Plütonyum-239
Plütonyum-239 (239Pu veya Pu-239 ), plütonyumun bir izotopudur. Plütonyum-239, nükleer silah üretiminde kullanılan birincil fisil izotoptur ancak uranyum-235 de bu amaç için kullanılır. Plütonyum-239 aynı zamanda uranyum-235 ve uranyum-233 ile birlikte termal spektrumlu nükleer reaktörlerde yakıt olarak kullanılabilen üç ana izotoptan biridir. Plütonyum-239'un yarı ömrü 24.110 yıldır.[1]
Nükleer özellikleri
[değiştir | kaynağı değiştir]Plütonyum-239'un nükleer özellikleri ve yüksek oranda zenginleştirilmiş silah sınıfı uranyum-235'ten daha ucuza daha fazla miktarlarda neredeyse saf 239Pu üretme kabiliyeti, nükleer silahlarda ve nükleer santrallerde kullanılmasına yol açtı. Bir nükleer santralin reaktöründe bir uranyum-235 atomunun fisyonu iki ila üç nötron üretir ve bu nötronlar plütonyum-239 ve diğer izotopları üretmek için uranyum-238 tarafından emilebilir. Plütonyum-239 ayrıca bir reaktördeki uranyum-235 ile birlikte nötronları ve fisyonu da emebilir.
Tüm yaygın nükleer yakıtlar arasında 239Pu en küçük kritik kütleye sahiptir. Küresel şekildeki sıkıştırılmamış kritik kütle yaklaşık 11 kg (24,2 lbs) ve 10,2 cm (4") çapındadır. Uygun tetikleyiciler, nötron reflektörleri, patlama geometrisi kulllanılıp sıkıştırılırsa kritik kütle bunun yarısından az olabilir.
Bir 239Pu atomunun bölünmesi 207,1 MeV = 3,318 × 10 −11 J, yani 19,98 TJ/mol = 83,61 TJ/kg,[2] veya yaklaşık 23 gigawatt saat/kg üretir.
| radyasyon kaynağı (239Pu'nun termal fisyonu) | açığa çıkan ortalama enerji [MeV cinsinden] [2] |
|---|---|
| Fisyon parçalarının kinetik enerjisi | 175.8 |
| Ani nötronların kinetik enerjisi | 5.9 |
| Ani γ ışınlarıyla taşınan enerji | 7.8 |
| Toplam anlık enerji | 189.5 |
| β− parçacıklarının enerjisi | 5.3 |
| Antinötrinoların enerjisi | 7.1 |
| Gecikmiş γ ışınlarının enerjisi | 5.2 |
| Çürüyen fisyon ürünlerinin toplamı | 17.6 |
| Ani nötronların ışınımsal yakalanmasıyla açığa çıkan enerji | 11.5 |
| Termal spektrumlu bir reaktörde açığa çıkan toplam ısı (anti-nötrinolar katkıda bulunmaz) | 211.5 |
Üretimi
[değiştir | kaynağı değiştir]Plütonyum uranyum-238'den yapılır. 239Pu normalde nükleer reaktörlerde, yakıt çubuklarında bulunan uranyum izotoplarından birinin bir atomunun dönüştürülmesiyle oluşturulur. Bazen 238U'luk bir atom nötron radyasyonuna maruz kaldığında çekirdeği bir nötronu yakalayarak onu 239U'ya dönüştürür. Bu, daha düşük kinetik enerjiyle daha kolay gerçekleşir (Çünkü 238Ufisyon aktivasyonu 6,6 MeV'dir). 239U daha sonra hızla iki β bozunumuna uğrar - bu bir elektron ve bir anti-nötrinonun emisyonunun (), bir proton bırakmasıdır - ilk β - bozunması 239U'yu neptunyum-239'a dönüştürür ve ikinci β - bozunması 239Np'yi 239 Pu'ya dönüştürür:
![{\displaystyle {{\mkern {2mu}}{\vphantom {A}}_{\hphantom {92}}^{\hphantom {238}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{92}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {238}}}\mathrm {U} {}+{}{\mkern {2mu}}{\vphantom {A}}_{\hphantom {0}}^{\hphantom {1}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{0}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {1}}}\mathrm {n} {}\mathrel {\longrightarrow } {}{\mkern {2mu}}{\vphantom {A}}_{\hphantom {92}}^{\hphantom {239}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{92}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {239}}}\mathrm {U} {}\mathrel {\xrightarrow[{23.5\ \mathrm {min} }]{\mathrm {\beta } {\vphantom {A}}^{-}}} {}{\mkern {2mu}}{\vphantom {A}}_{\hphantom {93}}^{\hphantom {239}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{93}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {239}}}\mathrm {Np} {}\mathrel {\xrightarrow[{2.356\ \mathrm {d} }]{\mathrm {\beta } {\vphantom {A}}^{-}}} {}{\mkern {2mu}}{\vphantom {A}}_{\hphantom {94}}^{\hphantom {239}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{94}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {239}}}\mathrm {Pu} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/15bb66867a3b931a990a4b1de2b7a1f3692701e0)
Fisyon aktivitesi nispeten nadir gerçekleşir, bu nedenle önemli miktarda maruz kaldıktan sonra bile 239Pu hala büyük miktarda 238U (ve muhtemelen diğer uranyum izotoplarıyla), oksijenle, orijinal malzemenin diğer bileşenleriyle ve fisyon ürünleriyle karışır ancak yakıtın reaktörde birkaç gün maruz kalması durumunda 239Pu, yüksek saflıkta 23Pu metali elde etmek için malzemenin geri kalanından kimyasal olarak ayrılabilir.
Kaynakça
[değiştir | kaynağı değiştir]- ^ "Physical, Nuclear, and Chemical Properties of Plutonium". Institute for Energy and Environmental Research. 22 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Kasım 2015.
- ^ a b "Table of Physical and Chemical Constants, Sec 4.7.1: Nuclear Fission". Kaye & Laby Online. 5 Mart 2010 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Şubat 2009.