Плутоній-239

Плутоній-239
Кільце чистого, електрорафінованого збройового плутонію (99,96%) Таблиця ізотопів
Загальні відомості
Назва, символ	Плутоній-239,²³⁹Pu
Нейтронів	145
Протонів	94
Властивості ізотопу
Період напіврозпаду	2,411(3)× 10⁴^[1] років
Батьківські ізотопи	²³⁹Np (β⁻) ²³⁹Am (ε) ²⁴³Cm (α)
Продукти розпаду	²³⁵U
Атомна маса	239,0521634(20)^[2] а.о.м
Спін	1/2⁺^[1]
Дефект маси	48 589,9(18)^[2] кеВ
Канал розпаду	Енергія розпаду
α-розпад	5,24451(21)^[2] МеВ
SF

Плуто́ній-239 — радіоактивний нуклід хімічного елемента плутонію з масовим числом 239. Іноді його відносять до радіоактивного сімейства 4n+3, так званого ряду актинію (хоча, як правило, вважають, що цей ряд починається з природного урану-235, який і утворюється при розпаді практично неіснуючого в природі плутонію-239). Відкритий в 1941 році Гленном Сіборгом, Дж. Кеннеді, Артуром Валем^[ru] та Еміліо Сегре^[3].

В природі зустрічається в надзвичайно малих кількостях в уранових рудах. Радіогенний плутоній-239 утворюється з урану-238 при захопленні нейтронів, які виникають при спонтанному поділі урану (235U і 238U) та в результаті реакцій (α, n) на легких елементах, які входять до складу руд^[4]; ще одним джерелом нейтронів є космічне випромінювання^[5].

Активність одного грама цього нукліду становить приблизно 2,3 ГБк.

Утворення та розпад

Плутоній-239 утворюється в результаті таких розпадів:

β⁻-розпад нукліду 239Np (період напіврозпаду становить 2,356(3)^[1] діб):

\mathrm {^{239}_{93}Np} \rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};

K-захоплення, здійснюване нуклідом 239Am (період напіврозпаду становить 11,9(1)^[1] годин):

\mathrm {^{239}_{95}Am} +e^{-}\rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +{\bar {\nu }}_{e};

α-розпад нукліду 243Cm (період напіврозпаду становить 29,1(1)^[1] років):

\mathrm {^{243}_{96}Cm} \rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +\mathrm {^{4}_{2}He} .

Розпад плутонію-239 відбувається в таких напрямах:

α-розпад в 235U (ймовірність 100 %^[1], енергія розпаду 5 244,51(21) кеВ^[2]):

\mathrm {^{239}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} ;

енергія випромінюваних α-частинок:

5 105,5 кеВ (в 11,94 % випадків);

5 144,3 кеВ (в 17,11 % випадків);

5 156,59 кеВ (в 70,77 % випадків)^[6].

Спонтанний поділ (ймовірність 3,1(6)× 10⁻¹⁰ %)^[1];

Отримання

Плутоній-239 утворюється в будь-якому ядерному реакторі, який працює на природному або слабозбагаченому урані, що містить, в основному, ізотоп 238U, при захопленні ��им надлишкових нейтронів. При цьому відбуваються такі ядерні реакції:

$\mathrm {\hbox{n}} +{{}^{2}{}_{92}^{38}U}\rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{92}^{39}U} \rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{93}^{39}Np} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$

$\mathrm {{}^{2}{}_{93}^{39}Np} \rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{94}^{39}Pu} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$ .

Для промислового виділення плутонію-239 з опроміненого ядерного палива використовують пюрекс-процес^[5].

Ізомери

Відомий єдиний ізомер 239Pu^m з такими характеристиками^[1]:

Надлишок маси: 48 981,5(18) кеВ
Енергія збудження: 391,584(3) кеВ
Період напіврозпаду: 193(4) нc
Спін та парність ядра: 7/2⁻

Розпад ізомерного стану здійснюється шляхом ізомерного переходу в основний стан.^[1].

Використання

Плутоній-239 використовують^[5]:

як ядерне паливо в ядерних реакторах на теплових нейтронах і особливо на швидких нейтронах;
при виготовленні ядерної зброї (критична маса для голої кулі з металічного 239Pu становить приблизно 10 кг, для кулі у водяному відбивачі приблизно 5,2 кг^[7]);
як вихідна речовина для отримання трансплутонієвих елементів.

Див. також

Примітки

↑ ^а ^б ^в ^г ^д ^е ^ж ^и ^к Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 3–128. — Bibcode:2003NuPhA.729....3A. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.(англ.)
↑ ^а ^б ^в ^г Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references. // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — Bibcode:2003NuPhA.729..337A. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.(англ.)
↑ Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — М. : Высшая Школа, 1991. — С. 407.(рос.)
↑ Милюкова М. С., Гусев Н. И., Сентюрин И. Г., Скляренко И. С. Аналитическая химия плутония. — М. : «Наука», 1965. — С. 12. — (Аналитическая химия элементов) — 3 400 прим.(рос.)
↑ ^а ^б ^в Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М. : Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 50 000 прим. — ISBN 5—85270—039—8.(рос.)
↑ Властивості 239Pu на сайті МАГАТЕ (IAEA, International Atomic Energy Agency)^{[недоступне посилання з квітня 2019]}
↑ E. D. Clayton, ANOMALIES OF NUCLEAR CRITICALITY, REVISION 6 [Архівовано 24 вересня 2015 у Wayback Machine.] // Pacific Northwest Laboratory, February 2010. page 79. «N. THE CRITICALITY OF 239Pu-240Pu METAL MIXTURES»: «The critical mass for 239Pu metal is given as 5.2 and 10 kg for water-reflected and bare spheres, respectively.»(англ.)

[Nubase2003-1] а ^б ^в ^г ^д ^е ^ж ^и ^к Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 3–128. — Bibcode:2003NuPhA.729....3A. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.(англ.)

[AME2003-2] а ^б ^в ^г Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references. // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — Bibcode:2003NuPhA.729..337A. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.(англ.)

[3] Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — М. : Высшая Школа, 1991. — С. 407.(рос.)

[4] Милюкова М. С., Гусев Н. И., Сентюрин И. Г., Скляренко И. С. Аналитическая химия плутония. — М. : «Наука», 1965. — С. 12. — (Аналитическая химия элементов) — 3 400 прим.(рос.)

[ХЕ-5] а ^б ^в Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М. : Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 50 000 прим. — ISBN 5—85270—039—8.(рос.)

[6] Властивості 239Pu на сайті МАГАТЕ (IAEA, International Atomic Energy Agency)^{[недоступне посилання з квітня 2019]}

[7] E. D. Clayton, ANOMALIES OF NUCLEAR CRITICALITY, REVISION 6 [Архівовано 24 вересня 2015 у Wayback Machine.] // Pacific Northwest Laboratory, February 2010. page 79. «N. THE CRITICALITY OF 239Pu-240Pu METAL MIXTURES»: «The critical mass for 239Pu metal is given as 5.2 and 10 kg for water-reflected and bare spheres, respectively.»(англ.)

[1]