Ізотопи плутонію

Плутоній (₉₄Pu) — є синтетичним елементом, за винятком слідових кількостей, отриманих у результаті захоплення нейтронів ураном, тому стандартну атомну вагу вказати неможливо. Як і всі штучні елементи, він не має стабільні ізотопи. Був синтезований задовго до того, як був знайдений у природі, першим синтезованим ізотопом був ²³⁸Pu у 1940 році. Охарактеризовано двадцять радіоізотопів плутонію. Найбільш стабільними є плутоній-244 з періодом напіврозпаду 80,8 млн. років, плутоній-242 з періодом напіврозпаду 373300 років і плутоній-239 з періодом напіврозпаду 24110 років. Усі решта радіоактивних ізотопів мають період напіврозпаду менше 7000 років. Цей елемент також має вісім метастанів. Усі вони мають період напіврозпаду менше однієї секунди.

Атомна вага ізотопів плутонію коливається від 228,0387 u (²²⁸Pu) до 247,074 u (²⁴⁷Pu). Основними способами розпаду перед найбільш стабільним ізотопом, ²⁴⁴Pu, є спонтанний поділ і альфа-випромінювання; основним режимом після є бета-випромінювання. Первинними продуктами розпаду до ²⁴⁴Pu є ізотопи урану та нептунію (без урахування продуктів поділу), а первинними продуктами розпаду після є ізотопи америцію.

Виробництво та використання

Гранула плутонію-238, що світиться від власного тепла, використовується для радіоізотопних термоелектричних генераторів.

²³⁹Pu, ізотоп що розщеплюється, який є другим найбільш використовуваним ядерним паливом у ядерних реакторах після урану-235 і найбільш використовуваним паливом у частині ядерної зброї, що розщеплюється, виробляється з урану-238 шляхом захоплення нейтронів з подальшим двома бета-розпадами.

²⁴⁰Pu, ²⁴¹Pu і ²⁴²Pu утворюються шляхом подальшого захоплення нейтронів. Ізотопи непарної маси ²³⁹Pu і ²⁴¹Pu мають приблизно 3/4 шансів зазнати поділу при захопленні теплового нейтрона та приблизно 1/4 шансів утримати нейтрон і стати наступним важчим ізотопом. Ізотопи парної маси є родючим матеріалом, але не діляться, а також мають нижчу загальну ймовірність (поперечний переріз) захоплення нейтронів; тому вони, як правило, накопичуються в ядерному паливі, що використовується в тепловому реакторі, конструкції майже всіх атомних електростанцій сьогодні. У плутонії, який був використаний вдруге в теплових реакторах у МОХ-паливі, ²⁴⁰ Pu може бути навіть найпоширенішим ізотопом. Усі ізотопи плутонію та інші актиноїди, однак, розщеплюються швидкими нейтронами. ^240Pu дійсно має помірний поперечний переріз поглинання теплових нейтронів, так що виробництво ^241Pu в тепловому реакторі стає значною часткою такою ж великою, як виробництво ^239Pu.

Плутоній-240, 241 і 242

Переріз поділу для ²³⁹Pu становить 747,9 барна для теплових нейтронів, тоді як переріз активації становить 270,7 барна (співвідношення приблизно дорівнює 11 поділам на кожні 4 захоплення нейтронів). Вищі ізотопи плутонію утворюються, коли уранове паливо використовується протягом тривалого часу. Для використаного палива з високим вигорянням концентрація ізотопів плутонію з вищим рівнем вигоряння буде вищою, ніж паливо з низьким вигорянням, яке переробляється для отримання збройового плутонію.

Утворення ²⁴⁰Pu, ²⁴¹Pu і ²⁴²Pu з ²³⁸U

Ізотоп	Тепловий нейтрон переріз[1] (барн)		Режим розпаду	Періодом напіврозпаду
	Захоплення	Поділ
238U	2,683	0,000	α	4,468 х 10 9 років
239U	20.57	14.11	β −	23.45 хвилин
239Np	77.03	–	β −	2,356 днів
239Pu	270,7	747,9	α	24 110 років
240Pu	287,5	0,064	α	6561 рік
241Pu	363,0	1012	β −	14,325 років
242Pu	19.16	0,001	α	373 300 років

Примітки

1. National Nuclear Data Center Interactive Chart of Nuclides

Джерела

• Magurno, B. A., ред. (1981). Proceedings of the conference on nuclear data evaluation methods and procedures. BNL-NCS 51363 (PDF). Т. II. Upton: Brookhaven National Laboratory. Архів (PDF) оригіналу за 8 березня 2021. Процитовано 6 серпня 2014.
• Miner, William N.; Schonfeld, Fred W. (1968). Plutonium. У Clifford A. Hampel (ред.). The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York (NY): Reinhold Book Corporation. с. 540–546. LCCN 68029938.