Плутоній-239

Шаблон:Нуклід Плутоній-239 (Шаблон:Lang-en) — радыеактыўны нуклід хімічнага элемента плутонію з атамным нумарам 94 і масавым лікам 239. Часам лічыцца, што ён уваходзяць у радыеактыўнае сямейства 4n+3, т.зв. рад актынію (хоць звычайна лічаць, што гэты рад пачынаецца з прыроднага ўрану-235, які і ўзнікае пры распадзе плутонію-239, які практычна адсутнічае ў прыродзе). Быў адкрыты ў 1941 годзе Гленам Сібаргам, Дж. Кенэдзі, Артурам Валем і Э. Сегрэ.

У прыродзе сустракаецца ў надзвычай малых колькасцях ва ўранавых рудах. Радыягенны плутоній-239 утвараецца з ўрану-238 пры захопе нейтронаў, якія ўзнікаюць пры спантаным дзяленні ўрану (²³⁵U і ²³⁸U) і ў выніку рэакцый (α, n) на лёгкіх элементах, якія ўваходзяць у склад руд; яшчэ адной крыніцай нейтронаў з’яўляецца касмічнае выпраменьванне.

Актыўнасць аднаго грама гэтага нукліда складае прыблізна 2,3 ГБк.

Утварэнне і распад

Плутоній-239 утвараецца ў выніку наступных распадаў:

• β⁻-распад нукліда ²³⁹Np (перыяд паўраспаду складае 2,356(3) сутак):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}\mathrm{P}\mathrm{u}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e;$

• K-захоп электрона нуклідам ²³⁹Am (перыяд паўраспаду складае 11,9(1) гад):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{5}}\mathrm{A}\mathrm{m}+e^{-}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}\mathrm{P}\mathrm{u}+{\overline{\nu }}_e;$

• α-распад нукліда ²⁴³Cm (перыяд паўраспаду складае 29,1(1) гадоў):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{4}\mathrm{3}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{6}}\mathrm{C}\mathrm{m}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}\mathrm{P}\mathrm{u}+{}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e}.$

Распад плутонію-239 адбываецца па наступных кірунках:

• α-распад у ²³⁵U (верагоднасць 100 %, энергія распаду 5 244,51(21) кэВ):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{9}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}\mathrm{P}\mathrm{u}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{5}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}+{}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e};$

энергія выпраменьвання α-часціц

5 105,5 кэВ (у 11,94 % выпадкаў);

5 144,3 кэВ (у 17,11 % выпадкаў);

5 156,59 кэВ (у 70,77 % выпадкаў).

• Спантанае дзяленне (імавернасць 3,1(6)Шаблон:E %);

Атрыманне

Плутоній-239 утвараецца ў любым ядзерным рэактары, які працуе на прыродным ці малаабагачаным уране, што змяшчае галоўным чынам ізатоп ²³⁸U, пры захопе ім лішніх нейтронаў. Пры гэтым адбываюцца наступныя ядзерныя рэакцыі:

$\text{n}+{}^2{}_{92}^{38}U\to {}^{\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}^{\mathrm{3}\mathrm{9}}\mathrm{U}\to {}^{\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}^{\mathrm{3}\mathrm{9}}\mathrm{N}\mathrm{p}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e$

${}^{\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}^{\mathrm{3}\mathrm{9}}\mathrm{N}\mathrm{p}\to {}^{\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}^{\mathrm{3}\mathrm{9}}\mathrm{P}\mathrm{u}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e$.

Для прамысловага выдзялення плутонію-239 з апрамененага ядзернага паліва выкарыстоўваюць п'юрэкс-працэс.

Ізамеры

Вядомы адзіны ізамер ²³⁹Pu^m з наступнымі характарыстыкамі:

• Лішак масы: 48 981,5(18) кэВ
• Энергія ўзбуджэння: 391,584(3) кэВ
• Перыяд паўраспаду: 193(4) нc
• Спін і цотнасць ядра: 7/2^-

Распад ізамернага стану ажыццяўляецца шляхам ізамернага пераходу ў асноўны стан.

Ужыванне

Плутоній-239 выкарыстоўваюць:

• у якасці ядзернага паліва ў ядзерных рэактарах на цеплавых і асабліва на хуткіх нейтронах;
• пры вырабе ядзернай зброі (крытычная маса для голага шара з металічнага ²³⁹Pu складае прыкладна 10 кг, для шара ў вадзяным адбівальніку прыкладна 5,2 кг);
• выкарыстоўваецца ў якасці зыходнага рэчыва для атрымання трансплутоніевых элементаў.