Čo je to plutónium?
Aktualizované
Plutónium (značka Pu) je rádioaktívny kov s protónovým číslom 94. Vyrába sa takmer výlučne v jadrových reaktoroch a slúži ako jadrové palivo, štiepny materiál jadrových zbraní a zdroj tepla pre vesmírne sondy.
Plutónium je chemický prvok z radu aktinoidov; v periodickej tabuľke nasleduje za uránom a neptúniom. Všetky jeho izotopy sú rádioaktívne. V prírode sa vyskytuje len v nepatrných stopách, preto sa prakticky všetko plutónium vyrába v jadrových reaktoroch. Najznámejší je izotop plutónium-239, ktorý sa dá štiepiť a uvoľňuje pritom obrovské množstvo energie.
Značka a základné údaje
| Vlastnosť | Hodnota |
|---|---|
| Chemická značka | Pu |
| Protónové (atómové) číslo | 94 |
| Skupina prvkov | aktinoidy |
| Vzhľad | striebristý kov, ktorý na vzduchu oxiduje a tmavne |
| Hustota | asi 19,8 g/cm³ |
| Teplota topenia | asi 640 °C |
| Teplota varu | asi 3 230 °C |
| Najstálejší izotop | plutónium-244 (polčas rozpadu asi 81 miliónov rokov) |
| Objav | 1940 – 1941, Kalifornská univerzita v Berkeley |
Plutónium nemá štandardnú relatívnu atómovú hmotnosť, lebo nemá nijaký stabilný izotop. V tabuľkách sa preto často uvádza číslo 244 – nukleónové číslo najstálejšieho izotopu.
Kovové plutónium je pri izbovej teplote tvrdé a krehké približne ako liatina; mäkké a kujné je až v zliatine s iným kovom. Pri atmosférickom tlaku má šesť rôznych kryštálových modifikácií. Väčší kus kovu je na dotyk teplý – teplo z rádioaktívneho rozpadu dokáže ohriať vodu až do varu.
Izotopy a polčas rozpadu
Plutónium sa rozpadá prevažne vyžarovaním častíc alfa. Polčas rozpadu je čas, za ktorý sa rozpadne polovica jadier: z 1 g plutónia-239 zostane po 24 110 rokoch 0,5 g a po ďalších 24 110 rokoch 0,25 g.
| Izotop | Polčas rozpadu | Poznámka |
|---|---|---|
| plutónium-238 | 87,7 roka | silný zdroj tepla (asi 0,57 W na gram) |
| plutónium-239 | 24 110 rokov | štiepny izotop pre reaktory aj jadrové zbrane |
| plutónium-240 | asi 6 560 rokov | vzniká v reaktore popri plutóniu-239 |
| plutónium-241 | asi 14 rokov | rozpadom vzniká amerícium-241 |
| plutónium-242 | asi 373 000 rokov | – |
| plutónium-244 | asi 81 miliónov rokov | najstálejší izotop |
Ako plutónium vzniká
Plutónium-239 vzniká v jadrovom reaktore, keď jadro uránu-238 zachytí neutrón. Zmení sa tak na urán-239, ktorý sa dvoma rozpadmi beta (cez neptúnium-239) premení na plutónium-239. Plutónium teda nie je produktom štiepenia uránu, ale záchytu neutrónov. Vyhorené palivo z bežného ľahkovodného reaktora obsahuje asi 1 % plutónia; viac ako polovica plutónia, ktoré v reaktore vznikne, sa však ešte počas prevádzky rozštiepi a dodá asi tretinu tepla reaktora. Ako sa plutónium z vyhoreného paliva oddeľuje, opisuje článok Ako sa získava plutónium.
V prírode vznikajú stopové množstvá plutónia v uránových rudách a našli sa aj v gabonskom prírodnom jadrovom reaktore Oklo, ktorý pracoval asi pred dvoma miliardami rokov. V životnom prostredí sú dnes rozptýlené aj nepatrné množstvá z atmosférických jadrových skúšok v 50. a 60. rokoch 20. storočia.
Objav a pôvod názvu
Plutónium pripravili 14. decembra 1940 Glenn T. Seaborg, Edwin McMillan, Joseph Kennedy a Arthur Wahl na Kalifornskej univerzite v Berkeley: ostreľovaním uránu deuterónmi v cyklotróne získali izotop plutónium-238. Nový prvok chemicky potvrdili 23. – 24. februára 1941. Pre vojnové utajenie objav zverejnili až v roku 1946. Prvok dostal názov podľa vtedajšej planéty Pluto – rovnako ako predchádzajúci prvok neptúnium podľa planéty Neptún. Značku Pu zvolil Seaborg žartom: v angličtine jej výslovnosť pripomína citoslovce, ktorým ľudia reagujú na zápach.
Na čo sa plutónium používa
- Jadrová energetika: plutónium-239 sa štiepi v reaktoroch priamo v palive. Oddelené plutónium sa mieša s oxidom uránu na zmesové palivo MOX.
- Jadrové zbrane: plutónium-239 obsahovala prvá jadrová nálož na svete, odpálená pri skúške Trinity 16. júla 1945 v Novom Mexiku, aj bomba Fat Man zhodená 9. augusta 1945 na Nagasaki. Bomba Little Boy, zhodená 6. augusta 1945 na Hirošimu, bola uránová.
- Zdroj energie vo vesmíre: rádioizotopové termoelektrické generátory menia teplo z rozpadu plutónia-238 na elektrinu. Napájajú napríklad sondy Voyager (vypustené v roku 1977), sondu New Horizons a marsovské vozidlá Curiosity a Perseverance.
- Medicína: plutónium-238 sa používalo aj v batériách niektorých kardiostimulátorov.
Je plutónium nebezpečné?
Častice alfa, ktoré plutónium vyžaruje, majú krátky dosah a ľahko ich možno zastaviť, preto plutónium mimo tela predstavuje malé riziko. Nebezpečné je, keď sa dostane do tela, najmä vdýchnutím jemných čiastočiek. Tie sa usadia v pľúcach, kde žiarenie alfa poškodzuje tkanivo a môže spôsobiť zjazvenie pľúc a rakovinu. Z pľúc môže plutónium prejsť do krvi a uložiť sa v kostiach, pečeni a slezine. Prehltnuté plutónium sa v tráviacom trakte vstrebáva len slabo a väčšina sa z tela vylúči.
Rozšírené tvrdenie, že plutónium je „najjedovatejšia látka na svete“, odborné zdroje nepotvrdzujú. Svetová jadrová asociácia upozorňuje, že niektoré bežné látky sú na jednotku hmotnosti rovnako jedovaté alebo jedovatejšie. Pri práci s plutóniom však platia prísne pravidlá radiačnej ochrany.
Zdroje
- Los Alamos National Laboratory – periodická tabuľka: plutónium
- Los Alamos National Laboratory – časová os objavu a výskumu plutónia
- U.S. EPA – Radionuclide Basics: Plutonium (izotopy, zdravotné riziká)
- U.S. NRC – Plutonium (izotopy, vznik v reaktore, využitie)
- World Nuclear Association – Plutonium (vyhorené palivo, MOX, toxicita)
- U.S. Department of Energy – časová os 1938 – 1950 (Trinity, Hirošima, Nagasaki)