Plutoniu: Diferență între versiuni
Conținut șters Conținut adăugat
Fără descriere a modificării |
Fără descriere a modificării |
||
(Nu s-au afișat 36 de versiuni intermediare efectuate de alți 9 utilizatori) | |||
Linia 102:
Chiar dacă urme de plutoniu sunt prezente în mod natural pe [[Pământ]] (fiind cel mai greu element prezent în natură anterior erei atomice), el este considerat ca fiind un produs antropogen.<ref>Herman V. Henderickx, ''Plutonium: blessing or curse?,'' Copper Beech, 1999 - Nuclear energy - 119 pages</ref> Dintre cei 20 de [[radioizotop]]i existenți se remarcă <sup>238</sup>Pu (sursă termoenergetică) și <sup>239</sup>Pu ([[Izotop fisil|izotop fisil]]).
Plutoniul este un element pentru care electronii 5''f'' sunt situați la limita de tranziție delocalizare–localizare. În tăietură proaspătă are culoarea gri–argintie, care se acoperă rapid cu un strat de oxohidroxid de culoare gri (uneori cu tentă verzuie) în prezența umidității.<ref name=":14">M.A. Haschke, T.H. Allen, L.A. Morales, Surface and corrosion chemistry of plutonium, Los Alamos Science 26 (2000) 257</ref> Este unul din puținele elemente metalice a cărui densitate crește prin topire; în plus, metalul topit suferă o descreștere a densității odată cu creșterea temperaturii. Din punct de vedere chimic, în stare metalică prezintă nu mai puțin de șapte [[Alotropie|forme alotropice]], iar în compuși multiple [[Număr de oxidare|stări de oxidare]] (până la +7).<ref name=":0" /> Reacționează cu [[carbon]], [[Halogen|halogeni]], [[azot]], [[siliciu]]
Plutoniul a fost produs în cantități semnificative tehnologic în timpul [[Proiectul Manhattan|Proiectului Manhattan]]. Bombele ''[[Fat Man]]'' utilizate în cadrul testului nuclear ''[[Testul Trinity|Trinity]]'' și la bombardarea orașului japonez Nagasaki (în august 1945) au utilizat plutoniu drept material exploziv. [[Test nuclear|Testele nucleare]] efectuate în anii 1950-1960 au utilizat la scară extinsă plutoniu. Plutoniul produs în scopuri militare și cel format în [[Reactor nuclear|reactori nucleari]] prin [[Activare cu neutroni|procese de activare]] ridică în prezent probleme majore de [[proliferare nucleară]]. Puterea specifică rezultată ca urmare a evenimentelor de dezintegrare (0
Având în vedere comportamentul fizico-chimic și perspectivele tehnologice, plutoniul este considerat a fi unul dintre cele mai complexe și fascinante elemente din [[Tabelul periodic al elementelor|sistemul periodic]], jucând un rol unic în istoria recentă a omenirii.<ref name=":0" /> La mai puțin de cinci ani de la izolarea sa, acesta a fost folosit în una dintre cele două [[Armă nucleară|bombe atomice]] utilizate în scopuri beligerante, către sfârșitul celui de-[[al Doilea Război Mondial]]. De asemenea, o parte importantă a energiei de origine nucleară este produsă în [[Reactor nuclear|reactori nucleari]] prin [[Fisiune nucleară|fisiunea]] [[Nucleu atomic|nucleelor atomilor]] de plutoniu. Au fost efectuate mai multe experimente de iradiere a unor subiecți umani care studiază plutoniu, fără consimțământul acestora,<ref name=":18" /> iar mai multe accidente [[Masă critică|critice]], unele letale ([[Sindromul iradierii acute|iradiere acută]]), au avut loc după război.<ref>{{Citat web|url=http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/radevents/1961USSR1.html|nume=Johnston|accessdate=24 May 2012|publisher=Johnston's Archive|archiveurl=https://web.archive.org/web/20120204145638/http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/radevents/1961USSR1.html|first1=Wm. Robert|lucrare=Database of radiological incidents and related events|archivedate=4 February 2012|titlu=K-19 submarine reactor accident, 1961}}</ref><ref>{{Citat web|url=http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/radevents/1968USSR6.html|nume=Johnston|accessdate=24 May 2012|publisher=Johnston's Archive|archiveurl=https://web.archive.org/web/20120208085923/http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/radevents/1968USSR6.html|first1=Wm. Robert|lucrare=Database of radiological incidents and related events|archivedate=8 February 2012|titlu=K-27 submarine reactor accident, 1968}}</ref>
Practic, era atomică este asociată plutoniului (alături de uraniu): „''Plutoniul evocă toată gama de emoții umane, de la bine la rău, de la speranță la disperare, de la salvarea omenirii la distrugerea sa totală. Nu există alt element în sistemul periodic care să fi avut un impact atât de profund în conștiința umanității''”.<ref name=":0" />
Linia 112:
== Descoperirea elementului ==
În 1934,<ref>{{Citat web|url=https://www.nndc.bnl.gov/content/evaluation.html|accessdate=13/11/2018|autor=N.E. Holden|titlu=A short history of nuclear data and its evaluation, 51st Meeting of the USDOE Cross Section Evaluation Working Group at BNL November 5-7, 2001}}</ref> [[Enrico Fermi]] a raportat descoperirea elementului ''Hesperium'' (Z=94), incluzând aceste rezultate în prelegerea susținută în fața Comitetului Nobel în 1938.<ref>{{Citat web|url=https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1938/fermi/lecture/|accessdate=23/04/2019|autor=Enrico Fermi|titlu=Artificial radioactivity produced by neutron bombardment: Nobel Lecture}}</ref> De fapt, probele analizate erau amestecuri conținând [[bariu]], [[kripton]] și alte [[Produs de fisiune|fragmente de fisiune]],<ref>L. Darden, Lindley. [http://faculty.philosophy.umd.edu/LDarden/sciinq/ The Nature of Scientific Inquiry]. College Park: Department of Philosophy, University of Maryland. Retrieved
[[Fișier:Plutonium-239, 1941, first sample in which nuclear fission was detected, University of California, Berkeley, gift of Glenn T. Seabort and Emilio Segre - National Museum of American History - DSC06250.JPG|thumb|left|Prima probă în care s-a pus în evidență procesul de fisiune a nucleelor de <sup>239</sup>Pu|alt=|147x147px]]▼
Plutoniul (izotopul 238) a fost produs și izolat în urma experimentelor din 14 decembrie 1940 realizate de către [[Glenn T. Seaborg]], [[Edwin McMillan]], [[Joseph W. Kennedy]] și [[Arthur Wahl]].<ref>{{Citat web|url=https://www.pbs.org/wgbh/pages/frontline/shows/reaction/interviews/seaborg.html|accessdate=17/11/2018|autor=|titlu=Nuclear reactions. Why the americans faar nuclear power? Interviu cu Glenn Seaborg}}</ref><ref><span data-segmentid="61" class="cx-segment">Jeremy Bernstein: ''Plutonium: A History of the World's Most Dangerous Element.'' </span><span data-segmentid="62" class="cx-segment">Cornell University Press, 2009. </span><span data-segmentid="63" class="cx-segment">[[:en:International Standard Book Number|ISBN]] [./https://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/0-8014-7517-1 0-8014-7517-1]</span></ref> Ei au bombardat <sup>238</sup>U cu [[Deuteriu|deuteroni]] în [[Ciclotron|ciclotronul]] de 1,5 m al [[Universitatea Berkeley din California|Universității Berkeley din California]]. A fost astfel produs <sup>238</sup>Np (cu un [[Perioadă de înjumătățire|timp de înjumătățire]] de 2,1 zile), care se transformă prin [[Radiație beta|emisie de particule β<sup>–</sup>]] în <sup>238</sup>Pu (cu un timp de înjumătățire de 87,7 ani):<ref name=":7" />▼
▲În 1934,<ref>{{Citat web|url=https://www.nndc.bnl.gov/content/evaluation.html|accessdate=13/11/2018|autor=N.E. Holden|titlu=A short history of nuclear data and its evaluation, 51st Meeting of the USDOE Cross Section Evaluation Working Group at BNL November 5-7, 2001}}</ref> [[Enrico Fermi]] a raportat descoperirea elementului ''Hesperium'' (Z=94), incluzând aceste rezultate în prelegerea susținută în fața Comitetului Nobel în 1938.<ref>{{Citat web|url=https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1938/fermi/lecture/|accessdate=23/04/2019|autor=Enrico Fermi|titlu=Artificial radioactivity produced by neutron bombardment: Nobel Lecture}}</ref> De fapt, probele analizate erau amestecuri conținând [[bariu]], [[kripton]] și alte [[Produs de fisiune|fragmente de fisiune]],<ref>L. Darden, Lindley. [http://faculty.philosophy.umd.edu/LDarden/sciinq/ The Nature of Scientific Inquiry]. College Park: Department of Philosophy, University of Maryland. Retrieved January 3, 2008</ref> reprezentând o interpretare eronată a fenomenului de [[fisiune nucleară]] evidențiat ulterior (în 1938) de către [[Otto Hahn]] și [[Fritz Strassmann]].
▲[[Fișier:Plutonium-239, 1941, first sample in which nuclear fission was detected, University of California, Berkeley, gift of Glenn T. Seabort and Emilio Segre - National Museum of American History - DSC06250.JPG|thumb
▲Plutoniul (izotopul 238) a fost produs și izolat în urma experimentelor din 14 decembrie 1940 realizate de către [[Glenn T. Seaborg]], [[Edwin McMillan]], [[Joseph W. Kennedy]] și [[Arthur Wahl]].<ref>{{Citat web|url=https://www.pbs.org/wgbh/pages/frontline/shows/reaction/interviews/seaborg.html|accessdate=17/11/2018|autor=|titlu=Nuclear reactions. Why the americans faar nuclear power? Interviu cu Glenn Seaborg}}</ref><ref><span data-segmentid="61" class="cx-segment">Jeremy Bernstein: ''Plutonium: A History of the World's Most Dangerous Element.'' </span><span data-segmentid="62" class="cx-segment">Cornell University Press, 2009. </span><span data-segmentid="63" class="cx-segment">[[:en:International Standard Book Number|ISBN]] [./https://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/0-8014-7517-1 0-8014-7517-1]</span></ref> Ei au bombardat <sup>238</sup>U cu [[Deuteriu|deuteroni]] în [[Ciclotron|ciclotronul]] de 1,5 m al [[Universitatea Berkeley din California|Universității Berkeley din California]]. A fost astfel produs <sup>238</sup>Np (cu un [[Perioadă de înjumătățire|timp de înjumătățire]] de 2,1 zile), care se transformă prin [[Radiație beta|emisie de particule β<sup>–</sup>]] în <sup>238</sup>Pu (cu un timp de înjumătățire de 87,7 ani):
<math chem="">\begin{align}
Linia 125:
Identificarea chimică a elementului a avut loc la data de [[23 februarie]] [[1941]].<ref name=":7">{{Citat web|url=https://www.osti.gov/biblio/5808140|accessdate=13/11/2018|autor=G.T. Seaborg|titlu=Plutonium story, Actinides-1981 conference, Pacific Grove, CA, USA, 10 Sep 1981}}</ref> Imediat, grupul de cercetare a scris un articol care a fost trimis spre publicare la ''[[Physical Review]]'' (martie 1941),<ref name=":1" /> dar publicarea a fost amânată până după sfârșitul războiului din motive de securitate.<ref>G.T. Seaborg, E. Seaborg, ''[[Adventures in the Atomic Age: From Watts to Washington]]''. Farrar, Straus and Giroux, 2001</ref>
Imediat apoi,<ref>{{Citat web|url=https://journals.aps.org/pr/pdf/10.1103/PhysRev.70.555|accessdate=|autor=J. W. Kennedy, G. T. Seaborg, E. Segrè, and A. C. Wahl|titlu=Properties of 94(239), Phys. Rev. 70 (1946) 555–556}}</ref> s-a descoperit că <sup>239</sup>Pu
<math>\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow\ ^{144}_{\ 56}Ba\ +\ ^{94}_{38}Sr\ +\ 2\ ^{1}_{0}n}</math>
Linia 133:
Astfel, la ''Cavendish Laboratory'' din Cambridge, Egon Bretscher și Norman Feather au demonstrat că un reactor nuclear cu uraniu sub neutroni lenți va produce o cantitate semnificativă de <sup>239</sup>Pu ca produs secundar de activare. Ei au calculat că <sup>239</sup>Pu este fisil, prezentând avantajul că – fiind diferit din punct de vedere chimic de uraniu – poate fi separat facil de acesta.<ref name=":13" />
Elementul a fost denumit Plutoniu în martie 1942,<ref name=":0" /> numele elementului provenind de la cel al planetoidului [[Pluto]], în analogie cu elementele precedente în sistemul periodic, [[Uraniu|uraniul]] și [[Neptuniu|neptuniul]]. Seaborg a propus
== Caracteristici ==
=== Caracteristici fizice ===
[[Fișier:Plutonium pellet.jpg|thumb|Pastilă de <sup>238</sup>Pu folosită ca sursă de energie în generatoare termoelectrice utilizate pentru sondele spațiale - se poate observa efectul termic asociat dezintegrării alfa]]▼
[[Fișier:Pu-phases.png|thumb|Variația volumului atomic al diverselor forme alotropice ale plutoniului în funcție de temperatură]]
[[Fișier:Plutonium density-eng.svg|thumb|Densitatea diferitelor forme alotropice ale plutoniului]]
[[Fișier:Plutonium density-eng.svg|thumb|Densitatea diferitelor forme alotropice ale plutoniului]]Plutoniul este un [[Actinide|element actinid]] [[transuranian]], în stare metalică având culoarea alb-argintie (asemănătoare [[Nichel|nichelului]]). În prezența aerului umed se acoperă rapid cu un strat de oxohidroxid de culoare gri, uneori cu tentă verzuie.<ref name=":14" /><ref>''Actinide Research Quarterly''. Los Alamos (NM): [[Laboratorul Național Los Alamos|Los Alamos National Laboratory]] (semestrul al treilea, 2008), 09/02/2010: „În timp ce dioxidul de plutoniu este, în mod normal, de culoarea uleiului de măsline, probele pot avea diferite culori. Se consideră, în general, că aceasta (culoarea) este o caracteristică a purității chimice, a [[Stoechiometrie|stoichiometriei]], a dimensiunii particulelor și a metodei de preparare, deși culoarea care rezultă dintr-o metodă dată de preparare nu este întotdeauna reproductibilă.”</ref> La temperatura camerei plutoniul apare în forma sa α (alfa). Aceasta este forma structurală cea mai comună a elementului, este aproximativ la fel de dură și fragilă precum fonta atunci când nu este aliată cu alte metale. Spre deosebire de cele mai multe metale, plutoniul nu este un bun conducător de căldură sau electricitate. Are un punct de topire scăzut (640 °C) și un punct de fierbere neobișnuit de ridicat (3228 °C). ▼
În condiții normale, plutoniul metalic este prezent în șase forme [[Alotropie|alotropice]]; o a șaptea (zeta, ζ) poate fi obținută la temperaturi înalte și într-un interval îngust de presiune.<ref>{{Citat web|url=https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-83-5074|accessdate=13/11/2018|autor=R.D. Baker, S.S. Hecker, D.R. Harbur|titlu=Plutonium: a wartime nightmare but a metallurgist's dream, Los Alamos Science. Los Alamos National Laboratory, 148 (1983) 150-151}}</ref> Acesta face ca plutoniul să fie extrem de sensibil la schimbări de temperatură, presiune sau compoziție chimică, variații minore conducând la schimbări dramatice de volum (de până la 25%) sau [[structură cristalină]], fenomene care însoțesc [[Tranziție de fază|tranzițiile de fază]].<ref name=":
Din cauza [[Dezintegrare alfa|dezintegrării alfa]], piesele metalice de plutoniu se încălzesc; evident, cu cât timpul de viață a izotopului este mai redus, cu atât efectul termic asociat este mai puternic. O masă de 5 kg de <sup>239</sup>Pu conține aproximativ 12,5 × 10<sup>24</sup> atomi. Pentru un timp de înjumătățire de 24100 de ani, aproximativ 11,5 × 10<sup>12</sup> din atomii săi se descompun în fiecare secundă prin emiterea unei particule alfa de 5,157 MeV. Aceasta corespunde unuei puteri de 9,68 [[watt]]. Căldura produsă de decelerarea acestor particule alfa se simte la atingerea probei.<ref>Heiserman, David L. (1992). "Element 94: Plutonium". ''Exploring Chemical Elements and their Compounds''. New York (NY): TAB Books. pp. 337–340.</ref><ref name=":9" /> ▼
▲Acest comportament complicat face ca prelucrarea plutoniului metalic să fie foarte dificilă, cu schimbări greu de controlat între fazele de temperatură joasă. Faza delta (''δ-phase'') există în metalul pur doar în intervalul 310–452 °C, dar poate fi stabilizată la temperatura camerei prin [[
Tot din cauza autoiradieri, eșantioanele de plutoniu [[Solid amorf|amorfizează]] (parțial sau total) în timp,<ref name=":6" /> într-un proces asemănător celui de [[metamictizare]] a [[Mineral|mineralelor]]. [[Structură cristalină|Structura cristalină]] poate fi recuperată în urma tratamentelor termice.<ref name=":6" /> ▼
▲Din cauza [[Dezintegrare alfa|dezintegrării alfa]], piesele metalice de plutoniu se încălzesc; evident, cu cât timpul de viață a izotopului este mai redus, cu atât efectul termic asociat este mai puternic. O masă de 5 kg de <sup>239</sup>Pu conține aproximativ 12,5 × 10<sup>24</sup> atomi. Pentru un timp de înjumătățire de 24100 de ani, aproximativ 11,5 × 10<sup>12</sup> din atomii săi se descompun în fiecare secundă prin emiterea unei particule alfa de 5,157 MeV. Aceasta corespunde
[[Rezistivitate electrică|Rezistivitatea]] plutoniului la temperatura camerei este foarte ridicată pentru un metal și devine și mai ridicată la temperaturi mai scăzute, ceea fapt neobișnuit pentru metal.<ref name=":12" /> Această tendință continuă până la 100 K, sub care rezistivitatea scade rapid pentru probele proaspăt preparate. Rezistivitatea crește în timp la aproximativ 20 K cu o viteză dictată de compoziția izotopică a eșantionului analizat.<ref name=":12" /> ▼
▲Tot din cauza
▲În condiții normale, plutoniul metalic este prezent în șase forme [[Alotropie|alotropice]]; o a șaptea (zeta, ζ) poate fi obținută la temperaturi înalte și într-un interval îngust de presiune.<ref>{{Citat web|url=https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-83-5074|accessdate=13/11/2018|autor=R.D. Baker, S.S. Hecker, D.R. Harbur|titlu=Plutonium: a wartime nightmare but a metallurgist's dream, Los Alamos Science. Los Alamos National Laboratory, 148 (1983) 150-151}}</ref> Acesta face ca plutoniul să fie extrem de sensibil la schimbări de temperatură, presiune sau compoziție chimică, variații minore conducând la schimbări dramatice de volum (de până la 25%) sau [[structură cristalină]], fenomene care însoțesc [[Tranziție de fază|tranzițiile de fază]].<ref name=":6">{{Citat web|url=https://fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/pubs/00818035.pdf|accessdate=13/11/2018|autor=S.S. Hecker|titlu=Plutonium and its alloys: from atoms to microstructure, Los Alamos Science, 26 (2000) 290-335}}</ref> Spre deosebire de majoritatea elementelor/materialelor, densitatea plutoniului crește prin topire cu 2,5%, iar metalul topit suferă o descreștere a densității odată cu creșterea temperaturii. În funcție de [[Alotropie|starea alotropică]] are densitatea cuprinsă între 16,00 și 19,86 g/cm<sup>3</sup>, fiind un [[Metale grele|metal greu]].
▲[[Rezistivitate electrică|Rezistivitatea]] plutoniului la temperatura camerei este foarte ridicată pentru un metal și devine și mai ridicată la temperaturi mai scăzute, ceea fapt neobișnuit pentru metal.<ref name=":12" /> Această tendință continuă până la 100 K, sub care rezistivitatea scade rapid pentru probele proaspăt preparate. Rezistivitatea crește în timp la aproximativ 20 K cu o viteză dictată de compoziția izotopică a eșantionului analizat.<ref name=":12" />
Acest comportament complicat face ca prelucrarea plutoniului metalic să fie foarte dificilă, cu schimbări greu de controlat între fazele de temperatură joasă. Faza delta (''δ-phase'') există în metalul pur doar în intervalul 310–452 °C, dar poate fi stabilizată la temperatura camerei prin [[Aliaj|aliere]] cu mici cantități de [[galiu]], [[aluminiu]] sau [[ceriu]]. Aceasta conduce la îmbunătățirea proprietăților prelucrative pentru aplicații militare. Faza delta are un caracter metalic mai pronunțat, fiind aproximativ la fel de [[Rezistența materialelor|rezistentă]] și maleabilă precum aluminiul.<ref name=":6" />▼
În condiții normale, plutoniul metalic este prezent în șase forme [[Alotropie|alotropice]]; o a șaptea (zeta, ζ) poate fi obținută la temperaturi înalte și într-un interval îngust de presiune.<ref>{{Citat web|url=https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-83-5074|accessdate=13/11/2018|autor=R.D. Baker, S.S. Hecker, D.R. Harbur|titlu=Plutonium: a wartime nightmare but a metallurgist's dream, Los Alamos Science. Los Alamos National Laboratory, 148 (1983) 150-151}}</ref> Acesta face ca plutoniul să fie extrem de sensibil la schimbări de temperatură, presiune sau compoziție chimică, variații minore conducând la schimbări dramatice de volum (de până la 25%) sau [[structură cristalină]], fenomene care însoțesc [[Tranziție de fază|tranzițiile de fază]].<ref name=":6" /> Spre deosebire de majoritatea elementelor/materialelor, densitatea plutoniului crește prin topire cu 2,5%, iar metalul topit suferă o descreștere a densității odată cu creșterea temperaturii. În funcție de [[Alotropie|starea alotropică]] are densitatea cuprinsă între 16,00 și 19,86 g/cm<sup>3</sup>, fiind un [[Metale grele|metal greu]].<ref name=":6" /><gallery mode="packed" caption="Sistemele de cristalizare pentru plutoniul pur">
Fișier:Monoclinic.svg|[[Sistem cristalin monoclinic|Monoclinic]] (α)
Fișier:
Fișier:Orthorhombic-face-centered.svg|[[Sistem cristalin ortorombic|Ortorombic]] cu fețe centrate (γ)
Fișier:Cubic-face-centered.svg|[[Sistem cristalin cubic|Cubic]] cu fețe centrate (δ)
Fișier:Tetragonal-body-centered.svg|[[Sistem cristalin tetragonal|Tetragonal]] centrat (δ’)
Fișier:Cubic-body-centered.svg|[[Sistem cristalin cubic|Cubic]] centrat (ε)
▲</gallery>Acest comportament complicat face ca prelucrarea plutoniului metalic să fie foarte dificilă, cu schimbări greu de controlat între fazele de temperatură joasă. Faza delta (''δ-phase'') există în metalul pur doar în intervalul 310–452 °C, dar poate fi stabilizată la temperatura camerei prin [[Aliaj|aliere]] cu mici cantități de [[galiu]], [[aluminiu]] sau [[ceriu]]. Aceasta conduce la îmbunătățirea proprietăților prelucrative pentru aplicații militare. Faza delta are un caracter metalic mai pronunțat, fiind aproximativ la fel de [[Rezistența materialelor|rezistentă]] și maleabilă precum aluminiul.<ref name=":6" />
=== Caracteristici chimice ===
==== Structura electronică ====
{{articol principal|Contracția actinidelor}}
{{articol principal|Contracția actinidelor}}Plutoniul este un element pentru care electronii 5''f'' sunt situați la limita de tranziție delocalizare–localizare; și din acest punct de vedere, este un element extrem de complex.<ref>{{Citat web|url=http://www.superconductors.org/PlutonSC.htm|accessdate=08/12/2018|autor=|titlu=Against all odds: a plutonium compound is the latest superconductor,}}</ref> Comportamentul anormal al plutoniului are la bază structura sa electronică; diferența energetică dintre substraturile 6''d'' și 5''f'' este extrem de mică. Dimensiunea substratului 5f abia este suficientă pentru a permite electronilor să formeze legaturi în interiorul rețelei cristaline, la limita dintre comportametul localizat și cel delocalizat. Vecinătatea acestor nivele energetice conduce la configurații electronice multiple de energie joasă, cu energii aproape egale. Aceasta are drept rezultat competiția dintre configurațiile 5''f''<sup>n</sup>7''s''<sup>2</sup> și 5''f''<sup>n−1</sup>6''d''<sup>1</sup>7''s''<sup>2</sup>, cu consecințe în ceea ce privește complexitatea comportamentului chimic. Natura direcțională a orbitalilor 5''f'' este responsabilă de natura direcțională a [[Legătură covalentă|legăturii covalente]] în diverși [[Compus anorganic|compuși anorganici]] sau [[complex (chimie)|complecși coordinativi]] ai plutoniului.<ref name=":6" /><ref>{{Citat web|url=https://www.britannica.com/science/actinoid-element|accessdate=10/12/2018|autor=L. Morss, L.B. Asprey|titlu=Actinoid element - Chemical element group}}</ref>▼
▲
==== Plutoniul metalic și aliaje ====
Linia 169 ⟶ 176:
[[Fișier:Plutonium pyrophoricity.jpg|thumb|Piroforicitatea plutoniului|alt=]]
Plutoniul metalic poate fi preparat prin [[Reducere (chimie)|reducerea]] unor compuși ai plutoniului. Sunt cunoscute destule astfel de reacții, dar nu toate conduc la un produs suficient de pur. Dintre metodele pirochimice, cea mai utilizată este reducerea în topitură cu [[calciu]] metalic a PuF<sub>4</sub>, PuF<sub>3</sub>, PuCl<sub>3</sub>, PuO<sub>2</sub> sau a amestecului PuO<sub>2</sub>–PuF<sub>4</sub>, metalul rezultat neavând nevoie de purificare ulterioară. Pentru separarea plutoniului metalic din amestecuri metalice este utilizată reacția acestuia cu H<sub>2</sub>, care conduce la hidruri de tip PuH<sub>''x''</sub> (''x''= 1,9-3,0) care – prin reîncălzire în vid – trec din nou în Pu<sup>0</sup>
Plutoniul este un metal foarte [[Reactivitate chimică|reactiv]] în contact cu [[oxigen]]ul (este [[Piroforicitate|piroforic]] la 500°C)<ref name=":14"
În ceea ce privește aliajele, acestea pot fi obținute prin adăugare unui sau mai multe metale la o topitură de plutoniu; cele mai comune sunt cele cu [[galiu]] și [[aluminiu]]. Multe alte diagrame de fază au fost studiate și sistematizate în 1980.<ref name=":8">{{Citat web|url=http://www.ans.org/store/item-250005/|accessdate=15/11/2018|autor=O.J. Wick|titlu=Plutonium Handbook, American Chemical Society, 1980, 966 pp.}}</ref> Exemple de astfel de aliaje sunt:
* Plutoniu-galiu, utilizat pentru stabilizarea fazei δ (în vederea eliminării problemelor specifice fazei α) este aliajul cel mai utilizat pentru armele nucleare de implozie.<ref>Kolman, D. G. & Colletti, L. P. (2009). "[[The aqueous corrosion behavior of plutonium metal and plutonium–gallium alloys exposed to aqueous nitrate and chloride solutions]]". ''ECS transactions''. Electrochemical Society. '''16''' (52): 71</ref>
* Plutoniu-aluminiu reprezintă o alternativă la aliajul Pu-Ga. Aluminiul a fost primul element considerat pentru stabilizarea fazei δ, dar tendința de a se activa ca urmare a bombardamentului cu particule alfa (cu emitere de neutroni) a redus în timp utilizarea sa. Aliajul Pu-Al poate fi utilizat – de asemenea – drept component al [[Combustibil nuclear|combustibilului nuclear]].<ref>Hurst, D. G.; Ward, A. G. (1956). ''[https://scintillators.ru/booc/criticality/reports/ref_066.pdf Canadian Research Reactors]''. Ottawa: Atomic Energy of Canada Limited.</ref>
* Plutoniu-galiu-cobalt (PuCoGa<sub>5</sub>) este un supraconductor neconvențional, prezentând [[supraconductibilitate]] la 18,5 K, un ordin de mărime mai mult decât majoritatea altor astfel de materiale.<ref>Curro, N. J. (2006). ''[[Unconventional superconductivity in PuCoGa5|Unconventional superconductivity in PuCoGa<sub>5</sub>]]''. Los Alamos National Laboratory</ref>
* Plutoniu-zirconiu, la rândul său utilizat drept combustibil nuclear.<ref>McCuaig, Franklin D. ''[https://patents.google.com/patent/US4059439 Pu–Zr alloy for high-temperature foil-type fuel]''. U.S. Patent 4,059,439, 22/11/1977</ref>
* Plutoniu-ceriu și plutoniu-ceriu-cobalt, cu aceeași utilizare (combustibil pentru reactorul nuclear).<ref>Jha, D. K. (2004). ''[https://books.google.ro/books?id=L79odes2ihEC&pg=PA73&redir_esc=y&hl=ro#v=onepage&q&f=false Nuclear Energy]''. Discovery Publishing House.</ref>
▲Plutoniul este un metal foarte [[Reactivitate chimică|reactiv]] în contact cu [[oxigen]]ul (este [[Piroforicitate|piroforic]] la 500°C)<ref name=":14">M.A. Haschke, T.H. Allen, L.A. Morales, Surface and corrosion chemistry of plutonium, Los Alamos Science 26 (2000) 257</ref> sau cu aerul umed. Din cauza autoiradierii, suferă un proces de „îmbătrânire” (similar cu [[Metamictizare|metamictizarea]] [[Mineral|mineralelor]]). Metalul se dizolvă ușor în [[acid clorhidric]] sau [[Acid percloric|percloric]]. Reacționează cu [[Bor (element)|borul]], [[carbon]]ul, [[halogen]]ii, [[azot]]ul, [[Fosfor|fosforul]], [[siliciu]]l, [[Oxigen|oxigenul]], [[Hidrogen|hidrogenul]] etc.<ref name=":0" />
* Plutoniu-uraniu (15–30% Pu) poate fi utilizat pentru reactori reproducători (care produc mai mult [[Izotop fisil|material fisil]] decât consumă). Este piroforic și susceptibil de coroziune aproape de punctul de autoaprindere, trecând în formă pulverulentă după expunere la aer; din aceste cauze, este necesară alierea cu alte componente. Aluminiul, carbonul sau cuprul nu îmbunătățesc rata de trecere în formă pulverulentă; aliajele ce conțin zirconiu și fier prezintă rezistență sporită la coroziune, dar trec în formă de pulbere după câteva luni de la expunerea la aer. Adăugarea de titan și/sau zirconiu ridică semnificativ punctul de topire al aliajului.<ref name=":15">A. E. Kay, H. B. Waldron (1965). [https://books.google.ro/books?id=8r8NAAAAQAAJ&pg=PA456&redir_esc=y&hl=ro ''Plutonium 1965'']: Proceedings of the Third International Conference on Plutonium, London, 1965. Chapman & Hall, 1967.</ref>
* Plutoniu-uraniu-titan și plutoniu-uraniu-zirconiu au fost aliaje investigate drept combustibil nuclear. Adăugarea celui de-al treilea component crește rezistența la coroziune, reduce inflamabilitatea și îmbunătățește proprietăți precum ductilitatea, prelucrabilitatea, rezistența și expansiunea termică. Plutoniu-uraniu-molibden este aliajul cu cea mai bună rezistență la coroziune, formând un strat protector de oxid, dar titanul și zirconiul sunt preferate din motive fizice.<ref name=":15" />
* Thoriu-uraniu-plutoniu a fost investigat drept combustibil pentru reactori reproducători.<ref name=":15" />
==== Plutoniul în soluție ====
Linia 182 ⟶ 201:
<chem display="inline">PuO_{2}^{+} {+} Pu^{4+} {->} PuO_{2}^{2+} {+} Pu^{3+}</chem>
Culorile soluțiilor de plutoniu depind atât de starea de oxidare a acestuia, cât și de natura anionului acid.<ref>G. Matlack, (2002). ''A Plutonium Primer: An Introduction to Plutonium Chemistry and its Radioactivity''. Los Alamos National Laboratory. LA-UR-02-6594</ref> Acesta din urmă influențează gradul de complexare (adică modul în care atomii donori se leagă de atomul central) al speciei de plutoniu. În plus față de stările de oxidare amintite, starea de oxidare formală +2 este cunoscută pentru compusul de coordinație [K(2,2,2-cryptand)] [Pu<sup>II</sup>Cp″<sub>3</sub>], Cp″ = C<sub>5</sub>H<sub>3</sub>(SiMe<sub>3</sub>)<sub>2</sub>.<ref>C.J. Windorff, G.P. Chen, J.N. Cross, W.J. Evans, F. Furche, A.J. Gaunt, M.T. Janicke, S.A: Kozimor, B.L. Scott, „Identification of the Formal +2 Oxidation State of Plutonium: Synthesis and Characterization of {Pu<sup>II</sup>[C<sub>5</sub>H<sub>3</sub>(SiMe<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]<sub>3</sub>}−”. ''J. Am. Chem. Soc''. '''139''' (2017): 3970–3973</ref>
=== Izotopi și proprietăți nucleare ===
Linia 191 ⟶ 212:
Izotopul <sup>238</sup>Pu este un emițător alfa (t<sub>1/2</sub>= 87,7 ani, produs de dezintegrare <sup>234</sup>U, E<sub>α</sub>=5,5 MeV).
Cel mai răspândit izotop este <sup>239</sup>Pu, care se dezintegrează alfa (t<sub>1/2</sub> de circa 24000 de ani, produs de dezintegrare <sup>235</sup>U, E<sub>α</sub>=5,2 MeV). <sup>239</sup>Pu este un [[izotop fisil]] (fisionabil sub neutroni termici), ceea ce face ca utilizarea acestuia să fie strict controlată,
Izotopul <sup>240</sup>Pu este un emițător alfa (t<sub>1/2</sub> de circa 6560 de ani, produs de dezintegrare <sup>236</sup>U, E<sub>α</sub>=5,3 MeV). Este un [[izotop fertil]], transformându-se – în urma activării sub neutroni rapizi – în <sup>241</sup>Pu.<ref name=":0" /><ref name=":3" />
Izotopul <sup>241</sup>Pu este un emițător beta (timp de înjumătățire de 14,4 ani, produs de dezintegrare <sup>241</sup>Am, E<sub>β</sub>=0,02 MeV). <sup>241</sup>Pu
<math>\mathrm{^{241}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow[14,35 \ a]{\beta^-} \ ^{241}_{\ 95}Am\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{242}_{\ 95}Am\ \xrightarrow[16,02 \ h]{\beta^-} \ ^{242}_{\ 96}Cm\ \left( \xrightarrow[162,8 \ d]{\alpha} \ ^{238}_{\ 94}Pu \right)}</math>
Izotopul <sup>242</sup>Pu este un emițător alfa (t<sub>1/2</sub> de circa 273000 ani, produs de dezintegrare <sup>238</sup>U, E<sub>α</sub>=5,0 MeV).<ref name=":3" />
Sistemul periodic al elementelor indică izotopul cosmogenic <sup>244</sup>Pu ca fiind cel mai stabil [[izotop]] al plutoniului (t<sub>1/2</sub> de circa 80,8 milioane de ani, produs de dezintegrare <sup>240</sup>U).<ref name=":3" />
Pentru circa o treime din evenimentele de ciocnire a <sup>239</sup>Pu cu neutroni se produce <sup>240</sup>Pu. În funcție de conținutul de <sup>240</sup>Pu (care nu fisionează sub neutroni lenți) în amestecul izotopic, plutoniul se clasifică în:<ref name=":3" />
Linia 211 ⟶ 232:
=== Răspândire ===
Este considerat a fi un [[Element sintetic|element chimic sintetic]], chiar dacă urme de <sup>239</sup>Pu se găseau în natură în [[Zăcământ|zăcămintele]] [[Minereu uranifer|bogate în uraniu]] și înainte de 1945.<ref>{{Citat web|url=https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01184a083|accessdate=15/11/2018|autor=G.T. Seaborg, M.L. Perlman|titlu=Search for elements 94 and 93 in Nature. Presence of 94(239) in pitchblende, J. Am. Chem. Soc. 70 (1948) 1571–1573}}</ref>
De asemenea, <sup>244</sup>Pu
Inventarul de plutoniu a crescut semnificativ odată cu începutul erei atomice, fiind [[produs de activare]] a uraniului atât în [[Reactor nuclear|reactori nucleari]], cât și în [[Armă nucleară|bombele atomice]] în baza [[Reacție nucleară|reacției nucleare]]:
Linia 228 ⟶ 249:
{{articol principal|Proiectul Manhattan}}
[[Fișier:Fat Man West Point Museum.JPG|thumb|Învelișul unei bombe atomice cu plutoniu Mark III, având aceeași configurație și
În timpul celui de-[[Al Doilea Război Mondial]], guvernul SUA a implementat [[proiectul Manhattan]], cu rolul de a dezvolta [[Armă nucleară|arme nucleare]]. Locurile în care au fost implementate facilitățile de cercetare și de producție sunt [[Hanford]] ([[Washington (stat)|Washinton]]) și ceea ce sunt acum cunoscute ca fiind [[Oak Ridge National Laboratory]] ([[Tennessee]]), respectiv [[Laboratorul Național Los Alamos|Los Alamos National Laboratory]] ([[New Mexico]]).<ref name=":7" /><ref name=":2" />
<sup>239</sup>Pu a fost obținut în scopuri militare pentru prima oară prin bombardarea neutronică a <sup>238</sup>U în reactorul [[Moderator de neutroni|moderat]] cu [[grafit]] „X-10” (Oak Ridge), care a intrat în regim critic pe 4 noiembrie 1943 și a produs pentru prima oară plutoniu la începutul anului următor. În noiembrie 1943, o primă probă de câteva
Ideal, plutoniul pentru aplicații militare ar trebui să fie monoizotopic, <sup>239</sup>Pu. Probele transferate la Los Alamos în aprilie 1944 au indicat însă faptul că acestea conțineau concentrații ridicate de <sup>240</sup>Pu (izotop care prezintă o probabilitate crescută de [[fisiune spontană]]) comparativ cu plutoniul produs în [[ciclotron]].<ref name=":9" /> Acest fapt conduce la prezența unei cantități însemnate de neutroni, crescând riscul de pre-detonare. Din acest motiv, proiectul prin care se dorea realizarea unei arme nucleară de tip proiectil (cu nume de cod „Thin Man” – ''Slăbuțul'') a fost abandonat.<ref name=":9">{{Citat carte|nume=|authors=L. Hoddeson, P.W. Henriksen, R.A. Meade, C. Westfall|an=1993|titlu=Critical assembly: a technical history of Los Alamos during the Oppenheimer years, 1943-1945|pagină=|editură=New York: Cambridge University Press}}</ref> Acesta a fost înlocuit cu proiectul de implozie „[[Fat Man]]” – ''Grăsanul'', mai complicat din punct de vedere tehnic.<ref name=":9" />
[[Fișier:Implosion nuclear weapon design3.gif|250 px|thumb|Schema de principiu a unei bombe nucleare de implozie]]
Linia 245 ⟶ 266:
{{articol principal|Proliferare nucleară|Reactor nuclear|Deșeu radioactiv}}
[[SUA]] și [[Uniunea Republicilor Sovietice Socialiste|URSS]] au produs cantități însemnate (de ordinul sutelor de tone)<ref>{{Citat web|url=https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/ss-2001/PDF%20files/Session%209/Paper%209-06.pdf|accessdate=15/11/2018|autor=N. Zarimpas|titlu=Building transparency in nuclear-weapon states: the political and technological dimensions, IAEA-SM-367/9/06}}</ref> de plutoniu pentru aplicații militare prin [[Activare cu neutroni|activarea cu neutroni]] a <sup>238</sup>U în reactori de iradiere.<ref name=":2">{{Citat web|url=https://isis-online.org/uploads/isis-reports/documents/plutonium_watch2005.pdf|accessdate=15/11/2018|autor=D, Albright, K. Kramer|titlu=Plutonium Watch: Tracking Plutonium Inventories}}</ref> La nivelul anului 2003, a fost estimat că pe [[Pământ]] ar fi existat o cantitate de circa 1830 t plutoniu,<ref name=":0" /><ref name=":2" /> rezultată atât din activități militare cât și civile. Alte aproximativ 70-75 t se adaugă anual la acest inventar (fiind obținute ca produs secundar în reactori nucleari comerciali prin activarea [[Combustibil nuclear|combustibilului nuclear]]).<ref name=":17">{{Citat carte|nume=Lide|prenume=D.R.|an=2006|titlu=Handbook of Chemistry and Physics (87th ed.)|pagină=|editură=Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group}}</ref> Practic, 35 de țări dețin în prezent plutoniu, printre acestea numărându-se și [[România]]. Cantitatea de plutoniu estimată a exista în [[Combustibil nuclear epuizat|combustibilul nuclear epuizat]] rezultat din [[Centrala Nucleară de la Cernavodă|centrala nucleară de la Cernavodă]] era în 2003 de circa 2,4 t<ref name=":2" /> (
Plutoniul civil era distribuit în 2003 astfel: circa 1340 t este conținut de către în [[Combustibil nuclear epuizat|combustibilul nuclear epuizat]] și circa 330 t combustibil neiradiat (incluzând aici aproximativ 100 t de plutoniu militar declarat de către SUA și [[Rusia]] drept exces, în urma tratatelor de dezarmare).<ref name=":2" /> Aproximativ 155 t se regăseau în componența armelor nucleare (existente sau dezasamblate).<ref name=":1" /> Pentru a înțelege semnificația acestei cantități, acesta trebuie raportată la [[Masă critică|masa critică]] a <sup>239</sup>Pu. Este evident deci că acest inventar trebuie administrat cu prudență pentru mult timp de acum înainte, într-un context politic, socioeconomic și tehnologic complex.<ref name=":0" />
Linia 256 ⟶ 277:
</chem>
În prezent există foarte puține locuri în care se mai produce <sup>238</sup>Pu. Rezerva [[NASA]] a scăzut la 35 kg, ceea ce ar fi suficient pentru misiunile asumate până în 2025.<ref name=":3" /> Începând din 2019, Oak Ridge National Laboratory urmează să producă anual circa 1,5 kg <sup>238</sup>Pu.<ref name=":3" />
== Compuși ai plutoniului ==
Linia 268 ⟶ 289:
* halogenii: [[Fluorură|fluoruri]] și oxofluoruri (PuF<sub>3</sub>, PuOF, PuF<sub>4</sub>, PuF<sub>6</sub>), cloruri (PuCl<sub>3</sub>, PuCl<sub>4</sub>), [[Bromură|bromuri]] și oxobromuri (PuBr<sub>3</sub>, PuOBr), ioduri și oxoioduri (PuI<sub>3</sub>, PuOI) etc. [[Halogenură|Halogenurile]] duble de plutoniu și metale alcaline (de exemplu, NaPuF<sub>4</sub>, KPuF<sub>4</sub> etc.) sunt considerate precum combustibil nuclear sub formă de săruri topite.
Dintre compușii în stare solidă cei mai cunoscuți sunt:<ref name=":0" /><ref>S. Cotton, ''Lanthanide and actinide chemistry'', 2006, John Wiley & Sons, Ltd.</ref><ref>{{Citat web|url=https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.9b00679|accessdate=29/06/2019|autor=J.-F. Vigier, K. Popa, L. Martel, D. Manara, O. Dieste Blanco, D. Freis, R.J.M. Konings,|titlu=Plutonium and americium aluminate perovskites, Inorg. Chem. 58 (2019) 9118-9126}}</ref>
* plutonații (plutoniul apare sub formă anionică), în care plutoniul poate prezenta diverse stări de oxidare:
Linia 274 ⟶ 295:
**Pu(V): Li<sub>3</sub>PuO<sub>4</sub>, Ba<sub>3</sub>PuO<sub>5,5</sub> etc.
**Pu(VI): K<sub>2</sub>PuO<sub>4</sub>, Rb<sub>2</sub>PuO<sub>4</sub>, Cs<sub>2</sub>PuO<sub>4</sub>, SrPuO<sub>4</sub>, Li<sub>4</sub>PuO<sub>5</sub>, Na<sub>4</sub>PuO<sub>5</sub>, L<sub>6</sub>PuO<sub>6</sub>, Na<sub>6</sub>PuO<sub>6</sub>, Ba<sub>3</sub>PuO<sub>6</sub> etc.
**Pu(VII): Li<sub>5</sub>PuO<sub>
* combinații în formă cationică cu elemente ale blocului ''p'' și ''d'':
Linia 301 ⟶ 322:
[[Fișier:Nuclear Test Film - Operation Teapot.webm|thumb|Filmare a operațiunii Teapot (test nuclear)]]
Plutoniul este materialul fisionabil esențial pentru [[Armă nucleară|armele nucleare]] moderne. Tonul [[Proliferare nucleară|proliferării nucleare]] l-a dat competiția SUA-URSS. De atunci au avut loc peste 2000 de teste nucleare, dintre care aproximativ 500 atmosferice.<ref name=":1" /> Cu foarte puține excepții (bazate pe uraniu îmbogățit), acestea au utilizat plutoniu ca material exploziv de fisiune. Singurele țări cunoscute că au detonat asemenea dispozitive sunt [[Statele Unite ale Americii]], [[Uniunea Sovietică]], [[Marea Britanie]], [[Franța]], [[China]], [[India]], [[Pakistan]] și [[Coreea de Nord]].<ref name=":3" /> Producea și testarea [[Armă nucleară|armelor nucleare]] a condus la contaminarea excesivă a anumitor regiuni, peste limitele admisibile (în fosta URSS, SUA, [[Atolul Bikini]] etc.), ceea ce le face nelocuibile pentru mult timp de acum încolo.<ref name=":3" />
Plutoniul poate fi folosit pentru fabricarea [[Armă radiologică|armelor radiologice]] (bomba murdară).<ref>C. Brown, Transcendental terrorism and dirty bombs: Radiological weapons threat revisited. ''Occasional Paper: Center for Strategy and Technology''. 54 (2006) 24–27</ref>
Linia 308 ⟶ 329:
{{articol principal|Ciclul combustibilului nuclear|Combustibil nuclear|Combustibil nuclear epuizat|Reactor nuclear}}
[[Fișier:Plutonium and uranium extraction from nuclear fuel-eng.svg|thumb|right|Schemă a procesului de extracție a uraniului și plutoniului din [[Combustibil nuclear epuizat|combustibilul nuclear epuizat]]]]
Combustibilul nuclear epuizat rezultat din reactori nucleari răciți cu apă ușoară conține un amestec de izotopi ai plutoniului, anume: <sup>238</sup>Pu, <sup>239</sup>Pu, <sup>240</sup>Pu și <sup>242</sup>Pu. Prin [[reprocesare]], acesta poate fi separat și reutilizat sub formă de combustibil (U,Pu)O<sub>2</sub> (MOX, eng. „mixed oxides”) în același tip de reactori. Acest tip de combustibil este utilizat la scară largă în scopuri comerciale încă din anii '80.<ref>{{Citat web|url=http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/fuel-recycling/mixed-oxide-fuel-mox.aspx|accessdate=16/11/2018|autor=|titlu=World Nuclear Association - Mixed Oxide (MOX) Fuel}}</ref> Practic, 5% din combustibilul nuclear utilizat în prezent este de tip MOX, producând circa o treime din totalul de energie de origine nucleară la nivel mondial.<ref name=":3" />
Linia 314 ⟶ 335:
Prin captură neutronică, conținutul de <sup>240</sup>Pu și <sup>242</sup>Pu devine semnificativ, acest plutoniu „ars”, nemaifisionând sub neutroni termalizați, ci doar sub neutroni rapizi. Acest plutoniu de reactor mai poate fi utilizat doar în reactori cu neutroni rapizi,<ref name=":4">{{Citat web|url=http://www.thesciencecouncil.com/pdfs/PlentifulEnergy.pdf|accessdate=16/11/2018|autor=C.E. Till, Y.A. Chang|titlu=Plentiful energy: The story of the integral fast reactor, the complex history of a simple reactor technology, with emphasis on its scientific basis for non-specialists,}}</ref> sau poate fi stocat, constituind componenta de viață lungă (tip C) a [[Deșeu radioactiv|deșeurilor radioactive]]. Cu cât gradul de ardere este mai ridicat, cu atât cantitatea relativă de <sup>239</sup>Pu în amestecul izotopic este mai scăzută, ceea ce conduce la reducerea riscului de [[proliferare nucleară]].<ref name=":4" /> Cu toate acestea, [[IAEA]] clasifică<ref name=":3" /> – în mod conservativ – toți vectorii de plutoniu cu potențial uz direct, adică „un material nuclear care poate fi utilizat pentru producerea de explozivi nucleari în absența transmutației nucleare sau a îmbogățirii izotopice”.
În vederea reutilizării, plutoniul este supus unor operații tehnologice de separare și purificare. Impuritățile care însoțesc plutoniul în combustibilul nuclear epuizat sunt alte actinide ([[uraniu]]<nowiki/>l și [[Actinide minore|actinidele minore]]: [[neptuniu]], [[americiu]], [[curiu]]) și [[Produs de fisiune|produși de fisiune]] ([[bariu]], [[ceriu]], [[cesiu]], [[lantan]], [[molibden]], [[paladiu]], [[praseodim]], [[samariu]], [[stronțiu]], [[xenon]], [[zirconiu]] etc.).<ref name=":0" /> Procesul industrial prin care uraniul și plutoniul sunt izolate de [[Produs de fisiune|produșii de fisiune]] și celelalte materiale ce intră în compoziția combustibilul uzat se numește [[reprocesare]].<ref>{{Citat web|url=https://fas.org/sgp/crs/nuke/RS22542.pdf|accessdate=29/06/2019|autor=Anthony Andrews|titlu=Nuclear Fuel Reprocessing: U.S. Policy
Development, CRS Report for Congress}}</ref>
Metodele de separare a plutoniului (și a altor actinide) din combustibilul iradiat pot fi clasificate în două grupe majore: procese apoase și neapoase.<ref name=":0" /> Procesele apoase sunt de tip lichid–lichid ([[Extracție (chimie)|extracție cu solvenți]]), de [[schimb ionic]] și de [[Precipitare (chimie)|precipitare]]. Exemple de procese neapoase sunt electrorafinarea în săruri topite și volatilizarea fluorurilor. Aproape toate metodele de separare se bazează pe stările de oxidare multiple pe care plutoniul le poate adopta în forme chimice diferite. Cel mai cunoscut proces de separare a plutoniului este PUREX (''Plutonium, Uranium, Reduction, EXtraction''), un proces de extracție cu [[tributil fosfat]]. Un alt proces apos foarte eficient este precipitarea cu acid oxalic a Pu<sup>IV</sup>.<ref>{{Citat web|url=https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/chem.2016.14.issue-1/chem-2016-0018/chem-2016-0018.pdf|accessdate=10/12/2018|autor=O. Walter, K. Popa, O. Dieste Blanco|titlu=Hydrothermal decomposition of actinide(IV) oxalates: a new aqueous route towards reactive actinide oxide nanocrystals, Open Chem. 14 (2016) 170-174}}</ref>
=== Sursă de energie ===
{{articol principal|Agenția Spațială Europeană|Cursa Spațială|NASA|Sondă spațială}}
[[Fișier:HD.17.051 (12661522154).jpg|thumb|right|[[Stimulator cardiac]] cu un conținut original de 150 mg <sup>238</sup>Pu]] ▼
Dintre cei peste 2900 de [[Radioizotop|radioizotopi]] cunoscuți în prezent, doar 22<ref name=":10">{{Citat web|url=http://www.world-nuclear.org/information-library/non-power-nuclear-applications/transport/nuclear-reactors-for-space.aspx|accessdate=17/11/2018|autor=|titlu=World Nuclear Association - Nuclear Reactors and Radioisotopes for Space}}</ref> prezintă un cumul de proprietăți nucleare care să-i recomande pentru utilizarea lor ca surse de putere ca generatoare termoelectrice radioizotopice (eng. „Radioisotope Thermoelectric Generators”, RTG) utilizate la [[Sondă spațială|sondele spațiale]] (în baza [[Efectul Seebeck|efectului Seebeck]]). <sup>238</sup>Pu este scump, relativ greu de obținut în prezent și ridică probleme de [[radioprotecție]] pentru operatori. Chiar și așa, acesta este considerat în continuare de către NASA ca fiind cel mai indicat pentru astfel de aplicații.▼
[[Fișier:Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator for Curiosity.jpg|
Puterea specifică rezultată ca urmare a evenimentelor de dezintegrare (0.57 W/g) este suficientă pentru utilizarea sa ca [[stimulator cardiac]], surse de putere pentru generatoarele termoelectrice, [[Baliză|balize]] de navigare etc. <sup>238</sup>Pu a fost utilizat ca sursă de putere pentru circa 30 de vehicule spațiale ale NASA. De exemplu, sonda spațială [[Cassini-Huygens]] are trei generatori cu 33 kg <sup>238</sup>PuO<sub>2</sub>, care produc o 870 W. În misiunile recente se utilizează generatoarele termoelectrice radioizotopice pentru misiuni multiple (eng. „Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generators”, MMRTG).<ref name=":10" />▼
[[Fișier:Putting the Plutonium 238 fuel into the SNAP 27.jpg|thumb|right|Astronautul [[Alan Bean|Alan L. Bean]] ([[Apollo 12]])
▲Fișier:HD.17.051 (12661522154).jpg|Stimulator cardiac cu un conținut original de 150 mg <sup>238</sup>Pu
▲Dintre cei peste 2900 de [[Radioizotop|radioizotopi]] cunoscuți în prezent, doar 22<ref name=":10">{{Citat web|url=http://www.world-nuclear.org/information-library/non-power-nuclear-applications/transport/nuclear-reactors-for-space.aspx|accessdate=17/11/2018|autor=|titlu=World Nuclear Association - Nuclear Reactors and Radioisotopes for Space}}</ref> prezintă un cumul de proprietăți nucleare care să-i recomande pentru utilizarea lor ca surse de putere ca generatoare termoelectrice radioizotopice (eng. „Radioisotope Thermoelectric Generators”, RTG) utilizate la [[Sondă spațială|sondele spațiale]] (în baza [[Efectul Seebeck|efectului Seebeck]]).<ref name=":3" /> <sup>238</sup>Pu este scump, relativ greu de obținut în prezent și ridică probleme de [[radioprotecție]] pentru operatori. Chiar și așa, acesta este considerat în continuare de către NASA ca fiind cel mai indicat pentru astfel de aplicații.<ref name=":3" />
▲Fișier:Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator for Curiosity.jpg|Generatoar termoelectric radioizotopic pentru misiuni multiple utilizat pentru roverul Curiosity
▲Fișier:Putting the Plutonium 238 fuel into the SNAP 27.jpg|Astronautul Alan L. Bean (Apollo 12) tranferând combustibilul de <sup>238</sup>Pu de pe modulul lunar
▲Puterea specifică rezultată ca urmare a evenimentelor de dezintegrare (0
▲Fișier:Plutonium pellet.jpg|Pastilă de <sup>238</sup>Pu folosită ca sursă de energie în generatoare termoelectrice utilizate pentru sondele spațiale
=== Sursă de neutroni ===
{{articol principal|Sursă de neutroni}}[[Dezintegrare alfa|Dezintegrarea alfa]] a <sup>239</sup>Pu a fost utilizată de-a lungul timpului pentru producerea de [[Sursă de neutroni|surse de neutroni]] de tip plutoniu-[[beriliu]] în baza reacției nucleare:<ref name=":19">{{Citat web|url=https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/44/026/44026243.pdf|accessdate=22/07/2019|autor=H.R. Vega-Carrillo, V.M. Hernández-Dávila, T. Rivera-Montalvo, A. Sánchez|titlu=Characterization of a 239PuBe isotopic neutron source}}</ref>
<chem>
{^{9}_{4}Be} + {^{4}_{2}He} -> {^{1}_{0}n} + {^{12}_{6}C}
</chem>
Energia acestei reacții nucleare este de 5,7 MeV și se împarte între produșii de reacție. Prezența unei cantități oarecare de <sup>241</sup>Pu este binevenită, întrucât acesta se dezintegrează în <sup>241</sup>Am, la rândul său emitor alfa. astfel, [[flux]]ul de neutroni va crește în prima parte a vieții sursei.<ref name=":19" />
== Precauții ==
Linia 336 ⟶ 366:
=== Masa critică ===
{{articol principal|Masă critică}}
Prin [[
States Atomic Energy Commission, Volume I}}</ref>
Sunt necesare precauții suplimentare atunci când se manipulează cantități de plutoniu cu o masă apropiată de cea critică, având în vedere faptul că acesta este de doar o treime din cea corespunzătoare izotopului <sup>235</sup>U.<ref name=":16" /> O masă critică de plutoniu emite cantități letale de [[Neutron|neutroni]] și [[Radiație gama|radiații gama]].<ref name=":12" /> În soluție plutoniul formează mai ușor o masă critică comparativ cu aceeași cantitate în formă solidă, întrucât este moderat de atomii de hidrogen din apă.<ref name=":17" />
Câteva accidente de criticalitate (unele fatale, ca urmare a [[Sindromul iradierii acute|iradierii acute]]) au fost raportate de-a lungul timpului în SUA (Hanford, Idaho Falls, Los Alamos, Oak Ridge, Wood River Junction), URSS (Electrostal, Mayak, Novosibirsk, Obninsk, Tomsk), Marea Britanie (Windscale) și Japonia (Tokay-mura).<ref>{{Citat web|url=https://www.orau.org/PTP/Library/accidents/la-13638.pdf|accessdate=17/11/2018|autor=T.P. McLaughlin, S.P. Monahan, N.L. Pruvost, V.V. Frolov, B.G. Ryazanov, V.I.Sviridov|titlu=A review of criticality incidents, 2000 Revision, Los Alamos report LA-13638}}</ref>
=== Toxicitate ===
[[Fișier:SAL Plutonium Laboratory (06410093) (8536481054).jpg|thumb|right|Laborator [[Agenția Internațională pentru Energie Atomică|IAEA]] în care se manipulează plutoniu]]Plutonul ridică probleme de toxicitate din două puncte de vedere: radiotoxicitatea, respectiv toxicitatea plutoniului ca [[Metale grele|metal greu]].
Având în vedere răspândirea redusă,<ref name=":5" /> [[Expunere la radiații ionizante|expunerea]] la cantități semnificative din punct de vedere toxicologic poate fi întâlnită doar în cazul lucrătorilor expuși profesional sau al persoanelor aflate în raza de acțiune a unui accident/test nuclear; astfel, informații asupra (radio)toxicologiei plutoniului provin din studiul supraviețuitorilor dezastrului de la [[Nagasaki]], al militarilor implicați în testele nucleare și al personalului expus profesional.<ref name=":02"><cite class="citation news">[http://www.merckmanuals.com/professional/injuries-poisoning/radiation-exposure-and-contamination/radiation-exposure-and-contamination "Radiation Exposure and Contamination - Injuries; Poisoning - Merck Manuals Professional Edition"]. ''Merck Manuals Professional Edition''<span class="reference-accessdate">. Retrieved <span class="nowrap">2017-09-06</span></span>.</cite></ref> S-a raportat și un număr redus de subiecți umani injectați cu câteva micrograme de plutoniu, în absența consimțământului acestora; acest episod este considerat o abatere majoră de la [[Jurământul lui Hippocrate|etica medicală]].<ref name=":18">{{Citat web|url=https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-95-4005-09|accessdate=08/12/2018|autor=W. Moss, R. Eckhardt|titlu=The Human Plutonium Injection Experiments, Los Alamos Science 23 (1995) 178-233}}</ref>
Aspectele de expunere externă sunt similare expunerii la oricare alt radioizotop ca sursă de radiații ionizante. Astfel, expunerea acută sau cronică poate produce probleme de sănătate, incluzând aici [[sindromul iradierii acute]], alterarea materialului genetic sau diverse forme de cancer radioindus.<ref name=":03"><cite class="citation news">[http://www.merckmanuals.com/professional/injuries-poisoning/radiation-exposure-and-contamination/radiation-exposure-and-contamination "Radiation Exposure and Contamination - Injuries; Poisoning - Merck Manuals Professional Edition"]. ''Merck Manuals Professional Edition''<span class="reference-accessdate">. Retrieved <span class="nowrap">2017-09-06</span></span>.</cite></ref> Dimpotrivă, dezintegrarea predominant alfa și timpii de înjumătățire ridicați fac ca izotopii plutoniului să fie mai puțin periculoși decât – de exemplu – cei cu uz medial.<ref name=":11" />
Doar 0,04% din plutoniul ingerat este absorbit de către organismul uman. Odată încorporat însă, este excretat foarte greu, cu un timp biologic de înjumătățire de circa 200 de ani; compușii plutoniului se acumulează în [[Măduvă osoasă|măduva osoasă]]; de
== Referințe ==
Linia 356 ⟶ 392:
* [[Actinide]]
* [[Al Doilea Război Mondial]]
* [[Armă
* [[Centrală nucleară]]
* [[Ciclul combustibilului nuclear]]
Linia 371 ⟶ 407:
* [[Masă critică]]
* [[Material nuclear]]
* [[Metallurgical Laboratory]]
* [[Poligonul de teste nucleare din Nevada]]
* [[Poligonul Semipalatinsk]]
* [[Proliferare nucleară]]
* [[Radiofobie]]
Linia 377 ⟶ 416:
* [[Reactor nuclear]]
* [[Reacție nucleară în lanț]]
* [[Serie de dezintegrare]]
* [[Sindromul iradierii acute]]
* [[Test nuclear]]
* [[Tratatul de Neproliferare Nucleară]]
Linia 391 ⟶ 432:
*{{en icon}}[http://www.osti.gov/includes/opennet/includes/Understanding%20the%20Atom/Plutonium.pdf Plutonium (by V.N. Miner)]
*{{en icon}}[http://isis-online.org/isis-reports/detail/plutonium-watch-tracking-plutonium-inventories Plutonium Watch (by D. Albright and K. Kramer)]
{{articol bun}}
{{elemente chimice}}
{{Proiectul Manhattan}}
{{Control de autoritate}}
[[Categorie:Elemente chimice]]▼
[[Categorie:Actinide]]
[[Categorie:Carcinogeni]]
▲[[Categorie:Elemente chimice]]
[[Categorie:Elemente sintetice]]
[[Categorie:Fisiune nucleară]]
[[Categorie:Materiale nucleare]]
[[Categorie:Proiectul Manhattan]]
|