Plutonium, Рu
Химический элемент ¹ 94 в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Известны 28 изотопов П. с массами 223–250. Стабильных изотопов П. не имеет, наиболее долгоживущий изотоп – не имеющий практического значения 244Рu (Т1/2 = = 81 млн лет), поэтому в природе он отсутствует. Впервые получен в США в 1939 г. (Г. Сиборг и др.) в эксперименте на циклотроне в виде изотопа 238Рu. Как и у всех искусственных элементов, изотопный состав П. зависит от технологии получения.
Температура кипения П. – 3227°С, плавления – 640°С. При охлаждении от точки плавления до температуры ниже 122°С он проходит шесть аллотропных форм, различающихся типом кристаллической решетки. При этом его плотность меняется в пределах 20%, что обуславливает значительные сложности технологий металлургии П.
При комнатной температуре чистый П. – серебристо-серый тяжелый (плотность –19,8 г/см3) металл, твердый и хрупкий. В мелкодисперсном виде пирофорен, в металлической форме сильно подвержен коррозии. Во всех формах, состояниях и соединениях обладает очень высокой радиационной и химической токсичностью.
Основной способ наработки П. – облучение уранового топлива в нейтронных потоках ядерного реактора. Ядро топливного 238U захватывает нейтрон и превращается в 239U. Этот короткоживущий (Т1/2 = 23,4 мин) нуклид распадается в 239Np (Т1/2 = 2,36 дня), а тот, в свою очередь, – в накапливаемый 239Pu (Т1/2 = 24,1 тыс. лет). Этот изотоп П. имеет наибольшее практическое значение. Как и 235U, он делится нейтронами любых энергий. Вследствие этого в нем, при достижении критической массы, развивается цепная ядерная реакция деления без замедлителя и, соответственно, возможно его использование в качестве материала ядерного заряда (ЯЗ). Благодаря уникальному сочетанию ядернофизических характеристик 239Pu (в первую очередь – малой критической массе: в виде «голого шара» – 15 кг, у 235U – 50 кг), ядерные боеприпасы на его основе обладают существенно более высокими тактико-техническими данными в сравнении с урановыми. Поэтому без 239Pu не обходится ни один вид современного ядерного оружия (ЯО) развитых стран.
Это определяет масштабы мировой целенаправленной наработки, с извлечением в чистом виде, 239Pu оружейной кондиции – свыше 250 т, в т. ч. в бывшем СССР – ок.125 т, в США – 100 т. При этом Великобритания, Россия, США и Франция в 1995, 1995, 1992 и 1996 гг. соответственно сделали официальные заявления о прекращении производства П. для целей ЯО.
Помимо этого, результатом деятельности мирового ядерноэнергетического комплекса явилось накопление в облученном ядерном топливе (ОЯТ) ок. 2300 т энергетического плутония, и это количество ежегодно увеличивается приблизительно на 105 т. В энергетическом П., в сравнении с оружейным, существенно выше концентрация тяжелых изотопов П. с массами 240, 241 и 242. Они образуются из 239Pu в ходе последовательных захватов нейтронов при длительном облучении, характерном для энергетических реакторов.
Кроме того, при захвате нейтронов ядрами 235U в ядерном топливе энергетических реакторов в ходе нескольких дальнейших захватов нейтронов и β-распадов в ОЯТ накапливается упомянутый выше легкий изотоп 238Рu (Т1/2 = 87,7 года). Из-за мощного нейтронного фона и большого собственного тепловыделения он непригоден для снаряжения ЯЗ, но получил широкое применение в конструкциях изотопных энергоисточников (в частности, в космической технике).
См. также: Запрещение производства расщепляющихся материалов; Реактор – наработчик оружейного плутония; Соглашение о прекращении производства плутония; Соглашение об утилизации плутония; Ядерные бомбардировки.
Лит.: Популярная библиотека химических элементов. Кн. II. М.: «Наука», 1983. С. 392–405;
Феоктистов Л.П. Из прошлого в будущее. Снежинск: РФЯЦ-ВНИИТФ, 1998. С. 44–48;
Дмитриев А.М. Проблемы обращения с плутонием. М.: МИФИ, 2000. С. 13;
Шмелев А.Н., Куликов Г.Г., Апсэ В.А. Физические факторы и свойства ядерных материалов, влияющие на их защищенность. М.: МИФИ, 2001. С. 36–39; Андрюшин И.А., Чернышев А.К., Юдин Ю.А. Укрощение ядра. Саранск, 2003. С. 454–456.
См. также: Запрещение производства расщепляющихся материалов; Реактор – наработчик оружейного плутония; Соглашение о прекращении производства плутония; Соглашение об утилизации плутония; Ядерные бомбардировки.
А.Б. Колдобский
