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Plutonium


Plutonium ist ein radioaktives chemisches Element mit dem Symbol Pu und der Ordnungszahl 94. Es ist ein Aktinid Metall von silbergraues Aussehen dass trübt wenn sie der Luft ausgesetzt wird , und bildet ein stumpfes Beschichtung , wenn sie oxidiert . Das Element weist normalerweise sechs Allotrope und vier Oxidationsstufen auf . Es reagiert mit Kohlenstoff , Halogenen , Stickstoff , Silizium und Wasserstoff . An feuchter Luft bildet es Oxide und Hydridedie die Probe auf bis zu 70 % des Volumens ausdehnen können, die wiederum als pyrophores Pulver abplatzt . Es ist radioaktiv und kann sich in Knochen anreichern , was den Umgang mit Plutonium gefährlich macht.

Plutonium wurde erstmals Ende 1940 und Anfang 1941 synthetisch hergestellt und isoliert, durch eine Deuteronenbombardierung von Uran-238 im 1,5-Meter (60 Zoll ) Zyklotron an der University of California, Berkeley . Zunächst wurde Neptunium-238 ( Halbwertszeit 2,1 Tage) synthetisiert, das anschließend beta-zersetzt wurde , um das neue Element mit der Ordnungszahl 94 und dem Atomgewicht 238 (Halbwertszeit 88 Jahre) zu bilden. Da Uran nach dem Planeten Uranus und Neptunium nach dem Planeten Neptun benannt war , wurde Element 94 nach Pluto benannt , der damals ebenfalls als Planet galt. Das Kriegsgeheimnis hinderte das Team der University of California bis 1948 daran, seine Entdeckung zu veröffentlichen.

Plutonium ist das Element mit der höchsten Ordnungszahl, das in der Natur vorkommt. Spurenmengen entstehen in natürlichen Uran-238-Lagerstätten, wenn Uran-238 Neutronen einfängt, die durch den Zerfall anderer Uran-238-Atome emittiert werden.

Sowohl Plutonium-239 als auch Plutonium-241 sind spaltbar , was bedeutet, dass sie eine nukleare Kettenreaktion aufrechterhalten können , die zu Anwendungen in Kernwaffen und Kernreaktoren führt . Plutonium-240 weist eine hohe spontane Spaltungsrate auf , wodurch der Neutronenfluss jeder Probe, die es enthält , erhöht wird . Das Vorhandensein von Plutonium-240 schränkt die Verwendbarkeit einer Plutoniumprobe für Waffen oder ihre Qualität als Reaktorbrennstoff ein, und der Prozentsatz von Plutonium-240 bestimmt ihre Qualität ( Waffenqualität , Brennstoffqualität oder Reaktorqualität). Plutonium-238 hat eine Halbwertszeit von 87,7 Jahren und emittiert Alphateilchen . Es ist eine Wärmequelle in thermoelektrischen Radioisotop-Generatoren , die zum Antrieb einiger Raumschiffe verwendet werden . Plutoniumisotope sind teuer und unbequem zu trennen, daher werden bestimmte Isotope normalerweise in spezialisierten Reaktoren hergestellt.

Die erstmalige Produktion von Plutonium in brauchbaren Mengen war ein wesentlicher Bestandteil des Manhattan-Projekts während des Zweiten Weltkriegs , das die ersten Atombomben entwickelte. Die Fat Man Bomben in dem verwendeten Trinity Atomtest im Juli 1945, und in der Bombardierung von Nagasaki im August 1945, hatten Plutoniumkerne . Experimente mit menschlicher Strahlung zur Untersuchung von Plutonium wurden ohne informierte Zustimmung durchgeführt , und nach dem Krieg ereigneten sich mehrere kritische Unfälle , von denen einige tödlich waren. Die Entsorgung von Plutoniumabfällen aus Kernkraftwerken und demontierten Atomwaffen, die während des Kalten Krieges gebaut wurden, ist ein Problem der nuklearen Verbreitung und der Umwelt. Andere Plutoniumquellen in der Umwelt sind Fallout aus zahlreichen oberirdischen Atomtests, die jetzt verboten sind .

A graph showing change in density with increasing temperature upon sequential phase transitions between alpha, beta, gamma, delta, delta' and epsilon phases
Plutonium hat bei Umgebungsdruck sechs Allotrope: Alpha  (α), Beta  (β), Gamma  (γ), Delta  (δ), Delta Prime  (δ') und Epsilon  (ε) [10]
cylinder of Pu metal
Ein Ring von Waffen-graden 99,96% reinen electrorefined Plutonium, genug für eine Bombe Kern . Der Ring wiegt 5,3 kg, ist ca. 11 cm Durchmesser und seine Form trägt zur Kritikalitätssicherheit bei .
A diagram illustrating the interconversions between various isotopes of uranium, thorium, protactinium and plutonium
Uran-Plutonium- und Thorium-Uran-Ketten
Five fluids in glass test tubes: violet, Pu(III); dark brown, Pu(IV)HClO4; light purple, Pu(V); light brown, Pu(VI); dark green, Pu(VII)
Verschiedene Oxidationsstufen von Plutonium in Lösung
Black block of Pu with red spots on top and yellow powder around it
Die Pyrophorizität von Plutonium kann dazu führen, dass es unter bestimmten Bedingungen wie eine glühende Glut aussieht.
Glass vial of brownish-white snow-like precipitation of plutonium hydroxide
Zwanzig Mikrogramm reines Plutoniumhydroxid
Probe von Plutoniummetall, ausgestellt im Questacon Museum
Elderly Seaborg in a suit
Glenn T. Seaborg und sein Team in Berkeley waren die ersten, die Plutonium produzierten.
Der Zwergplanet Pluto , nach dem Plutonium benannt ist
Tall square industrial room seen from above. Its cement walls have metal ladders and meshes, and a dozen people work on the floor.
Der Hanford- B-Reaktor im Bau – der erste Reaktor zur Plutoniumproduktionium
Aerial shot of Hanford
Der Standort Hanford stellt zwei Drittel des hochradioaktiven Abfalls des Landes nach Volumen dar. Im Januar 1960 säumen Kernreaktoren das Flussufer am Standort Hanford entlang des Columbia River .
Two diagrams of weapon assembly. Top: "gun-type assembly method" — an elliptical shell encloses conventional chemical explosives on the left, whose detonation pushes sub-critical pieces of uranium-235 together on the right. Bottom: "implosion assembly method" — a spherical shell encloses eight high-explosive charges which upon detonation compress a plutonium charge in the core.
Wegen des Vorhandenseins von Plutonium-240 in reaktorgezüchtetem Plutonium wurde das Implosionsdesign für die Waffen Fat Man “ und „ Trinity “ entwickelt
Photo of an atomic explosion mushroom cloud with a gray stem and white cap
Die 1945 auf Nagasaki in Japan abgeworfene Atombombe hatte einen Plutoniumkern.
Glowing cylinder of plutonium oxide standing in a circular pit
Ein glühender Zylinder aus 238 PuO 2
Glowing graphite cube containing plutonium-238 oxide
Der thermoelektrische Generator mit 238 PuO 2 -Radioisotopen des Curiosity- Rovers
A stack of square metal plates with a side about 10 inches. In the 3-inch hole in the top plate there is a gray metal ball simulating Pu.
Eine Kugel aus simuliertem Plutonium, umgeben von neutronenreflektierenden Wolframkarbidblöcken in einer Nachstellung von Harry Daghlians Experiment von 1945