Plutonium er et radioaktivt sølvmetal, der kan bruges til at skabe eller ødelægge. Mens det blev brugt til ødelæggelse kort efter, at det blev fremstillet, bruges grundstoffet i dag mest til at skabe energi i hele verden.
Plutonium blev først produceret og isoleret i 1940 og blev brugt til at fremstille “Fat Man”-atombomben, der blev kastet over Nagasaki i slutningen af Anden Verdenskrig, kun fem år efter at det blev produceret for første gang, siger Amanda Simson, der er assisterende professor i kemisk ingeniørvidenskab ved University of New Haven.
Bare fakta
Her er plutoniums egenskaber ifølge Los Alamos National Laboratory:
- Atomnummer: 94
- Atomsymbol: 94
- Atomsymbol: Pu
- Atomvægt: 244
- Smeltepunkt: 1.184 F (640 C)
- Kogningspunkt: 5.842 F (3.228 C)
Opdagelse & historie
Plutonium blev opdaget i 1941 af videnskabsmændene Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan og Arthur C. Wohl ved University of California, Berkley. Opdagelsen fandt sted, da holdet bombarderede uran-238 med deuteroner, der var blevet accelereret i en cyklotronanordning, hvilket skabte neptunium-238 og to frie neutroner. Neptunium-238 henfaldt derefter til plutonium-238 gennem beta-henfald.
Dette eksperiment blev ikke delt med resten af det videnskabelige samfund før 1946, efter Anden Verdenskrig. Seaborg indsendte en artikel om deres opdagelse til tidsskriftet Physical Review i marts 1941, men artiklen blev fjernet, da det blev opdaget, at en isotop af plutonium, Pu-239, kunne bruges til at skabe en atombombe.
Snart blev Seaborg sendt til at lede Plutonium Production Lab, også kendt som Met Lab, på University of Chicago, ifølge Los Alamos National Laboratory. Formålet med laboratoriet var at skabe plutonium som en del af Manhattan-projektet. Manhattan-projektet var et hemmeligt projekt under Anden Verdenskrig, som udelukkende arbejdede på at udvikle en atombombe.
Den 18. august 1942 havde de deres første store succes. De var i stand til at skabe en spormængde plutonium, der var synlig for øjet. Det svarede kun til omkring 1 mikrogram. Ud fra den lille prøve kunne forskerne bestemme plutoniums atomvægt.
Manhattanprojektet producerede til sidst nok plutonium til “Trinity-testen”. Under testen blev verdens første atombombe, eller “The Gadget”, sprængt nær Socorro, New Mexico, den 16. juli 1945 af Los Alamos Laboratory-direktør Robert Oppenheimer og hærgeneral Leslie Groves.
Oppenheimer sagde om testen: “Vi vidste, at verden ikke ville blive den samme igen. Nogle få mennesker grinede, nogle få mennesker græd. De fleste mennesker var tavse. Jeg huskede linjen fra det hinduistiske skriftsted, Bhagavad-Gita. Vishnu forsøger at overbevise prinsen om, at han skal gøre sin pligt, og for at imponere ham tager han sin flerarmede form og siger: “Nu er jeg blevet Døden, verdenernes ødelægger”. Det har vi vel alle tænkt på den ene eller den anden måde”, siger Royal Society of Chemistry.
Eksplosionen havde en energi svarende til ca. 20.000 tons TNT. Den første atombombe, der blev anvendt i krigsøjemed, blev kastet over Hiroshima i Japan den 6. august 1945. Denne atombombe, der blev kaldt “Little Boy”, havde dog en urankerne. Den anden bombe, der blev kastet over Nagasaki, Japan, den 9. august 1945, havde en plutoniumkerne. “Fat Man”, som den blev kaldt, fremskyndede afslutningen af Anden Verdenskrig.
Plutoniums egenskaber
Frisk fremstillet plutoniummetal har en sølvfarvet, lysende farve, men får en kedelig grå, gul eller olivengrøn anløbning, når det oxideres i luften. Metallet opløses hurtigt i koncentrerede mineralske syrer. Et stort stykke plutonium føles varmt at røre ved på grund af den energi, der afgives ved alfa-henfaldet; større stykker kan producere nok varme til at koge vand. Ved stuetemperatur er alfaformet plutonium (den mest almindelige form) lige så hårdt og skørt som støbejern. Det kan legeres med andre metaller for at danne den ved stuetemperatur stabiliserede deltaform, som er blød og duktil. I modsætning til de fleste metaller er plutonium ikke en god leder af varme eller elektricitet. Det har et lavt smeltepunkt og et usædvanligt højt kogepunkt.
Plutonium kan danne legeringer og mellemforbindelser med de fleste andre metaller og forbindelser med en række andre grundstoffer. Nogle legeringer har superledende egenskaber, og andre bruges til at fremstille kernebrændselspiller. Dets forbindelser kommer i en række forskellige farver, afhængigt af oxidationstallet og hvor komplekse forskellige ligander er. I vandig opløsning findes der fem valens-iontilstande.
Plutonium er sammen med alle de andre transuranelementer en radiologisk fare og skal håndteres med specialudstyr og særlige forholdsregler. Dyreforsøg har vist, at nogle få milligram plutonium pr. kg væv er dødeligt.
Kilder
Plutonium findes generelt ikke i naturen. Sporstoffer af plutonium findes i naturligt forekommende uranmalm. Her dannes det på samme måde som neptunium: ved bestråling af naturligt uran med neutroner efterfulgt af beta-henfald.
Primært er plutonium dog et biprodukt fra kernekraftindustrien. Hvert år produceres der ca. 20 tons plutonium ifølge Los Alamos National Laboratory. Brugt atombrændsel kan også oparbejdes for at adskille brugbart plutonium fra andre elementer i brændslet.
Atmosfæriske våbenforsøg i 1950’erne og 1960’erne efterlod tonsvis af plutonium i Jordens atmosfære, som stadig er der i dag, ifølge World Nuclear Association.
Anvendelser
For det meste bruges plutonium ikke til meget. Faktisk bruges kun to af plutoniums isotoper, plutonium-238 og plutonium-239, ud af de fem almindelige isotoper, til noget som helst.
Plutonium-238 bruges til at fremstille elektricitet til rumsonder ved hjælp af radioisotopiske termoelektriske generatorer. Disse generatorer tændes, når sonderne ikke kan få nok solenergi, fordi de har bevæget sig for langt væk fra solen. Nogle af de sonder, der bruger plutonium-238, er Cassini og Galileo.
Når det er koncentreret nok, undergår plutonium-239 en kædereaktion med fission. På grund af dette bruges det i atomvåben og i nogle atomreaktorer.
Et af de største anvendelsesområder for plutonium er faktisk energi. Ifølge World Nuclear Association kommer over en tredjedel af den energi, der produceres i de fleste kernekraftværker, fra plutonium. Plutonium er det vigtigste brændstof i hurtige neutronreaktorer.
Hvem vidste det?
I årtier undrede forskerne sig over, hvorfor plutonium ikke opførte sig som andre metaller i sin gruppe. Plutonium er f.eks. en dårlig leder af elektricitet, og det klæber ikke til magneter. Nu har forskerne fundet ud af, hvor den “manglende magnetisme” har gemt sig, og det har noget at gøre med den skøre adfærd, som elektronerne i grundstoffets ydre skal udviser. I modsætning til andre metaller, som har et bestemt antal elektroner i deres ydre skal, kan plutonium i grundtilstanden have fire, fem eller seks elektroner.
Dette svingende antal elektroner i den ydre skal forklarer, hvorfor plutonium ikke er magnetisk: For at et atom kan interagere med magneter, skal de uparrede elektroner i dets ydre skal stille sig på linje i et magnetfelt.
Plutoniums mest stabile isotop, plutonium-244, kan holde i lang tid. Den har en halveringstid på ca. 82 millioner år og henfalder til uran-240 gennem alfa-henfald, ifølge Jefferson Lab.
Plutonium blev opkaldt efter planeten Pluto. Det skyldes, at det kom efter uran, som blev opkaldt efter planeten Uranus, og neptunium, som blev opkaldt efter planeten Neptun.
Plutonium udsender neutroner, beta-partikler og gammastråler.