Pluton (Pu, ) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców. Nazwa pochodzi od planety karłowatej Pluton.

Pluton jest transuranowcem, radioaktywnym metalem. Po raz pierwszy wytworzony i zbadany przez zespół kierowany przez amerykańskiego chemika Glenna T. Seaborga w 1941 roku przez bombardowanie uranu jądrami deuteru. Ze względu na tajność Projektu Manhattan pracę na ten temat opublikowano dopiero w 1946 roku.

Zastosowanie komercyjne mają dwa izotopy plutonu i . Najważniejszym jego izotopem jest , stosowany do produkcji broni i w energetyce jądrowej.

Orientacyjna cena 1 grama dwutlenku plutonu wynosi 5800 dolarów. Czysty pluton potrafi osiągnąć cenę dwukrotnie wyższą.

thumb|left|Dwutlenek plutonu-238 rozgrzany do czerwoności pod wpływem własnego promieniowania thumb|left|Pierścień z plutonu o czystości 99,96%. Waży około 5,3 kg, ma średnicę 11 cm i wystarczy do skonstruowania jednej bomby jądrowej. Taki kształt został wybrany ze względów bezpieczeństwa (mniejsza koncentracja materiału). thumb|left|Roztwory związków plutonu, w których pluton występuje w różnych stopniach utlenienia

Właściwości chemiczne Pluton jest stosunkowo reaktywny chemicznie. Wystawiony na działanie powietrza pokrywa się powoli warstwą żółtych tlenków. Tworzy związki, w których występuje na czterech stopniach utlenienia, III, IV, V i VI, z których najtrwalszy jest stopień IV, zaś dla Pu(VI) znany jest tylko jeden związek – heksafluorek plutonu .

Właściwości fizyczne Występuje w sześciu odmianach krystalicznych: α, β, γ, δ, δ' i ε. Odmiany α i β należą do jednoskośnego układu krystalograficznego. Z kolei struktura formy γ jest rombowa, δ i ε należą do sieci regularnej, zaś odmiana δ' jest tetragonalna. Odznacza się bardzo słabym przewodnictwem elektrycznym, przy czym pluton α ma przewodnictwo gorsze od bizmutu, uważanego za metal najsłabiej przewodzący prąd elektryczny. Formy α, β, γ i ε charakteryzują się spadkiem oporności wraz z temperaturą, co jest typowe dla półprzewodników.

Pu jest bardzo radioaktywny – na tyle że proces rozpadu promieniotwórczego z emisją cząstek alfa powoduje wydzielenie dużych ilości ciepła (0,567 W/g w przypadku ). Izotop ten jest wykorzystywany w radioizotopowych generatorach termoelektrycznych do zasilania urządzeń kosmicznych.

Ze powodu silnej radioaktywności pluton jest zabójczy dla człowieka nawet w minimalnych ilościach (kumuluje się w tkance kostnej). Ze względu na mniejszą od uranu masę krytyczną bomby plutonowe mogą być mniejsze. Kilogram plutonu-239 może wyzwolić energię wybuchu 20 kiloton. Ogrzewany do temperatury zmniejsza objętość, wykazując anomalną rozszerzalność cieplną.

Występowanie Otrzymywany jest sztucznie, aczkolwiek stwierdzono występowanie jego śladowych ilości w rudach uranu w postaci izotopu , powstającego jako produkt naturalnych reakcji jądrowych, oraz cięższego o okresie połowicznego rozpadu ponad 80 milionów lat. Jest on najcięższym z pierwotnych nuklidów występujących na Ziemi.

Pluton w środowisku . Wprowadzone do stratosfery drobne cząstki zawierające pluton opadały systematycznie na powierzchnię Ziemi tworząc tzw. globalny opad promieniotwórczy. W rezultacie pluton znajduje się w powierzchniowej warstwie gleby (co jest wynikiem silnego wiązania przez substancje organiczne), gdzie podlega procesom migracji i resuspensji (unoszeniu do przypowierzchniowej warstwy atmosfery). Niewielkie ilości plutonu (w porównaniu z opadem globalnym) wprowadziła do środowiska katastrofa w Czarnobylu. W odróżnieniu od opadu globalnego, opad czarnobylski miał charakter niejednorodny. Na pewnych obszarach (np. Polska północno-wschodnia) występowały niewielkie powierzchniowo tereny o szczególnie dużej zawartości plutonu, np. w wyniku wystąpienia miejscowych opadów atmosferycznych.

Izotopy i otrzymywanie Opisano własności 20 izotopów plutonu o liczbie masowej od 228 do 247. Wszystkie izotopy są nietrwałe, najdłużej żyjącym izotopem jest z czasem połowicznego rozpadu 80,8 mln lat. Kolejnymi są: (373,3 tys. lat), (24,11 tys. lat). Pozostałe mają czas połowicznego rozpadu mniejszy niż 7000 lat, a 16 z nich ma czas połowicznego rozpadu większy od 20 minut. Izotopy plutonu mają osiem izomerów jądrowych, wszystkie mają czas połowicznego zaniku mniejszy niż sekunda.

Izotop 238 przy czasie rozpadu około 88 lat i cieple rozpadu 260 W/kg jest dobrym źródłem energii dla radioizotopowych generatorów termoelektrycznych, które mają działać przez kilkadziesiąt lat. Izotop ten uzyskuje się głównie przez bombardowanie uranu-238 jądrami deuteru:

ulega rozszczepieniu neutronami termicznymi i jest używany w reaktorach jądrowych oraz w bombach jądrowych (np. w bombie Fat Man zrzuconej na Nagasaki). Izotop ten powstaje przez bombardowanie neutronami izotopu . Reakcja ta zachodzi w reaktorach jądrowych. Powstały pluton ulega w nich rozszczepieniu, odgrywając ważną rolę w funkcjonowaniu reaktora:

W reaktorach komercyjnych energia powstająca z wytworzonego w reaktorze plutonu jest większa niż wytworzona z rozpadu paliwa pierwotnego . Konstruuje się też reaktory powielające, w których w wypalonym paliwie jest więcej plutonu niż plutonu i uranu-235 w paliwie przed załadunkiem.

Uwagi

Przypisy

Kategoria:Pierwiastki radioaktywne

Kategoria:Karcynogeny