Plutonium-240

Plutonium-240 (²⁴⁰Pu nebo Pu-240) je izotop plutonia vznikající záchytem neutronu z ²³⁹Pu. Objeveno bylo na základě svého spontánního štěpení v roce 1944 v Los Alamos a mělo význam pro Projekt Manhattan.^[1]

²⁴⁰Pu podléhá v malé, ale významné, míře spontánnímu štěpení. Přítomnost ²⁴⁰Pu omezuje využití plutonia v jaderných zbraních, protože neutrony ze spontánního štěpení vyvolávají předčasnou řetězovou reakci, kde uvolněná energie rozptýlí jádro před dosažením úplné imploze.^[2][3] Většinovým způsobem přeměny je vyzáření částice alfa za vzniku uranu-236.

Jaderné vlastnosti

62 až 73 % jader ²³⁹Pu, která zachytí neutron, se rozštěpí, zbytek vytvoří ²⁴⁰Pu. ČRím déle zůstává jaderné palivo v reaktoru, ím větší je v něm poměrné zastoupení ²⁴⁰Pu.

Izotop ²⁴⁰Pu má podobný účinný průřez pro záchyt tepelných neutronů jako ²³⁹Pu (289,5±1,4 oproti 269,3±2,9 barnů),^[4][5] ovšem jeho účinný průřez pro štěpení tepelnými neutrony je malý (0,064 barnů). Když ²⁴⁰Pu zachytí neutron, tak je pravděpodobnost přeměny na ²⁴¹Pu přibližně 4500krát větší než pravděpodobnost štěpení. Izotopy s lichými nukleonovými čísly snadněji zachytí neutron a následně se rozštěpí, než izotopy se sudými nukleonovými čísly, které se tak v reaktoru hromadí.

Jaderné zbraně

Příměsi ²⁴⁰Pu v plutoniových jaderných zbaních jsou komplikací a nejvhodnější je čisté ²³⁹Pu,^[6] a to z těchto důvodů:

• ²⁴⁰Pu má velký podíl spontánního štěpení. Každý neutron, který se dostane do nadkritického jádra, může způsobit okamžitý výbuch, a to i před dosažením optimální konfigurace. Přítomnost ²⁴⁰Pu tak snižuje výkonnost těchto zbraní.^[6][3]
• Izotopy za ²³⁹Pu vyzařují mnohem více radioaktivního záření, což stěžuje jejich uchovávání.^[6] Také uvolňují více tepla, čímž mohou vyvolat fázové změny jádra.^[6]

Spontánní štěpení bylo podrobně zkoumáno v projektu Manhattan.^[7] Tento jev znemožňoval použití plutonia ve zbraních pistolovitého typu, kde se štěpný materiál do nadkritické hmotnosti dostane za několik millisekund, a vyvolalo potřebu vyvinout implozní zbraně, ve kterých proces trvá mikrosekundy.^[8]

I  přesto se přespokládá, že při testu Trinity nečistoty v podobě ²⁴⁰Pu způsobily 12% pravděpodobnost, že bvýbuch nedosáhne maximální síly.^[6]

Ke snížení obsahu ²⁴⁰Pu ve zbraňovém plutoniu (méně než 7 % ²⁴⁰Pu) bylo využito jeho přepracování po 90 dnech používání. Tyto rychlé palivové cykly se ukázaly jako nevhodné pro civilní reaktory a obvykle se provádějí pouze v reaktorech určených na výrobu zbraňového plutonia. Plutonium z použitých civiliních reaktorů většinou obsahuje méně než 70 % ²³⁹Pu a okolo 26 % ²⁴⁰Pu, se zbytkem tvořeným ostatními izotopy plutonia, což ztěžuje jeho využití ve zbraních.^{[2][6][9][10]} U zbraní vyrobených po 40. letech 20. století ale míra, do které je ²⁴⁰Pu pořekážkou pro výrobu zbraní, je sporná.