Το πλουτώνιο είναι ένα ραδιενεργό, ασημένιο μέταλλο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσει ή να καταστρέψει. Ενώ χρησιμοποιήθηκε για καταστροφή σύντομα μετά την κατασκευή του, σήμερα το στοιχείο χρησιμοποιείται κυρίως για τη δημιουργία ενέργειας σε όλο τον κόσμο.
Το πλουτώνιο κατασκευάστηκε και απομονώθηκε για πρώτη φορά το 1940 και χρησιμοποιήθηκε για να κατασκευάσει την ατομική βόμβα "Fat Man" που είχε πέσει στο Nagasaki στο τέλος του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου, μόλις πέντε χρόνια μετά την πρώτη παραγωγή της, δήλωσε η Amanda Simson, χημική μηχανική στο Πανεπιστήμιο του New Haven.
Μόνο τα γεγονότα
Εδώ είναι οι ιδιότητες του πλουτωνίου, σύμφωνα με το Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos:
- Ατομικός αριθμός: 94
- Ατομικό σύμβολο: Pu
- Ατομικό βάρος: 244
- Σημείο τήξεως: 1,184 F (640 C)
- Σημείο ζέσεως: 5,842 F (3,228 C)
Ανακάλυψη και ιστορικό
Το πλουτώνιο ανακαλύφθηκε το 1941 από τους επιστήμονες Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan και Arthur C. Wohl στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Berkley. Η ανακάλυψη έγινε όταν η ομάδα βομβάρδισε το ουράνιο-238 με δεύτερους που είχαν επιταχυνθεί σε μια συσκευή cyclotron, η οποία δημιούργησε το neptunium-238 και δύο ελεύθερα νετρόνια. Το νεπτύνιο-238 στη συνέχεια αποσυντέθηκε σε πλουτώνιο-238 μέσω φθοράς βήτα.
Αυτό το πείραμα δεν μοιράστηκε με την υπόλοιπη επιστημονική κοινότητα μέχρι το 1946, μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Ο Seaborg υπέβαλε ένα έγγραφο σχετικά με την ανακάλυψή του στο περιοδικό Physical Review τον Μάρτιο του 1941, αλλά το χαρτί αφαιρέθηκε όταν ανακαλύφθηκε ότι ένα ισότοπο πλουτωνίου Pu-239 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσει μια ατομική βόμβα.
Σύντομα, ο Seaborg στάλθηκε για να ηγηθεί του Εργαστηρίου Παραγωγής Πλουτωνίου, επίσης γνωστού ως Met Lab, στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, σύμφωνα με το Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos. Ο σκοπός του εργαστηρίου ήταν να δημιουργηθεί πλουτώνιο ως μέρος του έργου του Μανχάταν. Το έργο του Μανχάταν ήταν ένα μυστικό εγχείρημα κατά τη διάρκεια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου, το οποίο εργάστηκε αποκλειστικά για την ανάπτυξη μιας ατομικής βόμβας.
Στις 18 Αυγούστου 1942, είχαν την πρώτη μεγάλη επιτυχία τους. Ήταν σε θέση να δημιουργήσουν μια ίχνη πλουτωνίου που ήταν ορατή στο μάτι. Ο αριθμός αυτός ισούται μόνο με περίπου 1 μικρογραμμάριο. Από το μικροσκοπικό δείγμα, ο επιστήμονας προσδιόρισε το ατομικό βάρος του πλουτωνίου.
Το έργο του Μανχάταν έδωσε τελικά αρκετό πλουτώνιο για το "Test Trinity". Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, η πρώτη ατομική βόμβα στον κόσμο, ή το "The Gadget", εξερράγη κοντά στο Socorro του Νέου Μεξικού στις 16 Ιουλίου 1945 από τον εργαστηριακό διευθυντή Los Alamos Robert Oppenheimer και τον στρατηγό του στρατού Leslie Groves.
Από τη δοκιμασία, ο Oppenheimer είπε: «Γνωρίζαμε ότι ο κόσμος δεν θα ήταν ο ίδιος, λίγοι άνθρωποι γέλασαν, λίγοι άνθρωποι φώναζαν, οι περισσότεροι άνθρωποι ήταν σιωπηλοί, θυμήθηκα τη γραμμή από την ινδουιστική γραφή, το Bhagavad-Gita. να πείσει τον πρίγκιπα ότι πρέπει να κάνει το καθήκον του και να τον εντυπωσιάσει παίρνει την πολυ-ένοπλη μορφή του και λέει, «Τώρα είμαι Θάνατος, ο καταστροφέας των κόσμων». Υποθέτω ότι όλοι πιστεύαμε ότι, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο ", σύμφωνα με την Βασιλική Εταιρεία Χημείας.
Η έκρηξη είχε ισοδύναμο ενέργειας περίπου 20.000 τόνων TNT. Η πρώτη ατομική βόμβα που χρησιμοποιεί τον πόλεμο έπεσε στη Χιροσίμα της Ιαπωνίας στις 6 Αυγούστου 1945. Αυτή η ατομική βόμβα, που ονομάστηκε "Little Boy", είχε πυρήνα ουρανίου. Η δεύτερη βόμβα, που έπεσε στο Ναγκασάκι της Ιαπωνίας στις 9 Αυγούστου 1945, είχε πυρήνα πλουτωνίου. Ο «άνθρωπος με λίπος», όπως ονομάστηκε, έσπευσε το τέλος του Β Παγκοσμίου Πολέμου.
Ιδιότητες του πλουτωνίου
Το φρέσκο έτοιμο μέταλλο πλουτωνίου έχει ένα ασημένιο φωτεινό χρώμα, αλλά παίρνει ένα θαμπό γκρι, κίτρινο ή ελαιόλαδο πράσινο αμαυρωμένο όταν οξειδώνεται στον αέρα. Το μέταλλο διαλύεται γρήγορα σε συμπυκνωμένα ανόργανα οξέα. Ένα μεγάλο κομμάτι πλουτωνίου αισθάνεται ζεστό στην αφή, λόγω της ενέργειας που εκπέμπεται από την άλφα αποσύνθεση? Τα μεγαλύτερα κομμάτια μπορούν να παράγουν αρκετή θερμότητα για να βράσουν το νερό. Σε μορφή δωματίου, η άλφα-μορφή πλουτώνιο (η πιο κοινή μορφή) είναι τόσο σκληρή και εύθραυστη από το χυτοσίδηρο. Μπορεί να είναι κράμα με άλλα μέταλλα για να σχηματίσει σταθεροποιημένη σε θερμοκρασία δωματίου δέλτα μορφή, η οποία είναι μαλακή και όλκιμη. Σε αντίθεση με τα περισσότερα μέταλλα, το πλουτώνιο δεν είναι καλός αγωγός θερμότητας ή ηλεκτρικής ενέργειας. Έχει χαμηλό σημείο τήξης και ασυνήθιστα υψηλό σημείο βρασμού.
Το πλουτώνιο μπορεί να σχηματίσει κράματα και ενδιάμεσες ενώσεις με τα περισσότερα άλλα μέταλλα και ενώσεις με διάφορα άλλα στοιχεία. Ορισμένα κράματα έχουν υπεραγώγιμες ικανότητες και άλλα χρησιμοποιούνται για την παραγωγή σφαιριδίων πυρηνικών καυσίμων. Οι ενώσεις του έρχονται σε μια ποικιλία χρωμάτων, ανάλογα με την κατάσταση οξείδωσης και πόσο σύνθετοι είναι διάφοροι συνδετήρες. Σε υδατικό διάλυμα υπάρχουν πέντε ιονικές καταστάσεις βέλους.
Το πλουτώνιο, μαζί με όλα τα άλλα στοιχεία transuranium, αποτελεί κίνδυνο ακτινοβολίας και πρέπει να αντιμετωπιστεί με εξειδικευμένο εξοπλισμό και προφυλάξεις. Μελέτες σε ζώα έχουν διαπιστώσει ότι μερικά χιλιοστόγραμμα πλουτωνίου ανά χιλιόγραμμο ιστού είναι θανατηφόρα.
Πηγές
Το πλουτώνιο γενικά δεν απαντάται στη φύση. Τα ιχνοστοιχεία του πλουτωνίου απαντώνται σε φυσικά απαντώμενα μεταλλεύματα ουρανίου. Εδώ, σχηματίζεται με τρόπο παρόμοιο με το νεπτύνιο: με ακτινοβολία φυσικού ουρανίου με νετρόνια που ακολουθείται από βήτα αποσύνθεση.
Πρώτον, ωστόσο, το πλουτώνιο είναι ένα υποπροϊόν της βιομηχανίας πυρηνικής ενέργειας. Κάθε χρόνο παράγονται περίπου 20 τόνοι πλουτωνίου, σύμφωνα με το Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos. Το χρησιμοποιημένο πυρηνικό καύσιμο μπορεί επίσης να επανεπεξεργαστεί ώστε να διαχωριστεί το χρησιμοποιήσιμο πλουτώνιο από άλλα στοιχεία του καυσίμου.
Οι δοκιμές ατμοσφαιρικών όπλων στη δεκαετία του 1950 και στη δεκαετία του 1960 άφησαν τόνους πλουτωνίου στη γήινη ατμόσφαιρα που εξακολουθεί να υπάρχει σήμερα, σύμφωνα με την Παγκόσμια Πυρηνική Ένωση.
Χρησιμοποιεί
Ως επί το πλείστον, το πλουτώνιο δεν χρησιμοποιείται για πολλά. Στην πραγματικότητα, από τα πέντε κοινά ισότοπα, μόνο δύο από τα ισότοπα του πλουτωνίου, το πλουτώνιο-238 και το πλουτώνιο-239, χρησιμοποιούνται για οτιδήποτε καθόλου.
Το πλουτώνιο-238 χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος για διαστημικούς ανιχνευτές χρησιμοποιώντας θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων. Αυτές οι γεννήτριες ενεργοποιούνται όταν οι αισθητήρες δεν μπορούν να πάρουν αρκετή ηλιακή ενέργεια επειδή έχουν ταξιδέψει πολύ μακριά από τον ήλιο. Μερικοί ανιχνευτές που χρησιμοποιούν πλουτώνιο-238 είναι το Cassini και το Galileo.
Όταν συγκεντρωθεί αρκετά, το πλουτώνιο-239 υφίσταται αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης. Εξαιτίας αυτού, χρησιμοποιείται σε πυρηνικά όπλα και σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Στην πραγματικότητα, μία από τις μεγαλύτερες χρήσεις του πλουτωνίου είναι η ενέργεια. Σύμφωνα με την Παγκόσμια Πυρηνική Ένωση, πάνω από το ένα τρίτο της ενέργειας που παράγεται στα περισσότερα πυρηνικά εργοστάσια προέρχεται από πλουτώνιο. Το πλουτώνιο είναι το κύριο καύσιμο στους αντιδραστήρες γρήγορου νετρονίου.
Οι οποίοι γνώριζαν?
Για δεκαετίες, οι επιστήμονες αναρωτήθηκαν γιατί το πλουτώνιο δεν δρα σαν άλλα μέταλλα στην ομάδα του. Για παράδειγμα, το πλουτώνιο είναι ένας κακός αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας και δεν κολλάει σε μαγνήτες. Τώρα οι ερευνητές έχουν καταλάβει πού «κρυμμένος μαγνητισμός» έχει κρυφτεί και έχει να κάνει με την εκκεντρική συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό κέλυφος του στοιχείου. Σε αντίθεση με άλλα μέταλλα, τα οποία έχουν ένα ορισμένο αριθμό ηλεκτρονίων στο εξωτερικό τους κέλυφος, όταν βρίσκονται σε κατάσταση εδάφους, το πλουτώνιο μπορεί να έχει τέσσερα, πέντε ή έξι ηλεκτρόνια εκεί.
Αυτός ο κυμαινόμενος αριθμός ηλεκτρονίων του εξωτερικού κελύφους εξηγεί γιατί το πλουτώνιο δεν είναι μαγνητικό: Για να αλληλεπιδράσει ένα άτομο με τους μαγνήτες, τα μη συζευγμένα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του κέλυφος πρέπει να ευθυγραμμιστούν σε ένα μαγνητικό πεδίο.
Το πιο σταθερό ισότοπο του πλουτωνίου, πλουτώνιο-244, μπορεί να διαρκέσει πολύ καιρό. Έχει χρόνο ημίσειας ζωής περίπου 82 εκατομμυρίων ετών και διασπάται στο ουράνιο-240 μέσω της άλφα, σύμφωνα με το Εργαστήριο Jefferson.
Το πλουτώνιο πήρε το όνομά του από τον πλανήτη, τον Πλούτωνα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ήρθε μετά το ουράνιο, το οποίο πήρε το όνομά του από τον πλανήτη Ουρανός, και το νεπτύνιο, το οποίο πήρε το όνομά του από τον πλανήτη Ποσειδώνα.
Το πλουτώνιο εκπέμπει νετρόνια, βήτα σωματίδια και ακτίνες γάμμα.
