Плутоній-239

Плутоній-239 (англ.: plutonium-239) — радыеактыўны нуклід хімічнага элемента плутонію з атамным нумарам 94 і масавым лікам 239. Часам лічыцца, што ён уваходзяць у радыеактыўнае сямейства 4n+3, т.зв. рад актынію (хоць звычайна лічаць, што гэты рад пачынаецца з прыроднага ўрану-235, які і ўзнікае пры распадзе плутонію-239, які практычна адсутнічае ў прыродзе). Быў адкрыты ў 1941 годзе Гленам Сібаргам, Дж. Кенэдзі, Артурам Валем і Э. Сегрэ^[3].

Плутоній-239
Назва, сімвал	Плутоній-239, 239Pu
Нейтронаў	145
Уласцівасці нукліду
Атамная маса	239,0521634(20)[1] а. а. м.
Дэфект масы	48 589,9(18)[1] кэВ
Удзельная энергія сувязі (на нуклон)	7 560,311(8)[1] кэВ
Перыяд паўраспаду	2,411(3)×104[2] гадоў
Прадукты распаду	235U
Бацькоўскія ізатопы	239Np (β−) 239Am (ε) 243Cm (α)
Спін і цотнасць ядра	1/2+[2]
Канал распаду Энергія распаду α-распад 5,24451(21)[1] МэВ SF
Табліца нуклідаў
Медыяфайлы на Вікісховішчы

У прыродзе сустракаецца ў надзвычай малых колькасцях ва ўранавых рудах. Радыягенны плутоній-239 утвараецца з ўрану-238 пры захопе нейтронаў, якія ўзнікаюць пры спантаным дзяленні ўрану (²³⁵U і ²³⁸U) і ў выніку рэакцый (α, n) на лёгкіх элементах, якія ўваходзяць у склад руд^[4]; яшчэ адной крыніцай нейтронаў з’яўляецца касмічнае выпраменьванне^[5].

Актыўнасць аднаго грама гэтага нукліда складае прыблізна 2,3 ГБк.

Утварэнне і распад

Плутоній-239 утвараецца ў выніку наступных распадаў:

• β⁻-распад нукліда ²³⁹Np (перыяд паўраспаду складае 2,356(3)^[2] сутак):

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

• K-захоп электрона нуклідам ²³⁹Am (перыяд паўраспаду складае 11,9(1)^[2] гад):

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

• α-распад нукліда ²⁴³Cm (перыяд паўраспаду складае 29,1(1)^[2] гадоў):

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

Распад плутонію-239 адбываецца па наступных кірунках:

• α-распад у ²³⁵U (верагоднасць 100 %^[2], энергія распаду 5 244,51(21) кэВ^[1]):

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

энергія выпраменьвання α-часціц

5 105,5 кэВ (у 11,94 % выпадкаў);

5 144,3 кэВ (у 17,11 % выпадкаў);

5 156,59 кэВ (у 70,77 % выпадкаў)^[6].

• Спантанае дзяленне (імавернасць 3,1(6)×10^-10 %)^[2];

Атрыманне

Плутоній-239 утвараецца ў любым ядзерным рэактары, які працуе на прыродным ці малаабагачаным уране, што змяшчае галоўным чынам ізатоп ²³⁸U, пры захопе ім лішніх нейтронаў. Пры гэтым адбываюцца наступныя ядзерныя рэакцыі:

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

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

Для прамысловага выдзялення плутонію-239 з апрамененага ядзернага паліва выкарыстоўваюць п'юрэкс-працэс^[5].

Ізамеры

Вядомы адзіны ізамер ²³⁹Pu^m з наступнымі характарыстыкамі^[2]:

• Лішак масы: 48 981,5(18) кэВ
• Энергія ўзбуджэння: 391,584(3) кэВ
• Перыяд паўраспаду: 193(4) нc
• Спін і цотнасць ядра: 7/2^-

Распад ізамернага стану ажыццяўляецца шляхам ізамернага пераходу ў асноўны стан^[2].

Ужыванне

Плутоній-239 выкарыстоўваюць^[5]:

• у якасці ядзернага паліва ў ядзерных рэактарах на цеплавых і асабліва на хуткіх нейтронах;
• пры вырабе ядзернай зброі (крытычная маса для голага шара з металічнага ²³⁹Pu складае прыкладна 10 кг, для шара ў вадзяным адбівальніку прыкладна 5,2 кг^[7]);
• выкарыстоўваецца ў якасці зыходнага рэчыва для атрымання трансплутоніевых элементаў.

Зноскі

1. Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references(англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 337—676. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003 — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A
2. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A
3. Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — М.: Высшая Школа, 1991. — С. 407. — 656 с.
4. Милюкова М. С., Гусев Н. И., Сентюрин И. Г., Скляренко И. С. Аналитическая химия плутония. — М.: «Наука», 1965. — С. 12. — 454 с. — (Аналитическая химия элементов). — 3 400 экз.
5. Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.
6. Уласцівасці ²³⁹Pu на сайце МАГАТЭ (IAEA, International Atomic Energy Agency)(недаступная спасылка)
7. E. D. Clayton, ANOMALIES OF NUCLEAR CRITICALITY, REVISION 6 // 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.»