plutonium
To knappeformede biter av plutonium som ble brukt i det amerikanske atombombeprosjektet
Av .

Plutonium er et radioaktivt grunnstoff som har atomnummer 94 og atomsymbol Pu. Det er et sølvglinsende metall som er svært hardt og sprøtt ved romtemperatur. Plutonium tilhører actinoidene og står under samarium i periodesystemet.

Faktaboks

Uttale
plutˈonium
Etymologi
etter dvergplaneten Pluto
Engelsk navn
plutonium
Relativ atommasse
244,0642 (ustabil, viktigste isotop)

Plutonium brukes som brensel i kjernereaktorer og som sprengstoff i atomvåpen.

Plutonium finnes i 6 forskjellige polymorfe modifikasjoner. β-modifikasjonen, som er stabil ved temperaturer på over 115 °C, er tilstrekkelig duktil til at man kan bearbeide den maskinelt.

Isotoper

Det er identifisert plutonium-isotoper med nukleontall fra 228 til 247. Den lengstlevende isotopen er 244Pu, som har en halveringstid på 8,00·107 år. 239Pu er den viktigste isotopen fordi den kan fremstilles i store mengder (kilogram), har relativt lang halveringstid, 24110 år, og fisjonerer ved bestråling av både termiske og hurtige nøytroner. Det er disse egenskapene som gjør at nukliden kan brukes som brensel i kjernereaktorer og som sprengstoff i atombomber. Ved fisjon vil ett kilogram plutonium avgi en energimengde som tilsvarer 22·106 kilowatt-timer som varme.

Forekomst

I naturen er det påvist svært små mengder av 239Pu i uranmineraler som bekblende og carnotitt. I disse mineralene er 239Pu dannet ved naturlige kjernereaksjoner hvor 238U fanger inn nøytroner fra spontan fisjon av 235U og fra andre kilder. Som et resultat av slike prosesser antas plutonium å utgjøre 2·10–19 prosent av jordskorpen.

Kjemiske egenskaper

Plutonium løser seg lett i konsentrert saltsyre, men vanskelig i oksiderende syrer. I vandige løsninger kan plutonium inngå i fem forskjellige oksidasjonstrinn:

  • Oksidasjonstrinn III i Pu3+ (blåfarget).
  • Oksidasjonstrinn IV i Pu4+ (oransjebrunt).
  • Oksidasjonstrinn V i plutonyl(V)ionet, PuO+ (svakt fiolett).
  • Oksidasjonstrinn VI i plutonyl(VI)ionet, PuO22+ (oransjerødt).
  • Oksidasjonstrinn VII i PuO65 eller PuO53 (grønn).

Oksidasjonstrinn IV er det mest stabile. Plutonium danner oksidene PuO og PuO2 og en rekke intermediære oksidfaser.

I uranreaktorer blir det tilnærmet dannet ett atom 239Pu for hvert atom 235U som fisjonerer. Naturlig uran inneholder bare 0,7205 prosent av isotopen 235U. Det vil derfor dannes relativt små mengder av plutonium i reaktorer basert på naturlig uran, men brenslet er vanligvis anriket 235U. Plutonium skilles fra etter at reaktorbrenselet først har blitt lagret i flere måneder for at sterkt radioaktive fisjonsprodukter skal desintegrere. Separeringen består av sammensatte kjemiske prosesser (blant annet Purex-prosessen).

Fremstilling

Plutonium (239Pu) fremstilles i store mengder i kjernereaktorer ved nøytronbestråling av 238U.

Håndtering

Plutonium blir som andre α-strålingsemittere behandlet med stor forsiktighet og med spesielt utstyr, på grunn av dets radiotoksisitet og fisjonsegenskaper. På grunn av varmeutviklingen forårsaket av den radioaktive strålingen, må større stykker av plutoniummetall holdes avkjølt for å hindre overoppvarming og eventuelt smelting. Fisjonsegenskapene gjør videre at tilstrekkelig store plutoniummengder danner en kritisk masse som sender ut dødelige mengder av nøytroner og radioaktive stråler. I tillegg vil den store varmemengden som utvikles, kunne bevirke at reaksjonen antar en eksplosiv karakter.

Fysiologisk virkning

Plutoniums radiotoksisitet skyldes dets α-radioaktivitet. Plutonium som er kommet inn i kroppen, forårsaker strålingsdoser spesielt til leveren, tykktarmen og i benhinnen (epitel-celler), men det er sterkt avhengig av den kjemiske formen. Det er ikke funnet kreft hos mennesker forårsaket av plutonium i kroppen. For å redusere et eventuelt inntak kan det benyttes en sterk kompleksdanner, dietylentriaminpentaeddiksyre (DTPA).

For personer som kan bli eksponert i yrkessammenheng, er den årlige grensen for inntak (ALI) 30 kBq, og for inhalering er grensen satt til 220 Bq. For den maksimalt tillatte konsentrasjonen i luft angis 740 Bq per kubikkmeter. De tilsvarende grensene for befolkningen generelt er en tiendedel av de angitte verdiene.

Historie

Glenn T. Seaborg

Glenn T. Seaborg ledet arbeidene med plutonium i Manhattan-prosjektet i 1941–1945. Sammen med Edwin Mattison McMillan fikk han Nobelprisen i kjemi i 1951 for å ha klargjort kjemien til de første transuraner (Np, Pu, Am, Cm) i periodesystemet.

Av /NTB Scanpix ※.

Plutonium ble oppdaget i 1940 som det andre av transuranene, etter neptunium, Np. Glenn T. Seaborg, Edwin M. Mcmillan, Joseph W. Kennedy og Arthur C. Wahl ved University of California i Berkeley fremstilte 238Pu ved å bestråle 238U i form av oksidet U3O8 med deuteroner, d. Ved denne kjernereaksjonen dannes 238Np, som illustrert i denne reaksjonsligningen:

238U + d → 238Np + 2n

Neptunium-nukliden desintegrerer ved β - – stråling til 238Pu, som har en halveringstid på 87,76 år. Grunnstoffet ble kalt plutonium etter dvergplaneten Pluto (som den gang hadde status som planet), fordi den ligger utenfor planeten Neptun, som neptunium var oppkalt etter.

Den langt viktigere plutoniumisotopen 239Pu ble fremstilt kort tid etter ved å bestråle 238U med nøytroner. Som mellomprodukter dannes 239U, som ved β-stråling desintegrerer til 239Np, og som i sin tur desintegrerer ved β-stråling til 239Pu. På denne måten fremstilte Burris B. Cunningham og Louis Werner i 1942 det første mikrogrammet av 239Pu. I 1943 ble de første små metallkornene av plutonium fremstilt ved å redusere plutoniumtrifluorid, PuF3, med et jordalkalimetall.

Les mer i Store norske leksikon

Faktaboks

plutonium
Smeltepunkt
640 °C
Kokepunkt
3228 °C
Massetetthet
19,84 g/cm³
Oksidasjontall
III, IV, V, VI, VII
Elektronkonfigurasjon
[Rn]5f⁶7s²

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg