A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
Plutonium 239 (239Pu) je izotop plutonia s poločasem přeměny 24 110 let.[1] Jedná se o hlavní štěpitelný nuklid používaný v jaderných zbraních, 235U se používá méně často. 239Pu je rovněž, spolu s 233U a 235U, jedním ze tří hlavních nuklidů použitelných v tepelných spektrálních jaderných reaktorech.
Jaderné vlastnosti
Jaderné vlastnosti plutonia 239, stejně jako možnost vyrábět velmi čisté 239Pu mnohem levněji, než vysoce obohacený 235U, vedly k jeho využití v jaderných zbraních a jaderných elektrárnách. Při štěpení uranu-235 tepelnými neutrony se uvolní dva nebo tři neutrony, které mohou být absorbovány uranem-238 za vzniku uranu-239, který se dvěma beta minus přeměnami změní na plutonium-239 a to se v reaktoru může štěpit společně s uranem-235.
Plutonium-239 má ze všech běžnějších jaderných paliv nejmenší kritickou hmotnost, přibližně 11 kg,[2] což odpovídá kouli o průměru 10,2 cm. Vhodnými postupy lze toto kritické množství snížit více než dvojnásobně.
Rozštěpením jednoho jádra 239Pu se uvolní 207,1 MeV (3,318×10−11 J) energie, tedy přibližně 19,98 TJ na mol nebo 83,61 TJ na kilogram.[3]
zdroj záření (tepelné štěpení 239Pu) | průměrná uvolněná energie [3] |
---|---|
Kinetická energie jader vzniklých štěpením | 175,8 |
Kinetická energie okamžitých neutronů | 5,9 |
Energie okamžitých γ fotonů | 7,8 |
Celková energie | 189,5 |
Energie částic β− | 5,3 |
Energie antineutrin | 7,1 |
Energie opožděných γ fotonů | 5,2 |
Celková energie rozpadajících se produktů štěpení | 17,6 |
Energie uvolněná záchytem okamžitých neutronů | 11,5 |
Celkové teplo uvolněné v tepelně-spektrálním reaktoru (mimo antineutrina) | 211,5 |
Výroba
Plutonium-239 se vyrábí z uranu, obvykle v jaderných reaktorech přeměnou jednotlivých atomů jednoho z izotopů uranu přítomného v palivových tyčích. Pokud je atom uranu-238 vystaven neutronovému záření, tak některá jeho jádra absorbují neutron za vzniku uranu-239. Tato přeměna je snazší při použití neutronů s nízkou kinetickou energií (aktivační energie štěpení jádra 238U je 6,6 MeV). Uran-239 se následně rychle dvěma beta minus přeměnami změní nejprve na neptunium-239 a následně na plutonium-239:
238
92U + 1
0n → 239
92U → 239
93Np → 239
94Pu
Ke štěpení zde dochází jen výjimečně, a takto vyrobené plutonium stále obsahuje velké množství 238U a dalších izotopů uranu, kyslík, ostatní složky původního materiálu a štěpné produkty. Pokud je palivo vystaveno neutronům v reaktoru několik dnů, tak lze oddělit 239Pu pomocí chemických metod a získat tak velmi čisté 239Pu.
239Pu má větší pravděpodobnost štěpení než 235U a větší počet uvolněných neutronů při štěpení, a tak i menší kritickou hmotnost. Čisté plutonium-239 také méně uvolňuje neutrony kvůli spontánnímu štěpení (asi 10 štěpení za sekundu na kilogram) a díky tomu lze shromáždit výrazně nadkritické množství tohoto izotopu, aniž by došlo k výbuchu kvůli řetězové reakci.
V praxi obsahuje plutonium vyrobené v reaktoru nezanedbatelný podíl 240Pu kvůli tendenci 239Pu pohltit během procesu další neutron. U plutonia-240 je úroveň spontánního štěpení mnohem vyšší (415 000 štěpení·s−1.kg−1), kvůli čemuž je nežádoucí příměsí. Plutonium s velkým podílem 240Pu tak není příliš vhodné k použití v jaderných zbraních; vyzařuje neutronové záření, což ztěžuje skladování, a může vést k menšímu výbuchu, při kterém se zbraň poškodí, ale nedojde k rozštěpení většího množství paliva (u moderních jaderných zbraní využívajících k zahájení fúze tvorbu dalších neutronů, není tento jev problémem). Kvůli tomuto omezení musí být jaderné zbraně využívající plutonium implozního typu. 239Pu a 240Pu od sebe nelze chemicky odlišit, a k jejich oddělení je tedy potřeba náročná a nákladná izotopová separace.
Použití v jaderných reaktorech
V jakémkoliv fungujícím reaktoru obsahujícím uran-238 se vytváří určité množství plutonia-239.[4] Komerční reaktory na rozdíl od reaktorů používaných k výrobě plutonia pro jaderné zbraně obvykle pracují s vyšší spotřebou, což umožňuje, aby v ozářeném palivu vzniklo významné množství plutonia. Plutonium-239 se vyskytuje jak v reaktorovém jádru během provozu, tak i v použitém palivu. Použité palivo obvykle obsahuje kolem 0,8 % 239Pu.
Plutonium-239 přítomné v reaktorovém palivu může absorbovat neutrony a štěpit se podobně jako uran-235. Jelikož se v reaktorovém jádru během provozu 239Pu tvoří neustále, tak může k jeho využívání jako jaderného paliva docházet, aniž by se palivo přepracováválo; plutonium-239 se štěpí v palivových tyčích, ve kterých vzniká. Štěpením plutonia-239 se uvolňuje kolem třetiny veškeré energie obvykle získané v jaderné elektrárně. Pokud část 239Pu není neustále „spalována“, tak může jeho obsah v palivu vzrůst výrazně nad 0,8 %.
Do nového jaderného paliva lze přidat malý podíl 239Pu. Přidání tohoto nuklidu omezuje nutnost použití obohaceného uranu.
Bezpečnost
Plutonium-239 vyzařuje částice alfa za vzniku uranu-235. Jako alfa zářič není příliš nebezpečné jako vnější zdroj ionizujícího záření, ovšem při vdechnutí nebo požití je vysoce toxické a karcinogenní.[5] Požité plutonium je však mnohem méně nebezpečné a jen malá část se vstřebává v žaludku a střevech.[6][7]
Reference
V tomto článku byl použit překlad textu z článku Plutonium-239 na anglické Wikipedii.
- ↑ Archivovaná kopie. www.nndc.bnl.gov . . Dostupné v archivu pořízeném dne 2017-02-20.
- ↑ FAS Nuclear Weapons Design FAQ Archivováno 26. 12. 2008 na Wayback Machine., Accessed 2010-9-2
- ↑ a b Table of Physical and Chemical Constants, Sec 4.7.1: Nuclear Fission . Kaye & Laby Online . Dostupné v archivu pořízeném dne 2010-03-05.
- ↑ HALA, Jiri; JAMES D. NAVRATIL. Radioactivity, Ionizing Radiation, and Nuclear Energy. Brno: Konvoj, 2003. ISBN 80-7302-053-X. S. 102.
- ↑ Bernard Leonard Cohen. The Nuclear Energy Option. : Plenum Press, 1990. Dostupné online. ISBN 978-0306435676. Kapitola Chapter 13, Plutonium and bombs.
- ↑ Bernard Leonard Cohen. The Nuclear Energy Option. : Plenum Press, 1990. Dostupné online. ISBN 978-0306435676. Kapitola Chapter 11, HAZARDS OF HIGH-LEVEL RADIOACTIVE WASTE — THE GREAT MYTH.
- ↑ Emsley 2001, s. 324–329
Externí odkazy
- Obrázky, zvuky či videa k tématu Plutonium-239 na Wikimedia Commons
Text je dostupný za podmienok Creative Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších podmienok. Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky použitia.
Antropológia
Aplikované vedy
Bibliometria
Dejiny vedy
Encyklopédie
Filozofia vedy
Forenzné vedy
Humanitné vedy
Knižničná veda
Kryogenika
Kryptológia
Kulturológia
Literárna veda
Medzidisciplinárne oblasti
Metódy kvantitatívnej analýzy
Metavedy
Metodika
Text je dostupný za podmienok Creative
Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších
podmienok.
Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky
použitia.
www.astronomia.sk | www.biologia.sk | www.botanika.sk | www.dejiny.sk | www.economy.sk | www.elektrotechnika.sk | www.estetika.sk | www.farmakologia.sk | www.filozofia.sk | Fyzika | www.futurologia.sk | www.genetika.sk | www.chemia.sk | www.lingvistika.sk | www.politologia.sk | www.psychologia.sk | www.sexuologia.sk | www.sociologia.sk | www.veda.sk I www.zoologia.sk