوم دارای خواص ویژه بسیاری است. کمترین رسانایی حرارتی را در بین تمام فلزات و کمترین رسانایی الکتریکی را دارد، به استثنای منگنز. در فاز مایع خود چسبناک ترین فلز است. نقطه ذوب -641 درجه سانتیگراد؛ نقطه جوش -3232 درجه سانتیگراد؛ چگالی - 19.84 (در فاز آلفا). این عنصر بسیار الکترونگاتیو و واکنش شیمیایی است، بسیار بیشتر از اورانیوم. به سرعت محو می شود و یک لایه رنگین کمانی (مانند یک لایه روغن رنگین کمانی) تشکیل می دهد که در ابتدا زرد روشن است و در نهایت به بنفش تیره تبدیل می شود. اگر اکسیداسیون کاملاً شدید باشد، یک پودر اکسید سبز زیتونی (PuO 2) روی سطح آن ظاهر می شود. پلوتونیوم به راحتی اکسید می شود و حتی در حضور رطوبت خفیف به سرعت خورده می شود.

هنگامی که دما تغییر می کند، پلوتونیوم دچار شدیدترین و غیرطبیعی ترین تغییرات چگالی می شود. پلوتونیوم دارای شش فاز مختلف (ساختار کریستالی) به شکل جامد است که بیش از هر عنصر دیگری است.

ترکیبات پلوتونیوم با اکسیژن، کربن و فلوئور در صنایع هسته ای (مستقیم یا به عنوان مواد واسطه) استفاده می شود. فلز پلوتونیوم در آن حل نمی شود اسید نیتریک، اما دی اکسید پلوتونیوم در اسید نیتریک غلیظ داغ حل می شود. با این حال، در یک مخلوط جامد با دی اکسید اورانیوم (به عنوان مثال، در سوخت مصرف شده از راکتورهای هسته ای)، حلالیت دی اکسید پلوتونیوم در اسید نیتریک افزایش می یابد، زیرا دی اکسید اورانیوم در آن حل می شود. این ویژگی در پردازش مجدد سوخت هسته ای استفاده می شود (جدول 20).

جدول 20
ترکیبات پلوتونیوم و کاربردهای آنها

ترکیبات پلوتونیوم	برنامه
دی اکسید پلوتونیوم PuO 2	مخلوط با دی اکسید اورانیوم (UO 2) به عنوان سوخت برای راکتورهای هسته ای استفاده می شود
کاربید پلوتونیوم (PuC) دی کاربید پلوتونیوم (PuС 2) تری کاربید پلوتونیوم (PuC 3)	می تواند به طور بالقوه به عنوان سوخت برای راکتورهای پرورش دهنده استفاده شود
پلوتونیوم تری فلوراید (PuF 3) پلوتونیوم تترا فلوراید (PuF 4)	آنها ترکیبات واسطه ای در تولید فلز پلوتونیوم هستند
نیترات پلوتونیوم - Pu(NO 3) 4 و Pu(NO 3) 3	استفاده نشده است. آنها در حال بازفرآوری محصولات هستند (هنگام استخراج پلوتونیوم از سوخت هسته ای مصرف شده)

مهمترین ترکیبات پلوتونیوم: PuF 6 (مایع کم جوش؛ از نظر حرارتی بسیار پایدارتر از UF 6)، اکسید PuO 2 جامد، کاربید PuC و نیترید PunN، که در مخلوط با ترکیبات اورانیوم مربوطه می تواند به عنوان سوخت هسته ای استفاده شود.

پرمصرف ترین دستگاه های رادیوایزوتوپ، هشدارهای آتش یونیزاسیون یا نشانگرهای دود رادیوایزوتوپ هستند. هنگامی که پلوتونیوم به صورت مکانیکی پردازش می شود، به راحتی ذرات معلق در هوا را تشکیل می دهد.

در طبیعت، در طی واپاشی β Np-239 تشکیل می شود که به نوبه خود در طی واکنش هسته ای اورانیوم-238 با نوترون ها (به عنوان مثال، نوترون های حاصل از تشعشعات کیهانی) رخ می دهد. تولید صنعتی Pu-239 نیز بر اساس این واکنش است و در راکتورهای هسته ای رخ می دهد. پلوتونیوم-239 اولین رآکتوری است که در هنگام تابش اورانیوم-238 در یک راکتور هسته ای تشکیل می شود، هر چه این فرآیند بیشتر طول بکشد، ایزوتوپ های سنگین تری از پلوتونیوم تولید می شود. پلوتونیوم-239 باید از نظر شیمیایی از محصولات شکافت و اورانیوم باقیمانده در سوخت مصرف شده جدا شود. این فرآیند پردازش مجدد نامیده می شود. از آنجایی که همه ایزوتوپ ها دارند همان شمارهپروتون ها و نوترون های متفرقه، خواص شیمیایی آنها (خواص شیمیایی به تعداد پروتون های هسته بستگی دارد) یکسان است، بنابراین جداسازی ایزوتوپ ها با استفاده از روش های شیمیایی بسیار دشوار است.

جداسازی بعدی Pu-239 از اورانیوم، نپتونیوم و محصولات شکافت بسیار پرتوزا در کارخانه های رادیوشیمیایی با استفاده از روش های رادیوشیمیایی (هم رسوب، استخراج، تبادلات یونیو غیره) پلوتونیوم فلزی معمولاً با کاهش PuF 3، PuF 4 یا PuO 2 با باریم، کلسیم یا بخار لیتیوم به دست می آید.

سپس توانایی آن در شکافت تحت تأثیر نوترون ها در راکتورهای اتمی و توانایی آن برای انجام یک واکنش شکافت زنجیره ای خودپایدار در حضور جرم بحرانی (7 کیلوگرم) در بمب های اتمی و گرما هسته ای استفاده می شود. جزء اصلی جرم بحرانیتغییر α آن 5.6 کیلوگرم (یک توپ با قطر 4.1 سانتی متر) است. 238 Pu در باتری های الکتریکی "هسته ای" که عمر طولانی دارند استفاده می شود. ایزوتوپ های پلوتونیوم به عنوان مواد خام برای سنتز عناصر ترانس پلوتونیوم (Am و غیره) عمل می کنند.

با تابش نوترون Pu-239، می توان مخلوطی از ایزوتوپ ها را بدست آورد که ایزوتوپ Pu-241 مانند Pu-239 شکافت پذیر است و می توان از آن برای تولید انرژی استفاده کرد. با این حال، نیمه عمر آن 14.4 سال است، که اجازه نمی دهد آن را برای مدت طولانی ذخیره کنید، علاوه بر این، در هنگام پوسیدگی، غیر شکافتنی Am-241 (α-، γ-رادیواکتیو) با نیمه عمر. 432.8 سال. به نظر می رسد که تقریباً هر 14 سال مقدار Am-241 در محیط دو برابر می شود. تشخیص آن، مانند سایر عناصر ترانس اورانیوم، با تجهیزات طیف سنجی γ معمولی دشوار است و روش های تشخیص بسیار خاص و گران قیمت مورد نیاز است. ایزوتوپ Pu-242 از نظر خواص هسته ای بیشتر شبیه به اورانیوم-238 است که از تجزیه ایزوتوپ Pu-241 به دست آمده است و در آشکارسازهای دود استفاده می شود.

آمریکیوم-241، و همچنین سایر عناصر فرااورانی (نپتونیوم، کالیفرنیوم و غیره)، یک رادیونوکلئید خطرناک برای محیط زیست است، که عمدتاً یک عنصر گسیلنده α است که باعث تابش داخلی بدن می شود.

پلوتونیوم بیش از اندازه کافی روی زمین انباشته شده است. تولید آن مطلقاً برای دفاع و انرژی مورد نیاز نیست. با این حال، از 13 رآکتوری که در اتحاد جماهیر شوروی وجود داشت که پلوتونیوم با درجه تسلیحات تولید می کردند، 3 راکتور به کار خود ادامه می دهند: دو تای آنها در شهر Seversk. آخرین رآکتور این چنینی در ایالات متحده در سال 1988 تعطیل شد.

کیفیت پلوتونیوم با درصد ایزوتوپ های موجود در آن (به جز پلوتونیوم-239) تعیین می شود (جدول 21).

از سپتامبر 1998، قیمت پلوتونیوم تعیین شده توسط بخش ایزوتوپ آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) به شرح زیر بود: 8.25 دلار / میلی گرم برای پلوتونیوم-238 (97 درصد خلوص). 4.65 دلار / میلی گرم برای پلوتونیوم-239 (> 99.99٪)؛ 5.45 دلار / میلی گرم برای پلوتونیوم-240 (> 95٪)؛ 14.70 دلار / میلی گرم برای پلوتونیوم-241 (> 93٪) و 19.75 دلار / میلی گرم برای پلوتونیوم-242.

جدول 21
کیفیت پلوتونیوم

این طبقه بندی پلوتونیوم بر اساس کیفیت، که توسط وزارت انرژی ایالات متحده ایجاد شده است، کاملاً دلخواه است. به عنوان مثال، می توان از سوخت و پلوتونیوم راکتور نیز تهیه کرد که نسبت به پلوتونیوم با درجه سلاح کمتر برای اهداف نظامی مناسب است. بمب هسته ای. پلوتونیوم با هر کیفیتی می تواند برای ایجاد سلاح های رادیولوژیکی (زمانی که مواد رادیواکتیو بدون ایجاد انفجار هسته ای پراکنده می شوند) استفاده شود.

فقط 60 سال پیش، گیاهان و حیوانات سبز حاوی پلوتونیوم نبودند. حدود 650 تن از انرژی هسته ای و بیش از 300 تن از طریق تولید نظامی تولید شد. بخش قابل توجهی از کل تولید پلوتونیوم در روسیه قرار دارد.

هنگامی که پلوتونیوم در بیوسفر قرار می گیرد، در امتداد سطح زمین مهاجرت می کند و در چرخه های بیوشیمیایی درگیر می شود. پلوتونیوم توسط موجودات دریایی متمرکز شده است: ضریب تجمع آن (به عنوان مثال، نسبت غلظت در بدن و محیط خارجی) برای جلبک ها 1000-9000 است، برای پلانکتون (مخلوط) - حدود 2300، برای نرم تنان - تا 380، برای ستاره دریایی- حدود 1000، برای ماهیچه ها، استخوان ها، کبد و معده ماهی - به ترتیب 5.570، 200 و 1060. گیاهان زمینی پلوتونیوم را عمدتاً از طریق جذب می کنند سیستم ریشهو آن را تا 0.01 درصد از جرم خود جمع می کنند. از دهه 70 در قرن بیستم، سهم پلوتونیوم در آلودگی رادیواکتیو زیست کره افزایش می یابد (تابش بی مهرگان دریایی به دلیل پلوتونیوم بیشتر از 90 Sr و 137 Cs می شود). حداکثر غلظت مجاز 239 Pu در آب های آزاد و هوای اتاق های کار به ترتیب 81.4 و 3.3¼ 10 -5 Bq/l است.

رفتار پلوتونیوم در هوا شرایط ذخیره سازی و جابجایی ایمن آن را در طول تولید تعیین می کند (جدول 22). اکسیداسیون پلوتونیوم خطری برای سلامت انسان به همراه دارد زیرا دی اکسید پلوتونیوم که یک ترکیب پایدار است به راحتی وارد ریه ها می شود. او فعالیت خاص 200 هزار برابر بیشتر از اورانیوم، آزادسازی بدن از پلوتونیومی که وارد آن شده است، عملاً در طول زندگی فرد اتفاق نمی افتد.

نیمه عمر بیولوژیکی پلوتونیوم 80-100 سال است که در بافت استخوانی باشد، غلظت آن در آنجا تقریبا ثابت است. نیمه عمر از کبد 40 سال است. افزودنی های کیلات می توانند سرعت حذف پلوتونیوم را افزایش دهند.

جدول 22
تغییرات در خواص پلوتونیوم در هوا

فرم و شرایط محیطی	واکنش پلوتونیوم
شمش های فلزی در دمای اتاق	نسبتا بی اثر به آرامی اکسید می شود
پودر فلز در دمای اتاق	به سرعت واکنش نشان می دهد تا شکل بگیرد دی اکسید پلوتونیوم (PuO2)
پودر ریز: با ذرات د<1 мм и d>1 میلی متر با ذرات d> 1 میلی متر	به طور تصادفی مشتعل می شود: در دمای 150 درجه سانتیگراد و 500 درجه سانتیگراد
در دما و رطوبت بالا	به شکل گیری واکنش نشان می دهد دی اکسید پلوتونیوم (PuO2)

پلوتونیوم "سم هسته ای" نامیده می شود. کمیسیون بین المللی حفاظت رادیولوژیکی (ICRP) حد جذب سالانه را 280 نانوگرم تعیین کرده است. این بدان معناست که برای قرار گرفتن در معرض شغلی، غلظت پلوتونیوم در هوا نباید از 7 پیکو کوری در متر مکعب تجاوز کند. حداکثر غلظت مجاز Pu-239 (برای پرسنل حرفه ای) 40 نانوکوری (0.56 میکروگرم) و 16 نانوکوری (0.23 میکروگرم) برای بافت ریه است.

مصرف 500 میلی گرم پلوتونیوم به صورت مواد ریز تقسیم شده یا محلول می تواند منجر به مرگ در اثر مواجهه حاد با دستگاه گوارش در طی چند روز یا چند هفته شود. استنشاق 100 میلی گرم پلوتونیوم به شکل ذرات با اندازه مطلوب برای احتباس در ریه های 1-3 میکرون منجر به مرگ ناشی از ادم ریوی در 10-1 روز می شود. استنشاق دوز 20 میلی گرم منجر به مرگ بر اثر فیبروز در حدود یک ماه می شود. برای دوزهای بسیار کمتر از این مقادیر، یک اثر سرطان زا مزمن ظاهر می شود.
در طول زندگی، خطر ابتلا به سرطان ریه در بزرگسالان به میزان پلوتونیوم وارد شده به بدن بستگی دارد. مصرف 1 میکروگرم پلوتونیوم 1 درصد خطر ابتلا به سرطان را به همراه دارد (خطر طبیعی سرطان 20 درصد است). بر این اساس 10 میکروگرم خطر ابتلا به سرطان را از 20 درصد به 30 درصد افزایش می دهد. قرار گرفتن در معرض 100 میکروگرم یا بیشتر، توسعه سرطان ریه را تضمین می کند (معمولاً در طی چند دهه)، اگرچه شواهدی از آسیب ریه ممکن است چندین ماه طول بکشد تا ظاهر شود. اگر به سیستم گردش خون نفوذ کند، به احتمال زیاد شروع به تمرکز در بافت های حاوی آهن می کند: مغز استخوان، کبد، طحال. اگر 1.4 میکروگرم در استخوان یک فرد بالغ قرار داده شود، سیستم ایمنی ناشی از آن بدتر می شود و ممکن است ظرف چند سال سرطان ایجاد شود.

واقعیت این است که Pu-239 یک انتشار دهنده α است و هر یک از ذرات α آن در بافت بیولوژیکی 150 هزار جفت یونی را در طول مسیر کوتاه خود تشکیل می دهند و به سلول ها آسیب می رسانند و دگرگونی های شیمیایی مختلفی تولید می کنند. 239 Pu به موادی با توزیع مخلوط تعلق دارد، زیرا نه تنها در اسکلت استخوان، بلکه در کبد نیز تجمع می یابد. به خوبی در استخوان ها حفظ می شود و به دلیل کندی فرآیندهای متابولیک در بافت استخوان عملاً از بدن خارج نمی شود. به همین دلیل، این نوکلید در دسته سمی ترین ها قرار می گیرد.

در حالی که پلوتونیوم در بدن به منبع ثابتی از اشعه α برای انسان تبدیل می شود و باعث تومورهای استخوانی، سرطان کبد و لوسمی، اختلالات خونساز، استئوسارکوم، سرطان ریه می شود، بنابراین یکی از خطرناک ترین مواد سرطان زا است (جدول 23).

مراجع

1. Tikhonov M.N., Muratov O.E., Petrov E.L. ایزوتوپ ها و فناوری های تابش: درک واقعیت و نگاهی به آینده // تخصص اکولوژیکی. Obz.inf.، 2006، شماره 6، ص. 38--99. - م.، وینیتی راس.
تیخونوف M.N.، Muratov O.E.، Petrov E.L. ایزوتوپ ها و فناوری های تابش: درک واقعیت و نگاهی به آینده // تخصص اکولوژیکی. Obz.inf.، 2006، شماره 6، ص. 38--99. - M., VINITI RAN.2. Bazhenov V.A.، Buldakov L.A.، Vasilenko I.Ya. و غیره مضر است مواد شیمیایی. مواد رادیواکتیو: انتشار مرجع // ویرایش. V.A. Filova et al.-L.: Chemistry, 1990. - 464 p.
3. دایره المعارف شیمی: در 5 جلد // چ. ویرایش زفیروف N.S. - M.: دایره المعارف بزرگ روسیه، 1995. - T. 4، ص. 153-154 (رادیوم)، ص. 282 (روبیدیوم)، ص. 283 (روتنیوم)، ص. 300 (سرب)، ص. 560 (تکنسیوم)، ص. 613 (توریم)؛ 1999. - T. 5, p. 41 (اورانیوم)، ص. 384 (زیرکونیوم).
4. دایره المعارف شیمی: 5 جلد // چ. ویرایش Knunyants I.L. - م.: دایره المعارف شوروی, 1990.- T.1, p. 78 (شقایق دریایی)، ص. 125 (امریکیوم)، ص. 241 (باریم)؛ T. 2, p. 284 (پتاسیم)، ص. 286 (کالیفرنیوم)، ص414 (کبالت)، ص. 577 (لانتانیم)؛ 1992. T. 3, p. 580 (پلوتونیوم).
5. Nesmeyanov A. N. رادیوشیمی. - م.: شیمی، 1978. - 560 ص.
6. Shirokov Yu.M., Yudin N.P. فیزیک هسته ای. - م.، ناوکا، 1980.
7. کوزلوف وی.ف. کتابچه راهنمای ایمنی در برابر تشعشع. - ویرایش پنجم، بازبینی شده. و اضافی - M.: Energoatomizdat, 1999. - 520 p.
8. Moiseev A.A., Ivanov V.I. کتاب دزیمتری و بهداشت پرتو. - M.: Energoatomizdat, 1992. - 252 p.
9. Kirillov V.F.، Knizhnikov V.A.، Korenkov I.P. بهداشت تشعشع // Ed. L.A. ایلینا. - م.: پزشکی، 1988. - 336 ص.
10. Rikhvanov L.P. مشکلات عمومی و منطقه ای رادیواکولوژی. - Tomsk: TPU، 1997. - 384 p.
11. Bagnal K. شیمی عناصر رادیواکتیو کمیاب. پولونیوم - اکتینیوم: ترجمه. از انگلیسی // اد. Yu.V. گاگارینسکی. - م.: انتشارات خارجی. لیتر - 256 s.
12. Gusev N.G.، Rubtsov P.M.، Kovalenko V.V.، Kolobashkin V.V. ویژگی های تشعشعی محصولات شکافت: کتابچه راهنمای. - م.: اتمیزدات، 1974. - 224 ص.
13. عناصر فرااورانی در محیط // ویرایش. ایالات متحده هانسون: ترانس. از انگلیسی - م.: میر، 1985. - 344 ص.
14. اسمیسلوف A.A. اورانیوم و توریم در پوسته زمین. - L.: Nedra, 1974. - 232 p.
15. تشعشعات یونیزان: منابع و اثرات بیولوژیکی. کمیته علمی سازمان ملل متحد در مورد اثرات تشعشعات اتمی (UNSCEAR). گزارش 1982 به مجمع عمومی. T.1. - نیویورک، سازمان ملل متحد، 1982. - 882 ص.
16. منابع، اثرات و خطرات پرتوهای یونیزان // گزارش کمیته علمی سازمان ملل متحد در مورد اثرات تشعشعات اتمی به مجمع عمومی برای سال 1988. - م.: میر، 1992. - 1232 ص.
17. Vasilenko I.Ya. سم شناسی محصولات شکافت هسته ای. - م.: پزشکی، 1999. - 200 ص.
18. Israel Yu.A., Stukin E.D. گاما - تشعشعات رادیواکتیو. - م.: اتمیزدات، 1967. - 224 ص.
19. الکساخین R.M., Arkhipov N.P., Vasilenko I.Ya. رادیونوکلئیدهای طبیعی سنگین در بیوسفر. - م.: ناوکا، 1990. - 368 ص.
20. Krivolutsky D.A. و دیگران اثر تابش یونیزان بر بیوژئوسنوز. - م.: Gidrometeoizdat، 1977. - 320 ص.
21. Buldakov L.A. مواد رادیواکتیو و مردم.-M.: Energoatomizdat، 1990 - 160 p.
22. روزر ال.اس. ذرات معلق در هوا رادیواکتیو //Ed. A.N. مارتینوک. - M.: Energoatomizdat, 2001. - 230 p.
23. Zhuravlev V.F. سم شناسی مواد رادیواکتیو. - M.: Energoatomizdat، 1990. - 336 ص.
24. Moiseev A.A. سزیم-137. محیط زیست - مردم - M.: Energoatomizdat, 1985. - 121 p.
25. تیخونوف M.N., Muratov O.E. چرخه سوخت هسته ای جایگزین: ضرورت و ارتباط // اکولوژی تولید صنعتی، 2009، شماره. 4، ص. 40-48.
26. الکساخین R.M., Vasiliev A.V., Dikarev V.G. و سایرین رادیواکولوژی کشاورزی - م.، اکولوژی، 1370.
27. Chalov P.I. تقسیم ایزوتوپی اورانیوم طبیعی - فرونزه: ایلیم، 1975.
28. Pilipenko A.T. سدیم و پتاسیم // کتابچه راهنمای شیمی ابتدایی. - ویرایش دوم - کیف: ناوکوا دومکا، 1978، ص. 316-319.
29. تیخونوف م.ن. خطر رادون: منابع، دوزها و مسائل حل نشده // کارشناسی اکولوژیکی. Obz.inf.، 2009، شماره. 5، ص. 2-108. - م.، وینیتی راس.
30. Gudzenko V.V., Dubinchuk V.T. ایزوتوپ های رادیوم و رادون در آب های طبیعی - M.: Nauka، 1987. - 157 ص.
31. Martynyuk Yu.N. در بحث کیفیت آب آشامیدنیبا توجه به تشعشع // ANRI، 1996، شماره 1، ص. 64-66.
32. Borisov N.B., Ilyin L.A., Margulis U.Ya. و دیگران ایمنی در برابر تابش هنگام کار با پلونیوم-210 // Ed. I.V. پتریانوا و L.A. ایلینا. - م.: اتمیزدات، 1980. - 264 ص.
33. روش اندازه گیری فعالیت حجمی پلونیوم-210 و سرب-210 در آب های طبیعی به روش آلفا-بتا رادیومتری با تهیه رادیوشیمیایی. - م.، 2001.
34. Gusev N.G., Belyaev V.A. انتشارات رادیواکتیو در بیوسفر: کتابچه راهنمای. - M.: Energoatomizdat، 1991. - 255 ص.
35. بولسونوفسکی آ.یا. تولید مواد هسته ای در روسیه و آلودگی محیط زیست. - در کتاب: اتم بدون مهر "راز": نقطه نظرات. - مسکو-برلین، 1992، ص. 9-29.
36. فدورووا E.A.، Ponomareva R.P.، Milakina L.A. الگوهای رفتار 14 درجه سانتیگراد در سیستم جو-گیاه تحت شرایط غلظت متغیر CO 2 در هوا // اکولوژی، 1985، شماره 5، ص. 24-29.
37. Ponomareva R.P., Milakina L.A., Savina V.I. الگوهای رفتار کربن 14 در زنجیره غذایی انسان تحت تأثیر منبع انتشار محلی // صنعت اتمی: محیط زیستو بهداشت عمومی / اد. L.A. بولداکووا، اس.ن. دمینا. - م.، 1988، ص. 240-249.
38. Rublevsky V.P.، Golenetsky S.P.، Kirdin G.S. کربن رادیواکتیو در بیوسفر - م.: اتمیزدات، 1979. - 150 ص.
39. Artemova N.E., Bondarev A.A., Karpov V.I., Kurdyumov B.S. و غیره انتشار مجاز مواد شیمیایی رادیواکتیو و مضر در لایه زمینی جو. - م.: اتمیزدات، 1980. - 235 ص.
40. دمین س.ن. مشکل کربن 14 در منطقه مایاک PA // مسائل ایمنی تابشی، 2000، شماره 1، ص. 61-66.
41. ساخاروف آ.د. کربن رادیواکتیو انفجارهای هسته ای و اثرات بیولوژیکی غیر آستانه ای // انرژی اتمی، 1958، جلد 4، شماره 6، ص. 576-580.
42. ساخاروف آ.د. کربن رادیواکتیو انفجارهای هسته ای و اثرات بیولوژیکی غیر آستانه ای // علم و امنیت عمومی، 1991، جلد 1، شماره 4، ص. 3-8.
43. Germansky A.M. رادیوکربن اتمسفر و مرگ و میر در دانمارک مجله اینترنتی «بیوتکنولوژی تجاری»، 1384.
44. Evans E. تریتیوم و ترکیبات آن. - م.، اتمیزدات، 1970.
45. Lensky L.A. فیزیک و شیمی تریتیوم. - م.، اتمیزدات، 1360.
46. ​​Belovodsky L.F., Gaevoy V.K., Grishmanovsky V.I. تریتیوم. - م.، اتمیزدات، 1364.
47. Andreev B.M., Zelvensky Ya.D., Katalnikov S.G. ایزوتوپ های سنگین هیدروژن در فناوری هسته ای - م.، اتمیزدات، 1366.
48. Leenson I.A. 100 سوال و پاسخ در مورد شیمی. - M.، AST-Astrel، 2002.
49. Dubasov Yu.V., Okunev N.S., Pakhomov S.A. پایش رادیونوکلئیدهای زنون و کریپتون-85 در منطقه شمال غربی روسیه در سال 2007-2008. // مجموعه گزارشات. III بین المللی مجمع هسته ای 22-26 سپتامبر. 2008 - سنت پترزبورگ: NOU DPO "ATOMPROF"، 2008، ص. 57-62.
50. Ksenzenko V.I., Stasinevich D.S. شیمی و فناوری برم، ید و ترکیبات آنها. ویرایش دوم - M.: In.lit., 1995. - 562 p.
51. Bagnal K. شیمی سلنیوم، تلوریم و پولونیوم. - م.، 1971.
52. رهنمودها MU 2.6.1.082-96. ارزیابی دوز تابش داخلی غده تیروئید با ید-131 بر اساس نتایج تعیین محتوای ید-129 در اشیاء محیطی (تأیید شده توسط معاون رئیس بهداشت دولتی فدراسیون روسیه در 24 مه 1996).
53. Gavrilin Yu.I.، Volkov V.Ya.، Makarenkova I.I. بازسازی گذشته نگر رسوب انتگرال ید-131 توسط شهرک هامنطقه Bryansk روسیه بر اساس نتایج تعیین میزان ید-129 در خاک در سال 2008 // Radiation Hygiene, 2009, Vol. 3, p. 38-44.
54. Vasilenko I.Ya.، Vasilenko O.I. استرانسیوم رادیواکتیو // انرژی: اقتصاد، فناوری، اکولوژی، 2002، شماره 4، ص. 26-32.
55. Vasilenko I.Ya. رادیواکتیو سزیم-137 // طبیعت، 1999، شماره 3، ص. 70-76.
56. اقتصاد پلوتونیوم: خروج یا بن بست. پلوتونیوم در محیط زیست // Comp. میرونوا N.I. - چلیابینسک، 1998. - 74 ص.
57. بلومنتال دبلیو بی. شیمی زیرکونیوم - م.، 1963.
58. Pertsov L.A. تشعشعات یونیزان از بیوسفر. - م.: اتمیزدات، 1973. - 288 ص.
59. کتابخانه مردمی عناصر شیمیایی. کتاب 2. نقره-نیلزبوریوم و فراتر از آن. - ویرایش سوم - م.: ناوکا، 1983. - 573 ص.
60. Ogorodnikov B.I. تورون و محصولات دخترش در مشکل تابش استنشاقی // فناوری اتمی در خارج از کشور، 2006، شماره 6، ص. 10-15.
61. Yarmonenko S.P. رادیوبیولوژی انسان و حیوان.-M.: دانشکده تحصیلات تکمیلی، 1988.-424 ص.
62. Babaev N.S., Demin V.F., Ilyin L.A. و غیره انرژی هسته ایانسان و محیط زیست / اد. آکادمی A.P. الکساندروا - M.: Energoatomizdat, 1984. - 312 p.
63. آبراموف یو.و. و دیگران تعیین دوزهای تابش خارجی اندام ها و بافت ها مطابق با الزامات NRB-99 در شرایط صنعتی // پزشکی موقعیت های شدید، 2000، شماره 3 (6)، صفحات 55-60.
64. الکساخین R.M., Buldakov L.A., Gubanov V.A. و سایر حوادث عمده تشعشعات: عواقب و اقدامات حفاظتی / تحت عمومی. ویرایش L.A. Ilyina و V.A. گوبانوا. - م.: انتشارات، 2001. -752 ص.
65. Mashkovich V.P., Kudryavtseva A.V. حفاظت در برابر تشعشعات یونیزان: هندبوک، ویرایش چهارم. - M.: Energoatomizdat، 1995.
66. پرتو پزشکی. T.2. آسیب تشعشع به انسان / اد. ویرایش آکادمی RAMS L.A. Ilyina. -م.: انتشارات، 1380. -432 ص.

ایزوتوپ پلوتونیوم 238 Pu برای اولین بار در 23 فوریه 1941 توسط گروهی از دانشمندان آمریکایی به رهبری G. Seaborg با تابش دوترون به هسته های اورانیوم به طور مصنوعی بدست آمد. تنها پس از آن پلوتونیوم در طبیعت کشف شد: 239 Pu معمولاً در مقادیر ناچیز در سنگ معدن اورانیوم به عنوان محصول تبدیل رادیواکتیو اورانیوم یافت می شود. پلوتونیوم اولین است عنصر مصنوعی، به دست آمده در مقادیر قابل دسترسی برای توزین (1942) و اولین، که تولید آن در مقیاس صنعتی آغاز شد.
نام این عنصر همچنان موضوع نجومی است: نام آن از پلوتون، دومین سیاره پس از اورانوس، گرفته شده است.

حضور در طبیعت، دریافت:

در سنگ معدن اورانیوم در نتیجه گرفتن نوترون ها (مثلا نوترون های حاصل از تشعشعات کیهانی) توسط هسته های اورانیوم، نپتونیوم (239 نیوتن پتر) تشکیل می شود. ب- که فروپاشی آن پلوتونیوم 239 طبیعی است. با این حال، پلوتونیوم در مقادیر میکروسکوپی (0.4-15 قسمت Pu در هر 1012 قسمت U) تشکیل می شود که استخراج آن از سنگ معدن اورانیوم قابل بحث نیست.
پلوتونیوم در راکتورهای هسته ای تولید می شود. در جریان های قدرتمند نوترونی، همان واکنشی که در سنگ معدن اورانیوم رخ می دهد، رخ می دهد، اما سرعت تشکیل و تجمع پلوتونیوم در راکتور بسیار بیشتر است - یک میلیارد میلیارد بار. برای واکنش تبدیل اورانیوم 238 بالاست به پلوتونیوم 239 با درجه انرژی، شرایط بهینه (در محدوده قابل قبول) ایجاد می شود.
پلوتونیوم 244 نیز در یک راکتور هسته ای انباشته شده است. ایزوتوپ عنصر شماره 95 - americium، 243 Am یک نوترون را گرفت و به americium-244 تبدیل شد. آمریکیوم-244 به کوریم تبدیل شد، اما در یک مورد از 10 هزار مورد انتقال به پلوتونیوم-244 رخ داد. آماده سازی پلوتونیوم 244 با وزن تنها چند میلیونم گرم از مخلوط آمریکیوم و کوریم جدا شد. اما آنها برای تعیین نیمه عمر این ایزوتوپ جالب - 75 میلیون سال - کافی بودند. بعداً تصفیه شد و معلوم شد که برابر با 82.8 میلیون سال است. در سال 1971، آثاری از این ایزوتوپ در ماده معدنی خاکی کمیاب باستناسیت یافت شد. 244 Pu طولانی ترین ایزوتوپ عناصر ترانس اورانیوم است.

خواص فیزیکی:

فلز نقره ای-سفید، دارای 6 تغییر آلوتروپیک است. نقطه ذوب 637 درجه سانتیگراد، نقطه جوش - 3235 درجه سانتیگراد. چگالی: 19.82 گرم بر سانتی متر مکعب.

خواص شیمیایی:

پلوتونیوم قادر به واکنش با اکسیژن برای تشکیل اکسید (IV) است، که مانند تمام اکتینیدهای هفتگانه اول، ویژگی اولیه ضعیفی دارد.
Pu + O 2 = PuO 2
با اسیدهای سولفوریک، کلریدریک، پرکلریک رقیق واکنش می دهد.
Pu + 2HCl(p) = PuCl2 + H2; Pu + 2H 2 SO 4 = Pu(SO 4) 2 + 2H 2
با اسیدهای نیتریک و سولفوریک غلیظ واکنش نمی دهد. ظرفیت پلوتونیوم از سه تا هفت متغیر است. از نظر شیمیایی، پایدارترین (و بنابراین رایج ترین و مورد مطالعه ترین) ترکیبات پلوتونیوم چهار ظرفیتی است. جداسازی اکتینیدها با خواص شیمیایی مشابه - اورانیوم، نپتونیم و پلوتونیوم - می تواند بر اساس تفاوت در خواص ترکیبات چهار ظرفیتی و شش ظرفیتی آنها باشد.

مهمترین ارتباطات:

اکسید پلوتونیوم (IV), PuO 2 , دارای یک شخصیت پایه ضعیف است.
...
...

کاربرد:

پلوتونیوم به طور گسترده در تولید سلاح های هسته ای (به اصطلاح "پلوتونیوم درجه سلاح") استفاده می شد. اولین دستگاه هسته ای مبتنی بر پلوتونیوم در 16 ژوئیه 1945 در سایت آزمایش آلاموگوردو (آزمایش با کد Trinity) منفجر شد.
این ماده (به طور تجربی) به عنوان سوخت هسته ای برای راکتورهای هسته ای برای اهداف عمرانی و تحقیقاتی استفاده می شود.
پلوتونیوم-242 به عنوان یک "ماده خام" برای تجمع نسبتاً سریع عناصر ترانس اورانیوم بالاتر در راکتورهای هسته ای مهم است. اگر پلوتونیوم-239 در یک راکتور معمولی تابش شود، حدود 20 سال طول می کشد تا مقادیر میکروگرمی مثلاً کالیفرنیا-251 از گرم پلوتونیوم جمع شود. پلوتونیوم-242 توسط نوترون های حرارتی شکافت پذیر نیست و حتی در مقادیر زیاد می تواند در شارهای شدید نوترونی تابش شود. بنابراین، در راکتورها، همه عناصر از کالیفرنیوم تا انیشتینیم از این ایزوتوپ "ساخته شده" و در مقادیر وزنی انباشته می شوند.

کووالنکو O.A.
دانشگاه ایالتی HF Tyumen

منابع:
"مواد شیمیایی مضر: مواد رادیواکتیو" فهرست راهنمای L. 1990 p
Rabinovich V.A.، Khavin Z.ya. "یک کتاب مرجع شیمیایی کوتاه" L.: Chemistry, 1977, 90, 306-307.
I.N. بکمن پلوتونیوم (کتاب درسی، 2009)

بشریت همیشه در جستجوی منابع جدید انرژی بوده است که بتواند بسیاری از مشکلات را حل کند. با این حال، آنها همیشه امن نیستند. بنابراین، به طور خاص، آنهایی که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، اگرچه قادر به تولید مقادیر عظیمی از انرژی الکتریکی هستند که همه به آن نیاز دارند، اما همچنان یک خطر مرگبار را به همراه دارند. اما، علاوه بر اهداف صلح آمیز، برخی از کشورهای سیاره ما یاد گرفته اند که از آن برای اهداف نظامی، به ویژه برای ساخت کلاهک های هسته ای استفاده کنند. در این مقاله ما صحبت خواهیم کرددر مورد اساس چنین سلاح های مخربی که نام آن پلوتونیوم با درجه سلاح است.

اطلاعات مختصر

این شکل فشرده از فلز حاوی حداقل 93.5 درصد ایزوتوپ 239Pu است. پلوتونیوم با درجه تسلیحات طوری نامگذاری شد که بتوان آن را از "همتای راکتوری" خود متمایز کرد. در اصل، پلوتونیوم همیشه در مطلقاً در هر رآکتور هسته ای تشکیل می شود، که به نوبه خود بر روی اورانیوم با غنای پایین یا طبیعی کار می کند که در اکثر موارد حاوی ایزوتوپ 238U است.

کاربرد در صنایع نظامی

پلوتونیوم 239Pu با درجه تسلیحات پایه سلاح های هسته ای است. در عین حال، استفاده از ایزوتوپ‌هایی با شماره‌های جرمی 240 و 242 بی‌ربط است، زیرا آنها یک پس‌زمینه نوترونی بسیار بالا ایجاد می‌کنند که در نهایت ایجاد و طراحی مهمات هسته‌ای بسیار مؤثر را پیچیده می‌کند. علاوه بر این، ایزوتوپ‌های پلوتونیوم 240Pu و 241Pu نیمه عمر بسیار کوتاه‌تری در مقایسه با 239Pu دارند، بنابراین قطعات پلوتونیوم بسیار داغ می‌شوند. در همین راستا است که مهندسان مجبور می شوند عناصر اضافی را برای حذف گرمای اضافی به سلاح های هسته ای اضافه کنند. به هر حال، 239Pu در شکل خالص آن گرمتر از بدن انسان است. همچنین نمی‌توان این واقعیت را در نظر گرفت که محصولات حاصل از فرآیند فروپاشی ایزوتوپ‌های سنگین، شبکه بلوری فلز را در معرض تغییرات مضر قرار می‌دهند و این امر به طور طبیعی پیکربندی قطعات پلوتونیومی را تغییر می‌دهد، که در نهایت می‌تواند باعث از کار افتادن کامل یک وسیله انفجاری هسته ای شود.

به طور کلی، می توان بر همه مشکلات فوق غلبه کرد. و در عمل، آزمایش ها قبلاً بیش از یک بار بر اساس پلوتونیوم "راکتور" انجام شده است. اما باید درک کرد که در سلاح های هسته ای فشردگی، وزن مرده کم، دوام و قابلیت اطمینان آنها به هیچ وجه کمترین اهمیت را ندارد. در این راستا، آنها منحصراً از پلوتونیوم با درجه سلاح استفاده می کنند.

ویژگی های طراحی راکتورهای تولیدی

تقریباً تمام پلوتونیوم در روسیه در راکتورهای مجهز به تعدیل کننده گرافیت تولید می شد. هر یک از رآکتورها در اطراف بلوک های استوانه ای از گرافیت ساخته شده اند.

هنگام مونتاژ، بلوک های گرافیتی دارای شکاف های ویژه ای بین خود هستند تا از گردش مداوم مایع خنک کننده که از نیتروژن استفاده می کند اطمینان حاصل شود. ساختار مونتاژ شده همچنین دارای کانال های عمودی است که برای عبور آب خنک کننده و سوخت از آنها ایجاد شده است. خود مجموعه به طور صلب توسط ساختاری با سوراخ‌هایی در زیر کانال‌هایی که برای تخلیه سوخت از قبل تابش شده استفاده می‌شود، پشتیبانی می‌شود. علاوه بر این، هر یک از کانال ها در یک لوله با دیواره نازک ساخته شده از آلیاژ آلومینیوم سبک وزن و بسیار قوی قرار دارند. اکثر کانال های توصیف شده دارای 70 میله سوخت هستند. آب خنک کننده مستقیماً در اطراف میله های سوخت جریان می یابد و گرمای اضافی را از آنها می گیرد.

افزایش توان راکتورهای تولیدی

در ابتدا اولین راکتور مایاک با توان حرارتی 100 مگاوات کار می کرد. با این حال، رهبر اصلی برنامه تسلیحات هسته‌ای شوروی پیشنهاد داد که راکتور باید با توان 170-190 مگاوات در زمستان و 140-150 مگاوات در تابستان کار کند. این رویکرد به رآکتور اجازه می‌دهد تقریباً 140 گرم پلوتونیوم گرانبها در روز تولید کند.

در سال 1952، کار تحقیقاتی تمام عیار به منظور افزایش ظرفیت تولید راکتورهای عامل با استفاده از روش های زیر انجام شد:

• با افزایش جریان آب مورد استفاده برای خنک سازی و عبور از هسته های یک نیروگاه هسته ای.
• با افزایش مقاومت در برابر پدیده خوردگی که در نزدیکی لاینر کانال رخ می دهد.
• کاهش سرعت اکسیداسیون گرافیت.
• افزایش دمای داخل پیل های سوختی

در نتیجه، پس از افزایش شکاف بین سوخت و دیواره کانال، توان عبور آب در گردش به طور قابل توجهی افزایش یافت. ما همچنین توانستیم از شر خوردگی خلاص شویم. برای این منظور، مناسب ترین آلیاژهای آلومینیوم را انتخاب کردیم و شروع به افزودن فعال بی کرومات سدیم کردیم که در نهایت نرمی آب خنک کننده را افزایش داد (PH حدود 6.0-6.2 شد). اکسیداسیون گرافیت متوقف شده است مشکل واقعیپس از استفاده از نیتروژن برای خنک کردن آن (قبلاً فقط هوا استفاده می شد).

در اواخر دهه 1950، نوآوری ها به طور کامل در عمل تحقق یافتند و تورم بسیار غیرضروری اورانیوم ناشی از تشعشعات را کاهش دادند، سختی حرارتی میله های اورانیوم را به طور قابل توجهی کاهش دادند، مقاومت روکش را بهبود بخشیدند و کنترل کیفیت تولید را افزایش دادند.

تولید در مایاک

"چلیابینسک-65" یکی از آن کارخانه های بسیار مخفی است که در آن پلوتونیوم با درجه تسلیحات ساخته شده است. این شرکت چندین رآکتور داشت، و ما نگاهی دقیق تر به هر یک از آنها خواهیم داشت.

راکتور A

این نصب تحت رهبری افسانه ای N. A. Dollezhal طراحی و ایجاد شد. با توان 100 مگاوات کار می کرد. این راکتور دارای 1149 کانال کنترل و سوخت به صورت عمودی در یک بلوک گرافیتی بود. وزن کل سازه حدود 1050 تن بود. تقریباً همه کانال ها (به جز 25) با اورانیوم بارگیری می شدند که جرم کل آن 120-130 تن بود. 17 کانال برای میله های کنترل و 8 کانال برای آزمایش استفاده شد. حداکثر انتشار حرارت طراحی پیل سوختی 3.45 کیلو وات بود. در ابتدا راکتور حدود 100 گرم پلوتونیوم در روز تولید می کرد. اولین پلوتونیوم فلزی در 16 آوریل 1949 تولید شد.

معایب تکنولوژیکی

تقریباً بلافاصله، مشکلات کاملاً جدی شناسایی شد که شامل خوردگی آسترهای آلومینیومی و پوشش سلول های سوختی بود. میله های اورانیوم نیز متورم شدند و آسیب دیدند و باعث نشت آب خنک کننده به طور مستقیم به هسته راکتور شد. پس از هر نشت، راکتور باید تا 10 ساعت متوقف شود تا گرافیت با هوا خشک شود. در ژانویه 1949، لاینرهای کانال جایگزین شدند. پس از این، نصب در 26 مارس 1949 راه اندازی شد.

پلوتونیوم با درجه تسلیحات، که تولید آن در راکتور A با انواع مشکلات همراه بود، در دوره 1950-1954 با میانگین توان واحد 180 مگاوات تولید شد. عملیات بعدی راکتور با استفاده شدیدتر همراه شد که به طور طبیعی منجر به خاموش شدن مکرر (تا 165 بار در ماه) شد. در نتیجه، راکتور در اکتبر 1963 تعطیل شد و تنها در بهار 1964 فعالیت خود را از سر گرفت. در سال 1987 کارزار خود را به طور کامل به پایان رساند و در کل دوره چندین ساله عملیات، 4.6 تن پلوتونیوم تولید کرد.

راکتورهای AB

تصمیم گرفته شد در پاییز 1948 سه راکتور AB در شرکت چلیابینسک-65 ساخته شود. ظرفیت تولید آنها 200-250 گرم پلوتونیوم در روز بود. طراح ارشد پروژه A. Savin بود. هر رآکتور شامل 1996 کانال بود که 65 کانال آن کانال کنترل بود. تاسیسات از یک نوآوری فنی استفاده کردند - هر کانال به یک آشکارساز نشت خنک کننده ویژه مجهز بود. این حرکت امکان تعویض لاینرها را بدون توقف کار خود راکتور فراهم کرد.

سال اول بهره برداری از راکتورها نشان داد که حدود 260 گرم پلوتونیوم در روز تولید می کردند. با این حال، از سال دوم بهره برداری، ظرفیت به تدریج افزایش یافت و در سال 1963 رقم آن 600 مگاوات بود. پس از تعمیرات اساسی دوم، مشکل لاینرها به طور کامل حل شد و قدرت در حال حاضر 1200 مگاوات با تولید سالانه پلوتونیوم 270 کیلوگرم بود. این شاخص ها تا زمان بسته شدن کامل راکتورها باقی ماندند.

راکتور AI-IR

شرکت چلیابینسک از 22 دسامبر 1951 تا 25 مه 1987 از این نصب استفاده کرد. این راکتور علاوه بر اورانیوم، کبالت 60 و پلونیوم 210 نیز تولید می کرد. در ابتدا، این مرکز تریتیوم تولید می کرد، اما بعداً شروع به تولید پلوتونیوم کرد.

همچنین، کارخانه پردازش پلوتونیوم با درجه تسلیحات دارای راکتورهایی بود که بر روی آب سنگین کار می کردند و یک راکتور آب سبک (نام آن "روسلان" بود).

غول سیبری

"Tomsk-7" نام کارخانه ای بود که پنج راکتور برای ایجاد پلوتونیوم را در خود جای داده بود. هر یک از واحدها از گرافیت برای کاهش سرعت نوترون ها و آب معمولی برای اطمینان از خنک شدن مناسب استفاده می کردند.

راکتور I-1 با یک سیستم خنک کننده کار می کرد که آب یک بار از آن عبور می کرد. با این حال، چهار تاسیسات باقی مانده مجهز به مدارهای اولیه بسته مجهز به مبدل های حرارتی بودند. این طراحی امکان تولید بخار اضافی را فراهم می کند که به نوبه خود به تولید برق و گرمایش فضاهای مختلف زندگی کمک می کند.

Tomsk-7 همچنین دارای راکتوری به نام EI-2 بود که به نوبه خود دارای هدف دوگانه بود: پلوتونیوم تولید می کرد و به دلیل بخار تولید شده، 100 مگاوات برق و همچنین 200 مگاوات انرژی حرارتی تولید می کرد.

اطلاعات مهم

به گفته دانشمندان، نیمه عمر پلوتونیوم با درجه سلاح حدود 24360 سال است. عدد بزرگ! در این راستا، این سوال به ویژه حاد می شود: "چگونه به درستی با زباله های تولید این عنصر برخورد کنیم؟" بهترین گزینه ساخت شرکت های ویژه برای پردازش بعدی پلوتونیوم با درجه سلاح در نظر گرفته می شود. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در این حالت عنصر دیگر نمی تواند برای اهداف نظامی استفاده شود و تحت کنترل انسان خواهد بود. این دقیقاً همان روشی است که پلوتونیوم با درجه تسلیحات در روسیه دفع می شود، اما ایالات متحده آمریکا مسیر دیگری را در پیش گرفته است و در نتیجه تعهدات بین المللی خود را زیر پا گذاشته است.

بنابراین، دولت آمریکا پیشنهاد می کند که مواد بسیار غنی شده را نه از راه های صنعتی، بلکه با رقیق کردن پلوتونیوم و ذخیره آن در ظروف مخصوص در عمق 500 متری نابود کند. ناگفته نماند که در این حالت می توان به راحتی مواد را در هر زمان از زمین جدا کرد و دوباره برای اهداف نظامی استفاده کرد. به گفته ولادیمیر پوتین، رئیس جمهور روسیه، در ابتدا کشورها توافق کردند که پلوتونیوم را نه با این روش، بلکه برای دفع در تأسیسات صنعتی از بین ببرند.

هزینه پلوتونیوم با درجه تسلیحات سزاوار توجه ویژه است. به گفته کارشناسان، ده ها تن از این عنصر ممکن است چندین میلیارد دلار هزینه داشته باشد. و برخی از کارشناسان حتی ارزش 500 تن پلوتونیوم با درجه تسلیحات را تا 8 تریلیون دلار تخمین زده اند. مقدار واقعاً چشمگیر است. برای روشن‌تر شدن این موضوع، بیایید بگوییم که در ده سال آخر قرن بیستم، متوسط ​​تولید ناخالص داخلی روسیه 400 میلیارد دلار بوده است. یعنی در واقع قیمت واقعی پلوتونیوم با درجه تسلیحات برابر با بیست تولید ناخالص داخلی سالانه فدراسیون روسیه بود.

پلوتونیوم درجه سلاحپلوتونیوم به شکل یک فلز فشرده است که حداقل 93.5 درصد از ایزوتوپ 239Pu را در خود دارد. در نظر گرفته شده برای ایجاد سلاح های هسته ای.

1. نام و ویژگی ها

آنها آن را "درجه سلاح" می نامند تا آن را از "درجه راکتور" متمایز کنند. پلوتونیوم در هر رآکتور هسته‌ای که بر روی اورانیوم طبیعی یا با غنای پایین کار می‌کند، تشکیل می‌شود که عمدتاً حاوی ایزوتوپ 238U است که نوترون‌های اضافی را جذب کند. اما همانطور که راکتور کار می کند، ایزوتوپ درجه سلاح پلوتونیوم به سرعت می سوزد و در نهایت در راکتور انباشته می شود. تعداد زیادیایزوتوپ های 240Pu، 241Pu و 242Pu، که با گرفتن متوالی چندین نوترون تشکیل می شوند - زیرا عمق سوختن معمولاً توسط عوامل اقتصادی تعیین می شود. هرچه عمق سوختن کمتر باشد، ایزوتوپ‌های 240Pu، 241Pu و 242Pu کمتر حاوی پلوتونیوم جدا شده از سوخت هسته‌ای تابیده شده خواهند بود، اما پلوتونیوم کمتری در سوخت تشکیل می‌شود.

تولید ویژه پلوتونیوم برای سلاح‌هایی که تقریباً منحصراً حاوی 239Pu هستند، عمدتاً مورد نیاز است زیرا ایزوتوپ‌های با اعداد جرمی 240 و 242 یک پس‌زمینه نوترونی بالا ایجاد می‌کنند و طراحی سلاح‌های هسته‌ای مؤثر را دشوار می‌سازند، علاوه بر این، 240Pu و 241Pu نیمه‌عمر بسیار کمتری دارند. 239Pu، به همین دلیل قطعات پلوتونیوم گرم می شوند و لازم است عناصر حذف گرما را نیز در طراحی سلاح هسته ای وارد کنیم. حتی 239Pu خالص گرمتر از بدن انسان است. علاوه بر این، محصولات فروپاشی ایزوتوپ های سنگین، شبکه کریستالی فلز را خراب می کند، که می تواند منجر به تغییر شکل قطعات پلوتونیوم شود که می تواند منجر به از کار افتادن یک وسیله انفجاری هسته ای شود.

در اصل، می توان بر همه این مشکلات غلبه کرد و دستگاه های انفجاری هسته ای ساخته شده از پلوتونیوم "راکتور" با موفقیت آزمایش شده اند، اما در مهمات، جایی که فشرده بودن، وزن سبک، قابلیت اطمینان و دوام نقش مهمی ایفا می کند، به طور انحصاری در درجه تسلیحات تولید شده است. پلوتونیوم استفاده می شود. جرم بحرانی 240Pu و 242Pu فلزی بسیار بزرگ است، 241Pu کمی بزرگتر از 239Pu است.

2. تولید

در اتحاد جماهیر شوروی، تولید پلوتونیوم با درجه تسلیحات ابتدا در کارخانه مایاک در اوزرسک (چلیابینسک-40، چلیابینسک-65 سابق)، سپس در کارخانه شیمیایی سیبری در سورسک (تومسک-7 سابق) و بعداً در کارخانه مایاک انجام شد. کارخانه معدن کراسنویارسک - کارخانه شیمیایی در Zheleznogorsk (همچنین به عنوان Sotsgorod و Krasnoyarsk-26 شناخته می شود) به بهره برداری رسید. تولید پلوتونیوم تسلیحاتی در روسیه در سال 1994 متوقف شد. در سال 1999، راکتورهای اوزیورسک و سورسک تعطیل شدند و در سال 2010 آخرین راکتور در ژلزنوگورسک تعطیل شد.

در ایالات متحده، پلوتونیوم با درجه تسلیحات در چندین مکان مانند مجتمع Hanford در ایالت واشنگتن تولید شد. تولید در سال 1988 بسته شد.

3. سنتز عناصر جدید

تبدیل برخی اتم ها به اتم های دیگر از طریق برهم کنش ذرات اتمی یا زیر اتمی صورت می گیرد. از این میان، فقط نوترون ها در مقادیر زیاد در دسترس هستند. گیگاوات راکتور هسته ایدر طول سال حدود 3.75 کیلوگرم (یا 4*1030) نوترون تولید می کند.

4. تولید پلوتونیوم

اتم های پلوتونیوم در نتیجه زنجیره تشکیل می شوند واکنش های اتمی، با گرفتن یک نوترون توسط اتم اورانیوم 238 شروع می شود:

U238 + n -> U239 -> Np239 -> Pu239

یا به طور دقیق تر:

0n1 + 92U238 -> 92U239 -> -1e0 + 93Np239 -> -1e0 + 94Pu239

با تابش مداوم، برخی از اتم های پلوتونیوم-239 به نوبه خود قادر به گرفتن یک نوترون و تبدیل به ایزوتوپ سنگین تر پلوتونیوم-240 هستند:

Pu239 + n -> Pu240

برای بدست آوردن پلوتونیوم در مقادیر کافی، شارهای نوترونی قوی مورد نیاز است. اینها دقیقاً همان چیزی است که در راکتورهای هسته ای ایجاد می شود. در اصل، هر رآکتوری منبع نوترون است، اما برای تولید صنعتی پلوتونیوم طبیعی است که از رآکتوری که مخصوص این منظور طراحی شده است استفاده شود.

اولین رآکتور تجاری تولید پلوتونیوم در جهان، راکتور B در هانفورد بود. کار در 26 سپتامبر 1944، قدرت - 250 مگاوات، بهره وری - 6 کیلوگرم پلوتونیوم در ماه. حاوی حدود 200 تن فلز اورانیوم، 1200 تن گرافیت بود و با آب با سرعت 5 متر مکعب در دقیقه خنک می شد.

پانل بارگیری راکتور هانفورد با کاست اورانیوم:

طرح کار آن. در یک راکتور برای تابش اورانیوم-238، نوترون ها در نتیجه یک واکنش زنجیره ای ثابت از شکافت هسته های اورانیوم-235 ایجاد می شوند. به طور متوسط، 2.5 نوترون در هر شکافت U-235 تولید می شود. برای حفظ واکنش و تولید همزمان پلوتونیوم، لازم است که به طور متوسط ​​یک یا دو نوترون توسط U-238 جذب شود و یکی باعث شکافت اتم بعدی U-235 شود.

نوترون های تولید شده در طی شکافت اورانیوم دارای سرعت بسیار بالایی هستند. اتم های اورانیوم به گونه ای چیده شده اند که گرفتن نوترون های سریع توسط هسته های U-238 و U-235 بعید است. بنابراین، نوترون های سریع، با تجربه چندین برخورد با اتم های اطراف، به تدریج سرعت خود را کاهش می دهند. در این مورد، هسته‌های U-238 چنین نوترون‌هایی (سرعت‌های متوسط) را به‌قدری جذب می‌کنند که چیزی برای شکافت U-235 باقی نمی‌ماند و واکنش زنجیره‌ای را حفظ می‌کند (U-235 از نوترون‌های کند و حرارتی تقسیم می‌شود).

این توسط یک تعدیل کننده، مقداری ماده سبک که بلوک های اورانیوم را احاطه کرده است، خنثی می شود. در آن، نوترون‌ها بدون جذب کاهش می‌یابند و برخوردهای الاستیکی را تجربه می‌کنند که در هر کدام بخش کوچکی از انرژی از بین می‌رود. تعدیل کننده های خوب آب و کربن هستند. بنابراین، سرعت نوترون‌ها تا سرعت حرارتی در راکتور کاهش یافت تا زمانی که باعث شکافت U-235 شوند (U-238 آنها را بسیار ضعیف جذب می‌کند). با پیکربندی معینی از تعدیل کننده و میله های اورانیوم، شرایط برای جذب نوترون ها توسط U-238 و U-235 ایجاد خواهد شد.

ترکیب ایزوتوپی پلوتونیوم حاصل به مدت زمانی که میله های اورانیوم در راکتور هستند بستگی دارد. تجمع قابل توجهی از Pu-240 در نتیجه تابش طولانی مدت یک کاست با اورانیوم رخ می دهد. با زمان اقامت کوتاه اورانیوم در راکتور، Pu-239 با محتوای ناچیز Pu-240 به دست می آید.

Pu-240 به دلایل زیر برای تولید سلاح مضر است:

1. شکافت پذیری کمتری نسبت به Pu-239 دارد، بنابراین برای ساخت سلاح به پلوتونیوم کمی بیشتر نیاز است.

2. دوم، دلیل بسیار مهمتر. سطح شکافت خود به خودی در Pu-240 بسیار بالاتر است که یک پس‌زمینه نوترونی قوی ایجاد می‌کند.

در سالهای اولیه توسعه تسلیحات اتمی، انتشار نوترون (پس زمینه نوترونی بالا) یک مشکل در دستیابی به یک شارژ قابل اعتماد و موثر به دلیل انفجار زودرس بود. شارهای قوی نوترونی فشرده کردن هسته بمب حاوی چندین کیلوگرم پلوتونیوم را به حالت فوق بحرانی دشوار یا غیرممکن می‌کرد - قبل از این، با قوی‌ترین، اما هنوز نه حداکثر انرژی ممکن، از بین می‌رفت. ظهور هسته های مخلوط - حاوی U-235 و پلوتونیوم بسیار غنی شده (در اواخر دهه 1940) - زمانی که استفاده از مقادیر نسبتاً کمی پلوتونیوم در هسته های عمدتا اورانیوم ممکن شد، بر این مشکل غلبه کرد. نسل بعدی شارژها، دستگاه‌های تقویت‌شده با همجوشی (در اواسط دهه 1950)، این مشکل را به طور کامل از بین بردند و آزاد شدن انرژی بالا را حتی با بارهای شکافت اولیه کم توان تضمین کردند.

پلوتونیوم تولید شده در راکتورهای ویژه حاوی درصد نسبتا کمی از Pu-240 (<7%), плутоний "оружейного качества"; в реакторах АЭС отработанное ядерное топливо имеет концентрацию Pu-240 более 20%, плутоний "реакторного качества".

در راکتورهای ویژه، اورانیوم برای مدت زمان نسبتاً کوتاهی وجود دارد که در طی آن همه U-235 نمی سوزند و همه U-238 به پلوتونیوم تبدیل نمی شوند، اما مقدار کمتری از Pu-240 تشکیل می شود.

دو دلیل برای تولید پلوتونیوم با محتوای کم Pu-240 وجود دارد:

اقتصادی: تنها دلیل وجود راکتورهای ویژه پلوتونیوم. تجزیه پلوتونیوم توسط شکافت یا تبدیل آن به Pu-240 با شکافت کمتر، بازده را کاهش می دهد و هزینه های تولید را افزایش می دهد (تا جایی که قیمت آن با هزینه پردازش سوخت تابش شده با غلظت های پایین پلوتونیوم متعادل می شود).

دشواری جابجایی: در حالی که انتشار نوترون یک نگرانی عمده برای طراحان سلاح نیست، اما می‌تواند برای چنین شارژی چالش‌هایی را در ساخت و مدیریت ایجاد کند. نوترون‌ها برای کسانی که سلاح‌ها را جمع‌آوری یا نگهداری می‌کنند، سهم بیشتری در قرار گرفتن در معرض شغلی ایجاد می‌کنند (نوترون‌ها خودشان یونیزه نمی‌شوند، اما پروتون‌هایی ایجاد می‌کنند که می‌توانند). در واقع، اتهاماتی که شامل تماس مستقیم با افراد است، مانند دیوی کروکت، ممکن است به این دلیل به پلوتونیوم فوق خالص و کم انتشار نوترون نیاز داشته باشد.

ریخته گری و پردازش واقعی پلوتونیوم با دست در محفظه های مهر و موم شده با دستکش اپراتور انجام می شود. مثل اینها:

این به معنای محافظت بسیار کمی از انسان در برابر پلوتونیوم ساطع کننده نوترون است. بنابراین، پلوتونیوم با محتوای بالای Pu-240 فقط توسط دستکاری‌کننده‌ها پردازش می‌شود یا زمان کار هر کارگر با آن به شدت محدود است.

به همه این دلایل (رادیواکتیویته، خواص بدتر Pu-240) توضیح داده شده است که چرا از پلوتونیوم با کیفیت راکتور برای ساخت سلاح استفاده نمی شود - تولید پلوتونیوم با درجه سلاح به طور خاص ارزان تر است. راکتورها اگرچه ظاهراً می توان از یک راکتور نیز یک وسیله انفجاری هسته ای ساخت.

حلقه پلوتونیومی

این حلقه از فلز پلوتونیوم خالص شده الکترولیتی (بیش از 99.96٪ خالص) ساخته شده است. نمونه‌ای از حلقه‌هایی است که در لوس آلاموس آماده می‌شوند و برای ساخت سلاح به راکی ​​فلتس فرستاده می‌شوند تا زمانی که تولید اخیراً به حالت تعلیق درآمده است. جرم حلقه 5.3 کیلوگرم است، برای ساخت یک شارژ استراتژیک مدرن کافی است، قطر تقریباً 11 سانتی متر است. شکل حلقه برای اطمینان از ایمنی حیاتی مهم است.

ریخته گری آلیاژ پلوتونیوم-گالیوم به دست آمده از یک هسته سلاح:

پلوتونیوم در طول پروژه منهتن

از نظر تاریخی، اولین 520 میلی گرم فلز پلوتونیوم توسط تد ماگل و نیک دالاس در لوس آلاموس در 23 مارس 1944 تولید شد:

پرس برای پرس گرم آلیاژ پلوتونیوم-گالیوم به شکل نیمکره. از این پرس در لوس آلاموس برای ساخت هسته های پلوتونیوم برای بارهای منفجر شده در ناکازاکی و عملیات ترینیتی استفاده شد.

محصولات ریخته شده بر روی آن:

ایزوتوپ های فرعی اضافی پلوتونیوم

جذب نوترون، بدون شکافت، ایزوتوپ های جدیدی از پلوتونیوم ایجاد می کند: Pu-240، Pu-241 و Pu-242. دو مورد آخر در مقادیر کم جمع می شوند.

Pu239 + n -> Pu240

Pu240 + n -> Pu241

Pu241 + n -> Pu242

یک زنجیره جانبی از واکنش ها نیز ممکن است:

U238 + n -> U237 + 2n

U237 -> (6.75 روز، فروپاشی بتا) -> Np237

Np237 + n -> Np238

Np238 -> (2.1 روز، فروپاشی بتا) -> Pu238

اندازه گیری کلی تابش (ضایعات) یک پیل سوختی را می توان بر حسب مگاوات روز در تن (MW-day/t) بیان کرد. پلوتونیوم درجه تسلیحاتکیفیت از عناصری با مقدار کمی MW-day/t بدست می آید، ایزوتوپ های فرعی کمتری تولید می کند. سلول های سوختی در راکتورهای آب تحت فشار مدرن به سطح 33000 مگاوات در روز در تن می رسد. نوردهی معمولی در یک راکتور تولید کننده سلاح (با تولید سوخت هسته ای گسترده) 1000 مگاوات در روز در تن است. پلوتونیوم در راکتورهای تعدیل شده با گرافیت هانفورد تا 600 مگاوات در روز تابش می شود، در ساوانا راکتور آب سنگین پلوتونیوم با همان کیفیت را در 1000 مگاوات در تن تولید می کند (احتمالاً به دلیل این واقعیت است که برخی از نوترون ها برای تشکیل تریتیوم صرف شده است). در طول پروژه منهتن، سوخت اورانیوم طبیعی تنها 100 مگاوات در روز در تن دریافت کرد، بنابراین پلوتونیوم-239 با کیفیت بسیار بالا (فقط 0.9-1٪ Pu-240، ایزوتوپ های دیگر در مقادیر کمتر) تولید کرد.

اطلاعات مرتبط