プルトニウムは、放射性物質を含む銀の金属で、創造と破壊に使用することができます。 作られた直後は破壊のために使われましたが、今日では、この元素は世界中でエネルギーを作り出すために主に使われています。
プルトニウムは1940年に初めて製造・分離され、第二次世界大戦末期に長崎に投下された「ファットマン」原子爆弾の製造に使用されましたが、これは最初に製造されてからわずか5年後だったと、ニューヘブン大学の化学工学の助教授、Amanda Simsonは述べました。
Just the facts
ロスアラモス国立研究所によると、プルトニウムの特性は以下の通りです：
- 原子番号：94
- 原子記号：Atomic symbol: Pu
- 原子量： 244
- 融点： 1,184 F (640 C)
- 沸点： 5,842 F (3,228 C)
発見 & 歴史
プルトニウムが1941年に科学者のジョーセフ W. によって発見されました。 Kennedy、Glenn T. Seaborg、Edward M. McMillan、Arthur C. Wohlによって発見されました。 この発見は、サイクロトロン装置で加速した重陽子をウラン238にぶつけて、ネプツニウム238と自由中性子2個を生成したときに起こった。 ネプツニウム238はその後、ベータ崩壊してプルトニウム238になった。
この実験が他の科学者たちと共有されたのは、第二次世界大戦後の1946年のことであった。 シーボーグは1941年3月に彼らの発見に関する論文を雑誌「Physical Review」に投稿したが、プルトニウムの同位体であるPu-239が原子爆弾を作るために使われるかもしれないことが判明すると、その論文は削除された。
まもなくシーボーグは、ロスアラモス国立研究所によると、シカゴ大学のプルトニウム生産研究所、別名メットラボの指導者として送り込まれた。 この研究所の目的は、マンハッタン計画の一環としてプルトニウムを作ることであった。 マンハッタン計画とは、第二次世界大戦中、原子爆弾の開発だけに取り組んだ秘密事業である。
1942年8月18日、彼らは最初の大きな成功を収めました。 彼らは目に見える微量のプルトニウムを作ることができたのです。 それはわずか1マイクログラム程度に相当しました。 この小さなサンプルから、科学者はプルトニウムの原子量を割り出しました。
マンハッタン計画では、最終的に「トリニティ実験」に必要な量のプルトニウムを生産しました。 この実験で、世界初の原子爆弾、または「ガジェット」が、1945年7月16日にロスアラモス研究所のロバート・オッペンハイマー所長とレスリー・グローブス陸軍大将によってニューメキシコ州ソカロの近くで爆発させられたのである。
この実験についてオッペンハイマーは、「世界が同じでなくなることは分かっていた」と述べています。 何人かの人は笑い、何人かの人は泣いた。 ほとんどの人は黙っていた。 私はヒンズー教の経典『バガヴァッド・ギーター』の一節を思い出した。 ヴィシュヌが王子に自分の義務を果たすよう説得し、彼を感化するために多腕の姿をとって、「今、私は世界の破壊者である死となる」と言うのです。 王立化学会によれば、「私たちは皆、一様にそう思っていたのだろう」という。
この爆発は、約2万トンのTNTに相当するエネルギーを持っていた。 1945年8月6日、広島に初めて投下された戦争用の原子爆弾。 リトルボーイ」と呼ばれたその原爆は、核がウランだったのですが。 1945年8月9日、長崎に投下された2発目の原爆は、プルトニウムの核を持っていた。 9209>
プルトニウムの性質
新鮮なプルトニウム金属は銀色の明るい色をしていますが、空気中で酸化されると鈍い灰色、黄色、またはオリーブグリーンの変色を帯びるようになります。 この金属は濃厚な鉱酸ですぐに溶けてしまいます。 大きなプルトニウムの破片は、アルファ崩壊によって放出されるエネルギーのため、触ると暖かく感じます。大きな破片は、水を沸騰させるのに十分な熱を発生させることができます。 室温ではアルファ化したプルトニウム（最も一般的な形態）は鋳鉄のように硬く脆いです。 他の金属と合金にすることで、室温で安定したデルタ形になり、柔らかく延性に富むようになります。 ほとんどの金属と違い、プルトニウムは熱や電気の伝導性が良くありません。 また、融点が低く、沸点が異常に高い。
プルトニウムは他のほとんどの金属と合金や中間化合物を形成することができ、他の様々な元素と化合物を形成することができます。 ある合金は超伝導の能力を持ち、他の合金は核燃料ペレットを作るのに使われます。 その化合物は、酸化状態や様々な配位子の複雑さによって、様々な色をしています。 水溶液では5つの価のイオン状態があります。
プルトニウムは、他のすべての超ウラン元素とともに、放射線障害の危険があり、特殊な装置と予防措置で扱わなければなりません。 9209>
Sources
プルトニウムは一般的に自然界には存在しません。 プルトニウムの微量元素は、自然界に存在するウラン鉱石で見つかります。 ここでは、ネプツニウムと似たような方法で、天然ウランに中性子を照射し、その後ベータ崩壊させることで生成されます。
しかしながら、主にプルトニウムは原子力発電産業の副産物です。 ロスアラモス国立研究所によると、毎年約20トンのプルトニウムが生産されています。
世界原子力協会によると、1950年代と1960年代の大気圏内兵器実験により、大量のプルトニウムが地球の大気中に残され、今日もそこにあるそうです。 実際、5つの一般的な同位体のうち、プルトニウムの2つの同位体、プルトニウム238とプルトニウム239だけが全く何かに使われています。
プルトニウム238は、放射性同位体熱電発電機を使って宇宙探査機の電気を作るために使われています。 この発電機は、探査機が太陽から遠く離れすぎて、十分な太陽光発電を得られないときに、スイッチを入れます。 プルトニウム238を使用する探査機には、カッシーニとガリレオがあります。
プルトニウム239は十分に濃縮されると、核分裂の連鎖反応を起こします。 このため、核兵器や一部の原子炉で使用されています。
実際、プルトニウムの最大の用途の1つはエネルギーです。 世界原子力協会によると、ほとんどの原子力発電所で生産されるエネルギーの3分の1以上がプルトニウムから来ているそうです。
Who knew?
何十年もの間、科学者はプルトニウムがなぜ他の金属のように作用しないのか不思議に思っていました。 たとえば、プルトニウムは電気をよく通さないし、磁石にもくっつかないのです。 しかし今、研究者たちは、プルトニウムの「失われた磁性」がどこに隠れていたかを突き止めた。それは、プルトニウムの外殻にある電子の奇妙な振る舞いと関係がある。
このように外殻電子の数が変動することが、プルトニウムが磁性を持たない理由です。原子が磁石と相互作用するには、外殻の不対電子が磁場の中で並ばなければなりません。
プルトニウムの最も安定な同位体であるプルトニウム244は、長い間存続することができます。 ジェファーソン研究所によると、これは約8200万年の半減期を持ち、アルファ崩壊によってウラン240に崩壊します。
プルトニウムは惑星、冥王星から名付けられました。 これは、惑星ウラヌスから名付けられたウランと、惑星ネプチューンから名付けられたネプツニウムの後に来たからです。
プルトニウムは、中性子、ベータ粒子、ガンマ線を放出します。