Уравнение распада ядра плутония 239

Видео:Ядерные реакции. Простой и понятный советский научный фильм.Скачать

Ваш ответ

Видео:Плутоний - САМЫЙ СЕКРЕТНЫЙ МЕТАЛЛ НА ЗЕМЛЕ!Скачать

решение вопроса

Видео:ПЛУТОНИЙ 239 - РАДИОАКТИВНЫЕ ЛУЧИ ОТ ДЫМОИЗВЕЩАТЕЛЯ РИД 1Скачать

Похожие вопросы

• Все категории
• экономические 43,296
• гуманитарные 33,622
• юридические 17,900
• школьный раздел 607,203
• разное 16,830

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

Видео:Радий - САМЫЙ РАДИОАКТИВНЫЙ МЕТАЛЛ НА ЗЕМЛЕ!Скачать

Реферат на тему: «Плутоний» (стр. 3 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4

4.1. Изотопы и синтез

Методы экстракции плутония и урана.

Известны около 20 изотопов плутония, все они радиоактивны. Самым долгоживущим из них является плутоний-244, с периодом полураспада 80,8 млн лет; плутоний-242 имеет более короткий период полураспада — 372 300 лет; плутоний-239 — 24 110 лет’. Все остальные изотопы имеют период полураспада меньше 7 тыс. лет. Этот элемент имеет 8 метастабильных состояний, периоды полураспада этих изомеров не превышают 1 с[108].

Массовое число известных изотопов элемента варьируется от 228 до 247. Все они испытывают один или несколько типов радиоактивного распада:

электронный захват (и, при достаточной энергии, позитронный бета-распад) с образованием изотопов нептуния; бета-минус-распад с образованием изотопов америция; альфа-распад с образованием изотопов урана; спонтанное деление с образованием широкого спектра дочерних изотопов элементов из средней части периодической таблицы, многие из которых ??-активны.

Основным каналом распада наиболее лёгких изотопов плутония (с 228 по 231) является альфа-распад, хотя канал электронного захвата для них также открыт. Основным каналом распада лёгких изотопов плутония (с 232 по 235 включительно) является электронный захват, с ним конкурирует альфа-распад. Основными каналами радиоактивного распада изотопов с массовыми числами между 236 и 244 (кроме 237[139], 241[139] и 243) являются альфа-распад и (с меньшей вероятностью) спонтанное деление. Основным каналом распада изотопов плутония, массовые числа которых превосходят 244 (а также 243Pu и 241Pu), является бета-минус-распад в изотопы америция (95 протонов). Плутоний-241 является членом «вымершего» радиоактивного ряда нептуния[52][108].

Бета-стабильными (т. е. испытывающими лишь распады с изменением массового числа) являются изотопы с массовыми числами 236, 238, 239, 240, 242, 244.

4.2. Синтез плутония

Плутоний в промышленных масштабах получается двумя путями[138]:

облучением урана (см. реакцию ниже), содержащегося в ядерных реакторах; облучением в реакторах трансурановых элементов, выделенных из отработанного топлива.

После облучения в обоих случаях выполняется отделение химическими способами плутония от урана, трансурановых элементов и продуктов деления.

4.2.1. Плутоний-238

Плутоний-238, использующийся в радиоизотопных генераторах энергии, лабораторно может синтезироваться в обменной (d, 2n)-реакции на уране-238:

В данном процессе дейтрон попадает в ядро урана-238, в результате чего образуется нептуний-238 и два нейтрона. Далее нептуний-238 испытывает бета-минус-распад в плутоний-238. Именно в этой реакции был впервые получен плутоний (1941, Сиборг). Однако она неэкономична. В промышленности плутоний-238 получают двумя путями:

выделением из облучённого ядерного топлива (в смеси с другими изотопами плутония, разделение которых очень дорого), поэтому чистый плутоний-238 таким методом не нарабатывается с помощью нейтронного облучения в реакторах нептуния-237.

Цена одного килограмма плутония-238 составляет примерно 1 млн долларов США[24].

4.2.2. Плутоний-239

Плутоний-239, делящийся изотоп, используемый в ядерном оружии и в ядерной энергетике, промышленно синтезируется[10] в ядерных реакторах (в т. ч. в энергетических как побочный продукт) с помощью следующей реакции при участии ядер урана и нейтронов с помощью бета-минус-распада и с участием изотопов нептуния как промежуточного продукта распада[140]:

Нейтроны, излучаемые при делении урана-235, захватываются ураном-238 с образованием урана-239; затем через цепочку двух ??-распадов образуются нептуний-239 и далее плутоний-239[141]. Сотрудники засекреченной британской группы Tube Alloys (англ.), которые занимались изучением плутония во время 2-ой мировой войны, предсказали существование данной реакции в 1940 г.

4.2.3. Тяжёлые изотопы плутония

Ядерные циклы, позволяющие получать более тяжёлые изотопы плутония.

Более тяжёлые изотопы нарабатываются в реакторах из 239Pu по цепочке последовательных нейтронных захватов, каждый из которых увеличивает массовое число нуклида на единицу.

4.3. Свойства некоторых изотопов

Изотопы плутония претерпевают радиоактивный распад, вследствие которого выделяется тепловая энергия. Разные изотопы излучают разное количество тепла. Тепловыделение обычно записывается в пересчёте на Вт/кг или мВт/кг. В случаях, когда плутоний присутствует в больших количествах и нет теплоотвода, тепловая энергия может расплавить содержащий плутоний материал.

Все изотопы плутония способны к ядерному делению (при воздействии нейтрона)[142] и излучают ?-частицы.

Выделение тепла изотопами плутония[143]

Период полураспада
(в годах)

Спонтанное деление
нейтроны (1/(гр·с))

Очень высокая температура распада. Даже в небольших количествах может привести к саморазогреву. Используется в РТГ.

Основной ядерный продукт.

альфа в 236U, спонтанное деление

Является основной примесью в плутонии-239. Высокий показатель спонтанного деления не позволяет использовать в ядерной промышленности.

Распадается до америция-241; его накопление представляет угрозу для полученных образцов.

Критические массы некоторых изотопов актиноидов

Критическая масса, кг

Плутоний-236 был найден в плутониевой фракции, полученной из природного урана, при измерении радиоизлучения которой наблюдался пробег ?-частиц, равный 4,35 см (что соответствует 5,75 МэВ). Было установлено, что данная группа относилась к изотопу 236Pu, образующемся благодаря реакции 235U(?,3n)236Pu. Позднее было обнаружено, что возможны такие реакции как: 237Np(a, p4n)236Pu; 237Np(?,5n)236Am > (ЭЗ) 236Pu. В настоящее время его получают благодаря взаимодействию дейтрона с ядром урана-235. Изотоп образуется благодаря ?-излучаCm (T? 27 сут) и ?-излучаNp (T? 22 ч). Плутоний-236 является альфа-излучателем, способным с спонтанному делению. Скорость самопроизвольного деления составляет 5,8?107 делений на 1 г/ч, что соответствует периоду полураспада для этого процесса — 3,5?109 лет[35].

Плутоний-238 имеет интенсивность самопроизвольного деления 1,1?106 делений/с·кг, что в 2,6 раза больше 240Pu, и очень высокую тепловую мощность: 567 Вт/кг. Изотоп обладает очень сильным альфа-излучением (при воздействии на него нейтронов[52]), которое в 283 раза сильнее 239Pu, что делает его более серьезным источником нейтронов при реакции ? > n. Содержание плутония-238 редко когда превышает 1 % от общего состава плутония, однако излучение нейтронов и нагрев делают его очень неудобным для обращения[149]. Его удельная радиоактивность составляет 17,1 кюри/г[150].

Плутоний-239 имеет большие сечения рассеивания и поглощения, чем уран и большее число нейтронов в расчете на одно деление, и меньшую критическую массу[149], которая составляет 10 кг в альфа-фазе[143]. При ядерном распаде плутония-239 посредством воздействия на него нейтронами, этот нуклид распадается на два осколка (примерно равные между собой более лёгкие атомы), выделяя примерно 200 МэВ энергии. Это приблизительно в 50 млн раз больше выделяемой при горении энергии (C+O2 > CO2^). «Сгорая» в ядерном реакторе изотоп выделяет 2?107 ккал[16]. Чистый 239Pu имеет среднюю величину испускания нейтронов от спонтанного деления примерно 30 нейтронов/с·кг (примерно 10 делений в секунду на килограмм). Тепловая мощность составляет 1,92 Вт/кг (для сравнения: теплота обмена веществ у взрослого человека составляет меньшую тепловую мощность), что делает его теплым на ощупь. Удельная активность равна 61,5 мКи/г[149].

Плутоний-240 является основным изотопом загрязняющим оружейный 239Pu. Уровень его содержания главным образом важен из-за интенсивности спонтанного деления, которая составляет делений/с·кг, но испускается примерно 1?105 нейтронов/с·кг, так как каждое деление рождает приблизительно 2,2 нейтрона, что примерно враз больше, чем у 239Pu. Плутоний-240 хорошо делится, чуть лучше чем 235U. Тепловой выход больше, чем у плутония-239 и составляет 7,1 Вт/кг, что обостряет проблему перегрева. Удельная активность равна 227 мКи/г[149].

Плутоний-241 имеет низкий нейтронный фон и умеренную тепловую мощность и потому непосредственно не влияет на удобство применения плутония (Тепловая мощность равна 3,4 Вт/кг). Однако он с периодом полураспада 14 лет превращается в америций-241, который плохо делится и обладает большой тепловой мощностью, ухудшая качество оружейного плутония. Таким образом, плутоний-241 влияет на старение оружейного плутония. Удельная активность — 106 Ки/г[149].

Интенсивность испускания нейтронов плутония-242 составляет делений/с·кг (вдвое выше 240Pu), плохо подвержен ядерному делению. При заметной концентрации серьезно увеличивает требуемую критическую массу и нейтронный фон. Имея большую продолжительность жизни и маленькое сечение захвата нуклид накапливается в переработанном реакторном топливе. Удельная активность составляет 4 мКи/г[149].

Видео:Радиоактивный датчик дыма. Плутоний 239. Дымоизвещатель РИД 1Скачать

5. Сплавы

Сплавы плутония, или интерметаллические соединения, обычно получают прямым взаимодействием элементов в нужных отношениях[13]. В большинстве случаев для получения гомогенного вещества применяют дуговую плавку; иногда нестабильные сплавы можно получить распылительным осаждением[151][152] или охлаждением расплавов[153].

Видео:Полоний - САМЫЙ ЖЕСТОКИЙ ЭЛЕМЕНТ НА ЗЕМЛЕ!Скачать

Плутоний

Плутоний
Атомный номер	94
Внешний вид простого вещества
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	244,0642 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	151 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	491,9(5,10) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Rn] 5f 6 7s 2
Химические свойства
Ковалентный радиус	n/a пм
Радиус иона	(+4e) 93 (+3e) 108 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,28
Электродный потенциал	Pu←Pu 4+ -1,25В Pu←Pu 3+ -2,0В Pu←Pu 2+ -1,2В
Степени окисления	6, 5, 4, 3
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	19,84 г/см³
Молярная теплоёмкость	32,77 [1] Дж/(K·моль)
Теплопроводность	(6,7) Вт/(м·K)
Температура плавления	914 K
Теплота плавления	2,8 кДж/моль
Температура кипения	3505 K
Теплота испарения	343,5 кДж/моль
Молярный объём	12,12 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	моноклинная
Параметры решётки	a=6,183 b=4,822 c=10,963 β=101,8 Å
Отношение c/a	—
Температура Дебая	162 K

Плутоний — радиоактивный химический элемент группы актиноидов, широко использовавшийся в производстве ядерного оружия (т. н. «оружейный плутоний»), а также (экспериментально) в качестве ядерного топлива для атомных реакторов гражданского и исследовательского назначения. Первый искусственный элемент, полученный в доступных для взвешивания количествах (1942 г.).

В таблице справа приведены основные свойства α-Pu — основной аллотропной модификации плутония при комнатной температуре и нормальном давлении.

Видео:Урок 472. Реакция деления ядер урана. Ядерная энергетикаСкачать

История плутония

Изотоп плутония 238 Pu был впервые искусственно получен 23 февраля 1941 года группой американских ученых во главе с Гленном Сиборгом путем облучения ядер урана дейтронами. Примечательно, что только после искусственного получения плутоний был обнаружен в природе: в ничтожно малых количествах 239 Pu обычно содержится в урановых рудах как продукт радиоактивного превращения урана.

Видео:Деление ядер уранаСкачать

Нахождение плутония в природе

В урановых рудах в результате захвата нейтронов (например, нейтронов из космического излучения) ядрами урана образуется нептуний ( 239 Np), продуктом β-распада которого и является природный плутоний-239. Однако плутоний образуется в таких микроскопических количествах (0,4—15 частей Pu на 10 12 частей U), что о его добыче из урановых руд не может быть и речи.

Видео:Первый реактор и оружейный плутонийСкачать

Происхождение названия плутоний

В 1930 году астрономический мир был взбудоражен замечательной новостью: открыта новая планета, о существовании которой давно говорил Персиваль Ловелл, астроном, математик и автор фантастических очерков о жизни на Марсе. На основе многолетних наблюдений за движениями Урана и Нептуна Ловелл пришел к заключению, что за Нептуном в солнечной системе должна быть еще одна, девятая планета, отстоящая от Солнца в сорок раз дальше, чем Земля.

Эта планета, элементы орбиты которой Ловелл рассчитал еще в 1915 году, и была обнаружена на фотографических снимках, полученных 21, 23 и 29 января 1930 г. астрономом К. Томбо в обсерватории Флагстафф (США). Планету назвали Плутоном. По имени этой планеты, расположенной в солнечной системе за Нептуном, был назван плутонием 94-й элемент, искусственно полученный в конце 1940 г. из ядер атомов урана группой американских ученых во главе с Г. Сиборгом.

Видео:☢ Плутониевая петля. Что такое плутоний и опасна ли Камера Вильсона? [Олег Айзон]Скачать

Физические свойства плутония

Существует 15 изотопов плутония — В наибольших количествах получаются изотопы с массовыми числами от 238 до 242:

238 Pu -> (период полураспада 86 лет, альфа-распад) -> 234 U,

Этот изотоп используется почти исключительно в РИТЭГ космического назначения, например, на всех аппаратах, улетавших дальше орбиты Марса.

239 Pu -> (период полураспада 24 360 лет, альфа-распад) -> 235 U,

Этот изотоп наиболее подходит для конструирования ядерного оружия и ядерных реакторов на быстрых нейтронах.

240 Pu -> (период полураспада 6580 лет, альфа-распад) -> 236 U, 241 Pu -> (период полураспада 14.0 лет, бета-распад) -> 241 Am, 242 Pu -> (период полураспада 370 000 лет, альфа-распад) -> 238 U

Эти три изотопа серьёзного промышленного значения не имеют, но получаются, как побочные продукты, при получении энергии в ядерных реакторах на уране, путём последовательного захвата нескольких нейтронов ядрами урана-238. Изотоп 242 по ядерным свойствам наиболее похож на уран-238. Америций-241, получавшийся при распаде изотопа 241, использовался в детекторах дыма.

Плутоний интересен тем, что от температуры затвердевания до комнатной претерпевает шесть фазовых переходов, больше, чем любой другой химический элемент. При последнем плотность увеличивается скачком на 11%, в результате, отливки из плутония растрескиваются. Стабильной при комнатной температуре является альфа-фаза, характеристики которой и приведены в таблице. Для применения более удобной является дельта-фаза, имеющая меньшую плотность, и кубическую объёмно-центрированную решётку. Плутоний в дельта-фазе весьма пластичен, в то время, как альфа-фаза хрупкая. Для стабилизации плутония в дельта-фазе применяется легирование трёхвалентными металлами (в первых ядерных зарядах использовался галлий).

Видео:Уран - САМЫЙ ОПАСНЫЙ МЕТАЛЛ НА ЗЕМЛЕ!Скачать

Применение плутония

Первый ядерный заряд на основе плутония был взорван 16 июля 1945 года на полигоне Аламогордо (испытание под кодовым названием «Тринити»).

Видео:Плутоний-239 и Стронций-90 (Источники 1 Р/ч)Скачать

Биологическая роль плутония

Плутоний высокотоксичен; ПДК для 239 Pu в открытых водоемах и воздухе рабочих помещений составляет соответственно 81,4 и 3,3*10 −5 Бк/л. Большинство изотопов плутония обладают высокой величиной плотности ионизации и малой длиной пробега частиц, поэтому его токсичность обусловлена не столько его химическими свойствами (вероятно, в этом отношении плутоний токсичен не более, чем другие тяжелые металлы), сколько ионизирующим действием на окружающие ткани организма. Плутоний относится к группе элементов с особо высокой радиотоксичностью. В организме плутоний производит большие необратимые изменения в скелете, печени, селезенке, почках, вызывает рак. Максимально допустимое содержание плутония в организме не должно превышать десятых долей микрограмма.

Видео:Закон радиоактивного распада. Период полураспадаСкачать

Художественные произведения связанные с темой плутоний

— Плутоний использовался для машины De Lorean DMC-12 в фильме Назад в будущее как топливо для накопителя потока для перемещения в будущее или в прошлое.

— Из плутония состоял заряд атомной бомбы, взорванной террористами в Денвере, США, в произведении Тома Клэнси «Все страхи мира»

— Кэндзабуро Оэ «Записки пинчранера»

— В 2006 году компанией «Beacon Pictures» был выпущен фильм «Плутоний-239» ( «Pu-239» )

🎦 Видео

Радиохимия (часть 3) Half Life / закон радиоактивного распада / Химия – ПростоСкачать

Ядерные реакции. 10 класс.Скачать

Виды ядерного распада(видео 18) | Квантовая физика | ФизикаСкачать

Радиоактивный распад не имеет памятиСкачать

Цепная реакция УранаСкачать

Производство оружейного плутония - это тяжкий трудСкачать

Уравнения ядерных реакций для разных видов распада (видео 19)| Квантовая физика | ФизикаСкачать