Plutonium

Hööftartikel: Isotopen vun Plutonium
Iso	VN	t_½	VO	VE (MeV)	VP
²³⁸Pu	nee	88 a	SV	-	-
²³⁸Pu	nee	88 a	α	5,5	²³⁴U
²³⁹Pu	nee	24,1×10³ a	SV	-	-
²³⁹Pu	nee	24,1×10³ a	α	5,245	²³⁵U
²⁴⁰Pu	nee	6,5×10³ a	SV	-	-
²⁴⁰Pu	nee	6,5×10³ a	β^-	0,005	²⁴⁰Am
²⁴¹Pu	nee	14 a	β^-	0,021	²⁴¹Am
			SV	-	-
			α	4,85	²³⁷U
²⁴²Pu	nee	3,73×10⁵ a	SV	-	-
²⁴²Pu	nee	3,73×10⁵ a	α	4,984	²³⁸U
²⁴⁴Pu	100 %	8,08×10⁷ a	α	4,666	²⁴⁰U
²⁴⁴Pu	100 %	8,08×10⁷ a	SV	-	-

Plutonium is en cheemsch Element mit dat Atomteken Pu un de Ordnungstall 94. Dat Element höört in dat Periodensystem to de Actinoiden. De Naam kummt vun den Dwargplanet Pluto, de dunntomalen noch as normalen Planet gellt hett. Man harr de letzten dree bekannten Elementen dunn na de butensten dree Planeten nöömt. In dat Periodensysteem staht Uran, Neptunium un Plutonium ok achterenanner.

Historie

Dat Element Plutonium weer an’n 23. Februar 1941 vun de US-amerikaanschen Forschers Glenn Seaborg, Michael Cefola, Edwin McMillan, Joseph W. Kennedy un Arthur C. Wahl opdeckt. Disse Grupp harr in en Zyklotron Uran ²³⁸U mit Deuterium beschatenm un dorbi dat Isotop ²³⁸Pu herstellt. Den Naam hebbt se dunntomalen na den to de Tiet butensten Planeten nöömt, de sülvst wedder na den röömschen Gott Pluto, den Gott vun de Ünnerwelt nöömt is. Dat Opdecken is wiel den Tweeten Weltkrieg geheem hollen worrn. De Atombomb, de later de japansch Stadt Nagasaki tonicht maakt hett, barg Plutonium ²³⁹Pu as Splittstoff.

Ok in Düütschland harr to de Tiet, as de Amerikaaners dat opdeckt harrn, Fritz Houtermans in den geheemen Bericht Zur Frage der Auslösung von Kern-Kettenreaktionen theoretsch vörut seggt, dat dat de Transuranen geven de. In’n Rahmen vun dat US-amerikaansche Manhattan-Projekt weer Plutonium to’n eersten mal in gröttere Mengden herstellt worrn. De Physiker un Dokter Joseph Hamilton hett af 1944 de Verdeelen vun Plutium in’n Organismus ünnersocht. 1945-1946 leet he Sworkranken (ok Kinner) ahn Verlööf vun de Lüüd Plutonium sprütten. De Versöksreeg weer denn aver afbraken un gellt vundag as bannig ümstreden vun wegen de gewaltig Giftigkeit.

Mit verbeterte Spoorenanalytik weer 1971 nawiest worrn, dat Plutonium ²⁴⁴Pu in bannig lütte Spooren in en poor Mineralen vörkummt. Dat is dat Plutonium-Isotop, dat an längsten överduert.

Vörkommen

In de Natur is Plutonium blots ganz dünn seit. Wo Uran vörkummt, kann Plutonium dör Opnahm (Absorbschoon) vun natürlich freesette Neutronen ut Uran entstahn. Dat aver man blots in bannig lütte Mengden. Ut de Tiet, as dat Sünnsystem nu dormit ok de Eer entstahn is, is man ok blots noch ’n ganz lütt beten Plutonium ²⁴⁴Pu in roor Uranierzen över. Dat is so wenig, dat dat erst 1971, lang na de künstlich Herstellen vun Plutonium in Karnreakters funnen worrn is. Man Plutonium mutt liekers as natürlich Element ansehn warrn.

Gröttere Mengden Plutonium sünd op natürlich Oort in den Naturreakter Oklo entstahn. Dör Atomexplosionen sünd siet den Tweeten Weltkrieg bit hüüt ungefäähr 20 t freesett worrn. Un de Karnkraftwarken weltwiet hebbt bit vundag üm un bi 2.000 t Plutonium (tomeist dat Isotop ²³⁹Pu) produzeert, dat gröttstendeels noch mit hoogradioaktive Splittprodukten tohopen in de afbrennten Brennstääv sitt.

Herstellen

En Schiev Plutonium.

Dat natürlich Vörkommen vun Plutonium is so lütt, dat sik de Afbo nich lohnt. Plutonium warrt künstlich wunnen. Von Bedüden sünd dorbi de beiden Isotopen ²³⁹Pu un ²³⁸Pu:

Plutonium ²³⁹Pu warrt in Bröödreakters herstellt. Dorin warrt natürlich ²³⁸U mit Neutronen beschaten un na de Formel wieter ünnen to ²³⁹Pu ümwannelt. De wietere Ümwanneln in ²⁴⁰Pu dör Neutroneninfang is för de Herstellen vun Plutonium för Atomwapen nicht wullt, wiel de hoge Verfallraat von dat ²⁴⁰Pu en vörtietig Tünnern utlösen künn. De wietere Ümwanneln warrt dör sünnere Booorden vun de Reaktoren ünnerbunnen oder dör fröhtietig Rutnehmen vun dat Plutonium.

Bi dat weapen grade (engl. för: döggt för Wapen) Plutonium liggt de Andeel vun dat ²⁴⁰Pu bi ünner 7 %. Bi dat supergrade Plutonium sogor noch düüdlich dorünner. Bi Plutonium ut Reaktoren vun de Energieweertschop (reactor grade) warrt op den Andeel von ²⁴⁰Pu nich so veel Weert leggt. Dor is de Andeel bi över 20 %.

Plutonium ²³⁸Pu warrt ut dat Neptunium vun bruukte Brennstääv afscheed. In de Brennstääv kummt meist blots dat Isotop ²³⁷Np vör, worut denn wedder eegen Stääv wunnen warrt, de in en Reaktor starke Neutronenstrahlen utsett warrt. Dorbi entsteiht denn dat ²³⁸Pu.

Egenschoppen

Plutonium is en radioaktiv sülvrig Swormetall. An de Luft entsteiht gau en Oxidschicht, de wat düster utsütt. Cheemsch kannst dat Element mit Blie verglieken. In Kontakt mit Süürn oder hitt Water reageert Plutonium ünner Freesetten von Waterstoff.

As de annern Swormetallen is ok Plutonium giftig. De Mengde, de för Minschen den Dood bringt, liggt wohrschienlich in’n tweestelligen Milligrammrebeet. För Hunnen is en LD₅₀ vun 0,32 mg/kg Körpergewicht rutfunnen worrn. Man gefährlicher as de Giftigkeit is bi dat Plutonium de Radioaktivität, de Kreeft utlösen kann. All dat Inaten vun 40 Nanogramm ²³⁹Pu is noog, üm bi den Grenzweert för Inhalatschoon för dat ganze Johr antokommen. Dat is so wenig, dat de Giftigkeit noch gor keen Rull speelt. Üm Krebs uttolösen langt wohrschienlich en Mengde vun wenige Mikrogramm.

Man richtig gefährlich is Plutonium blots bi Inkorporatschoon (as t. B. dör Inaten oder Verslucken). Dör eenfach Anrögen passeert normalerwies nix. Dat liggt an de Verfallsoort: Tomeist hebbt wi dat mit α-Deelken to doen, de wegen jümmer Grött en grote Wesselwirken mit dat ümgevend Material hebbt. De Reckwied is dorüm teemlich lütt. Bi Minschen kann de Alphastrahlen Zellen tweimaken, de nich schult sünd, man op de Huut hebbt wi en Schicht ut afstorben Zellen. Dör disse Hoornhuut kommt de α-Deelken nich dör.

Kristallisatschoonsphasen

**Kristallisatschoonsphasen bi Atmosphäärendruck**
Phasenbeteken	bestännig Temperaturrebeet	Dicht (Temperatur)	Kristallstruktur
a	0 K – 395 K	19,84 g/cm³ (293 K)	monoklin
ß	395 K – 479 K	17,8 g/cm³ (395 K)	monoklin basiszentreert
γ	479 K – 592 K	17,2 g/cm³ (479 K)	orthorhombisch flachzentreert
δ	592 K – 730 K	15,9 g/cm³ (592 K)	kubisch flachzentreert
δ'	730 K – 749 K	16,0 g/cm³ (730 K)	tetragonal ruumzentreert
ε	749 K – 914 K	16,5 g/cm³ (749 K)	kubisch ruumzentreert
fletig	914 K – 3503 K	16,65 g/cm³ (K)	—

Opfallen deit hierbi, dat de Dicht vun Plutonium af en sünnerlich Temperatur na baven wedder tonimmt (Dichtanomalie). Ok bi’t Opsmölten warrt de Dicht grötter – as bi Water ok.

²³⁸Pu gleiht dör den eegen Verfall.

Isotopen un Splittbarkeit

Vun Plutonium gifft dat keen Isotop, wat stabil is, man de enkelten Isotope verhoolt sik ünnerscheedlich:

²³⁸Pu entsteiht dör Infangen vun mehrere Neutronen ut dat Uran ²³⁵U. Toeerst entsteiht dör Infang vun een Neutron ²³⁶U in anrögten Tostand, de en Halfweertstiet vun 120 ns hett un mit einige Wohrschienlichkeit vun Sülvst verfallt. Aver anrögte ²³⁶U-Karns künnt ok Gammastrahlen afgeven un in en stabileren Grundtostand övergahn. Dör wieteren Neutroneninfang un Betaverfall warrt dorut dat ²³⁸Pu, as de Formeln dat wiest:

²³⁵U + n

\rightarrow

²³⁶U_m

\rightarrow

²³⁶U +

\gamma

²³⁶U + n

\rightarrow

²³⁷U

\rightarrow

²³⁷Np +

\beta

^-

²³⁷Np + n

\rightarrow

²³⁸Np

\rightarrow

²³⁸Pu +

\beta

^-

Dit Plutonium-Isotop verfallt nicht so licht von sülvst wegen sien lütte Masse. Dör langsame (thermische) Neutronen, t. B. in Reaktoren, lett sik dat blots slecht splitten.

²³⁹Pu kummt vun ²³⁸U dör Neutroneninfang un anslutend twee Betaverfäll tostannen:

²³⁸U + n

\rightarrow

²³⁹U (23,5 Min.)

\rightarrow

²³⁹Np +

\beta

^- (2,35 Daag)

\rightarrow

²³⁹Pu+

\beta

^-

Dit Isotop verfallt ok nich so licht von sülvst, wiel de Masse noch teemlich lütt is. Dör thermische Neutronen warrt ²³⁹Pu licht splitt.

²⁴⁰Pu entsteiht ut dat ²³⁸Pu dör Neutroneninfang. Wegen de högere Masse verfallt dit Isotop lichter vun sülvst, is aver dör thermische Neutronen blots slecht to splitten.

²⁴¹Pu (un ²⁴²Pu) künnt ok ut dat ²³⁸Pu dör wieteren Neutroneninfang entstahn. Wegen de groten Masse verfallt de Isotopen beter vun sülvst. ²⁴¹Pu is bannig goot dör thermische Neutronen to splitten.

Bruuk

Wegen sien Radioaktivität un Giftigkeit is de Bruuk vun Plutonium op en poor Anwennen minnert. Plutonium warrt as Splittstoff in Karnwapen insett. Dorbi warrt tomeist ²³⁹Pu bruukt. ²⁴¹Pu warrt as Splittstoff in sünners lütte un swache Karnwapen bruukt.

²³⁹Pu rieke Isotopengemische warrt in MOX-Brennelementen för Karnkraftwarken nütt.

²³⁸Pu warrt in Verbindung mit Beryllium in Neutronenbornen verwendt. Butendem gifft dat Isotop över mehrere Johren ungefäähr 450 W/kg Warms af. Dorüm warrt dat ok in Radioisotopengeneratoren (ok as Plutonium-Batterien betekend) insett, t. B. för de Stroomversorgen vun Ruumsonden, de in dat Sünnsystem wieter na buten fleegt. In fröhere Tieten weern de Radioisotopengeneratoren ok in Eerdsatelliten un Hartschrittmakers verwendt.