Плутоній-240 ( або Pu-240) — ізотоп плутонію, який утворюється, коли плутоній-239 захоплює нейтрон. Виявлення його спонтанного поділу призвело до його відкриття в 1944 році в Лос-Аламосі та мало важливі наслідки для Манхеттенського проекту.
240Pu піддається спонтанному поділу як вторинний спосіб розпаду з невеликою, але значною швидкістю. Наявність 240Pu обмежує використання плутонію в ядерній бомбі, тому що потік нейтронів від спонтанного поділу ініціює ланцюгову реакцію передчасно, спричиняючи раннє вивільнення енергії, яка фізично розсіює ядро до досягнення повної імплозії. Розпадається шляхом альфа-випромінювання до урану-236.
Ядерні властивості Приблизно від 62% до 73% часу, коли 239Pu захоплює нейтрон, він зазнає поділу ; решту часу він утворює 240Pu. Чим довше ядерний паливний елемент залишається в ядерному реакторі, тим більшим стає відносний відсоток 240Pu в паливі.
Ізотоп 240Pu має приблизно такий же поперечний переріз захоплення теплових нейтронів, як і 239Pu ( проти барна), але лише крихітний переріз поділу теплових нейтронів (0,064 барна). Коли ізотоп 240Pu захоплює нейтрон, він приблизно в 4500 разів вища ймовірність перетворитися на , ніж поділитися. Загалом ізотопи з непарними масовими числами мають більшу ймовірність поглинати нейтрон і можуть легше зазнавати поділу при поглинанні нейтронів, ніж ізотопи з парними масовими числами. Таким чином, навіть маса ізотопів має тенденцію до накопичення, особливо в тепловому реакторі.
Ядерна зброя Неминуча присутність приблизно 240Pu в ядерній ядерній боєголовці на основі плутонію ускладнює її конструкцію, і чистий 239Pu вважається оптимальним. Зі кількох причин:
240Pu має високу швидкість спонтанного поділу. Один блукаючий нейтрон, який потрапляє в надкритичний стан активної зони, спричинить його детонацію майже миттєво, навіть до того, як його буде розчавлено до оптимальної конфігурації. Таким чином, присутність 240Pu може призвести до випадкового вибуху з вибуховою потужністю, значно нижчою за потенційну. Ізотопи, окрім 239Pu, виділяють значно більше радіації, що ускладнює роботу з ними робітникам. Ізотопи, окрім 239Pu, виробляють більше тепла розпаду, що може спричинити спотворення фазових змін прецизійного сердечника, якщо їм дозволити накопичуватися.
Проблема спонтанного поділу була широко досліджена вченими Манхеттенського проекту під час Другої світової війни. Вона унеможливила використання плутонію в ядерній зброї гарматного типу, в якій збирання матеріалу, що розщеплюється, у його оптимальну конфігурацію надкритичної маси може тривати до мілісекунди, і змусила розробити зброю імплозивного типу, де збирання відбувається в кілька мікросекунд. Навіть з такою конструкцією перед тестом Трініті було підраховано, що домішка 240Pu спричинить 12% шанс того, що вибух не досягне максимальної потужності.
Дивись також
Вигоряння Ізотопи плутонію
Примітки
Посилання
Банк даних про небезпечні речовини NLM – Плутоній, радіоактивний