प्लूटोनियम महत्वपूर्ण द्रव्यमान. मिथकों के बिना प्लूटोनियम के बारे में

मानवता हमेशा ऊर्जा के नए स्रोतों की तलाश में रही है जो कई समस्याओं का समाधान कर सकें। हालाँकि, वे हमेशा सुरक्षित नहीं होते हैं। इसलिए, विशेष रूप से, जो आज व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, हालांकि वे हर किसी के लिए आवश्यक भारी मात्रा में विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने में सक्षम हैं, फिर भी वे एक घातक खतरा पैदा करते हैं। लेकिन, शांतिपूर्ण उद्देश्यों के अलावा, हमारे ग्रह पर कुछ देशों ने इसका उपयोग सैन्य उद्देश्यों, विशेष रूप से परमाणु हथियार बनाने के लिए करना सीख लिया है। यह लेख ऐसे विनाशकारी हथियारों के आधार पर चर्चा करेगा, जिनका नाम हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम है।

संक्षिप्त जानकारी

धातु के इस कॉम्पैक्ट रूप में 239Pu आइसोटोप का न्यूनतम 93.5% होता है। हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का नाम इसलिए रखा गया ताकि इसे इसके "रिएक्टर समकक्ष" से अलग किया जा सके। सिद्धांत रूप में, प्लूटोनियम हमेशा किसी भी परमाणु रिएक्टर में बनता है, जो बदले में, कम-संवर्धित या प्राकृतिक यूरेनियम पर काम करता है, जिसमें अधिकांश भाग में 238U आइसोटोप होता है।

सैन्य उद्योग में आवेदन

हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम 239Pu परमाणु हथियारों का आधार है। साथ ही, द्रव्यमान संख्या 240 और 242 वाले आइसोटोप का उपयोग अप्रासंगिक है, क्योंकि वे एक बहुत ही उच्च न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि बनाते हैं, जो अंततः अत्यधिक प्रभावी परमाणु गोला-बारूद के निर्माण और डिजाइन को जटिल बनाता है। इसके अलावा, प्लूटोनियम आइसोटोप 240Pu और 241Pu का आधा जीवन 239Pu की तुलना में काफी कम है, इसलिए प्लूटोनियम के हिस्से बहुत गर्म हो जाते हैं। यह इस संबंध में है कि इंजीनियरों को परमाणु हथियारों में अतिरिक्त गर्मी को दूर करने के लिए अतिरिक्त तत्व जोड़ने के लिए मजबूर किया जाता है। वैसे, 239Pu अपने शुद्ध रूप में मानव शरीर की तुलना में अधिक गर्म है। इस तथ्य को ध्यान में रखना भी असंभव नहीं है कि भारी आइसोटोप की क्षय प्रक्रिया के उत्पाद धातु के क्रिस्टल जाली में हानिकारक परिवर्तन करते हैं, और यह स्वाभाविक रूप से प्लूटोनियम भागों के विन्यास को बदल देता है, जो अंततः, परमाणु विस्फोटक उपकरण की पूर्ण विफलता का कारण।

कुल मिलाकर, उपरोक्त सभी कठिनाइयों को दूर किया जा सकता है। और व्यवहार में, "रिएक्टर" प्लूटोनियम पर आधारित विस्फोटक उपकरणों का पहले ही एक से अधिक बार परीक्षण किया जा चुका है। लेकिन यह समझा जाना चाहिए कि परमाणु हथियारों में उनकी सघनता, कम मृत वजन, स्थायित्व और विश्वसनीयता किसी भी तरह से कम महत्वपूर्ण नहीं हैं। इस संबंध में, वे विशेष रूप से हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का उपयोग करते हैं।

उत्पादन रिएक्टरों की डिज़ाइन सुविधाएँ

रूस में लगभग सभी प्लूटोनियम का उत्पादन ग्रेफाइट मॉडरेटर से सुसज्जित रिएक्टरों में किया गया था। प्रत्येक रिएक्टर ग्रेफाइट के बेलनाकार रूप से इकट्ठे ब्लॉकों के आसपास बनाया गया है।

इकट्ठे होने पर, ग्रेफाइट ब्लॉकों के बीच शीतलक के निरंतर परिसंचरण को सुनिश्चित करने के लिए विशेष स्लॉट होते हैं, जो नाइट्रोजन का उपयोग करता है। इकट्ठे ढांचे में पानी को ठंडा करने और ईंधन के पारित होने के लिए ऊर्ध्वाधर रूप से स्थित चैनल भी बनाए गए हैं। असेंबली को पहले से ही विकिरणित ईंधन के निर्वहन के लिए उपयोग किए जाने वाले चैनलों के नीचे खुलेपन के साथ एक संरचना द्वारा कठोरता से समर्थित किया गया है। इसके अलावा, प्रत्येक चैनल हल्के और बेहद मजबूत एल्यूमीनियम मिश्र धातु से बनी पतली दीवार वाली ट्यूब में स्थित है। वर्णित अधिकांश चैनलों में 70 ईंधन छड़ें हैं। ठंडा पानी सीधे ईंधन की छड़ों के चारों ओर बहता है, जिससे उनमें से अतिरिक्त गर्मी निकल जाती है।

उत्पादन रिएक्टरों की शक्ति बढ़ाना

प्रारंभ में, पहला मयंक रिएक्टर 100 मेगावाट की थर्मल पावर के साथ संचालित होता था। हालाँकि, सोवियत परमाणु हथियार कार्यक्रम के मुख्य नेता ने एक प्रस्ताव रखा कि रिएक्टर को सर्दियों में 170-190 मेगावाट और गर्मियों में 140-150 मेगावाट की शक्ति पर काम करना चाहिए। इस दृष्टिकोण ने रिएक्टर को प्रति दिन लगभग 140 ग्राम कीमती प्लूटोनियम का उत्पादन करने की अनुमति दी।

1952 में, निम्नलिखित विधियों का उपयोग करके ऑपरेटिंग रिएक्टरों की उत्पादन क्षमता बढ़ाने के लिए पूर्ण अनुसंधान कार्य किया गया था:

• परमाणु संयंत्र के कोर के माध्यम से ठंडा करने और प्रवाहित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले पानी के प्रवाह को बढ़ाकर।
• चैनल लाइनर के पास होने वाली जंग की घटना के प्रति प्रतिरोध बढ़ाकर।
• ग्रेफाइट ऑक्सीकरण की दर को कम करना।
• ईंधन कोशिकाओं के अंदर तापमान बढ़ रहा है।

परिणामस्वरूप, ईंधन और चैनल की दीवारों के बीच अंतर बढ़ने के बाद परिसंचारी पानी का थ्रूपुट काफी बढ़ गया। हम जंग से भी छुटकारा पाने में कामयाब रहे। इसके लिए, सबसे उपयुक्त एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का चयन किया गया और सोडियम बाइक्रोमेट को सक्रिय रूप से जोड़ा जाने लगा, जिससे अंततः ठंडे पानी की कोमलता बढ़ गई (पीएच लगभग 6.0-6.2 हो गया)। इसे ठंडा करने के लिए नाइट्रोजन का उपयोग करने के बाद ग्रेफाइट का ऑक्सीकरण एक गंभीर समस्या नहीं रह गया (पहले केवल हवा का उपयोग किया जाता था)।

1950 के दशक के उत्तरार्ध में, नवाचारों को व्यवहार में पूरी तरह से महसूस किया गया, जिससे विकिरण के कारण यूरेनियम की अत्यधिक अनावश्यक मुद्रास्फीति में कमी आई, यूरेनियम छड़ों की गर्मी सख्तता में काफी कमी आई, क्लैडिंग प्रतिरोध में सुधार हुआ और उत्पादन गुणवत्ता नियंत्रण में वृद्धि हुई।

मयंक में उत्पादन

"चेल्याबिंस्क-65" उन अत्यंत गुप्त संयंत्रों में से एक है जहाँ हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम बनाया गया था। उद्यम में कई रिएक्टर थे, और हम उनमें से प्रत्येक पर करीब से नज़र डालेंगे।

रिएक्टर ए

इस संस्थापन को प्रसिद्ध एन. ए. डोलेज़ल के नेतृत्व में डिजाइन और निर्मित किया गया था। यह 100 मेगावाट की शक्ति से संचालित होता था। रिएक्टर में ग्रेफाइट ब्लॉक में 1149 लंबवत रूप से व्यवस्थित नियंत्रण और ईंधन चैनल थे। संरचना का कुल वजन लगभग 1050 टन था। लगभग सभी चैनल (25 को छोड़कर) यूरेनियम से भरे हुए थे, जिनका कुल द्रव्यमान 120-130 टन था। 17 चैनलों का उपयोग नियंत्रण छड़ों के लिए और 8 का प्रयोग प्रयोगों के लिए किया गया। ईंधन सेल की अधिकतम डिज़ाइन ऊष्मा रिलीज़ 3.45 किलोवाट थी। सबसे पहले, रिएक्टर प्रति दिन लगभग 100 ग्राम प्लूटोनियम का उत्पादन करता था। पहला धात्विक प्लूटोनियम 16 ​​अप्रैल, 1949 को उत्पादित किया गया था।

तकनीकी नुकसान

लगभग तुरंत ही, काफी गंभीर समस्याओं की पहचान की गई, जिसमें एल्यूमीनियम लाइनर का क्षरण और ईंधन कोशिकाओं की कोटिंग शामिल थी। यूरेनियम की छड़ें भी सूज गईं और क्षतिग्रस्त हो गईं, जिससे ठंडा पानी सीधे रिएक्टर कोर में रिसने लगा। प्रत्येक रिसाव के बाद, ग्रेफाइट को हवा से सुखाने के लिए रिएक्टर को 10 घंटे तक रोकना पड़ता था। जनवरी 1949 में, चैनल लाइनर्स को बदल दिया गया। इसके बाद 26 मार्च 1949 को इंस्टालेशन लॉन्च किया गया।

हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम, जिसका उत्पादन रिएक्टर ए में सभी प्रकार की कठिनाइयों के साथ किया गया था, 1950-1954 की अवधि में 180 मेगावाट की औसत इकाई शक्ति के साथ उत्पादित किया गया था। इसके बाद रिएक्टर का संचालन अधिक गहन उपयोग के साथ शुरू हुआ, जिसके कारण स्वाभाविक रूप से अधिक बार शटडाउन (महीने में 165 बार तक) हुआ। परिणामस्वरूप, अक्टूबर 1963 में रिएक्टर को बंद कर दिया गया और 1964 के वसंत में ही परिचालन फिर से शुरू हुआ। इसने 1987 में अपना अभियान पूरी तरह से पूरा किया और कई वर्षों के संचालन की पूरी अवधि में इसने 4.6 टन प्लूटोनियम का उत्पादन किया।

एबी रिएक्टर

1948 के पतन में चेल्याबिंस्क-65 उद्यम में तीन एबी रिएक्टर बनाने का निर्णय लिया गया। इनकी उत्पादन क्षमता 200-250 ग्राम प्लूटोनियम प्रतिदिन थी। परियोजना के मुख्य डिजाइनर ए. सविन थे। प्रत्येक रिएक्टर में 1996 चैनल शामिल थे, जिनमें से 65 नियंत्रण चैनल थे। प्रतिष्ठानों में एक तकनीकी नवाचार का उपयोग किया गया - प्रत्येक चैनल एक विशेष शीतलक रिसाव डिटेक्टर से सुसज्जित था। इस कदम से रिएक्टर के संचालन को रोके बिना लाइनर्स को बदलना संभव हो गया।

रिएक्टरों के संचालन के पहले वर्ष से पता चला कि वे प्रति दिन लगभग 260 ग्राम प्लूटोनियम का उत्पादन करते थे। हालाँकि, संचालन के दूसरे वर्ष से ही, क्षमता धीरे-धीरे बढ़ाई गई थी, और पहले से ही 1963 में इसका आंकड़ा 600 मेगावाट था। दूसरे ओवरहाल के बाद, लाइनर्स के साथ समस्या पूरी तरह से हल हो गई, और 270 किलोग्राम प्लूटोनियम के वार्षिक उत्पादन के साथ बिजली पहले से ही 1200 मेगावाट थी। ये संकेतक तब तक बने रहे जब तक रिएक्टर पूरी तरह से बंद नहीं हो गए।

एआई-आईआर रिएक्टर

चेल्याबिंस्क उद्यम ने 22 दिसंबर, 1951 से 25 मई, 1987 तक इस स्थापना का उपयोग किया। यूरेनियम के अलावा, रिएक्टर ने कोबाल्ट-60 और पोलोनियम-210 का भी उत्पादन किया। प्रारंभ में, सुविधा ने ट्रिटियम का उत्पादन किया, लेकिन बाद में प्लूटोनियम का उत्पादन शुरू कर दिया।

इसके अलावा, हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के प्रसंस्करण के लिए संयंत्र में भारी पानी पर चलने वाले रिएक्टर और एक एकल प्रकाश पानी रिएक्टर (इसका नाम "रुस्लान" था) चालू था।

साइबेरियाई विशालकाय

"टॉम्स्क-7" उस संयंत्र का नाम था, जिसमें प्लूटोनियम के निर्माण के लिए पांच रिएक्टर स्थित थे। उचित शीतलन सुनिश्चित करने के लिए प्रत्येक इकाई ने न्यूट्रॉन और साधारण पानी को धीमा करने के लिए ग्रेफाइट का उपयोग किया।

I-1 रिएक्टर एक शीतलन प्रणाली के साथ संचालित होता है जिसमें पानी एक बार गुजरता है। हालाँकि, शेष चार प्रतिष्ठान हीट एक्सचेंजर्स से सुसज्जित बंद प्राथमिक सर्किट से सुसज्जित थे। इस डिज़ाइन ने अतिरिक्त रूप से भाप उत्पन्न करना संभव बना दिया, जिससे बिजली के उत्पादन और विभिन्न रहने की जगहों को गर्म करने में मदद मिली।

टॉम्स्क-7 में ईआई-2 नामक एक रिएक्टर भी था, जिसका दोहरा उद्देश्य था: यह प्लूटोनियम का उत्पादन करता था और उत्पन्न भाप के कारण 100 मेगावाट बिजली, साथ ही 200 मेगावाट तापीय ऊर्जा उत्पन्न करता था।

महत्वपूर्ण सूचना

वैज्ञानिकों के अनुसार हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का आधा जीवन लगभग 24,360 वर्ष है। बड़ी संख्या! इस संबंध में, प्रश्न विशेष रूप से तीव्र हो जाता है: "इस तत्व के उत्पादन से निकलने वाले कचरे से ठीक से कैसे निपटें?" सबसे अच्छा विकल्प हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के बाद के प्रसंस्करण के लिए विशेष उद्यमों का निर्माण माना जाता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि इस मामले में तत्व का उपयोग अब सैन्य उद्देश्यों के लिए नहीं किया जा सकता है और यह मानव नियंत्रण में होगा। रूस में हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का निपटान बिल्कुल इसी तरह किया जाता है, लेकिन संयुक्त राज्य अमेरिका ने एक अलग रास्ता अपनाया है, जिससे उसके अंतरराष्ट्रीय दायित्वों का उल्लंघन हो रहा है।

इस प्रकार, अमेरिकी सरकार औद्योगिक तरीकों से नहीं, बल्कि प्लूटोनियम को पतला करके और इसे 500 मीटर की गहराई पर विशेष कंटेनरों में संग्रहीत करके अत्यधिक समृद्ध सामग्री को नष्ट करने का प्रस्ताव करती है। कहने की जरूरत नहीं है कि इस मामले में सामग्री को किसी भी समय आसानी से जमीन से हटाया जा सकता है और सैन्य उद्देश्यों के लिए फिर से उपयोग किया जा सकता है। रूसी राष्ट्रपति व्लादिमीर पुतिन के अनुसार, शुरू में देश इस पद्धति का उपयोग करके प्लूटोनियम को नष्ट नहीं करने, बल्कि औद्योगिक सुविधाओं पर निपटान करने पर सहमत हुए।

हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम की कीमत विशेष ध्यान देने योग्य है। विशेषज्ञों के अनुसार, इस तत्व के दसियों टन की कीमत कई अरब अमेरिकी डॉलर हो सकती है। और कुछ विशेषज्ञों ने तो 500 टन हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम की कीमत 8 ट्रिलियन डॉलर तक होने का अनुमान लगाया है। यह राशि सचमुच प्रभावशाली है. यह कितना पैसा है, इसे स्पष्ट करने के लिए मान लें कि 20वीं सदी के आखिरी दस वर्षों में रूस की औसत वार्षिक जीडीपी 400 अरब डॉलर थी। यानी वास्तव में हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम की वास्तविक कीमत रूसी संघ के बीस वार्षिक सकल घरेलू उत्पाद के बराबर थी।

इंटीग्रेटेड फास्ट रिएक्टर (आईएफआर) सिर्फ एक नए प्रकार का रिएक्टर नहीं है, यह एक नया ईंधन चक्र है। इंटीग्रल फास्ट रिएक्टर बिना मॉडरेटर वाला एक फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर है। इसमें केवल एक सक्रिय क्षेत्र है और कोई कंबल नहीं है।
आईबीआर धातु ईंधन का उपयोग करता है- यूरेनियम और प्लूटोनियम का एक मिश्र धातु।
इसका ईंधन चक्र पायरोप्रोसेसिंग का उपयोग करके सीधे रिएक्टर में ही ईंधन कटौती का उपयोग करता है। आईबीआर पाइरोप्रोसेसिंग में, वस्तुतः शुद्ध यूरेनियम को एक ठोस कैथोड पर एकत्र किया जाता है, और प्लूटोनियम, अमेरिकियम, नेप्टुनियम, क्यूरियम, यूरेनियम और कुछ विखंडन उत्पादों का मिश्रण इलेक्ट्रोलाइट नमक में तैरते हुए तरल कैडमियम कैथोड में एकत्र किया जाता है इलेक्ट्रोलाइट नमक में और कैडमियम परत में।
एकीकृत फास्ट रिएक्टर को तरल सोडियम या सीसे से ठंडा किया जाता है। सिरेमिक ईंधन की तुलना में धातु ईंधन का उत्पादन सरल और सस्ता है। धात्विक ईंधन पायरोप्रोसेस को एक प्राकृतिक विकल्प बनाता है। धात्विक ईंधन में ऑक्साइड ईंधन की तुलना में बेहतर तापीय चालकता और ताप क्षमता होती है। यह ईंधन यूरेनियम और प्लूटोनियम का एक मिश्र धातु है।
एक एकीकृत फास्ट रिएक्टर में प्रारंभिक लोडिंग में थर्मल न्यूट्रॉन के प्रभाव के तहत अधिक आइसोटोप विखंडनीय होना चाहिए ( > थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर की तुलना में 20%)। यह अत्यधिक संवर्धित यूरेनियम या प्लूटोनियम, निष्क्रिय किए गए परमाणु हथियार आदि हो सकते हैं। ऑपरेशन के दौरान, रिएक्टर थर्मल न्यूट्रॉन के प्रभाव में गैर-विखंडनीय सामग्रियों (उपजाऊ) को विखंडनीय में परिवर्तित करता है। एक तेज रिएक्टर में उपजाऊ सामग्री घटी हुई यूरेनियम (ज्यादातर यू-238), प्राकृतिक यूरेनियम, थोरियम, या एक पारंपरिक जल रिएक्टर से विकिरणित ईंधन से संसाधित यूरेनियम हो सकती है।
ईंधन एक स्टील आवरण में समाहित होता है जिसमें तरल सोडियम ईंधन और आवरण के बीच स्थित होता है। ईंधन के ऊपर खाली जगह हीलियम और रेडियोधर्मी क्सीनन को ईंधन तत्व के अंदर दबाव को बढ़ाए बिना स्वतंत्र रूप से इकट्ठा करने की अनुमति देती है और रिएक्टर क्लैडिंग को नुकसान पहुंचाए बिना ईंधन को फैलने की अनुमति देती है।
सोडियम की तुलना में सीसे का लाभ इसकी रासायनिक निष्क्रियता है, विशेषकर पानी या हवा के संबंध में। दूसरी ओर, सीसा अधिक चिपचिपा होता है, जिससे इसे पंप करना मुश्किल हो जाता है। इसके अलावा, इसमें न्यूट्रॉन-सक्रिय आइसोटोप होते हैं, जो सोडियम में व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित होते हैं।
कूलिंग सर्किट इस तरह से डिज़ाइन किए गए हैं कि वे संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण की अनुमति देते हैं। इसलिए यदि पंपों में बिजली की हानि होती है या रिएक्टर अप्रत्याशित रूप से बंद हो जाता है, तो कोर के चारों ओर की गर्मी शीतलक को प्रसारित करने के लिए पर्याप्त होगी।
आईबीआर में, विखंडनीय आइसोटोप को प्लूटोनियम आइसोटोप, साथ ही विखंडन उत्पादों से अलग नहीं किया जाता है, और इसलिए हथियारों के उत्पादन के लिए ऐसी प्रक्रिया का उपयोग व्यावहारिक रूप से असंभव है। इसके अलावा, रिएक्टर से प्लूटोनियम को हटाया नहीं जाता है, जो इसके अनधिकृत उपयोग को अवास्तविक बनाता है। एक्टिनाइड्स (यूरेनियम, प्लूटोनियम और मामूली एक्टिनाइड्स) को संसाधित करने के बाद, शेष अपशिष्ट विखंडन उत्पाद एसएम -151 है जिसका आधा जीवन 90 लीटर या लंबे समय तक रहने वाला टीसी -99 है जिसका आधा जीवन 211,000 लीटर या उससे अधिक है। .
आईबीआर कचरे का आधा जीवन या तो छोटा होता है या बहुत लंबा होता है, जिसका अर्थ है कि वे कमजोर रूप से रेडियोधर्मी होते हैं। आईबीआर अपशिष्ट की कुल मात्रा समान शक्ति के थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों के पुनर्संसाधित ईंधन (जिसे आमतौर पर अपशिष्ट माना जाता है) का 1/20 है। 70% विखंडन उत्पाद या तो स्थिर हैं या उनका आधा जीवन लगभग एक वर्ष का है। टेक्नेटियम-99 और आयोडीन-129, जिनमें से 6% विखंडन उत्पादों का आधा जीवन बहुत लंबा होता है, लेकिन रिएक्टर में न्यूट्रॉन के अवशोषण द्वारा इन्हें कम आधे जीवन (15.46 सेकंड और 12.36 घंटे) वाले आइसोटोप में परिवर्तित किया जा सकता है। . ज़िरकोनियम-93 (अपशिष्ट में 5%) को ईंधन क्लैडिंग में पुनर्चक्रित किया जा सकता है जहां रेडियोधर्मिता चिंता का विषय नहीं है। कचरे के शेष घटक प्राकृतिक यूरेनियम की तुलना में कम रेडियोधर्मी हैं।
आईडीबी एक ईंधन चक्र का उपयोग करता है जो धीमे न्यूट्रॉन रिएक्टरों में पारंपरिक चक्रों की तुलना में ईंधन के उपयोग के मामले में अधिक कुशल है, परमाणु हथियारों के प्रसार को रोकता है, उच्च स्तर के कचरे को कम करता है, और इसके अलावा, कुछ कचरे को ईंधन के रूप में उपयोग करता है। .
आईबीआर में, ईंधन और क्लैडिंग को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है और उनका विस्तार होता है, अधिक से अधिक न्यूट्रॉन कोर छोड़ देते हैं, जिससे श्रृंखला प्रतिक्रिया की तीव्रता कम हो जाती है। यानी एक नकारात्मक प्रतिक्रियाशीलता गुणांक काम करता है। आईबीआर में, यह प्रभाव इतना मजबूत है कि यह ऑपरेटर के हस्तक्षेप के बिना श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोक सकता है

पायरोप्रोसेसिंग ‒ उच्च तापमान विधि खर्च किए गए परमाणु ईंधन का इलेक्ट्रोलाइटिक पुनर्संसाधन. हाइड्रोमेटालर्जिकल विधि की तुलना में(उदाहरण के लिए PUREX) , पायरोप्रोसेसिंग का उपयोग सीधे रिएक्टर में किया जाता है।सॉल्वैंट्स पानी और कार्बनिक यौगिकों के बजाय पिघला हुआ नमक (उदाहरण के लिए, LiCl + KCl या LiF + CaF 2) और पिघली हुई धातु (उदाहरण के लिए, कैडमियम, बिस्मथ, मैग्नीशियम) हैं। पाइरोप्रोसेसिंग में, यूरेनियम, साथ ही प्लूटोनियम और छोटे एक्टिनाइड्स का निष्कर्षण एक साथ होता है और उन्हें तुरंत ईंधन के रूप में उपयोग किया जा सकता है। कचरे की मात्रा कम होती है और इसमें मुख्य रूप से विखंडन उत्पाद होते हैं।अग्निछाया प्रसंस्करण का उपयोग आईबीआर और पिघला हुआ नमक रिएक्टरों में किया जाता है।

प्लूटोनियम (प्लूटोनियम)पु, - कृत्रिम रूप से प्राप्त रेडियोधर्मी रासायनिक तत्व, Z=94, परमाणु द्रव्यमान 244.0642; एक्टिनाइड्स से संबंधित है। वर्तमान में, प्लूटोनियम के 19 समस्थानिक ज्ञात हैं। उनमें से सबसे हल्का 228 Ri (71/2=1.1 s) है, सबसे भारी ^Pu (7i/) है 2 =2.27 दिन), 8 परमाणु आइसोमर्स। सबसे स्थिर आइसोटोप क्रमशः 2A- 236, 238, 239, 240, 242 और 244: 21013, 6.29-11,2.33-10,8.51109, 3.7-12,1.48-8 और 6.66-uz Bq/g है। A = 236, 238, 239, 240, 242 और 244 के साथ समस्थानिकों के विकिरण की औसत ऊर्जा क्रमशः 5.8, 5.5, 5.1, 5.2, 4.9 और 4.6 MeV है। प्लूटोनियम के हल्के समस्थानिक (2 3 2 पु, 2 34 पु, 235 पु, 2 3 7 पु) इलेक्ट्रॉन ग्रहण से गुजरते हैं। 2 4 "पाई - पी-एमिटर (ईपी = 0.0052 मेव)। व्यावहारिक रूप से सबसे महत्वपूर्ण है 2 39Ru (7|/ 2 =2.44-104 वर्ष, a-क्षय, सहज विखंडन (z, my%)) को धीमे न्यूट्रॉन के प्रभाव में विभाजित किया जाता है और इसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों में ईंधन के रूप में किया जाता है, और आवेशित पदार्थ के रूप में परमाणु बम।

प्लूटोनियम-236 (7आई/2 =2.85आई वर्ष), ए-उत्सर्जक: 5.72 एमईवी (30.56%) और 5.77 एमईवी (69.26%), बेटी न्यूक्लाइड 2 3 2 यू, विशिष्ट गतिविधि 540 सीआई/जी। स्वतःस्फूर्त विखंडन की प्रायिकता किग्रा 6. प्रति 1 ग्राम/घंटा 5.8-7 डिवीजनों की सहज विखंडन दर इस प्रक्रिया के लिए 3.5-109 वर्षों के आधे जीवन से मेल खाती है।

प्रतिक्रियाओं द्वारा प्राप्त किया जा सकता है:

यह आइसोटोप a-उत्सर्जक 2 4оСш (7i/ 2 =27 दिन) और p-उत्सर्जक 23 6m Np (7i/ 2 =22 h) के क्षय के दौरान भी बनता है। 2 घंटे 6 री का क्षय निम्नलिखित दिशाओं में होता है: ए-क्षय, संभावना 100% और सहज विखंडन (संभावना)

प्लूटोपियम-237 (7!/2 =45>2 दिन), पुत्री उत्पाद 2 37एनपी। परमाणु प्रतिक्रियाओं के माध्यम से 40 MeV की ऊर्जा के साथ हीलियम आयनों के साथ प्राकृतिक यूरेनियम पर बमबारी करके प्राप्त किया जा सकता है:

जब यूरेनियम को रिएक्टर न्यूट्रॉन से विकिरणित किया जाता है तो यह कम मात्रा में भी बनता है। क्षय का मुख्य प्रकार इलेक्ट्रॉन ग्रहण है

(99%, विशेषता एक्स-रे उत्सर्जन, बेटी उत्पाद ^एनपी), लेकिन 2 ज़ी और कमजोर वाई-उत्सर्जन के गठन में एक क्षय है, आधा जीवन 45.2 दिन है। 2 z7Rts का उपयोग पर्यावरणीय घटकों के नमूनों से अलगाव के दौरान प्लूटोनियम की रासायनिक उपज की निगरानी के साथ-साथ मानव शरीर में प्लूटोनियम के चयापचय का अध्ययन करने के लिए सिस्टम में किया जाता है।

प्लूटोनियम-238, 7*1/2=87.74 वर्ष, ए-उत्सर्जक (ऊर्जा 5.495(76%), 5.453(24%) और 5.351(0.15%) MeV, कमजोर y-उत्सर्जक (ऊर्जा 0.044 से 0.149 MeV तक)। इस न्यूक्लाइड के 1 ग्राम की गतिविधि ~63.7 जीबीक्यू (विशिष्ट गतिविधि 17 सीआई/जी) है; पदार्थ की समान मात्रा में हर सेकंड 1200 सहज विखंडन की दर होती है। प्रति 1 ग्राम में सहज विखंडन की दर 5.1-6 विखंडन होती है। /घंटा इस प्रक्रिया के लिए 3.8-10 वर्षों के आधे जीवन के अनुरूप है, इस मामले में, एक बहुत उच्च तापीय शक्ति विकसित होती है: 567 W/kg GD = 3.8-10 वर्ष। थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर का क्रॉस सेक्शन एक = 500 है खलिहान, थर्मल न्यूट्रॉन के प्रभाव में विखंडन क्रॉस सेक्शन 18 खलिहान है, इसमें बहुत उच्च विशिष्ट रेडियोधर्मिता (^Pu से 283 गुना अधिक मजबूत) है, जो इसे और अधिक गंभीर बनाती है। प्रतिक्रियाओं से न्यूट्रॉन का स्रोत (ए, एन)।

• 2 h 8Pu निम्नलिखित क्षयों के परिणामस्वरूप बनता है:
  • (3-न्यूक्लाइड का क्षय 2 3 8 एनपी:

2 h 8 Ru प्राकृतिक या कम समृद्ध यूरेनियम पर चलने वाले किसी भी परमाणु रिएक्टर में बनता है, जिसमें मुख्य रूप से 2 h 8 u आइसोटोप होता है। इस स्थिति में, निम्नलिखित परमाणु प्रतिक्रियाएँ होती हैं:

यह तब भी बनता है जब यूरेनियम पर 40 MeV की ऊर्जा वाले हीलियम आयनों की बमबारी की जाती है:

क्षय निम्नलिखित दिशाओं में होता है: 2 34यू में ए-क्षय (संभावना 10%, क्षय ऊर्जा 5.593 मेव):

उत्सर्जित अल्फा कणों की ऊर्जा 5.450 मेई (2.9% मामलों में; और 5.499 मेई (70.91% मामलों में) है। सहज विखंडन की संभावना 1.9-7% है।

2 3 8 पु के क्षय के दौरान 5.5 MeV ऊर्जा निकलती है। एक किलोग्राम 2-3 8 Ri युक्त बिजली के स्रोत में, ~50 वाट की तापीय शक्ति विकसित होती है। समान द्रव्यमान के रासायनिक धारा स्रोत की अधिकतम शक्ति 5 वाट है। समान ऊर्जा विशेषताओं वाले कई उत्सर्जक हैं, लेकिन 2 3Ri की एक विशेषता इस आइसोटोप को अपूरणीय बनाती है। आमतौर पर क्षय के साथ तीव्र वाई उत्सर्जन भी होता है। 2 z 8 री एक अपवाद है. इसके नाभिक के क्षय के साथ आने वाली y-क्वांटा की ऊर्जा कम है। इस आइसोटोप के नाभिक के स्वतःस्फूर्त विखंडन की संभावना भी कम होती है। 288 आरआई का उपयोग परमाणु विद्युत बैटरी और न्यूट्रॉन स्रोतों के निर्माण के लिए, पेसमेकर के लिए बिजली स्रोत के रूप में, अंतरिक्ष यान में थर्मल ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए, रेडियोआइसोटोप धुआं डिटेक्टरों के हिस्से के रूप में, आदि के लिए किया जाता है।

प्लूटोनियम-239, 71/2=2.44वाँ 4 वर्ष, ए-क्षय 00%, कुल क्षय ऊर्जा 5.867 मेव, 5.15 (69%), 5.453 (24%) और 5.351(0, 15%) की ऊर्जा के साथ ए-कण उत्सर्जित करता है ) और कमजोर y-विकिरण, थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन st = 271 बार्न। विशिष्ट गतिविधि 2.33109 बीक्यू/जी। 36 डिवीजन/ग्राम/घंटा के सहज विभाजन की दर 7” डिवीजन = 5.5-10*5 वर्ष के अनुरूप है। 1 किग्रा 2 39Ri 2.2-107 किलोवाट-घंटे तापीय ऊर्जा के बराबर है। 1 किलो प्लूटोनियम का विस्फोट 20,000 टन टीएनटी के विस्फोट के बराबर है। प्लूटोनियम का एकमात्र आइसोटोप जिसका उपयोग परमाणु हथियारों में किया जाता है। 2 39Pu 2P+3 परिवार का हिस्सा है इसका क्षय उत्पाद 2 35U है। यह आइसोटोप थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित होता है और परमाणु रिएक्टरों में ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। 2 39Ri पाकपिया द्वारा जलोपी पकटॉप्स में प्राप्त किया जाता है:

रिएक्शन क्रॉस सेक्शन -455 खलिहान। *39Pu भी कब बनता है

परमाणु प्रतिक्रियाओं द्वारा 8 MeV से अधिक ऊर्जा वाले ड्यूटेरॉन के साथ यूरेनियम की बमबारी:

साथ ही जब यूरेनियम पर 40 MeV की ऊर्जा वाले हीलियम आयनों की बमबारी की जाती है
सहज विभाजन, संभावना 1.36-10*7%।

यूरेनियम से प्लूटोनियम का रासायनिक पृथक्करण यूरेनियम समस्थानिकों को अलग करने की तुलना में अपेक्षाकृत सरल कार्य है। परिणामस्वरूप, प्लूटोनियम की लागत 2 zzi की लागत से कई गुना कम है। जब 2 39Pu नाभिक को न्यूट्रॉन द्वारा लगभग समान द्रव्यमान के दो टुकड़ों में विभाजित किया जाता है, तो लगभग 200 MeV ऊर्जा निकलती है। विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने में सक्षम। 2 39Pu (^u की तुलना में) का अपेक्षाकृत कम आधा जीवन रेडियोधर्मी क्षय के दौरान ऊर्जा की एक महत्वपूर्ण रिहाई को दर्शाता है। 2 39Rc 1.92 W/kg का उत्पादन करता है। प्लूटोनियम का एक अच्छी तरह से इंसुलेटेड ब्लॉक दो घंटे में 100° से अधिक तापमान तक और जल्द ही एपी संक्रमण बिंदु तक गर्म हो जाता है, जो प्लूटोनियम के चरण संक्रमण के दौरान मात्रा में परिवर्तन के कारण हथियार डिजाइन के लिए एक समस्या पैदा करता है। विशिष्ट गतिविधि 2 39पीयू 2.28-12 बीक्यू/जी। 2 39Pu थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा आसानी से विखंडित हो जाता है। पूर्ण क्षय पर विखंडनीय आइसोटोप 239 पु 25,000,000 kWh/किग्रा के बराबर तापीय ऊर्जा प्रदान करता है। 2 39Pi में 748 बार्न के धीमे न्यूट्रॉन के लिए एक विखंडन क्रॉस सेक्शन है, और 315 बार्न का एक विकिरण कैप्चर क्रॉस सेक्शन है। 2 39Pu में यूरेनियम की तुलना में बड़ा प्रकीर्णन और अवशोषण क्रॉस सेक्शन होता है और विखंडन के दौरान बड़ी संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं (2 zzi के लिए 2.47 की तुलना में प्रति विखंडन घटना 3.03 न्यूट्रॉन), और, तदनुसार, एक कम महत्वपूर्ण द्रव्यमान। शुद्ध 2 39Pu में -30 न्यूट्रॉन/सेकंड-किग्रा (-10 विखंडन/सेकेंड) के सहज विखंडन से औसत न्यूट्रॉन उत्सर्जन होता है।-

प्लूटोनियम-240, 71/2=6564 एल, ए-क्षय, विशिष्ट गतिविधि 8.51-109 बीक्यू/जी। सहज विखंडन दर 1.6-6 डिवीजन/जी/घंटा, Ti/2=i.2-io यू एल. 24°Pu में 239 Pu की तुलना में तीन गुना छोटा प्रभावी न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन होता है और ज्यादातर मामलों में यह 2 4*Pu में बदल जाता है।

24op और कुछ रेडियोन्यूक्लाइड्स के क्षय के दौरान बनता है:

क्षय ऊर्जा 5.255 MeV, ऊर्जा वाले a-कण 5.168 (72.8%), 5.123 (27.10%) MeV;

सहज विभाजन, संभाव्यता 5.7-6.

यूरेनियम ईंधन में, रिएक्टर संचालन के दौरान ^Pu की मात्रा बढ़ जाती है। परमाणु रिएक्टर के खर्च किए गए ईंधन में 70% *39Pu और 26% 2 4°Pu होता है, जिससे परमाणु हथियार बनाना मुश्किल हो जाता है, इसलिए कई दसियों के बाद यूरेनियम को संसाधित करके विशेष रूप से इसके लिए डिज़ाइन किए गए रिएक्टरों में हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम प्राप्त किया जाता है। विकिरण के दिनों की. *4°Pu मुख्य आइसोटोप है जो हथियार-ग्रेड 2 39Pu को प्रदूषित करता है। सहज विखंडन की तीव्रता के कारण इसकी सामग्री का स्तर महत्वपूर्ण है - 415,000 विखंडन/एस-किग्रा, 1000 न्यूट्रॉन/एस-किग्रा उत्सर्जित होते हैं, क्योंकि प्रत्येक विखंडन 2.26 न्यूट्रॉन उत्पन्न करता है - 2 39Ri के बराबर द्रव्यमान से 30,000 गुना अधिक। इस आइसोटोप के केवल 1% की उपस्थिति से इतने सारे न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं कि तोप चार्ज सर्किट निष्क्रिय हो जाता है - विस्फोट की प्रारंभिक शुरुआत शुरू हो जाएगी और विस्फोटक के बड़े हिस्से के विस्फोट से पहले चार्ज परमाणुकृत हो जाएगा। तोप योजना केवल *39पीयू की सामग्री के साथ ही संभव है, जिसे हासिल करना व्यावहारिक रूप से असंभव है। इसलिए, प्लूटोनियम बमों को एक विस्फोट योजना का उपयोग करके इकट्ठा किया जाता है, जो प्लूटोनियम के उपयोग की अनुमति देता है जो आइसोटोप आईजीपीयू से काफी हद तक दूषित होता है। हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम में 2 4°Pu होता है

उच्च विशिष्ट गतिविधि (2 39पीआई का 1/4) के कारण, थर्मल आउटपुट अधिक है, 7.1 डब्ल्यू/किग्रा, जो ओवरहीटिंग की समस्या को बढ़ा देता है। ^Pu की विशिष्ट गतिविधि 8.4109 Bq/g है। हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम (0.7%) और रिएक्टर-ग्रेड प्लूटोनियम (>19%) में IgPu की सामग्री। थर्मल रिएक्टरों के लिए ईंधन में 24 °Pu की उपस्थिति अवांछनीय है, लेकिन यह आइसोटोप तेज़ रिएक्टरों में ईंधन के रूप में कार्य करता है।

प्लूटोनियम-241, जी,/2=14 एल, सहायक उत्पाद 241 एएम, पी- (99%, ?рमैक्स=0.014 एमईवी), ए (1%, दो लाइनें: 4.893 (75%) और 4.848 (25%) एमईवी ) और y-उत्सर्जक, ^Pu 3.92-12 Ci/g की विशिष्ट गतिविधि। यह न्यूट्रॉन के साथ प्लूटोनियम के मजबूत विकिरण के साथ-साथ साइक्लोट्रॉन में प्रतिक्रिया 2 3 8 यू (ए, एन) 241 पु द्वारा प्राप्त किया जाता है। यह आइसोटोप किसी भी ऊर्जा के न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित होता है (^'Pu का न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन ^Phi की तुलना में 1/3 अधिक है, थर्मल न्यूट्रॉन का विखंडन क्रॉस सेक्शन लगभग 100 बार्न है, अवशोषण पर विखंडन की संभावना है) न्यूट्रॉन 73% है, इसमें कम न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि और मध्यम तापीय शक्ति है और इसलिए यह प्लूटोनियम के उपयोग की आसानी को सीधे प्रभावित नहीं करता है। यह 241 Am में विघटित हो जाता है, जो बहुत खराब तरीके से विखंडित होता है और बहुत अधिक गर्मी पैदा करता है: 10 6 W/kg। ^'पु में रिएक्टर न्यूट्रॉन (पू बार्न) के लिए एक बड़ा विखंडन क्रॉस सेक्शन है, जो इसे ईंधन के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है। यदि किसी हथियार में शुरू में 241 आरआई होता है, तो कुछ वर्षों के बाद इसकी प्रतिक्रियाशीलता कम हो जाती है, और चार्ज शक्ति में कमी और स्व-हीटिंग में वृद्धि को रोकने के लिए इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए। बहुत कमजोर पी विकिरण के कारण बहुत कम आधे जीवन के बावजूद 24'आरयू स्वयं ज्यादा गर्म नहीं होता है (केवल 3.4 डब्ल्यू/किग्रा)। जब एक न्यूट्रॉन 24*Pu नाभिक द्वारा अवशोषित होता है, यदि इसका विखंडन नहीं होता है, तो यह 242Pu में बदल जाता है। 241 पु ^'एज़ का मुख्य स्रोत है।

प्लूटोनियम-242 (^/2=373300 वर्ष),

प्लूटोनियम-243 नंबर/2=4-956 घंटे), पी"- (ऊर्जा 0.56 एमईवी) और वाई-उत्सर्जक (0.09-0.16 एमईवी की सीमा में कई लाइनें) प्रतिक्रिया का क्रॉस सेक्शन 242 पु(एन,वाई) 243 पु धीमे न्यूट्रॉन oo खलिहान पर "^sPu 24 zAsh के पी-क्षय के दौरान गठित, न्यूट्रॉन 2 4 2 पु के साथ विकिरण द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। इसकी अल्प अर्ध-आयु के कारण, यह विकिरणित रिएक्टर ईंधन में कम मात्रा में मौजूद होता है।

प्लूटोनियम-244 (Ti/2 =8.o*io 7 वर्ष), एक-उत्सर्जक, ई ए = 4.6 MeV, सहज विखंडन में सक्षम, विशिष्ट गतिविधि 6.66-105 Bq/g, थर्मल न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन 0=19 बार्न। यह न केवल प्लूटोनियम का सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला आइसोटोप है, बल्कि ट्रांसयूरेनियम तत्वों के सभी आइसोटोप में सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला आइसोटोप भी है। विशिष्ट गतिविधि 2

यहां तक ​​कि प्लूटोनियम के भारी आइसोटोप भी पी-क्षय के अधीन हैं, और उनका जीवनकाल कई दिनों से लेकर एक सेकंड के कई दसवें हिस्से तक होता है। थर्मोन्यूक्लियर विस्फोटों में, प्लूटोनियम के सभी आइसोटोप 2 57Pu तक बनते हैं। लेकिन उनका जीवनकाल एक सेकंड का दसवां हिस्सा है, और प्लूटोनियम के कई अल्पकालिक आइसोटोप का अभी तक अध्ययन नहीं किया गया है।

प्लूटोनियम एक बहुत भारी, चांदी-सफेद धातु है जो ताजा परिष्कृत होने पर निकल की तरह चमकती है। परमाणु द्रव्यमान 244.0642 एएमयू। (g/mol), परमाणु त्रिज्या 151 pm, आयनीकरण ऊर्जा (पहला इलेक्ट्रॉन) 491.9(5.10) kJ/mol (eV), इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 5f 6 7s 2। आयन त्रिज्या: (+4ई) 93, (+3ई) 08 बजे, इलेक्ट्रोनगेटिविटी (पॉलिंग) 1.28, टी पी एल = 639.5°, जी के आईपी = 3235°, प्लूटोनियम घनत्व 19.84 (ए-चरण), प्लूटोनियम के वाष्पीकरण की गर्मी है 80.46 किलो कैलोरी/मोल। प्लूटोनियम का वाष्प दबाव यूरेनियम के वाष्प दबाव (1540 0 300 गुना पर) से काफी अधिक है। प्लूटोनियम को पिघले हुए यूरेनियम से आसवित किया जा सकता है। धात्विक प्लूटोनियम के छह एलोट्रोपिक संशोधन ज्ञात हैं। तापमान पर

प्रयोगशाला स्थितियों में, 1200° पर लिथियम, कैल्शियम, बेरियम या मैग्नीशियम के साथ प्लूटोनियम हैलाइड की कमी प्रतिक्रियाओं द्वारा धात्विक प्लूटोनियम प्राप्त किया जा सकता है:

प्रतिक्रिया के अनुसार कैल्शियम सिलिसाइड का उपयोग करके 1300 0 पर वाष्प चरण में प्लूटोनियम ट्राइफ्लोराइड को कम करके धात्विक प्लूटोनियम भी प्राप्त किया जाता है।

या निर्वात में प्लूटोनियम हैलाइड का थर्मल अपघटन।

प्लूटोनियम में कई विशिष्ट गुण होते हैं। इसमें मैंगनीज को छोड़कर सभी धातुओं की तुलना में सबसे कम तापीय चालकता, सबसे कम विद्युत चालकता है। अपने तरल चरण में यह सबसे अधिक चिपचिपी धातु है। जब तापमान बदलता है, तो प्लूटोनियम घनत्व में सबसे गंभीर और अप्राकृतिक परिवर्तन से गुजरता है।

ठोस रूप में प्लूटोनियम के छह अलग-अलग चरण (क्रिस्टल संरचनाएं) हैं (तालिका 3), जो किसी भी अन्य तत्व से अधिक है। चरणों के बीच कुछ बदलाव मात्रा में नाटकीय परिवर्तन के साथ होते हैं। इनमें से दो चरणों में - डेल्टा और डेल्टा प्राइम - प्लूटोनियम में तापमान बढ़ने पर सिकुड़ने की अनूठी संपत्ति होती है, और अन्य में इसमें विस्तार का अत्यधिक उच्च तापमान गुणांक होता है। पिघलने पर, प्लूटोनियम सिकुड़ जाता है, जिससे बिना पिघला हुआ प्लूटोनियम तैरने लगता है। अपने सबसे सघन रूप में, ए-चरण, प्लूटोनियम छठा सबसे सघन तत्व है (केवल ऑस्मियम, इरिडियम, प्लैटिनम, रेनियम और नेपच्यूनियम भारी हैं)। ए-चरण में, शुद्ध प्लूटोनियम भंगुर होता है। Al, Be, Co, Fe, Mg, Ni, Ag के साथ प्लूटोनियम की बड़ी संख्या में मिश्र धातु और इंटरमेटेलिक यौगिक ज्ञात हैं। यौगिक प्यूबी, 3 6.7 * 107 न्यूट्रॉन/एसकेजी की तीव्रता के साथ न्यूट्रॉन का एक स्रोत है।

चावल। 5.

अपनी रेडियोधर्मिता के कारण प्लूटोनियम छूने पर गर्म होता है। थर्मल इंसुलेटेड शेल में प्लूटोनियम के एक बड़े टुकड़े को पानी के क्वथनांक से अधिक तापमान पर गर्म किया जाता है। बारीक पिसा हुआ प्लूटोनियम पायरोमोर्फिक है और 300 0 पर स्वतः ही प्रज्वलित हो जाता है। यह हैलोजन और हाइड्रोजन हैलाइड के साथ प्रतिक्रिया करके हैलाइड बनाता है, हाइड्रोजन के साथ - हाइड्राइड, कार्बन - कार्बाइड के साथ, नाइट्रोजन के साथ यह 250 0 पर प्रतिक्रिया करके नाइट्राइड बनाता है, और अमोनिया के संपर्क में आने पर यह नाइट्राइड भी बनाता है। CO2 को CO या C में कम कर देता है और कार्बाइड बनता है। गैसीय सल्फर यौगिकों के साथ परस्पर क्रिया करता है। प्लूटोनियम हाइड्रोक्लोरिक, 85% फॉस्फोरिक, हाइड्रोआयोडिक, पर्क्लोरिक और केंद्रित क्लोरोएसेटिक एसिड में आसानी से घुलनशील है। पतला H2SO4 प्लूटोनियम को धीरे-धीरे घोलता है, लेकिन सांद्र H2S04 और HN03 इसे निष्क्रिय कर देते हैं और इसके साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं। धात्विक प्लूटोनियम पर क्षार का कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। तटस्थ या क्षारीय घोल के संपर्क में आने पर प्लूटोनियम लवण आसानी से जल-अपघटित हो जाते हैं, जिससे अघुलनशील प्लूटोनियम हाइड्रॉक्साइड बनता है। प्लूटोनियम के सांद्रित घोल रेडियोलाइटिक अपघटन के कारण अस्थिर होते हैं जिससे वर्षा होती है।

मेज़ 3. प्लूटोनियम चरणों की घनत्व और तापमान सीमा:

प्लूटोनियम की मुख्य संयोजकता 4+ है। यह एक विद्युत ऋणात्मक, रासायनिक रूप से प्रतिक्रियाशील तत्व (0.2 V द्वारा) है, जो यूरेनियम से कहीं अधिक है। यह जल्दी से फीका पड़ जाता है, एक इंद्रधनुषी फिल्म बनाता है, शुरू में हल्का पीला, अंततः गहरे बैंगनी रंग में बदल जाता है। यदि ऑक्सीकरण काफी तीव्र है, तो इसकी सतह पर एक जैतून हरा ऑक्साइड पाउडर (PuO 2) दिखाई देता है।

प्लूटोनियम आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है और हल्की नमी की उपस्थिति में भी शीघ्रता से संक्षारित हो जाता है। शुष्क हवा या शुद्ध ऑक्सीजन की तुलना में जलवाष्प के साथ अक्रिय गैस के वातावरण में यह बहुत तेजी से जंग खा जाता है। जब प्लूटोनियम को हाइड्रोजन, कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, फास्फोरस, आर्सेनिक, फ्लोरीन, सिलिकॉन और टेल्यूरियम की उपस्थिति में गर्म किया जाता है, तो यह इन तत्वों के साथ ठोस अघुलनशील यौगिक बनाता है।

प्लूटोनियम ऑक्साइड में पु 2 0 3 और पु 0 2 ज्ञात हैं।

पीयू02 प्लूटोनियम डाइऑक्साइड एक जैतून-हरा पाउडर, काले चमकदार क्रिस्टल या लाल-भूरे से एम्बर-पीले रंग की गेंदें हैं। क्रिस्टल संरचना फ्लोराइट प्रकार की होती है (Pu-* + एक फलक-केंद्रित घन प्रणाली बनाती है, और O 2- एक चतुष्फलक बनाती है)। घनत्व 11.46, जीपीएल=2400°। यह प्लूटोनियम के लगभग सभी लवणों (उदाहरण के लिए, ऑक्सालेट, पेरोक्साइड) से बनता है जब हवा में या 0 2 के वातावरण में, 700-1000 0 के तापमान पर गर्म किया जाता है, भले ही इन लवणों में प्लूटोनियम की ऑक्सीकरण अवस्था कुछ भी हो। उदाहरण के लिए, इसे पु(IV) पु(C 2 0 4) 2 -6H 2 0 ऑक्सालेट हेक्साहाइड्रेट (खर्च किए गए ईंधन पुनर्प्रसंस्करण के दौरान गठित) के कैल्सीनेशन द्वारा प्राप्त किया जा सकता है:

पु0 2, दोपहर के समय कम तापमान पर, सांद्र हाइड्रोक्लोरिक और नाइट्रिक एसिड में आसानी से घुल जाता है। इसके विपरीत, कैलक्लाइंड पु0 2 को घोलना मुश्किल है और इसे केवल विशेष उपचार के परिणामस्वरूप ही घोल में लाया जा सकता है। यह पानी और कार्बनिक विलायकों में अघुलनशील है। एचएफ के साथ सांद्र HN0 3 के गर्म मिश्रण के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है। इस स्थिर यौगिक का उपयोग प्लूटोनियम के निर्धारण में ग्रेविमेट्रिक रूप के रूप में किया जाता है। इसका उपयोग परमाणु ऊर्जा में ईंधन तैयार करने के लिए भी किया जाता है।

विशेष रूप से प्रतिक्रियाशील Pu0 2, लेकिन थोड़ी मात्रा में ऑक्सालेट युक्त, 130-^-300° पर Pu(C 2 0 4) 2 -6H 2 0 के अपघटन से प्राप्त होता है।

हाइड्राइड R11H3 150-5-200° पर तत्वों से प्राप्त किया गया।

प्लूटोनियम हैलाइड्स और ऑक्सीहैलाइड्स, डिसिलिसाइड पुसी 2 और सेसक्विसल्फाइड पुसी,33^बी5 बनाता है, जो उनकी कम फ्यूजिबिलिटी के कारण रुचि रखते हैं, साथ ही विभिन्न स्टोइकोमेट्री के कार्बाइड भी बनाते हैं: पीयूएस से पीयू2सी3 तक। RiS - काले क्रिस्टल, G 11L = 1664 0। यूसी के साथ मिलकर इसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में किया जा सकता है।

प्लूटोनियम नाइट्राइड, पुएन - NaCl प्रकार (0 = 0.4905 एनएम, z = 4, अंतरिक्ष समूह Ptzm) के एक चेहरे-केंद्रित घन जाली के साथ ग्रे (काले) रंग के क्रिस्टल; जाली पैरामीटर समय के साथ अपने स्वयं के प्रभाव में बढ़ता है ए-विकिरण); टी पीएल.=2589° (विघटन के साथ); घनत्व 14350 किग्रा/घन मीटर। उच्च तापीय चालकता है। उच्च तापमान (~1बू°) पर यह अस्थिर (विघटन के साथ) होता है। यह प्लूटोनियम को नाइट्रोजन के साथ 6oo° पर या हाइड्रोजन और अमोनिया के मिश्रण (दबाव 4 kPa) के साथ प्रतिक्रिया करके प्राप्त किया जाता है। पाउडर प्लूटोनियम पुएन कमरे के तापमान पर हवा में ऑक्सीकरण करता है, 3 दिनों के बाद पूरी तरह से पुओ 2 में परिवर्तित हो जाता है, घने प्लूटोनियम धीरे-धीरे ऑक्सीकरण होता है (30 दिनों में 0.3%)। यह ठंडे पानी के साथ धीरे-धीरे और गर्म होने पर तेजी से हाइड्रोलाइज होता है, जिससे पु0 2 बनता है; संबंधित पु(III) लवण बनाने के लिए तनु हाइड्रोक्लोरिक और सल्फ्यूरिक एसिड में आसानी से घुल जाता है; प्लूटोनियम नाइट्राइड पर क्रिया के बल के अनुसार, एसिड को श्रृंखला HN0 3 >HC1>H 3 P0 4 >>H 2 S04>HF में व्यवस्थित किया जा सकता है। रिएक्टर ईंधन के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

कई प्लूटोनियम फ्लोराइड हैं: पीयूएफ 3, पीयूएफ 4, पीयूएफ 6।

प्लूटोनियम टेट्राफ्लोराइडपीयूएफ 4 एक गुलाबी पदार्थ या भूरे क्रिस्टल, मोनोक्लिनिक प्रणाली है। Zr, Hf, Th, U, Np और Ce टेट्राफ्लोराइड के साथ आइसोमोर्फस। जी पीएल = 1037 0, जी के, “1 = 1277°। यह पानी और कार्बनिक सॉल्वैंट्स में खराब घुलनशील है, लेकिन Ce(IV), Fe(III), Al(III) लवण या आयनों की उपस्थिति में जलीय घोल में आसानी से घुल जाता है जो फ्लोरीन आयनों के साथ स्थिर परिसर बनाते हैं। गुलाबी अवक्षेप पुएफ 4 -2.5एच 2 0 पु(III) लवण के जलीय घोल से हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड के साथ अवक्षेपण द्वारा प्राप्त किया जाता है। एचएफ की धारा में 350 मीटर तक गर्म करने पर यह यौगिक निर्जलित हो जाता है।

प्रतिक्रिया के अनुसार 550° पर ऑक्सीजन की उपस्थिति में प्लूटोनियम डाइऑक्साइड पर हाइड्रोजन फ्लोराइड की क्रिया से पुएफ 4 बनता है:

पुएफ 4 पीयूएफ 3 को 300 0 पर फ्लोरीन के साथ उपचारित करके या पीयू (III) या पीयू (IV) लवण को गर्म करके और हाइड्रोजन फ्लोराइड के प्रवाह द्वारा भी प्राप्त किया जा सकता है। पीयू (IV) के जलीय घोल से, पीयूएफ 4, 2पीयूएफ 4 एच 2 0 संरचना के साथ गुलाबी अवक्षेप के रूप में हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड के साथ अवक्षेपित होता है। पीयूएफ 4 लगभग पूरी तरह से एलएएफ 3 के साथ सहअवक्षेपित होता है। हवा में 400 0 तक गर्म करने पर पुएफ 4 पु0 2 में बदल जाता है।

प्लूटोनियम हेक्साफ्लोराइड,पुफ़े - कमरे के तापमान पर एक ऑर्थोरोम्बिक संरचना के पीले-भूरे रंग (कम तापमान पर - रंगहीन) के वाष्पशील क्रिस्टल, जीपीएल = 52°, टी केएनपी =बी2°वायुमंडलीय दबाव पर, घनत्व 5060 kgm-z, ऊर्ध्वपातन की ऊष्मा 12.1 kcal/mol, वाष्पीकरण की ऊष्मा = 7.4 kcal mol * 1, संलयन की ऊष्मा = 4.71 kcal/mol, संक्षारण की संभावना और ऑटोरेडियोलिसिस के प्रति संवेदनशील। PuFe एक कम उबलने वाला तरल है, जो UF6 की तुलना में थर्मल रूप से बहुत कम स्थिर और कम अस्थिर है। प्यूफ़े वाष्प का रंग NO 2 जैसा होता है, तरल गहरे भूरे रंग का होता है। मजबूत फ्लोरिनेटिंग एजेंट और ऑक्सीकरण एजेंट; पानी के साथ तीव्र प्रतिक्रिया करता है। नमी के प्रति अत्यधिक संवेदनशील; दिन के उजाले में c H 2 0 फ्लैश के साथ बहुत तीव्रता से प्रतिक्रिया करके Pu0 2 और PuF 4 बना सकता है। बर्फ पर -195 0 पर संघनित पुफ़े, गर्म होने पर, धीरे-धीरे हाइड्रोलाइज़ होकर पु0 हो जाता है 2 फ़ॉ. प्लूटोनियम के विकिरण के कारण कॉम्पैक्ट पुफ़े स्वतः ही विघटित हो जाता है।

यूएफ6 को 6004-700° पर फ्लोरीन के साथ पीयूएफ 4 या पीयू0 2 का उपचार करके प्राप्त किया जाता है।

7004-800° पर फ्लोरीन के साथ पीयूएफ 4 का फ्लोरिनेशन बहुत तेजी से होता है और यह एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया है। अपघटन से बचने के लिए, परिणामस्वरूप पीयूएफ 6 को गर्म क्षेत्र से तुरंत हटा दिया जाता है - जमे हुए या संश्लेषण को फ्लोरीन प्रवाह में किया जाता है, जो प्रतिक्रिया मात्रा से उत्पाद को तुरंत हटा देता है।

पुफा भी कर सकता है पेबैक द्वारा प्राप्त करें:

पु(III), पु(IV) और पु(VII) नाइट्रेट हैं: क्रमशः पु(N0 3) 3, पु(N0 3) 4 और पु0 2 (N0 3) 2।

प्लूटोनियम नाइट्रेट,पु(N0 3) 4 *5H 2 0 कमरे के तापमान पर सांद्रित पु(IV) नाइट्रेट घोल के धीमे (कई महीनों में) वाष्पीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है। HN0 3 और पानी में अच्छी तरह से घुलनशील (नाइट्रिक एसिड घोल गहरा हरा, भूरा होता है)। एसीटोन, ईथर और ट्रिब्यूटाइल फॉस्फेट में घुलनशील। वाष्पीकरण पर केंद्रित नाइट्रिक एसिड में प्लूटोनियम नाइट्रेट और क्षार धातु नाइट्रेट के समाधान डबल नाइट्रेट मी 2 [पीयू (एन0 3) बी] छोड़ते हैं, जहां मी + = सीएस +, आरबी +, के +, थ +, सी 9 एच 7 एनएच + , सी 5 एच 5 एनएच + , एनएच 4 + .

प्लूटोनियम (IV) ऑक्सालेट, पु(C 2 0 4) 2 -6H 2 0, एक रेतीला (कभी-कभी पीला-हरा) पाउडर है। U(C 2 0 4)-6H 2 0 के साथ आइसोमोर्फस। प्लूटोनियम ऑक्सालेट हेक्साहाइड्रेट खनिज एसिड में खराब घुलनशील है और जटिल यौगिकों के निर्माण के साथ ऑक्सालेट और अमोनियम या क्षार धातु कार्बोनेट के समाधान में अच्छी तरह से घुलनशील है। नाइट्रेट से ऑक्सालिक एसिड के साथ अवक्षेपित (i.5*4.5M HNO.0 पु(IV का घोल):

हवा में 0° तक गर्म करने पर यह निर्जलित हो जाता है, 400 0 से ऊपर यह विघटित हो जाता है:

यौगिकों में, प्लूटोनियम +2 से +7 तक ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है। जलीय घोल में यह +3 से +7 तक ऑक्सीकरण अवस्था के अनुरूप आयन बनाता है। इस मामले में, पु(VII) को छोड़कर, सभी ऑक्सीकरण अवस्थाओं के आयन एक साथ संतुलन में समाधान में हो सकते हैं। समाधान में प्लूटोनियम आयन हाइड्रोलिसिस से गुजरते हैं और आसानी से जटिल यौगिक बनाते हैं। Pu5+ श्रृंखला में जटिल यौगिक बनाने की क्षमता बढ़ जाती है

समाधान में पु(IV) आयन सबसे अधिक स्थिर होते हैं। पु(V) पु(lV) और पु(Vl) में अनुपातहीन है। पु(VI) की संयोजकता अवस्था जलीय घोलों को दृढ़ता से ऑक्सीकरण करने की विशेषता है, और यह प्लूटोनील आयन पु0 2 2+ से मेल खाती है। 3+ और 4+ आवेश वाले प्लूटोनियम आयन जलीय घोल में हाइड्रोलिसिस और अत्यधिक हाइड्रेटेड धनायनों के रूप में जटिल गठन की अनुपस्थिति में मौजूद होते हैं। अम्लीय घोल में पु(V) और पु(VI) M0 2 + और M0 2 2+ प्रकार के ऑक्सीजन युक्त धनायन हैं।

प्लूटोनियम की ऑक्सीकरण अवस्थाएँ (III, IV, V और VI) अम्लीय घोल में निम्नलिखित आयनिक अवस्थाओं के अनुरूप हैं: पु 3+, पु 4 +, पु 2 2+ और पु 5 3 प्लूटोनियम की ऑक्सीकरण क्षमता की निकटता के कारण आयन एक दूसरे से" समाधान में वे एक साथ विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्था वाले प्लूटोनियम आयन संतुलन में मौजूद हो सकते हैं। इसके अलावा, पु(IV) और पु(V) का अनुपातहीन होना देखा गया है:

प्लूटोनियम सांद्रता और तापमान बढ़ने के साथ अनुपातहीन होने की दर बढ़ जाती है।

रीज़+ समाधान का रंग नीला-बैंगनी है। अपने गुणों में, Rts+ दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के करीब है। इसके हाइड्रॉक्साइड, फ्लोराइड, फॉस्फेट और ऑक्सालेट अघुलनशील हैं। जलीय घोल में पीयू(IV) प्लूटोनियम की सबसे स्थिर अवस्था है। पीयू(IV) नाइट्रिक, सल्फ्यूरिक, हाइड्रोक्लोरिक, एसिटिक और अन्य एसिड के साथ जटिल गठन के लिए प्रवण है। इस प्रकार, सांद्र नाइट्रिक एसिड में, पु(IV) कॉम्प्लेक्स पु(N0 3)5- और पु(जी) 3)6 2" बनाता है। जलीय घोल में, पु(IV) आसानी से हाइड्रोलाइज्ड हो जाता है। प्लूटोनियम हाइड्रॉक्साइड (हरा) प्रवण होता है पोलीमराइजेशन के लिए अघुलनशील फ्लोराइड, हाइड्रॉक्साइड, ऑक्सालेट, आयोडेट पु(IV) अघुलनशील हाइड्रॉक्साइड्स, लैंथेनम फ्लोराइड, Zr, Th, Ce आयोडेट्स, Zr और Bi फॉस्फेट, Th, U(IV), Bi, La ऑक्सालेट्स के साथ अच्छी तरह से अवक्षेपित हो जाता है। IV) Na, K, Rb, Cs और NH 4 + के साथ डबल फ्लोराइड और सल्फेट बनाता है (Pu(III) और Pu(VI) के घोल को मिलाकर HN0 3 के लगभग 2 M घोल में प्राप्त किया जाता है। Pu के लवण से। (VI) रुचिकर हैं सोडियम प्लुटोनीलैसेटेट NaPu0 2 (C 2 H 3 0 2) 3 और अमोनियम प्लुटोनीलैसेटेट NH 4 पु0 2 (C 2 H 3 0 2), जो संरचना में संगत यौगिक U, Np और At के समान हैं।

एचसी10 4 के एलएम समाधान में प्लूटोनियम की औपचारिक ऑक्सीकरण क्षमता (वी में):

एक्टिनाइड आयनों के लिए इस आयन से बने कॉम्प्लेक्स की स्थिरता निम्नलिखित क्रम में घटती है: M4 + >M0 2+ >M3 + >M0 2 2+ > M0 2+, यानी। घटती आयनिक क्षमता के क्रम में। एकल आवेश वाले आयनों के लिए एक्टिनाइड आयनों के साथ कॉम्प्लेक्स बनाने की आयनों की क्षमता कम हो जाती है - फ्लोराइड > नाइट्रेट > क्लोराइड > परक्लोरेट; दोगुने आवेशित आयनों के लिए कार्बोनेट>ऑक्सालेट>सल्फेट। कार्बनिक पदार्थों से बड़ी संख्या में जटिल आयन बनते हैं।

पु(IV) और पु(VI) दोनों को एथिल ईथर, टीबीपी, डायसोप्रोपाइल कीटोन आदि के साथ अम्लीय घोल से अच्छी तरह से निकाला जाता है। पंजे के आकार के कॉम्प्लेक्स, उदाहरण के लिए, ए-थेनोइलट्राइफ्लुओरोएसीटोन, पी-डाइकेटोन, कपफ़ेरोन के साथ, अच्छी तरह से निकाले जाते हैं। गैर-ध्रुवीय कार्बनिक सॉल्वैंट्स। ए-थेनोइलट्राइफ्लुओरोएसीटोन (टीटीए) के साथ पु (IV) कॉम्प्लेक्स का निष्कर्षण, एक्टिनाइड और दुर्लभ पृथ्वी तत्वों सहित अधिकांश अशुद्धियों से प्लूटोनियम को शुद्ध करना संभव बनाता है।

विभिन्न अवस्थाओं में प्लूटोनियम आयनों के जलीय घोल में निम्नलिखित रंग होते हैं: पु (III), पीसी + (नीला या लैवेंडर) के रूप में; पु(IV), Pc4* के रूप में (पीला-भूरा); पु(VI), पु0 2 2+ (गुलाबी-नारंगी) के रूप में। पु(V), पु0 2+ की तरह, शुरू में गुलाबी होता है, लेकिन घोल में अस्थिर होने के कारण, यह आयन पु 4+ और पु0 2 2+ में अनुपातहीन हो जाता है; फिर पु 4+ को ऑक्सीकृत किया जाता है, पु0 2+ से पु0 2 2+ की ओर बढ़ते हुए, और पु 3+ तक कम किया जाता है। इस प्रकार, समय के साथ प्लूटोनियम का एक जलीय घोल पीसी + और पु0 2 2+ का मिश्रण बन जाता है। पु(VII), पु0 5 2 के रूप में - (गहरा नीला)।

प्लूटोनियम का पता लगाने के लिए, प्लूटोनियम के विकिरण और उसकी ऊर्जा को मापने के आधार पर एक रेडियोमेट्रिक विधि का उपयोग किया जाता है। यह विधि काफी उच्च संवेदनशीलता की विशेषता है: यह अनुमति देती है खोज करना 0.0001 माइक्रोग्राम 2 39Pi। यदि विश्लेषण किए गए नमूने में अन्य α-उत्सर्जक हैं, तो α-स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके α-कणों की ऊर्जा को मापकर प्लूटोनियम की पहचान की जा सकती है।

प्लूटोनियम के गुणात्मक निर्धारण के लिए कई रासायनिक और भौतिक रसायन विधियाँ प्लूटोनियम के वैलेंस रूपों के गुणों में अंतर का उपयोग करती हैं। काफी संकेंद्रित जलीय घोल में पु(III) आयन को उसके चमकीले नीले रंग से पहचाना जा सकता है, जो कि पु(IV) आयनों वाले जलीय घोल के पीले-भूरे रंग से बिल्कुल भिन्न होता है।

विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं में प्लूटोनियम लवण के समाधानों के प्रकाश अवशोषण स्पेक्ट्रा में विशिष्ट और संकीर्ण अवशोषण बैंड होते हैं, जो वैलेंस रूपों की पहचान करना और दूसरों की उपस्थिति में उनमें से एक का पता लगाना संभव बनाता है। पु(III) की सबसे विशिष्ट प्रकाश अवशोषण मैक्सिमा 600 और 900 mmk, पु(IV) - 480 और 66 mmk, पु(V) - 569 mmk और पु(VI) 830+835 mmk के क्षेत्र में है।

यद्यपि प्लूटोनियम किसी भी भारी धातु की तरह रासायनिक रूप से विषाक्त है, लेकिन यह प्रभाव इसकी रेडियोटॉक्सिसिटी की तुलना में कमजोर है। प्लूटोनियम के विषैले गुण रेडियोधर्मिता के परिणामस्वरूप प्रकट होते हैं।

2 एस 8 पु, 2 39पीयू, 24ओपी यू) 242पी यू> 244पीयू विकिरण खतरा समूह ए, एमजेडए=जेड,7-यूजेड बीक्यू के लिए; 2 4>पीयू और 2 43पीयू विकिरण खतरा समूह बी के लिए, एमजेडए = 3.7-104 बीक्यू। यदि रेडियोलॉजिकल विषाक्तता 2 3 है और इसे एकता के रूप में लिया जाता है, तो प्लूटोनियम और कुछ अन्य तत्वों के लिए वही संकेतक श्रृंखला बनाता है: 235U 1.6 - 2 39Pu 5.0 - 2 4 1 As 3.2 - 9"Sr 4.8 - ^Ra 3.0. यह देखा जा सकता है कि रेडियोन्यूक्लाइड्स में प्लूटोनियम सबसे खतरनाक नहीं है।

आइए प्लूटोनियम के औद्योगिक उत्पादन पर संक्षेप में चर्चा करें।

प्लूटोनियम आइसोटोप का उत्पादन शक्तिशाली यूरेनियम रिएक्टरों में (पी, वाई) प्रतिक्रिया का उपयोग करके धीमे न्यूट्रॉन का उपयोग करके और ब्रीडर रिएक्टरों में तेज़ न्यूट्रॉन का उपयोग करके किया जाता है। प्लूटोनियम आइसोटोप का उत्पादन बिजली रिएक्टरों में भी किया जाता है। 20वीं सदी के अंत तक, दुनिया ने कुल -1300 टन प्लूटोनियम का उत्पादन किया था, जिसमें से ~300 टन हथियारों के उपयोग के लिए था, बाकी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों (रिएक्टर प्लूटोनियम) का उप-उत्पाद था।

हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम को रिएक्टर-ग्रेड प्लूटोनियम से संवर्धन और रासायनिक संरचना की डिग्री के आधार पर नहीं, बल्कि इसकी समस्थानिक संरचना के आधार पर अलग किया जाता है, जो न्यूट्रॉन के साथ यूरेनियम के विकिरण के समय और उसके बाद के भंडारण के समय दोनों पर जटिल तरीके से निर्भर करता है। विकिरण. आइसोटोप 24°Pu और 2 4'Pu की सामग्री विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। यद्यपि प्लूटोनियम में इन आइसोटोप की किसी भी सामग्री के साथ एक परमाणु बम बनाया जा सकता है, फिर भी, 239आर में 2 4 «पी यू की उपस्थिति हथियार की गुणवत्ता निर्धारित करती है, क्योंकि न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि और महत्वपूर्ण द्रव्यमान और थर्मल आउटपुट की वृद्धि जैसी घटनाएं इस पर निर्भर करती हैं। न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि प्लूटोनियम के कुल द्रव्यमान और उच्च विस्फोट गति को प्राप्त करने की आवश्यकता को सीमित करके विस्फोटक उपकरण को प्रभावित करती है। इसलिए, पुराने डिज़ाइन के बमों के लिए 2 4or और की कम सामग्री की आवश्यकता होती है। लेकिन "उच्च" डिज़ाइन परियोजनाएं किसी भी शुद्धता के प्लूटोनियम का उपयोग करती हैं। इसलिए, "हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम" शब्द का कोई सैन्य अर्थ नहीं है; यह एक आर्थिक पैरामीटर है: एक "उच्च" बम डिज़ाइन "कम" बम की तुलना में काफी अधिक महंगा है।

जैसे-जैसे 24op U) की हिस्सेदारी बढ़ती है, प्लूटोनियम की लागत कम हो जाती है और महत्वपूर्ण द्रव्यमान बढ़ जाता है। 7% 24°Pu सामग्री प्लूटोनियम की कुल लागत को न्यूनतम बनाती है। हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम की औसत संरचना: 93.4% 239 री, 6.o%

24°पु और 0.6% 241 पु. ऐसे प्लूटोनियम की तापीय शक्ति 2.2 W/kg है, सहज विखंडन का स्तर 27100 विखंडन/s है। यह स्तर एक अच्छे विस्फोट प्रणाली में पूर्व-विस्फोट की बहुत कम संभावना वाले हथियार में 4 किलोग्राम प्लूटोनियम का उपयोग करने की अनुमति देता है। 20 वर्षों के बाद, 24 में से अधिकांश, पु ^'एट में बदल जाएगा, जिससे गर्मी रिलीज में उल्लेखनीय वृद्धि होगी - 2.8 डब्लू/किग्रा तक। चूँकि 241 पु अत्यधिक विखंडनीय है, लेकिन 241 एट नहीं है, इससे प्लूटोनियम की प्रतिक्रियाशीलता मार्जिन में कमी आएगी। 300,000 न्यूट्रॉन/एस के 5 किलोग्राम हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम से न्यूट्रॉन विकिरण 1 मीटर की दूरी पर 0.003 रेड/घंटा का विकिरण स्तर बनाता है, परावर्तक और उसके आसपास के विस्फोटक द्वारा पृष्ठभूमि 10 के कारक से कम हो जाती है। हालाँकि, रखरखाव के दौरान परमाणु विस्फोटक उपकरण के साथ रखरखाव कर्मियों के लंबे समय तक संपर्क के परिणामस्वरूप वार्षिक सीमा के बराबर विकिरण खुराक हो सकती है।

2 - "* 9 पु और 24 डिग्री पु के द्रव्यमान में छोटे अंतर के कारण, इन आइसोटोप को औद्योगिक संवर्धन विधियों द्वारा अलग नहीं किया जाता है। हालांकि उन्हें विद्युत चुम्बकीय विभाजक का उपयोग करके अलग किया जा सकता है। हालांकि, एक शुद्ध प्राप्त करना आसान है रिएक्टर में निवास समय को कम करके 2 zeRi *3 *i। 24 °Pi की सामग्री को 6% से कम करने का कोई कारण नहीं है, क्योंकि यह एकाग्रता थर्मोन्यूक्लियर चार्ज के प्रभावी ट्रिगर के निर्माण में हस्तक्षेप नहीं करती है।

हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के अलावा, रिएक्टर-ग्रेड प्लूटोनियम भी है। खर्च किए गए परमाणु ईंधन से प्राप्त प्लूटोनियम में कई आइसोटोप होते हैं। संरचना रिएक्टर के प्रकार और ऑपरेटिंग मोड पर निर्भर करती है। हल्के जल रिएक्टर के लिए विशिष्ट मान: 2 × 8 पु - 2%, 239 पु - 61%, 24 डिग्री पीएल - 24%, 24 आईपीयू - 10%, 242 पीएल - 3%। ऐसे प्लूटोनियम से बम बनाना मुश्किल है (आतंकवादियों के लिए लगभग असंभव), लेकिन विकसित तकनीक वाले देशों में, रिएक्टर प्लूटोनियम का उपयोग परमाणु चार्ज का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है।

मेज़ 4. प्लूटोनियम प्रकार के लक्षण.

रिएक्टर में जमा प्लूटोनियम की समस्थानिक संरचना ईंधन जलने की डिग्री पर निर्भर करती है। बनने वाले पाँच मुख्य समस्थानिकों में से दो विषम हैं जेड- 2 39Pi और 24,Pi विखंडन योग्य हैं, अर्थात। थर्मल न्यूट्रॉन के प्रभाव में विखंडन में सक्षम, और रिएक्टर ईंधन के रूप में उपयोग किया जा सकता है। रिएक्टर ईंधन के रूप में प्लूटोनियम का उपयोग करने के मामले में, संचित 2 39 Ri और 241 Ri की मात्रा महत्वपूर्ण है। यदि खर्च किए गए ईंधन से प्राप्त प्लूटोनियम को तेजी से न्यूट्रॉन रिएक्टरों में पुन: उपयोग किया जाता है, तो इसकी समस्थानिक संरचना धीरे-धीरे हथियारों के उपयोग के लिए कम उपयुक्त हो जाती है। कई ईंधन चक्रों के बाद, 2 × 8 पु, #2 4″ पु और ^ 2 पु का संचय इसे इस उद्देश्य के लिए अनुपयुक्त बनाता है। ऐसी सामग्री को मिलाना प्लूटोनियम को "विकृत" करने का एक सुविधाजनक तरीका है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि विखंडनीय सामग्री का प्रसार न हो।

हथियार-ग्रेड और रिएक्टर-ग्रेड प्लूटोनियम दोनों में ^Pu की कुछ मात्रा होती है। ^'Pu एक p-कण के उत्सर्जन से 24'Am में विघटित हो जाता है। चूंकि बेटी 241 एट का अर्ध-जीवन (432 लीटर) मूल 241 पु (14.4 लीटर) की तुलना में काफी लंबा है, चार्ज में इसकी मात्रा (या एनएफसी अपशिष्ट में) ^'पीयू क्षय उत्पन्न होने पर बढ़ जाती है 241 एम के क्षय के परिणामस्वरूप, 241 पु की तुलना में बहुत अधिक मजबूत है, इसलिए, यह समय के साथ बढ़ता है ®4पीएचआई की एकाग्रता और इसके भंडारण की अवधि सीधे तौर पर एक से उत्पन्न वाई-विकिरण के स्तर से संबंधित होती है। 24 'की सामग्री में वृद्धि। प्लूटोनियम को लंबे समय तक संग्रहीत नहीं किया जा सकता है, एक बार इसका उपयोग किया जाना चाहिए, अन्यथा इसे समय लेने वाली और महंगी रीसाइक्लिंग के अधीन किया जाएगा।

मेज़ 5. हथियार-ग्रेड और रिएक्टर-ग्रेड प्लूटोनियम की कुछ विशेषताएं

सबसे व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण आइसोटोप 2 39Pu प्राकृतिक या समृद्ध यूरेनियम के दीर्घकालिक न्यूट्रॉन विकिरण के दौरान परमाणु रिएक्टरों में उत्पन्न होता है:

दुर्भाग्य से, अन्य परमाणु प्रतिक्रियाएं भी हो रही हैं, जिससे प्लूटोनियम के अन्य आइसोटोप का उद्भव हो रहा है: 2 - 38 पु, ए4ओर यू, 24 फाई और 242 पु, जिन्हें 2 39 आरसी से अलग करना, हालांकि हल करने योग्य है, एक बहुत मुश्किल काम है :

जब यूरेनियम को रिएक्टर न्यूट्रॉन द्वारा विकिरणित किया जाता है, तो प्लूटोनियम के हल्के और भारी दोनों आइसोटोप बनते हैं। आइए पहले 239 से कम द्रव्यमान वाले प्लूटोनियम समस्थानिकों के निर्माण पर विचार करें।

विखंडन के दौरान उत्सर्जित न्यूट्रॉन के एक छोटे से हिस्से में प्रतिक्रिया 2 3 8 U(n,2n) 2 3?u को उत्तेजित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। 237 यू एक पी-उत्सर्जक है और टी',/2 =6.8 दिनों के साथ यह लंबे समय तक रहने वाले 2 37एनपी में बदल जाता है। प्राकृतिक यूरेनियम पर एक ग्रेफाइट रिएक्टर में यह आइसोटोप एक साथ बनने वाली 2 39Pu की कुल मात्रा के 0.1% की मात्रा में बनता है। 2 3?एनपी द्वारा धीमे न्यूट्रॉन को पकड़ने से 2 38 एनपी का निर्माण होता है। इस प्रतिक्रिया का क्रॉस सेक्शन 170 बार्न है। प्रतिक्रियाओं की श्रृंखला इस प्रकार दिखती है:

चूंकि यहां दो न्यूट्रॉन शामिल हैं, इसलिए उपज विकिरण खुराक के वर्ग के समानुपाती होती है और 238 पु से 2 39पु की मात्रा का अनुपात 2 39पु से 238 यू के अनुपात के समानुपाती होता है। आनुपातिकता का कड़ाई से पालन नहीं किया जाता है ^यू के 6.8 दिन की अवधि के आधे जीवन के साथ जुड़े 23?एनपी के गठन में अंतराल 239पीयू में 238पीयू के गठन का एक कम महत्वपूर्ण स्रोत 242 सेंट का क्षय है, जो यूरेनियम रिएक्टरों में बनता है 238पीयू द्वारा भी बनता है प्रतिक्रियाएँ:

चूँकि यह एक तीसरे क्रम की न्यूट्रॉन प्रतिक्रिया है, इस तरह से बनी 2 3 8 पु की मात्रा का 2 39 पु से अनुपात * 3 8 पु से 2 3 8 यू के अनुपात के वर्ग के समानुपाती होता है। हालाँकि, यह श्रृंखला ^यू से समृद्ध यूरेनियम के साथ काम करने पर प्रतिक्रियाएं अपेक्षाकृत अधिक महत्वपूर्ण हो जाती हैं।

5.6% 24 °Pu वाले नमूने में 2 × 8 पु की सांद्रता 0.0115% है। यह मान दवाओं की कुल ए-गतिविधि में काफी महत्वपूर्ण योगदान देता है, क्योंकि ^पीयू Ti/2= 86.4 ली.

रिएक्टर में उत्पादित प्लूटोनियम में 2 6 पु की उपस्थिति कई प्रतिक्रियाओं से जुड़ी है:

यूरेनियम के विकिरण के दौरान 2 3 6 पु की उपज ~ω-9-io" 8% है।

यूरेनियम में प्लूटोनियम के संचय के दृष्टिकोण से, मुख्य परिवर्तन आइसोटोप 2 39Pu के निर्माण से जुड़े हैं। लेकिन अन्य पक्ष प्रतिक्रियाएं भी महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि वे लक्ष्य उत्पाद की उपज और शुद्धता निर्धारित करती हैं। भारी आइसोटोप 240 पु, ^फी, 242 पु, साथ ही 23पु, 2 37एनपी और ^"राख की सापेक्ष सामग्री यूरेनियम के न्यूट्रॉन विकिरण की खुराक (रिएक्टर में यूरेनियम का निवास समय) पर निर्भर करती है। क्रॉस सेक्शन प्लूटोनियम आइसोटोप द्वारा न्यूट्रॉन कैप्चर इतने बड़े होते हैं कि यूरेनियम में 2 39Pu की कम सांद्रता पर भी क्रमिक प्रतिक्रियाएं (n, y) कर सकते हैं।

मेज़ 6. प्लूटोनियम की समस्थानिक संरचना इसे विकिरणित से पृथक करती है प्राकृतिक यूरेनियम के सिंहासन. _

न्यूट्रॉन के साथ यूरेनियम के विकिरण के दौरान गठित 241 पु 241 एएस में बदल जाता है, जिसे यूरेनियम ब्लॉकों के रासायनिक-तकनीकी प्रसंस्करण के दौरान छुट्टी दे दी जाती है (241 एट, हालांकि, धीरे-धीरे शुद्ध प्लूटोनियम में फिर से जमा हो जाता है)। उदाहरण के लिए, 7.5% 24 डिग्री पु युक्त धात्विक प्लूटोनियम की ए-गतिविधि एक वर्ष के बाद 2% बढ़ जाती है (24, एटी के गठन के कारण), पु में रिएक्टर न्यूट्रॉन के लिए एक बड़ा विखंडन क्रॉस सेक्शन होता है से - पू बार्न, जो रिएक्टर ईंधन के रूप में प्लूटोनियम का उपयोग करते समय महत्वपूर्ण है।

यदि यूरेनियम या प्लूटोनियम को मजबूत न्यूट्रॉन विकिरण के अधीन किया जाता है, तो छोटे एक्टिनाइड्स का संश्लेषण शुरू होता है:

2 4*Pu से निर्मित, 2 4*Am बदले में न्यूट्रॉन के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे 2 3 8 Pu और 2 4 2 Pu बनता है:

यह प्रक्रिया अपेक्षाकृत कम वाई-विकिरण के साथ प्लूटोनियम की तैयारी प्राप्त करने की संभावना को खोलती है।

चावल। 6. 3*10*4 n/cm 2 s के न्यूट्रॉन प्रवाह के साथ 2 39Pu के दीर्घकालिक विकिरण के दौरान प्लूटोनियम आइसोटोप के अनुपात में परिवर्तन।

इस प्रकार, प्लूटोनियम के लंबे समय तक जीवित रहने वाले आइसोटोप - ^Pu और 2 44Pu, 2 39Pu न्यूट्रॉन के साथ दीर्घकालिक (लगभग सौ दिन या अधिक) विकिरण के दौरान बनते हैं। इस मामले में, 2 4 2 पु की उपज कई दसियों प्रतिशत तक पहुंचती है, जबकि 2 44 पु की मात्रा ^पु के प्रतिशत का एक अंश है। साथ ही, Am, Cm और अन्य ट्रांसप्लूटोनियम, साथ ही विखंडन तत्व प्राप्त होते हैं।

प्लूटोनियम के उत्पादन में, यूरेनियम (धातु के रूप में) को एक औद्योगिक रिएक्टर (थर्मल या तेज) में विकिरणित किया जाता है, जिसके फायदे उच्च न्यूट्रॉन घनत्व, कम तापमान और बहुत कम समय के लिए विकिरण की संभावना है। रिएक्टर अभियान.

एक रिएक्टर में हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के उत्पादन के दौरान उत्पन्न होने वाली मुख्य समस्या यूरेनियम के विकिरण के लिए इष्टतम समय का चयन करना था। तथ्य यह है कि आइसोटोप 238, जो प्राकृतिक यूरेनियम का बड़ा हिस्सा बनाता है, न्यूट्रॉन को पकड़ता है, जिससे 239Pu बनता है, जबकि 2333 विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया का समर्थन करता है। चूँकि प्लूटोनियम के भारी समस्थानिकों के निर्माण के लिए अतिरिक्त न्यूट्रॉन कैप्चर की आवश्यकता होती है, यूरेनियम में ऐसे समस्थानिकों की मात्रा 2 39Pu की मात्रा की तुलना में अधिक धीमी गति से बढ़ती है। थोड़े समय के लिए रिएक्टर में विकिरणित यूरेनियम में 2 39Pu की थोड़ी मात्रा होती है, लेकिन यह लंबे एक्सपोज़र की तुलना में अधिक शुद्ध होता है, क्योंकि हानिकारक भारी आइसोटोप को जमा होने का समय नहीं मिला है। हालाँकि, 2 39Рц स्वयं विखंडन के अधीन है और रिएक्टर में इसकी सांद्रता में वृद्धि के साथ, इसके रूपांतरण की दर बढ़ जाती है। इसलिए, विकिरण शुरू होने के कई सप्ताह बाद रिएक्टर से यूरेनियम को हटा देना चाहिए।

चावल। 7- रिएक्टर में प्लूटोनियम समस्थानिकों का संचय: l - ^Pu; 2 - 240 पु (थोड़े समय में, हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम बनता है, और लंबे समय में, रिएक्टर-ग्रेड प्लूटोनियम बनता है, यानी, हथियारों के उपयोग के लिए अनुपयुक्त)।

ईंधन सेल की समग्र विकिरण दर मेगावाट दिन/टन में व्यक्त की जाती है। हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का उत्पादन कम मात्रा में MW-दिन/टी वाले तत्वों से होता है और कम उप-उत्पाद आइसोटोप का उत्पादन करता है। आधुनिक दबावयुक्त जल रिएक्टरों में ईंधन सेल 33,000 मेगावाट-दिन/टी के स्तर तक पहुँचते हैं। ब्रीडर रिएक्टर में विशिष्ट एक्सपोज़र 100 मेगावाट-दिन/टी है। मैनहट्टन परियोजना के दौरान, प्राकृतिक यूरेनियम ईंधन को केवल 100 मेगावाट-दिन/टी प्राप्त हुआ, इसलिए इसने बहुत उच्च गुणवत्ता वाली 239 री (कुल) का उत्पादन किया 1 % 2 4°Pll).

(पीयू) एक्टिनाइड समूह की एक चांदी-सफेद रेडियोधर्मी धातु है, जो स्पर्श करने पर गर्म होती है (अपनी रेडियोधर्मिता के कारण। यह यूरेनाइट पिच और अन्य यूरेनियम और सेरियम अयस्कों में बहुत कम मात्रा में प्राकृतिक रूप से पाई जाती है, महत्वपूर्ण मात्रा में कृत्रिम रूप से उत्पादित की जाती है। लगभग 5 टन) परमाणु परीक्षणों के परिणामस्वरूप प्लूटोनियम वायुमंडल में छोड़ा गया।
कहानी
इसकी खोज 1940 में ग्लेन सीबोर्ग, एडविन मैकमिलन, कैनेडी और आर्थर वाहल द्वारा 1940 में बर्कले (यूएसए) में एक साइक्लोट्रॉन में त्वरित ड्यूटेरॉन के साथ यूरेनियम लक्ष्य पर बमबारी के दौरान की गई थी।
नाम की उत्पत्ति
प्लूटोनियम का नाम प्लूटो ग्रह के नाम पर रखा गया था, क्योंकि पहले खोजे गए रासायनिक तत्व को नेपच्यूनियम कहा जाता था।
रसीद
प्लूटोनियम का उत्पादन परमाणु रिएक्टरों में होता है।
आइसोटोप 238 यू, जो प्राकृतिक यूरेनियम का बड़ा हिस्सा बनाता है, विखंडन के लिए बहुत उपयुक्त नहीं है। परमाणु रिएक्टरों के लिए, यूरेनियम को थोड़ा समृद्ध किया जाता है, लेकिन परमाणु ईंधन में 235 यू का हिस्सा छोटा (लगभग 5%) रहता है। ईंधन छड़ों में मुख्य भाग 238 यू है। परमाणु रिएक्टर के संचालन के दौरान, 238 यू नाभिक का हिस्सा न्यूट्रॉन को पकड़ लेता है और 239 पु में बदल जाता है, जिसे बाद में अलग किया जा सकता है।

परमाणु प्रतिक्रियाओं के उत्पादों के बीच प्लूटोनियम को अलग करना काफी कठिन है, क्योंकि प्लूटोनियम (जैसे यूरेनियम, थोरियम, नेपच्यूनियम) एक्टिनाइड्स से संबंधित है जो रासायनिक गुणों में बहुत समान हैं। यह कार्य इस तथ्य से जटिल है कि क्षय उत्पादों में दुर्लभ पृथ्वी तत्व शामिल हैं, जिनके रासायनिक गुण भी प्लूटोनियम के समान हैं। पारंपरिक रेडियोकेमिकल विधियों का उपयोग किया जाता है - अवक्षेपण, निष्कर्षण, आयन विनिमय, आदि। इस मल्टी-स्टेज तकनीक का अंतिम उत्पाद प्लूटोनियम ऑक्साइड पुओ 2 या फ्लोराइड्स (पीयूएफ 3, पुएफ 4) है।
प्लूटोनियम को मेटलोथर्मी विधि (वैक्यूम में ऑक्साइड और लवण से सक्रिय धातुओं को कम करना) का उपयोग करके निकाला जाता है:

पुएफ 4 +2 बा = 2बीएएफ 2 + पु

आइसोटोप
प्लूटोनियम के एक दर्जन से अधिक समस्थानिक ज्ञात हैं, ये सभी रेडियोधर्मी हैं।
सबसे महत्वपूर्ण आइसोटोप 239 पु,परमाणु विखंडन और परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रियाओं में सक्षम। यह परमाणु हथियारों में उपयोग के लिए उपयुक्त एकमात्र आइसोटोप है। इसमें यूरेनियम-235 की तुलना में बेहतर न्यूट्रॉन अवशोषण और बिखरने की विशेषताएं हैं, प्रति विखंडन न्यूट्रॉन की संख्या (लगभग 3 बनाम 2.3) और, तदनुसार, कम महत्वपूर्ण द्रव्यमान। इसका आधा जीवन लगभग 24 हजार वर्ष है। प्लूटोनियम के अन्य समस्थानिकों को प्राथमिक (हथियार) उपयोग के लिए उनकी हानिकारकता के दृष्टिकोण से मुख्य रूप से माना जाता है।
आइसोटोप 238 पुइसमें शक्तिशाली अल्फा रेडियोधर्मिता है और, परिणामस्वरूप, महत्वपूर्ण ताप उत्पादन (567 डब्ल्यू/किलोग्राम)। यह परमाणु हथियारों में उपयोग के लिए समस्याग्रस्त है, लेकिन परमाणु बैटरियों में इसका अनुप्रयोग होता है। मंगल की कक्षा से परे उड़ान भरने वाले लगभग सभी अंतरिक्ष यान में 238 पु का उपयोग करने वाले रेडियोआइसोटोप रिएक्टर होते हैं। रिएक्टर प्लूटोनियम में इस आइसोटोप का अनुपात बहुत छोटा है।
आइसोटोप 240 पुहथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का मुख्य संदूषक है। इसमें स्वतःस्फूर्त क्षय की उच्च दर होती है और यह एक उच्च न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि बनाता है, जो परमाणु आवेशों के विस्फोट को महत्वपूर्ण रूप से जटिल बनाता है। ऐसा माना जाता है कि हथियारों में इसकी हिस्सेदारी 7% से अधिक नहीं होनी चाहिए।
241 पुइसमें कम न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि और मध्यम तापीय उत्सर्जन है। इसका हिस्सा 1% से थोड़ा कम है और हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के गुणों को प्रभावित नहीं करता है। हालाँकि, अपने आधे जीवन के साथ, 1914 अमेरिकियम-241 में बदल जाता है, जो बहुत अधिक गर्मी उत्पन्न करता है, जो चार्ज के अधिक गर्म होने की समस्या पैदा कर सकता है।
242 पुन्यूट्रॉन कैप्चर प्रतिक्रिया के लिए इसका क्रॉस सेक्शन बहुत छोटा होता है और यह परमाणु रिएक्टरों में जमा हो जाता है, हालांकि बहुत कम मात्रा में (0.1% से कम)। यह हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम के गुणों को प्रभावित नहीं करता है। इसका उपयोग मुख्य रूप से ट्रांसप्लूटोनियम तत्वों के संश्लेषण में आगे की परमाणु प्रतिक्रियाओं के लिए किया जाता है: थर्मल न्यूट्रॉन परमाणु विखंडन का कारण नहीं बनते हैं, इसलिए इस आइसोटोप की किसी भी मात्रा को शक्तिशाली न्यूट्रॉन फ्लक्स के साथ विकिरणित किया जा सकता है।
प्लूटोनियम के अन्य समस्थानिक अत्यंत दुर्लभ हैं और परमाणु हथियारों के निर्माण पर उनका कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। भारी आइसोटोप बहुत कम मात्रा में बनते हैं, उनका जीवनकाल छोटा होता है (कुछ दिनों या घंटों से कम) और, बीटा क्षय के माध्यम से, अमेरिकियम के संबंधित आइसोटोप में परिवर्तित हो जाते हैं। उनमें से बाहर खड़ा है 244 पु- इसका आधा जीवन लगभग 82 मिलियन वर्ष है। यह सभी ट्रांसयूरेनियम तत्वों में सबसे अधिक आइसोटोप है।
आवेदन
1995 के अंत में, दुनिया ने लगभग 1,270 टन प्लूटोनियम का उत्पादन किया था, जिसमें से 257 टन सैन्य उपयोग के लिए था, जिसके लिए केवल 239 पु आइसोटोप उपयुक्त है। परमाणु रिएक्टरों में ईंधन के रूप में 239 पु का उपयोग संभव है, लेकिन आर्थिक दृष्टि से यह यूरेनियम से कमतर है। प्लूटोनियम निकालने के लिए परमाणु ईंधन के पुनर्संसाधन की लागत कम-संवर्धित (~5% 235 यू) यूरेनियम की लागत से बहुत अधिक है। केवल जापान के पास प्लूटोनियम के ऊर्जा उपयोग का कार्यक्रम है।
एलोट्रोपिक संशोधन
ठोस रूप में, प्लूटोनियम में सात एलोट्रोपिक संशोधन होते हैं (हालांकि, चरण ? और ? 1 को कभी-कभी संयुक्त किया जाता है और एक चरण माना जाता है)। कमरे के तापमान पर, प्लूटोनियम एक क्रिस्टलीय संरचना है जिसे कहा जाता है ?-चरण।परमाणु एक सहसंयोजक बंधन (धातु बंधन के बजाय) से जुड़े होते हैं, इसलिए भौतिक गुण धातुओं की तुलना में खनिजों के अधिक करीब होते हैं। यह एक कठोर, भंगुर पदार्थ है जो कुछ दिशाओं में टूटता है। मैंगनीज को छोड़कर, इसमें सभी धातुओं के बीच कम तापीय चालकता, कम विद्युत चालकता है। ?-चरण को पारंपरिक धातु प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके संसाधित नहीं किया जा सकता है।
जब तापमान बदलता है, तो प्लूटोनियम पुनर्गठन से गुजरता है और बेहद मजबूत परिवर्तनों का अनुभव करता है। चरणों के बीच कुछ बदलाव मात्रा में आश्चर्यजनक बदलाव के साथ होते हैं। इनमें से दो चरणों (? और?1) में प्लूटोनियम की एक अनूठी संपत्ति है - विस्तार का एक नकारात्मक तापमान गुणांक, यानी। यह बढ़ते तापमान के साथ सिकुड़ता है।
गामा और डेल्टा चरणों में, प्लूटोनियम धातुओं के सामान्य गुण प्रदर्शित करता है, विशेष रूप से लचीलापन में। हालाँकि, डेल्टा चरण में, प्लूटोनियम अस्थिरता प्रदर्शित करता है। थोड़े से दबाव में, यह घने (25%) अल्फा चरण में बसने की कोशिश करता है। इस संपत्ति का उपयोग परमाणु हथियारों के विस्फोट उपकरणों में किया जाता है।
1 किलोबार से ऊपर के दबाव पर शुद्ध प्लूटोनियम में, डेल्टा चरण बिल्कुल भी मौजूद नहीं होता है। 30 किलोबार से ऊपर के दबाव पर, केवल अल्फा और बीटा चरण मौजूद होते हैं।
प्लूटोनियम धातुकर्म
प्लूटोनियम को कई मोल प्रतिशत की सांद्रता में गैलियम, एल्यूमीनियम, सेरियम, इंडियम जैसी त्रिसंयोजक धातुओं के साथ मिश्र धातु बनाकर सामान्य दबाव और कमरे के तापमान पर डेल्टा चरण में स्थिर किया जा सकता है। इसी रूप में प्लूटोनियम का उपयोग परमाणु हथियारों में किया जाता है।
हथियारबंद प्लूटोनियम
परमाणु हथियार बनाने के लिए वांछित आइसोटोप (235 यू या 239 पु) की 90% से अधिक शुद्धता प्राप्त करना आवश्यक है। यूरेनियम से चार्ज बनाने के लिए कई संवर्धन चरणों की आवश्यकता होती है (क्योंकि प्राकृतिक यूरेनियम में 235 यू का अनुपात 1% से कम है), जबकि रिएक्टर प्लूटोनियम में 239 पीयू का अनुपात आमतौर पर 50% से 80% (यानी लगभग 100 गुना अधिक) होता है। और कुछ रिएक्टर ऑपरेटिंग मोड में 90% 239 पु से अधिक युक्त प्लूटोनियम प्राप्त करना संभव है - ऐसे प्लूटोनियम को संवर्धन की आवश्यकता नहीं होती है और इसका उपयोग सीधे परमाणु हथियारों के निर्माण के लिए किया जा सकता है।
जैविक भूमिका
प्लूटोनियम ज्ञात सबसे विषैले पदार्थों में से एक है। प्लूटोनियम की विषाक्तता इसके रासायनिक गुणों के कारण नहीं है (हालांकि प्लूटोनियम शायद किसी भी भारी धातु जितना जहरीला है), बल्कि इसकी अल्फा रेडियोधर्मिता के कारण है। अल्फा कण सामग्री या कपड़े की पतली परतों द्वारा भी बरकरार रहते हैं। मान लीजिए कि त्वचा के कुछ मिलीमीटर आंतरिक अंगों की रक्षा करते हुए, उनके प्रवाह को पूरी तरह से अवशोषित कर लेंगे। लेकिन अल्फा कण उन ऊतकों के लिए बेहद हानिकारक होते हैं जिनके साथ वे संपर्क में आते हैं। इसलिए, अगर प्लूटोनियम शरीर में प्रवेश करता है तो यह एक गंभीर खतरा पैदा करता है। यह जठरांत्र संबंधी मार्ग में बहुत खराब तरीके से अवशोषित होता है, भले ही यह घुलनशील रूप में वहां पहुंचता हो। लेकिन आधा ग्राम प्लूटोनियम खाने से पाचन तंत्र के तीव्र विकिरण के कारण कुछ ही हफ्तों में मृत्यु हो सकती है।
एक ग्राम प्लूटोनियम धूल के दसवें हिस्से को साँस में लेने से दस दिनों के भीतर फुफ्फुसीय एडिमा से मृत्यु हो जाती है। 20 मिलीग्राम की खुराक लेने से एक महीने के भीतर फाइब्रोसिस से मृत्यु हो जाती है। छोटी खुराक कार्सिनोजेनिक प्रभाव पैदा करती है। 1 एमसीजी प्लूटोनियम के सेवन से फेफड़ों के कैंसर की संभावना 1% बढ़ जाती है। इसलिए, शरीर में 100 माइक्रोग्राम प्लूटोनियम लगभग कैंसर के विकास की गारंटी देता है (दस वर्षों के भीतर, हालांकि ऊतक क्षति पहले हो सकती है)।
जैविक प्रणालियों में, प्लूटोनियम आमतौर पर +4 ऑक्सीकरण अवस्था में होता है और लोहे के समान दिखता है। एक बार रक्त में, यह संभवतः लौह युक्त ऊतकों में केंद्रित होगा: अस्थि मज्जा, यकृत, प्लीहा। यदि 1-2 माइक्रोग्राम प्लूटोनियम भी अस्थि मज्जा में जमा हो जाए, तो प्रतिरक्षा काफी खराब हो जाएगी। हड्डी के ऊतकों से प्लूटोनियम को हटाने की अवधि 80-100 वर्ष है, अर्थात। वह व्यावहारिक रूप से जीवन भर वहीं रहेगा।
रेडियोलॉजिकल प्रोटेक्शन पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग ने अधिकतम वार्षिक प्लूटोनियम ग्रहण 280 नैनोग्राम निर्धारित किया है।

वह सचमुच अनमोल है.

पृष्ठभूमि और इतिहास

शुरुआत में प्रोटॉन थे - गैलेक्टिक हाइड्रोजन। इसके संपीड़न और उसके बाद की परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, न्यूक्लियंस के सबसे अविश्वसनीय "सिल्लियां" का निर्माण हुआ। उनमें से, ये "सिल्लियां", जाहिरा तौर पर, 94 प्रोटॉन वाले थे। सिद्धांतकारों के अनुमान से पता चलता है कि लगभग 100 न्यूक्लियॉन संरचनाएं, जिनमें 94 प्रोटॉन और 107 से 206 न्यूट्रॉन शामिल हैं, इतनी स्थिर हैं कि उन्हें तत्व संख्या 94 के आइसोटोप के नाभिक माना जा सकता है।

लेकिन ये सभी आइसोटोप - काल्पनिक और वास्तविक - इतने स्थिर नहीं हैं कि सौर मंडल के तत्वों के गठन के बाद से आज तक जीवित रह सकें। तत्व संख्या 94 के सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाले आइसोटोप का आधा जीवन 75 मिलियन वर्ष है। आकाशगंगा की आयु अरबों वर्षों में मापी गई है। नतीजतन, "आदिम" प्लूटोनियम के आज तक जीवित रहने की कोई संभावना नहीं थी। यदि इसका निर्माण ब्रह्मांड के तत्वों के महान संश्लेषण के दौरान हुआ था, तो इसके वे प्राचीन परमाणु बहुत पहले ही "विलुप्त" हो गए थे, जैसे डायनासोर और मैमथ विलुप्त हो गए थे।

20 वीं सदी में नया युग, ईस्वी, इस तत्व को फिर से बनाया गया था। प्लूटोनियम के 100 संभावित समस्थानिकों में से 25 का संश्लेषण किया जा चुका है। उनमें से 15 के परमाणु गुणों का अध्ययन किया जा चुका है। चार को व्यावहारिक अनुप्रयोग मिला है। और इसे हाल ही में खोला गया था. दिसंबर 1940 में, जब यूरेनियम को भारी हाइड्रोजन नाभिक के साथ विकिरणित किया गया था, ग्लेन टी. सीबोर्ग के नेतृत्व में अमेरिकी रेडियोकेमिस्टों के एक समूह ने 90 वर्षों के आधे जीवन के साथ एक पूर्व अज्ञात अल्फा कण उत्सर्जक की खोज की। यह उत्सर्जक 238 की द्रव्यमान संख्या के साथ तत्व संख्या 94 का आइसोटोप निकला। उसी वर्ष, लेकिन कई महीने पहले, ई.एम. मैकमिलन और एफ. एबेलसन ने यूरेनियम से भारी पहला तत्व प्राप्त किया - तत्व संख्या 93। इस तत्व को नेपच्यूनियम कहा गया और 94वें को प्लूटोनियम कहा गया। इतिहासकार निश्चित रूप से कहेंगे कि इन नामों की उत्पत्ति रोमन पौराणिक कथाओं में हुई है, लेकिन संक्षेप में इन नामों की उत्पत्ति पौराणिक नहीं, बल्कि खगोलीय है।

तत्व संख्या 92 और 93 का नाम सौर मंडल के दूर के ग्रहों - यूरेनस और नेपच्यून के नाम पर रखा गया है, लेकिन नेपच्यून सौर मंडल में अंतिम नहीं है, इससे भी आगे प्लूटो की कक्षा है - एक ऐसा ग्रह जिसके बारे में अभी भी लगभग कुछ भी ज्ञात नहीं है। .. एक समान निर्माण हम आवर्त सारणी के "बाएं पार्श्व" पर भी देखते हैं: यूरेनियम - नेप्च्यूनियम - प्लूटोनियम, हालांकि, मानवता प्लूटो की तुलना में प्लूटोनियम के बारे में बहुत अधिक जानती है। वैसे, खगोलविदों ने प्लूटोनियम के संश्लेषण से ठीक दस साल पहले प्लूटो की खोज की थी - लगभग उसी अवधि में यूरेनस - ग्रह और यूरेनियम - तत्व की खोजों को अलग कर दिया गया था।

क्रिप्टोग्राफरों के लिए पहेलियाँ

तत्व संख्या 94 के पहले आइसोटोप, प्लूटोनियम-238 को इन दिनों व्यावहारिक अनुप्रयोग मिला है। लेकिन 40 के दशक की शुरुआत में उन्होंने इसके बारे में सोचा भी नहीं था। शक्तिशाली परमाणु उद्योग पर भरोसा करके ही व्यावहारिक हित की मात्रा में प्लूटोनियम-238 प्राप्त करना संभव है। उस समय यह अपनी प्रारंभिक अवस्था में ही था। लेकिन यह पहले से ही स्पष्ट था कि भारी रेडियोधर्मी तत्वों के नाभिक में निहित ऊर्जा को मुक्त करके अभूतपूर्व शक्ति के हथियार प्राप्त करना संभव था। मैनहट्टन प्रोजेक्ट सामने आया, जिसका प्रसिद्ध न्यूयॉर्क क्षेत्र के समान नाम से अधिक कुछ नहीं था। यह संयुक्त राज्य अमेरिका में पहले परमाणु बमों के निर्माण से संबंधित सभी कार्यों का सामान्य नाम था। यह कोई वैज्ञानिक नहीं था, बल्कि एक सैन्य व्यक्ति, जनरल ग्रोव्स था, जिसे मैनहट्टन प्रोजेक्ट का प्रमुख नियुक्त किया गया था, जो "स्नेहपूर्वक" अपने उच्च शिक्षित आरोपों को "टूटे हुए बर्तन" कहता था।

"परियोजना" के नेताओं को प्लूटोनियम-238 में कोई दिलचस्पी नहीं थी। इसके नाभिक, सम द्रव्यमान संख्या वाले प्लूटोनियम के सभी समस्थानिकों के नाभिकों की तरह, कम ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन* द्वारा विखंडित नहीं होते हैं, इसलिए यह परमाणु विस्फोटक के रूप में काम नहीं कर सकता है। फिर भी, तत्व संख्या 93 और 94 के बारे में पहली बहुत स्पष्ट रिपोर्ट 1942 के वसंत में ही छपी।

* हम कम ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन को न्यूट्रॉन कहते हैं जिनकी ऊर्जा 10 keV से अधिक नहीं होती है। इलेक्ट्रॉनवोल्ट के अंशों में मापी गई ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन को थर्मल कहा जाता है, और 0.005 ईवी से कम ऊर्जा वाले सबसे धीमे न्यूट्रॉन को ठंडा कहा जाता है। यदि न्यूट्रॉन ऊर्जा 100 keV से अधिक है तो ऐसे न्यूट्रॉन को तेज़ माना जाता है।

इसे कैसे समझाया जा सकता है? भौतिकविदों ने समझा: विषम द्रव्यमान संख्या वाले प्लूटोनियम समस्थानिकों का संश्लेषण समय की बात है, और बहुत लंबे समय की नहीं। उम्मीद की गई थी कि यूरेनियम-235 की तरह विषम आइसोटोप, परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया का समर्थन करने में सक्षम होंगे। कुछ लोगों ने इन्हें संभावित परमाणु विस्फोटक के रूप में देखा, जो अभी तक प्राप्त नहीं हुआ था। और प्लूटोनियम, दुर्भाग्य से, इन आशाओं को उचित ठहराता है।

उस समय के एन्क्रिप्शन में, तत्व संख्या 94 को तांबे से अधिक कुछ नहीं कहा जाता था। और जब स्वयं तांबे की आवश्यकता उत्पन्न हुई (कुछ भागों के लिए एक संरचनात्मक सामग्री के रूप में), तो कोड में, "तांबा" के साथ, "असली तांबा" भी दिखाई दिया।

"अच्छे और बुरे के ज्ञान का वृक्ष"

1941 में, प्लूटोनियम के सबसे महत्वपूर्ण आइसोटोप की खोज की गई - 239 की द्रव्यमान संख्या वाला एक आइसोटोप। और लगभग तुरंत ही सिद्धांतकारों की भविष्यवाणी की पुष्टि हो गई: प्लूटोनियम -239 के नाभिक थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित हो गए थे। इसके अलावा, उनके विखंडन के दौरान, यूरेनियम-235 के विखंडन की तुलना में कम संख्या में न्यूट्रॉन उत्पन्न नहीं हुए। इस आइसोटोप को बड़ी मात्रा में प्राप्त करने के तरीकों की तुरंत रूपरेखा तैयार की गई...

साल बीत गए. अब यह किसी के लिए कोई रहस्य नहीं है कि शस्त्रागार में संग्रहीत परमाणु बम प्लूटोनियम -239 से भरे हुए हैं और ये बम पृथ्वी पर सभी जीवन को अपूरणीय क्षति पहुंचाने के लिए पर्याप्त हैं।

एक व्यापक धारणा है कि परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया (जिसका अपरिहार्य परिणाम परमाणु बम का निर्माण था) की खोज के साथ मानवता स्पष्ट रूप से जल्दी में थी। आप अलग तरह से सोच सकते हैं या अलग तरह से सोचने का दिखावा कर सकते हैं - आशावादी होना अधिक सुखद है। लेकिन आशावादियों को भी अनिवार्य रूप से वैज्ञानिकों की जिम्मेदारी के सवाल का सामना करना पड़ता है। हमें 1954 का विजयी जून दिवस याद है, वह दिन जब ओबनिंस्क में पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र चालू हुआ था। लेकिन हम अगस्त 1945 की सुबह को नहीं भूल सकते - "हिरोशिमा की सुबह", "अल्बर्ट आइंस्टीन का काला दिन"... हम युद्ध के बाद के पहले वर्षों और बेलगाम परमाणु ब्लैकमेल को याद करते हैं - जो उन वर्षों में अमेरिकी नीति का आधार था। लेकिन क्या बाद के वर्षों में मानवता को बहुत सारी परेशानियों का सामना नहीं करना पड़ा? इसके अलावा, ये चिंताएँ इस चेतना से कई गुना अधिक तीव्र हो गईं कि यदि नया विश्व युद्ध छिड़ गया, तो परमाणु हथियारों का उपयोग किया जाएगा।

यहां आप यह साबित करने की कोशिश कर सकते हैं कि प्लूटोनियम की खोज से मानवता में डर नहीं पैदा हुआ, इसके विपरीत, यह केवल उपयोगी था।

मान लीजिए कि ऐसा हुआ कि किसी कारण से या, जैसा कि वे पुराने दिनों में कहते थे, ईश्वर की इच्छा से, प्लूटोनियम वैज्ञानिकों के लिए दुर्गम था। क्या तब हमारे डर और चिंताएं कम हो जाएंगी? कुछ नहीँ हुआ। परमाणु बम यूरेनियम-235 (और प्लूटोनियम से कम मात्रा में नहीं) से बनाए जाएंगे, और ये बम बजट का अब से भी बड़ा हिस्सा "खा" जाएंगे।

लेकिन प्लूटोनियम के बिना बड़े पैमाने पर परमाणु ऊर्जा के शांतिपूर्ण उपयोग की कोई संभावना नहीं होगी। एक "शांतिपूर्ण परमाणु" के लिए पर्याप्त यूरेनियम-235 ही नहीं होगा। परमाणु ऊर्जा की खोज से मानवता पर जो बुराई आई है, उसे "अच्छे परमाणु" की उपलब्धियों से आंशिक रूप से भी संतुलित नहीं किया जा सकेगा।

कैसे मापें, किससे तुलना करें

जब प्लूटोनियम-239 नाभिक को न्यूट्रॉन द्वारा लगभग समान द्रव्यमान के दो टुकड़ों में विभाजित किया जाता है, तो लगभग 200 MeV ऊर्जा निकलती है। यह सबसे प्रसिद्ध ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया C + O 2 = CO 2 में जारी ऊर्जा से 50 मिलियन गुना अधिक है। परमाणु रिएक्टर में "जलने" पर, एक ग्राम प्लूटोनियम 2·10 7 किलो कैलोरी देता है। परंपराओं को न तोड़ने के लिए (और लोकप्रिय लेखों में, परमाणु ईंधन की ऊर्जा को आमतौर पर गैर-प्रणालीगत इकाइयों - टन कोयला, गैसोलीन, ट्रिनिट्रोटोलुइन, आदि) में मापा जाता है, हम यह भी नोट करते हैं: यह 4 टन में निहित ऊर्जा है कोयले का. और एक साधारण थिम्बल में प्लूटोनियम की मात्रा ऊर्जावान रूप से चालीस कारलोड अच्छी बर्च जलाऊ लकड़ी के बराबर होती है।

न्यूट्रॉन द्वारा यूरेनियम-235 नाभिक के विखंडन के दौरान समान ऊर्जा निकलती है। लेकिन प्राकृतिक यूरेनियम का बड़ा हिस्सा (99.3%) आइसोटोप 238 यू है, जिसका उपयोग केवल यूरेनियम को प्लूटोनियम में बदलकर किया जा सकता है...

पत्थरों की ऊर्जा

आइए प्राकृतिक यूरेनियम भंडार में निहित ऊर्जा संसाधनों का मूल्यांकन करें।

यूरेनियम एक सूक्ष्म तत्व है और लगभग हर जगह पाया जाता है। उदाहरण के लिए, करेलिया का दौरा करने वाले किसी भी व्यक्ति को संभवतः ग्रेनाइट पत्थर और तटीय चट्टानें याद होंगी। लेकिन कम ही लोग जानते हैं कि एक टन ग्रेनाइट में 25 ग्राम तक यूरेनियम होता है। ग्रेनाइट पृथ्वी की पपड़ी के भार का लगभग 20% बनाते हैं। यदि हम केवल यूरेनियम-235 को गिनें तो एक टन ग्रेनाइट में 3.5·10 5 किलो कैलोरी ऊर्जा होती है। यह तो बहुत है, लेकिन...

ग्रेनाइट के प्रसंस्करण और उससे यूरेनियम निकालने के लिए और भी बड़ी मात्रा में ऊर्जा खर्च करने की आवश्यकता होती है - लगभग 10 6 ...10 7 किलो कैलोरी/टी। अब, यदि ऊर्जा स्रोत के रूप में न केवल यूरेनियम-235, बल्कि यूरेनियम-238 का भी उपयोग करना संभव होता, तो ग्रेनाइट को कम से कम एक संभावित ऊर्जा कच्चे माल के रूप में माना जा सकता था। तब एक टन पत्थर से प्राप्त ऊर्जा पहले से ही 8·10 7 से 5·10 8 किलो कैलोरी होगी। यह 16...100 टन कोयले के बराबर है। और इस मामले में, ग्रेनाइट लोगों को पृथ्वी पर सभी रासायनिक ईंधन भंडार की तुलना में लगभग दस लाख गुना अधिक ऊर्जा प्रदान कर सकता है।

लेकिन यूरेनियम-238 नाभिक न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित नहीं होता है। यह आइसोटोप परमाणु ऊर्जा के लिए बेकार है। अधिक सटीक रूप से, यह बेकार होगा यदि इसे प्लूटोनियम-239 में परिवर्तित नहीं किया जा सका। और जो विशेष रूप से महत्वपूर्ण है: इस परमाणु परिवर्तन पर व्यावहारिक रूप से कोई ऊर्जा खर्च करने की आवश्यकता नहीं है - इसके विपरीत, इस प्रक्रिया में ऊर्जा उत्पन्न होती है!

आइए यह जानने का प्रयास करें कि यह कैसे होता है, लेकिन पहले प्राकृतिक प्लूटोनियम के बारे में कुछ शब्द।

रेडियम से 400 हजार गुना कम

यह पहले ही कहा जा चुका है कि हमारे ग्रह के निर्माण के दौरान तत्वों के संश्लेषण के बाद से प्लूटोनियम के समस्थानिकों को संरक्षित नहीं किया गया है। लेकिन इसका मतलब ये नहीं कि धरती पर प्लूटोनियम है ही नहीं.

यह यूरेनियम अयस्कों में हर समय बनता रहता है। ब्रह्मांडीय विकिरण से न्यूट्रॉन और यूरेनियम-238 नाभिक के सहज विखंडन से उत्पन्न न्यूट्रॉन को कैप्चर करके, इस आइसोटोप के कुछ - बहुत कम - परमाणु यूरेनियम -239 के परमाणुओं में बदल जाते हैं। ये नाभिक बहुत अस्थिर होते हैं; ये इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करते हैं और इस प्रकार अपना आवेश बढ़ाते हैं। पहला ट्रांसयूरेनियम तत्व नेप्च्यूनियम बनता है। नेपच्यूनियम-239 भी अत्यधिक अस्थिर है, और इसके नाभिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करते हैं। केवल 56 घंटों में, नेपच्यूनियम-239 का आधा हिस्सा प्लूटोनियम-239 में बदल जाता है, जिसका आधा जीवन पहले से ही काफी लंबा है - 24 हजार साल।

यूरेनियम अयस्कों से प्लूटोनियम क्यों नहीं निकाला जाता? कम, बहुत कम एकाग्रता. "उत्पादन का एक ग्राम काम का एक वर्ष है" - यह रेडियम के बारे में है, और अयस्कों में रेडियम की तुलना में 400 हजार गुना कम प्लूटोनियम होता है। इसलिए, न केवल खनन करना, बल्कि "स्थलीय" प्लूटोनियम का पता लगाना भी बेहद मुश्किल है। ऐसा परमाणु रिएक्टरों में उत्पादित प्लूटोनियम के भौतिक और रासायनिक गुणों का अध्ययन करने के बाद ही किया गया था।

जब 2.70 >> 2.23

परमाणु रिएक्टरों में प्लूटोनियम जमा होता है। शक्तिशाली न्यूट्रॉन धाराओं में, यूरेनियम अयस्कों के समान ही प्रतिक्रिया होती है, लेकिन रिएक्टर में प्लूटोनियम के गठन और संचय की दर बहुत अधिक है - एक अरब अरब गुना। गिट्टी यूरेनियम-238 को ऊर्जा-ग्रेड प्लूटोनियम-239 में परिवर्तित करने की प्रतिक्रिया के लिए, इष्टतम (स्वीकार्य के भीतर) स्थितियाँ बनाई जाती हैं।

यदि रिएक्टर थर्मल न्यूट्रॉन पर काम करता है (याद रखें कि उनकी गति लगभग 2000 मीटर प्रति सेकंड है, और उनकी ऊर्जा एक इलेक्ट्रॉन वोल्ट का एक अंश है), तो यूरेनियम आइसोटोप के प्राकृतिक मिश्रण से प्लूटोनियम की मात्रा प्राप्त होती है जो कि थोड़ी कम होती है "जले हुए" यूरेनियम-235 की मात्रा। थोड़ा, लेकिन कम, साथ ही विकिरणित यूरेनियम से रासायनिक पृथक्करण के दौरान प्लूटोनियम की अपरिहार्य हानि। इसके अलावा, यूरेनियम आइसोटोप के प्राकृतिक मिश्रण में परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया केवल तब तक बनी रहती है जब तक कि यूरेनियम -235 का एक छोटा सा अंश उपभोग नहीं किया जाता है। इसलिए तार्किक निष्कर्ष: प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग करने वाला एक "थर्मल" रिएक्टर - वर्तमान में संचालित रिएक्टरों का मुख्य प्रकार - परमाणु ईंधन के विस्तारित प्रजनन को सुनिश्चित नहीं कर सकता है। लेकिन फिर आशाजनक क्या है? इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, आइए यूरेनियम-235 और प्लूटोनियम-239 में परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम की तुलना करें और अपनी चर्चाओं में एक और भौतिक अवधारणा पेश करें।

किसी भी परमाणु ईंधन की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता नाभिक द्वारा एक न्यूट्रॉन ग्रहण करने के बाद उत्सर्जित न्यूट्रॉन की औसत संख्या है। भौतिक विज्ञानी इसे ईटा संख्या कहते हैं और इसे ग्रीक अक्षर η से दर्शाते हैं। यूरेनियम पर "थर्मल" रिएक्टरों में, निम्नलिखित पैटर्न देखा जाता है: प्रत्येक न्यूट्रॉन औसतन 2.08 न्यूट्रॉन (η = 2.08) उत्पन्न करता है। थर्मल न्यूट्रॉन के प्रभाव में ऐसे रिएक्टर में रखा गया प्लूटोनियम η = 2.03 देता है। लेकिन ऐसे रिएक्टर भी हैं जो तेज़ न्यूट्रॉन पर काम करते हैं। ऐसे रिएक्टर में यूरेनियम आइसोटोप के प्राकृतिक मिश्रण को लोड करना बेकार है: कोई श्रृंखला प्रतिक्रिया नहीं होगी। लेकिन यदि "कच्चे माल" को यूरेनियम-235 से समृद्ध किया जाए, तो इसे "तेज़" रिएक्टर में विकसित किया जा सकता है। इस स्थिति में, η पहले से ही 2.23 के बराबर होगा। और प्लूटोनियम, तेज न्यूट्रॉन अग्नि के संपर्क में आने पर, 2.70 के बराबर देगा। हमारे पास अपने निपटान में "अतिरिक्त आधा न्यूट्रॉन" होगा। और ये बिल्कुल भी कम नहीं है.

आइए देखें कि परिणामी न्यूट्रॉन किस पर खर्च किए जाते हैं। किसी भी रिएक्टर में परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए एक न्यूट्रॉन की आवश्यकता होती है। 0.1 न्यूट्रॉन संस्थापन की संरचनात्मक सामग्रियों द्वारा अवशोषित होते हैं। "अतिरिक्त" का उपयोग प्लूटोनियम-239 को संचय करने के लिए किया जाता है। एक मामले में, "अतिरिक्त" 1.13 है, दूसरे में - 1.60। एक "तेज" रिएक्टर में एक किलोग्राम प्लूटोनियम के "जलने" के बाद, भारी ऊर्जा निकलती है और 1.6 किलोग्राम प्लूटोनियम जमा हो जाता है। और एक "तेज" रिएक्टर में यूरेनियम समान ऊर्जा और 1.1 किलोग्राम नया परमाणु ईंधन देगा। दोनों ही मामलों में, विस्तारित प्रजनन स्पष्ट है। लेकिन हमें अर्थव्यवस्था के बारे में नहीं भूलना चाहिए।

कई तकनीकी कारणों से, प्लूटोनियम प्रजनन चक्र में कई साल लग जाते हैं। मान लीजिए पांच साल. इसका मतलब यह है कि प्रति वर्ष प्लूटोनियम की मात्रा केवल 2% बढ़ेगी यदि η = 2.23, और 12% यदि η = 2.7! परमाणु ईंधन पूंजी है, और किसी भी पूंजी से, मान लीजिए, प्रति वर्ष 5% प्राप्त होना चाहिए। पहले मामले में बड़ा घाटा होता है और दूसरे में बड़ा मुनाफा होता है। यह आदिम उदाहरण परमाणु ऊर्जा में संख्या η के प्रत्येक दसवें हिस्से के "वजन" को दर्शाता है।

कई तकनीकों का योग

जब, परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, प्लूटोनियम की आवश्यक मात्रा यूरेनियम में जमा हो जाती है, तो इसे न केवल यूरेनियम से अलग किया जाना चाहिए, बल्कि विखंडन टुकड़ों से भी अलग किया जाना चाहिए - यूरेनियम और प्लूटोनियम दोनों, परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया में जल गए। इसके अलावा, यूरेनियम-प्लूटोनियम द्रव्यमान में एक निश्चित मात्रा में नेपच्यूनियम भी होता है। प्लूटोनियम को नेप्च्यूनियम और दुर्लभ पृथ्वी तत्वों (लैंथेनाइड्स) से अलग करना सबसे कठिन है। रासायनिक तत्व के रूप में प्लूटोनियम कुछ हद तक अशुभ रहा है। एक रसायनज्ञ के दृष्टिकोण से, परमाणु ऊर्जा का मुख्य तत्व चौदह एक्टिनाइड्स में से एक है। दुर्लभ पृथ्वी तत्वों की तरह, एक्टिनियम श्रृंखला के सभी तत्व रासायनिक गुणों में एक दूसरे के समान होते हैं; एक्टिनियम से लेकर 103 तक सभी तत्वों के परमाणुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉन कोश की संरचना एक समान होती है। इससे भी अधिक अप्रिय बात यह है कि एक्टिनाइड्स के रासायनिक गुण दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के गुणों के समान हैं, और यूरेनियम और प्लूटोनियम के विखंडन टुकड़ों में पर्याप्त से अधिक लैंथेनाइड हैं। लेकिन तब तत्व 94 पाँच संयोजकता अवस्थाओं में हो सकता है, और यह "गोली को मीठा करता है" - यह यूरेनियम और विखंडन दोनों टुकड़ों से प्लूटोनियम को अलग करने में मदद करता है।

प्लूटोनियम की संयोजकता तीन से सात तक होती है। रासायनिक रूप से, सबसे स्थिर (और इसलिए सबसे आम और सबसे अधिक अध्ययन किया गया) यौगिक टेट्रावेलेंट प्लूटोनियम हैं।

समान रासायनिक गुणों वाले एक्टिनाइड्स - यूरेनियम, नेप्टुनियम और प्लूटोनियम - का पृथक्करण उनके टेट्रा- और हेक्सावलेंट यौगिकों के गुणों में अंतर पर आधारित हो सकता है।

प्लूटोनियम और यूरेनियम के रासायनिक पृथक्करण के सभी चरणों का विस्तार से वर्णन करने की आवश्यकता नहीं है। आमतौर पर, उनका पृथक्करण नाइट्रिक एसिड में यूरेनियम सलाखों के विघटन के साथ शुरू होता है, जिसके बाद समाधान में निहित यूरेनियम, नेप्च्यूनियम, प्लूटोनियम और विखंडन तत्वों को "अलग" किया जाता है, इसके लिए पारंपरिक रेडियोकेमिकल तरीकों का उपयोग किया जाता है - वाहक, निष्कर्षण, आयन विनिमय के साथ सह-अवक्षेपण और दूसरे। इस मल्टी-स्टेज तकनीक के अंतिम प्लूटोनियम युक्त उत्पाद इसके डाइऑक्साइड पीयूओ 2 या फ्लोराइड्स - पीयूएफ 3 या पीयूएफ 4 हैं। वे बेरियम, कैल्शियम या लिथियम वाष्प के साथ धातु में परिवर्तित हो जाते हैं। हालाँकि, इन प्रक्रियाओं में प्राप्त प्लूटोनियम संरचनात्मक सामग्री की भूमिका के लिए उपयुक्त नहीं है - परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों के ईंधन तत्व इससे नहीं बनाए जा सकते हैं, और परमाणु बम का चार्ज नहीं डाला जा सकता है। क्यों? प्लूटोनियम का गलनांक - केवल 640°C - काफी प्राप्त करने योग्य है।

इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि शुद्ध प्लूटोनियम से भागों को ढालने के लिए "अति-कोमल" स्थितियों का उपयोग किया जाता है, जमने के दौरान ढलाई में दरारें हमेशा दिखाई देंगी। 640°C पर, जमने वाला प्लूटोनियम एक घन क्रिस्टल जाली बनाता है। जैसे-जैसे तापमान घटता है, धातु का घनत्व धीरे-धीरे बढ़ता है। लेकिन फिर तापमान 480 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच गया और फिर अचानक प्लूटोनियम का घनत्व तेजी से गिर गया। इस विसंगति के कारणों का बहुत जल्दी पता चल गया: इस तापमान पर, प्लूटोनियम परमाणुओं को क्रिस्टल जाली में पुन: व्यवस्थित किया जाता है। यह चतुष्कोणीय और बहुत "ढीला" हो जाता है। ऐसा प्लूटोनियम अपने पिघलने पर पानी पर बर्फ की तरह तैर सकता है।

तापमान में गिरावट जारी है, अब यह 451 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच गया है, और परमाणुओं ने फिर से एक घन जाली बनाई है, लेकिन पहले मामले की तुलना में एक दूसरे से अधिक दूरी पर स्थित हैं। अधिक ठंडा होने पर, जाली पहले ऑर्थोरोम्बिक, फिर मोनोक्लिनिक बन जाती है। कुल मिलाकर, प्लूटोनियम छह अलग-अलग क्रिस्टलीय रूप बनाता है! उनमें से दो एक उल्लेखनीय संपत्ति द्वारा प्रतिष्ठित हैं - थर्मल विस्तार का एक नकारात्मक गुणांक: बढ़ते तापमान के साथ, धातु का विस्तार नहीं होता है, बल्कि अनुबंध होता है।

जब तापमान 122 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है और प्लूटोनियम परमाणु छठी बार अपनी पंक्तियों को पुनर्व्यवस्थित करते हैं, तो घनत्व विशेष रूप से नाटकीय रूप से बदल जाता है - 17.77 से 19.82 ग्राम/सेमी 3 तक। 10 से अधिक%! तदनुसार, पिंड का आयतन कम हो जाता है। यदि धातु अभी भी अन्य संक्रमणों के दौरान उत्पन्न होने वाले तनाव का विरोध कर सकती है, तो इस समय विनाश अपरिहार्य है।

फिर इस अद्भुत धातु से पुर्जे कैसे बनायें? धातुकर्मी प्लूटोनियम को मिश्रित करते हैं (इसमें आवश्यक तत्वों की थोड़ी मात्रा मिलाते हैं) और एक भी दरार के बिना कास्टिंग प्राप्त करते हैं। इनका उपयोग परमाणु बमों के लिए प्लूटोनियम चार्ज बनाने के लिए किया जाता है। चार्ज का वजन (यह मुख्य रूप से आइसोटोप के महत्वपूर्ण द्रव्यमान द्वारा निर्धारित होता है) 5...6 किलोग्राम है। यह आसानी से 10 सेमी के किनारे वाले घन में फिट हो सकता है।

भारी आइसोटोप

प्लूटोनियम-239 में इस तत्व के उच्च आइसोटोप भी कम मात्रा में होते हैं - द्रव्यमान संख्या 240 और 241 के साथ। 240 पु आइसोटोप व्यावहारिक रूप से बेकार है - यह प्लूटोनियम में गिट्टी है। 241 से अमेरिकियम प्राप्त होता है - तत्व क्रमांक 95। अपने शुद्ध रूप में, अन्य आइसोटोप के मिश्रण के बिना, एक रिएक्टर में संचित प्लूटोनियम के विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण द्वारा ड्लूटोनियम-240 और प्लूटोनियम-241 प्राप्त किया जा सकता है। इससे पहले, प्लूटोनियम को सख्ती से परिभाषित विशेषताओं के साथ न्यूट्रॉन फ्लक्स के साथ अतिरिक्त रूप से विकिरणित किया जाता है। बेशक, यह सब बहुत जटिल है, खासकर जब से प्लूटोनियम न केवल रेडियोधर्मी है, बल्कि बहुत जहरीला भी है। इसके साथ काम करने में अत्यधिक सावधानी की आवश्यकता होती है।

प्लूटोनियम के सबसे दिलचस्प आइसोटोप में से एक, 242 पु, न्यूट्रॉन फ्लक्स में लंबे समय तक 239 पु को विकिरणित करके प्राप्त किया जा सकता है। 242 पीयू बहुत कम ही न्यूट्रॉन को पकड़ता है और इसलिए रिएक्टर में अन्य आइसोटोप की तुलना में अधिक धीरे-धीरे "जलता है"; प्लूटोनियम के शेष आइसोटोप लगभग पूरी तरह से टुकड़ों में बदल जाने या प्लूटोनियम-242 में बदल जाने के बाद भी यह बना रहता है।

प्लूटोनियम-242 परमाणु रिएक्टरों में उच्च ट्रांसयूरेनियम तत्वों के अपेक्षाकृत तेजी से संचय के लिए "कच्चे माल" के रूप में महत्वपूर्ण है। यदि प्लूटोनियम-239 को एक पारंपरिक रिएक्टर में विकिरणित किया जाता है, तो उदाहरण के लिए, प्लूटोनियम के ग्राम से कैलिफ़ोर्निया-251 की माइक्रोग्राम मात्रा जमा करने में लगभग 20 साल लगेंगे।

रिएक्टर में न्यूट्रॉन प्रवाह की तीव्रता को बढ़ाकर उच्च आइसोटोप के संचय समय को कम करना संभव है। वे यही करते हैं, लेकिन तब आप बड़ी मात्रा में प्लूटोनियम-239 का विकिरण नहीं कर सकते। आख़िरकार, यह आइसोटोप न्यूट्रॉन द्वारा विभाजित होता है, और बहुत अधिक ऊर्जा तीव्र प्रवाह में निकलती है। कंटेनर और रिएक्टर को ठंडा करने में अतिरिक्त कठिनाइयाँ उत्पन्न होती हैं। इन कठिनाइयों से बचने के लिए विकिरणित प्लूटोनियम की मात्रा को कम करना आवश्यक होगा। नतीजतन, कैलिफ़ोर्नियम की उपज फिर से कम हो जाएगी। ख़राब घेरा!

प्लूटोनियम-242 थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित नहीं होता है, इसे तीव्र न्यूट्रॉन फ्लक्स में बड़ी मात्रा में विकिरणित किया जा सकता है... इसलिए, रिएक्टरों में, कैलिफ़ोर्निया से आइंस्टीनियम तक के सभी तत्व इस आइसोटोप से "बनाए" जाते हैं और वजन मात्रा में जमा होते हैं।

सबसे भारी नहीं, लेकिन सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला

हर बार जब वैज्ञानिक प्लूटोनियम का एक नया आइसोटोप प्राप्त करने में कामयाब रहे, तो उसके नाभिक का आधा जीवन मापा गया। सम द्रव्यमान संख्या वाले भारी रेडियोधर्मी नाभिकों के समस्थानिकों का आधा जीवन नियमित रूप से बदलता रहता है। (यह विषम आइसोटोप के लिए नहीं कहा जा सकता है।)

चावल। 8.

द्रव्यमान संख्या पर प्लूटोनियम के सम समस्थानिकों के आधे जीवन की निर्भरता को दर्शाने वाले ग्राफ को देखें। जैसे-जैसे द्रव्यमान बढ़ता है, आइसोटोप का "जीवनकाल" भी बढ़ता है। कुछ साल पहले इस ग्राफ का उच्चतम बिंदु प्लूटोनियम-242 था। और फिर यह वक्र कैसे चलेगा - द्रव्यमान संख्या में और वृद्धि के साथ? बिल्कुल 1 , जो 30 मिलियन वर्ष या बिंदु के जीवनकाल से मेल खाता है 2 , जो 300 मिलियन वर्षों के लिए जिम्मेदार है? इस प्रश्न का उत्तर भूविज्ञान के लिए बहुत महत्वपूर्ण था। पहले मामले में, यदि 5 अरब वर्ष पहले पृथ्वी पूरी तरह से 244 पु से बनी थी, तो अब पृथ्वी के पूरे द्रव्यमान में प्लूटोनियम-244 का केवल एक परमाणु ही बचेगा। यदि दूसरी धारणा सत्य है, तो प्लूटोनियम-244 पृथ्वी में ऐसी सांद्रता में हो सकता है जिसका पहले से ही पता लगाया जा सकता है। यदि हम पृथ्वी में इस आइसोटोप को खोजने के लिए पर्याप्त भाग्यशाली होते, तो विज्ञान को हमारे ग्रह के निर्माण के दौरान हुई प्रक्रियाओं के बारे में सबसे मूल्यवान जानकारी प्राप्त होती।

कुछ साल पहले, वैज्ञानिकों को इस सवाल का सामना करना पड़ा था: क्या पृथ्वी में भारी प्लूटोनियम खोजने की कोशिश करना उचित है? इसका उत्तर देने के लिए सबसे पहले प्लूटोनियम-244 का आधा जीवन निर्धारित करना आवश्यक था। सिद्धांतकार इस मान की आवश्यक सटीकता के साथ गणना नहीं कर सके। सारी आशा केवल प्रयोग की थी।

प्लूटोनियम-244 परमाणु रिएक्टर में जमा हो गया। तत्व संख्या 95, अमेरिकियम (आइसोटोप 243 एएम), विकिरणित था। न्यूट्रॉन पर कब्जा करने के बाद, यह आइसोटोप अमेरिकियम-244 में बदल गया; 10 हजार मामलों में से एक में अमेरिकियम-244 प्लूटोनियम-244 में बदल जाता है।

प्लूटोनियम-244 की एक तैयारी को अमेरिकियम और क्यूरियम के मिश्रण से अलग किया गया था। नमूने का वजन केवल एक ग्राम का कुछ मिलियनवां हिस्सा था। लेकिन वे इस दिलचस्प आइसोटोप के आधे जीवन को निर्धारित करने के लिए पर्याप्त थे। यह 75 मिलियन वर्ष के बराबर निकला। बाद में, अन्य शोधकर्ताओं ने प्लूटोनियम-244 के आधे जीवन को स्पष्ट किया, लेकिन ज़्यादा नहीं - 82.8 मिलियन वर्ष। 1971 में, इस आइसोटोप के निशान दुर्लभ पृथ्वी खनिज बास्टनासाइट में पाए गए थे।

वैज्ञानिकों द्वारा ट्रांसयूरेनियम तत्व का एक आइसोटोप खोजने के लिए कई प्रयास किए गए हैं जो 244 पु से अधिक समय तक जीवित रहता है। लेकिन सारी कोशिशें बेकार रहीं. एक समय में क्यूरियम-247 पर उम्मीदें लगाई गई थीं, लेकिन इस आइसोटोप के रिएक्टर में जमा होने के बाद पता चला कि इसका आधा जीवन केवल 14 मिलियन वर्ष है। प्लूटोनियम-244 का रिकॉर्ड तोड़ना संभव नहीं था - यह ट्रांसयूरेनियम तत्वों के सभी आइसोटोप में सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला आइसोटोप है।

यहां तक ​​कि प्लूटोनियम के भारी आइसोटोप भी बीटा क्षय से गुजरते हैं, और उनका जीवनकाल कुछ दिनों से लेकर एक सेकंड के कुछ दसवें हिस्से तक होता है। हम निश्चित रूप से जानते हैं कि थर्मोन्यूक्लियर विस्फोटों से 257 पु तक प्लूटोनियम के सभी आइसोटोप उत्पन्न होते हैं। लेकिन उनका जीवनकाल एक सेकंड का दसवां हिस्सा है, और प्लूटोनियम के कई अल्पकालिक आइसोटोप का अभी तक अध्ययन नहीं किया गया है।

पहले आइसोटोप की संभावनाएँ

और अंत में - प्लूटोनियम-238 के बारे में - प्लूटोनियम के "मानव निर्मित" आइसोटोप में से सबसे पहला, एक ऐसा आइसोटोप जो पहले अप्रभावी लगता था। यह वास्तव में एक बहुत ही दिलचस्प आइसोटोप है। यह अल्फा क्षय के अधीन है, अर्थात। इसके नाभिक अनायास ही अल्फा कण - हीलियम नाभिक उत्सर्जित करते हैं। प्लूटोनियम-238 नाभिक द्वारा उत्पन्न अल्फा कण उच्च ऊर्जा रखते हैं; पदार्थ में नष्ट होकर यह ऊर्जा ऊष्मा में बदल जाती है। यह ऊर्जा कितनी बड़ी है? प्लूटोनियम-238 के एक परमाणु नाभिक के क्षय से छह मिलियन इलेक्ट्रॉन वोल्ट निकलते हैं। एक रासायनिक प्रतिक्रिया में, जब कई मिलियन परमाणुओं का ऑक्सीकरण होता है तो वही ऊर्जा निकलती है। एक किलोग्राम प्लूटोनियम-238 युक्त विद्युत स्रोत 560 वाट की तापीय शक्ति विकसित करता है। समान द्रव्यमान के रासायनिक धारा स्रोत की अधिकतम शक्ति 5 वाट है।

समान ऊर्जा विशेषताओं वाले कई उत्सर्जक हैं, लेकिन प्लूटोनियम-238 की एक विशेषता इस आइसोटोप को अपरिहार्य बनाती है। अल्फा क्षय आमतौर पर मजबूत गामा विकिरण के साथ होता है, जो पदार्थ की बड़ी परतों में प्रवेश करता है। 238 पु एक अपवाद है. इसके नाभिक के क्षय के साथ आने वाली गामा किरणों की ऊर्जा कम होती है, और इससे बचाव करना मुश्किल नहीं है: विकिरण को एक पतली दीवार वाले कंटेनर द्वारा अवशोषित किया जाता है। इस आइसोटोप के नाभिक के स्वतःस्फूर्त विखंडन की संभावना भी कम होती है। इसलिए, इसे न केवल वर्तमान स्रोतों में, बल्कि चिकित्सा में भी आवेदन मिला है। प्लूटोनियम-238 युक्त बैटरियां विशेष हृदय उत्तेजक में ऊर्जा के स्रोत के रूप में काम करती हैं।

लेकिन 238 पु तत्व संख्या 94 का सबसे हल्का ज्ञात आइसोटोप नहीं है; प्लूटोनियम के आइसोटोप 232 से 237 तक द्रव्यमान संख्या के साथ प्राप्त किए गए हैं। सबसे हल्के आइसोटोप का आधा जीवन 36 मिनट है।

प्लूटोनियम एक बड़ा विषय है. यहां सबसे महत्वपूर्ण बातें बताई गई हैं. आख़िरकार, यह पहले से ही एक मानक वाक्यांश बन गया है कि प्लूटोनियम के रसायन विज्ञान का लोहे जैसे "पुराने" तत्वों के रसायन विज्ञान की तुलना में बहुत बेहतर अध्ययन किया गया है। प्लूटोनियम के परमाणु गुणों के बारे में पूरी किताबें लिखी गई हैं। प्लूटोनियम का धातु विज्ञान मानव ज्ञान का एक और अद्भुत खंड है... इसलिए, आपको यह नहीं सोचना चाहिए कि इस कहानी को पढ़ने के बाद, आपने वास्तव में प्लूटोनियम - 20 वीं शताब्दी की सबसे महत्वपूर्ण धातु सीख ली है।