Плутоній-239

Плуто́ній-239 — радіоактивний нуклід хімічного елемента плутонію з масовим числом 239. Іноді його відносять до радіоактивного сімейства 4n+3, так званого ряду актинію (хоча, як правило, вважають, що цей ряд починається з природного урану-235, який і утворюється при розпаді практично неіснуючого в природі плутонію-239). Відкритий в 1941 році Гленном Сіборгом, Дж. Кеннеді, Шаблон:Нп та Еміліо Сегре.

В природі зустрічається в надзвичайно малих кількостях в уранових рудах. Радіогенний плутоній-239 утворюється з урану-238 при захопленні нейтронів, які виникають при спонтанному поділі урану (Шаблон:Нуклід і Шаблон:Нуклід) та в результаті реакцій (α, n) на легких елементах, які входять до складу руд; ще одним джерелом нейтронів є космічне випромінювання.

Активність одного грама цього нукліду становить приблизно 2,3 ГБк.

Утворення та розпад

Плутоній-239 утворюється в результаті таких розпадів:

• β⁻-розпад нукліду Шаблон:Нуклід (період напіврозпаду становить 2,356(3) діб):

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

• K-захоплення, здійснюване нуклідом Шаблон:Нуклід (період напіврозпаду становить 11,9(1) годин):

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

• α-розпад нукліду Шаблон:Нуклід (період напіврозпаду становить 29,1(1) років):

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

Розпад плутонію-239 відбувається в таких напрямах:

• α-розпад в Шаблон:Нуклід (ймовірність 100 %, енергія розпаду 5 244,51(21) кеВ):

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

енергія випромінюваних α-частинок:

5 105,5 кеВ (в 11,94 % випадків);

5 144,3 кеВ (в 17,11 % випадків);

5 156,59 кеВ (в 70,77 % випадків).

• Спонтанний поділ (ймовірність 3,1(6)Шаблон:E %);

Отримання

Плутоній-239 утворюється в будь-якому ядерному реакторі, який працює на природному або слабозбагаченому урані, що містить, в основному, ізотоп Шаблон:Нуклід, при захопленні ним надлишкових нейтронів. При цьому відбуваються такі ядерні реакції:

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

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

Для промислового виділення плутонію-239 з опроміненого ядерного палива використовують пюрекс-процес.

Ізомери

Відомий єдиний ізомер Шаблон:Нуклід^m з такими характеристиками:

• Надлишок маси: 48 981,5(18) кеВ
• Енергія збудження: 391,584(3) кеВ
• Період напіврозпаду: 193(4) нc
• Спін та парність ядра: 7/2⁻

Розпад ізомерного стану здійснюється шляхом ізомерного переходу в основний стан..

Використання

Плутоній-239 використовують:

• як ядерне паливо в ядерних реакторах на теплових нейтронах і особливо на швидких нейтронах;
• при виготовленні ядерної зброї (критична маса для голої кулі з металічного Шаблон:Нуклід становить приблизно 10 кг, для кулі у водяному відбивачі приблизно 5,2 кг);
• як вихідна речовина для отримання трансплутонієвих елементів.

Див. також

• Ізотопи плутонію
• Збройовий плутоній