Plutonium je radioaktivní stříbrný kov, který lze použít k vytváření nebo ničení. Zatímco brzy po svém vzniku se používalo k ničení, dnes se tento prvek na celém světě používá především k výrobě energie.
Plutonium bylo poprvé vyrobeno a izolováno v roce 1940 a bylo použito k výrobě atomové bomby „Fat Man“, která byla svržena na Nagasaki na konci druhé světové války, pouhých pět let po jeho výrobě, uvedla Amanda Simsonová, odborná asistentka chemického inženýrství na univerzitě v New Havenu.
Jen fakta
Tady jsou vlastnosti plutonia podle Národní laboratoře v Los Alamos:
- Atomové číslo: 94
- Atomový symbol:
- Atomová hmotnost: 244
- Teplota tání: 1 184 F (640 C)
- Teplota varu: 5 842 F (3 228 C)
Objev & historie
Plutonium objevili v roce 1941 vědci Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan a Arthur C. Wohl na Kalifornské univerzitě v Berkley. K objevu došlo, když tým bombardoval uran-238 deuterony urychlenými v cyklotronovém zařízení, čímž vzniklo neptunium-238 a dva volné neutrony. Neptun-238 se pak rozpadl na plutonium-238 rozpadem beta.
Tento experiment byl sdělen zbytku vědecké komunity až v roce 1946, po druhé světové válce. Seaborg předložil článek o svém objevu časopisu Physical Review v březnu 1941, ale článek byl stažen, když se zjistilo, že izotop plutonia, Pu-239, může být použit k vytvoření atomové bomby.
Brzy byl Seaborg podle Národní laboratoře Los Alamos vyslán do čela Laboratoře pro výrobu plutonia, známé také jako Met Lab, na Chicagské univerzitě. Účelem laboratoře bylo vytvářet plutonium v rámci projektu Manhattan. Projekt Manhattan byl tajný podnik během druhé světové války, který pracoval výhradně na vývoji atomové bomby.
Dne 18. srpna 1942 zaznamenali první velký úspěch. Podařilo se jim vytvořit stopové množství plutonia, které bylo viditelné okem. Odpovídalo pouze asi 1 mikrogramu. Z malého vzorku vědci určili atomovou hmotnost plutonia.
Projektu Manhattan se nakonec podařilo vyrobit dostatek plutonia pro „test Trinity“. Během testu byla 16. července 1945 poblíž města Socorro v Novém Mexiku odpálena první atomová bomba na světě neboli „Gadget“, kterou odpálili ředitel laboratoře v Los Alamos Robert Oppenheimer a armádní generál Leslie Groves.
O testu Oppenheimer řekl: „Věděli jsme, že svět už nebude stejný. Několik lidí se smálo, několik lidí plakalo. Většina lidí mlčela. Vzpomněl jsem si na verš z hinduistického spisu Bhagavadgíta. Višnu se snaží přesvědčit prince, že by měl splnit svou povinnost, a aby na něj zapůsobil, bere na sebe svou mnohorukou podobu a říká: ‚Nyní jsem se stal Smrtí, ničitelem světů‘. Předpokládám, že jsme si to tak či onak mysleli všichni,“ uvádí Královská chemická společnost.
Exploze měla energii odpovídající přibližně 20 000 tunám TNT. První válečně použitá atomová bomba byla svržena na japonskou Hirošimu 6. srpna 1945. Tato atomová bomba, přezdívaná „Little Boy“, však měla uranové jádro. Druhá bomba, svržená na japonské Nagasaki 9. srpna 1945, měla plutoniové jádro. „Fat Man“, jak se jí říkalo, uspíšila konec druhé světové války.
Vlastnosti plutonia
Čerstvě připravený kovový plutonium má stříbřitě jasnou barvu, ale po oxidaci na vzduchu získává matně šedý, žlutý nebo olivově zelený nádech. Kov se rychle rozpouští v koncentrovaných minerálních kyselinách. Velký kus plutonia je na dotek teplý díky energii uvolňované při rozpadu alfa; větší kusy mohou produkovat dostatek tepla k převaření vody. Při pokojové teplotě je plutonium ve formě alfa (nejběžnější forma) tvrdé a křehké jako litina. Lze jej legovat s jinými kovy, čímž vzniká při pokojové teplotě stabilizovaná forma delta, která je měkká a kujná. Na rozdíl od většiny kovů není plutonium dobrým vodičem tepla ani elektřiny. Má nízkou teplotu tání a neobvykle vysokou teplotu varu.
Plutonium může tvořit slitiny a mezisloučeniny s většinou ostatních kovů a sloučeniny s řadou dalších prvků. Některé slitiny mají supravodivé schopnosti a jiné se používají k výrobě jaderných palivových pelet. Jeho sloučeniny mají různé barvy v závislosti na oxidačním stavu a na tom, jak složité jsou různé ligandy. Ve vodném roztoku existuje pět valenčních iontových stavů.
Plutonium spolu se všemi ostatními transuranovými prvky představuje radiologické nebezpečí a musí se s ním zacházet za použití specializovaného vybavení a bezpečnostních opatření. Studie na zvířatech zjistily, že několik miligramů plutonia na kilogram tkáně je smrtelných.
Zdroje
Plutonium se v přírodě obecně nevyskytuje. Stopové prvky plutonia se nacházejí v přírodních uranových rudách. Zde vzniká podobným způsobem jako neptun: ozářením přírodního uranu neutrony s následným beta rozpadem.
Především je však plutonium vedlejším produktem jaderné energetiky. Podle Národní laboratoře v Los Alamos se každoročně vyrobí přibližně 20 tun plutonia. Vyhořelé jaderné palivo lze také přepracovat a oddělit tak použitelné plutonium od ostatních prvků v palivu.
Podle Světové jaderné asociace zanechaly testy atmosférických zbraní v 50. a 60. letech 20. století v zemské atmosféře tuny plutonia, které se tam nachází dodnes.
Použití
Většinou se plutonium příliš nepoužívá. Ve skutečnosti se z pěti běžných izotopů pouze dva izotopy plutonia, plutonium-238 a plutonium-239, vůbec k něčemu používají.
Plutonium-238 se používá k výrobě elektřiny pro vesmírné sondy pomocí radioizotopových termoelektrických generátorů. Tyto generátory se zapínají, když sondy nemohou získat dostatek sluneční energie, protože se dostaly příliš daleko od Slunce. Mezi sondy, které používají plutonium 238, patří Cassini a Galileo.
Při dostatečné koncentraci plutonia-239 dochází k řetězové štěpné reakci. Z tohoto důvodu se používá v jaderných zbraních a některých jaderných reaktorech.
V podstatě jedním z největších využití plutonia je energie. Podle Světové jaderné asociace pochází více než třetina energie vyrobené ve většině jaderných elektráren z plutonia. Plutonium je hlavním palivem v reaktorech na rychlé neutrony.
Kdo by to byl řekl?“
Po desetiletí si vědci lámali hlavu nad tím, proč se plutonium nechová jako ostatní kovy z jeho skupiny. Například plutonium je špatným vodičem elektřiny a nelepí se na magnety. Nyní vědci přišli na to, kde se skrývá jeho „chybějící magnetismus“, a souvisí to s podivným chováním elektronů ve vnějším obalu prvku. Na rozdíl od jiných kovů, které mají ve svých vnějších slupkách pevně daný počet elektronů, může mít plutonium v základním stavu čtyři, pět nebo šest elektronů.
Tento kolísavý počet elektronů ve vnější slupce vysvětluje, proč plutonium není magnetické: aby atom mohl interagovat s magnety, musí se nespárované elektrony v jeho vnější slupce seřadit do magnetického pole.
Nejstabilnější izotop plutonia, plutonium-244, může vydržet dlouho. Podle Jeffersonovy laboratoře má poločas rozpadu asi 82 milionů let a rozpadem alfa se rozpadá na uran-240.
Plutonium bylo pojmenováno po planetě Pluto. Je to proto, že vzniklo po uranu, který byl pojmenován podle planety Uran, a neptuniu, který byl pojmenován podle planety Neptun.
Plutonium vyzařuje neutrony, částice beta a záření gama.
Plutonium vyzařuje neutrony, částice beta a záření gama.
Plutonium vyzařuje neutrony a částice beta.