Plutonium är en radioaktiv silvermetall som kan användas för att skapa eller förstöra. Medan det användes för förstörelse strax efter att det tillverkades, används grundämnet idag främst för att skapa energi över hela världen.
Plutonium tillverkades och isolerades för första gången 1940 och användes för att tillverka atombomben ”Fat Man” som släpptes över Nagasaki i slutet av andra världskriget, bara fem år efter att den först tillverkades, säger Amanda Simson, biträdande professor i kemiteknik vid University of New Haven.
Bara fakta
Här är plutoniums egenskaper enligt Los Alamos National Laboratory:
- Atomnummer: 94
- Atomsymbol: Pu
- Atomvikt: 244
- Smältpunkt: 1 184 F (640 C)
- Kokpunkt: 5 842 F (3 228 C)
Upptäckt & historia
Plutonium upptäcktes 1941 av forskarna Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan och Arthur C. Wohl vid University of California, Berkley. Upptäckten skedde när teamet bombarderade uran-238 med deuteroner som hade accelererats i en cyklotronanordning, vilket skapade neptunium-238 och två fria neutroner. Neptunium-238 sönderföll sedan till plutonium-238 genom betasönderfall.
Detta experiment delades inte med resten av forskarsamhället förrän 1946, efter andra världskriget. Seaborg lämnade in en artikel om sin upptäckt till tidskriften Physical Review i mars 1941, men artikeln togs bort när det upptäcktes att en isotop av plutonium, Pu-239, kan användas för att skapa en atombomb.
Snart skickades Seaborg till att leda Plutonium Production Lab, även känt som Met Lab, vid University of Chicago, enligt Los Alamos National Laboratory. Syftet med laboratoriet var att skapa plutonium som en del av Manhattanprojektet. Manhattanprojektet var en hemlig satsning under andra världskriget som enbart arbetade för att utveckla en atombomb.
Den 18 augusti 1942 hade de sin första stora framgång. De lyckades skapa en spårmängd plutonium som var synlig för ögat. Det motsvarade endast cirka 1 mikrogram. Från det lilla provet bestämde forskarna plutoniums atomvikt.
Manhattanprojektet producerade så småningom tillräckligt med plutonium för ”Trinity-testet”. Under testet exploderade världens första atombomb, eller ”The Gadget”, nära Socorro, New Mexico, den 16 juli 1945 av Robert Oppenheimer, chef för Los Alamos Laboratory, och armégeneralen Leslie Groves.
Oppenheimer sade om testet: ”Vi visste att världen inte skulle bli densamma. Några människor skrattade, några människor grät. De flesta människor var tysta. Jag kom ihåg raden från den hinduiska skriften Bhagavad-Gita. Vishnu försöker övertyga prinsen om att han ska göra sin plikt och för att imponera på honom tar han sin flerarmade form och säger: ’Nu blir jag döden, världens förstörare’. Jag antar att vi alla tänkte det, på ett eller annat sätt”, enligt Royal Society of Chemistry.
Explosionen hade en energi motsvarande ungefär 20 000 ton TNT. Den första atombomben som användes i kriget fälldes över Hiroshima i Japan den 6 augusti 1945. Den atombomben, som kallades ”Little Boy”, hade dock en urankärna. Den andra bomben, som släpptes över Nagasaki i Japan den 9 augusti 1945, hade en plutoniumkärna. ”Fat Man”, som den kallades, påskyndade slutet på andra världskriget.
Plutoniums egenskaper
Färsk beredd plutoniummetall har en silverglänsande ljus färg men får en matt grå, gul eller olivgrön anas när den oxideras i luften. Metallen löses snabbt upp i koncentrerade mineralsyror. En stor bit plutonium känns varm vid beröring på grund av den energi som avges vid alfasönderfallet; större bitar kan producera tillräckligt med värme för att koka vatten. Vid rumstemperatur är alfaformigt plutonium (den vanligaste formen) lika hårt och sprött som gjutjärn. Det kan legeras med andra metaller för att bilda den vid rumstemperatur stabiliserade deltaformen, som är mjuk och formbar. Till skillnad från de flesta metaller är plutonium ingen bra ledare för värme eller elektricitet. Det har en låg smältpunkt och en ovanligt hög kokpunkt.
Plutonium kan bilda legeringar och intermediära föreningar med de flesta andra metaller och föreningar med en mängd andra grundämnen. Vissa legeringar har supraledande egenskaper och andra används för att göra kärnbränslepellets. Dess föreningar har en mängd olika färger, beroende på oxidationstillstånd och hur komplexa olika ligander är. I vattenlösning finns det fem valensjontillstånd.
Plutonium, tillsammans med alla andra transuranelement, är en radiologisk fara och måste hanteras med specialiserad utrustning och försiktighetsåtgärder. Djurstudier har visat att några milligram plutonium per kilo vävnad är dödligt.
Källor
Plutonium finns i allmänhet inte i naturen. Spår av plutonium finns i naturligt förekommande uranmalm. Här bildas det på ett sätt som liknar neptunium: genom bestrålning av naturligt uran med neutroner följt av betasönderfall.
Primärt är dock plutonium en biprodukt från kärnkraftsindustrin. Varje år produceras cirka 20 ton plutonium, enligt Los Alamos National Laboratory. Förbrukat kärnbränsle kan också upparbetas för att separera användbart plutonium från andra beståndsdelar i bränslet.
Atmosfäriska vapentester på 1950- och 1960-talen lämnade tonvis med plutonium i jordens atmosfär som finns kvar än idag, enligt World Nuclear Association.
Användning
För det mesta används plutonium inte till så mycket. Faktum är att av de fem vanliga isotoperna används endast två av plutoniums isotoper, plutonium-238 och plutonium-239, till något alls.
Plutonium-238 används för att framställa elektricitet för rymdsonder med hjälp av radioisotopiska termoelektriska generatorer. Dessa generatorer sätts på när sonderna inte kan få tillräckligt med solenergi eftersom de har färdats för långt bort från solen. Några sonder som använder plutonium-238 är Cassini och Galileo.
När det är tillräckligt koncentrerat genomgår plutonium-239 en kedjereaktion av fission. På grund av detta används det i kärnvapen och i vissa kärnreaktorer.
En av de största användningsområdena för plutonium är faktiskt energi. Enligt World Nuclear Association kommer över en tredjedel av den energi som produceras i de flesta kärnkraftverk från plutonium. Plutonium är det huvudsakliga bränslet i snabba neutronreaktorer.
Vem visste?
I årtionden har forskare undrat varför plutonium inte uppförde sig som andra metaller i sin grupp. Plutonium är till exempel en dålig ledare för elektricitet och fastnar inte vid magneter. Nu har forskarna kommit fram till var dess ”saknade magnetism” har gömt sig och det har att göra med det knasiga beteendet hos elektronerna i grundämnets yttre skal. Till skillnad från andra metaller, som har ett bestämt antal elektroner i sitt yttre skal, kan plutonium i grundtillstånd ha fyra, fem eller sex elektroner där.
Detta fluktuerande antal elektroner i det yttre skalet förklarar varför plutonium inte är magnetiskt: För att en atom ska kunna interagera med magneter måste de oparade elektronerna i det yttre skalet ställa upp sig i ett magnetfält.
Plutoniums mest stabila isotop, plutonium-244, kan hålla länge. Den har en halveringstid på cirka 82 miljoner år och sönderfaller till uran-240 genom alfasönderfall, enligt Jefferson Lab.
Plutonium har fått sitt namn efter planeten Pluto. Det beror på att det kom efter uran, som fick sitt namn efter planeten Uranus, och neptunium, som fick sitt namn efter planeten Neptunus.
Plutonium avger neutroner, betapartiklar och gammastrålar.