Плутоній-239

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].

Плутоній-239
Кільце чистого, електрорафінованого збройового плутонію (99,96%) Таблиця ізотопів
Загальні відомості
Назва, символ	Плутоній-239,239Pu
Нейтронів	145
Протонів	94
Властивості ізотопа
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

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 нукліда становить приблизно 2,3 ГБк.

Утворення та розпад

Плутоній-239 утворюється в результаті таких розпадів:

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

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

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

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

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

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

Розпад плутонію-239 відбувається в таких напрямах:

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

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

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 ним надлишкових нейтронів. При цьому відбуваються такі ядерні реакції:

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

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

Для 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

• Ізотопи плутонію
• Збройовий плутоній