Плутоній-238
| Плутоній-238 | |
|---|---|
 Таблетка діоксиду плутонію-238 | |
| Загальні відомості | |
| Назва, символ | Плутоній-238,238Pu |
| Нейтронів | 144 |
| Протонів | 94 |
| Властивості ізотопу | |
| Період напіврозпаду | 87,7(1)[1] років |
| Батьківські ізотопи | 238Np (β−) |
| Продукти розпаду | 234U |
| Атомна маса | 238,0495599(20)[2] а.о.м |
| Спін | 0+[1] |
| Дефект маси | 46 164,7(18)[2] кеВ |
| Канал розпаду | Енергія розпаду |
| α-розпад | 5,59320(19)[2] МеВ |
| SF | |
Плуто́ній-238 — радіоактивний нуклід хімічного елемента плутонію з масовим числом 238. Є першим відкритим ізотопом плутонію. Відкритий в 1940 році Гленном Сіборгом, Дж. Кеннеді, Артуром Валем[ru] та Едвіном Макмілланом[3] в результаті бомбардування урану-238 дейтронами[4]:
![{\displaystyle \mathrm {^{238}_{92}U} (\mathrm {d} ,\mathrm {2n} )\mathrm {^{238}_{93}Np} \ {\xrightarrow[{2,117\ d}]{\beta ^{-}\ 1,292\ MeV}}\ \mathrm {^{238}_{94}Pu} .}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/efe4f4019137db0642f719224b81b471168009c0)
Період напіврозпаду плутонію-238 складає 87,7(1) років. Активність одного граму цього нукліду складає приблизно 633,7 ГБк.
Один грам чистого плутонію-238 генерує приблизно 0,567 Вт потужності.
Плутоній-238 утворюється в результаті наступних розпадів:
Розпад плутонію-238 відбувається в наступних напрямках:
- енергія випромінюваних α-частинок 5 456,3 кеВ (в 28,98% випадків) і 5 499,03 кеВ (в 70,91% випадків)[5].
- Спонтанний поділ (ймовірність 1,9(1)× 10−7 %)[1];
Плутоній-238 утворюється в будь-якому ядерному реакторі, який працює на природному або малозбагаченому урані, що містить в основному ізотоп 238U. При цьому відбуваються наступні ядерні реакції[4][6]:
![{\displaystyle \mathrm {^{238}_{92}U} (\mathrm {n} ,\mathrm {2n} )\mathrm {^{237}_{92}U} \ {\xrightarrow[{6,75\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 518,6\ \mathrm {keV} }}\ \mathrm {^{237}_{93}Np} ;}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c97ea6fd946aefbd2b3b2880b5b581f6a581cfe2)
![{\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{236}_{92}U} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{237}_{92}U} \ {\xrightarrow[{6,75\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 518,6\ \mathrm {keV} }}\ \mathrm {^{237}_{93}Np} ;}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b6d8e726a28ca5796be0c80681b791ee4f0d4a5)
![{\displaystyle \mathrm {^{237}_{93}Np} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{238}_{93}Np} \ {\xrightarrow[{2,117\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 1,292\ \mathrm {MeV} }}\ \mathrm {^{238}_{94}Pu} .}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/00a9754c9f35de06cf8b2d3a443a159fc910256a)
Вагомі кількості ізотопно чистого плутонію-238 отримують шляхом опромінення нейтронами нептунію-237, який, в свою чергу, добувають з відпрацьованого ядерного палива[6].
Ціна одного кілограму плутонію-238 складає приблизно 1 млн доларів США[7].
Плутоній-238 використовують в малогабаритних радіоізотопних джерелах енергії (наприклад, в РІТЕГах)[6]. Раніше (до появи літієвих батарей[8]) використовувався в кардіостимуляторах.[9][10]
США використовували РІТЕГи з плутонієм-238 на 24 космічних апаратах, включаючи Вояджери та Кассіні.[11]
Зокрема плутонієві джерела живлення для космічних апаратів містили таку кількість ізотопу[12]:
- для космічного апарату «Галілео», що обертався навколо Юпітера — 15,6 кг;
- для космічного апарату «Касіні» — 32,7 кг;
- для космічного апарату «Нові горизонти» — 10,9 кг;
- для марсоходу К'юріосіті — 4,8 кг[13] діоксиду плутонію-238.
В США виробництво ізотопу плутонію-238 було зупинено 1988 року (Саванна Рівер).[14] Міністерство енергетики США підписало в 1992 році п'ятирічний договір про купівлю ізотопу в Росії в обсязі 10 кг із можливістю збільшення поставок до 40 кг. В рамках договору укладалися декілька контрактів, угоду продовжували. В 2009 році поставки були перервані через реструктуризацію російської ядерної промисловості.[15]
Починаючи з 1993 року, більшість РІТЕГів на американських космічних апаратах використовували ізотоп, куплений в Росії. За станом на 2005 рік було закуплено близько 16,5 кг.[16][17]
2009 року Міністерство енергетики США (DOE) надали запит на фінансування відновлення виробництва ізотопу на території США.[18][19] Вартість проекту оцінювалася в 75—90 мільйонів доларів за п'ять років[20]. Фінансування проекту було розділено між DOE та NASA[20]. Конгрес надав NASA по 10 мільйонів у 2011 і 2012 роках,[20] але відмовив у фінансуванні DOE[20].
2013 року Ок-Риджська національна лабораторія (штат Теннесі) почала виробництво плутонію-238, з проектною потужністю в 1,5—2 кілограми ізотопу на рік[21][22][23].
- ↑ а б в г д е ж Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 3–128. — Bibcode:. — DOI:.(англ.)
- ↑ а б в г Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references. // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — Bibcode:. — DOI:.(англ.)
- ↑ Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — М. : Высшая Школа, 1991. — С. 407.(рос.)
- ↑ а б Милюкова М.С., Гусев Н.И., Сентюрин И.Г., Скляренко И.С. Аналитическая химия плутония. — М. : «Наука», 1965. — С. 7-12. — (Аналитическая химия элементов) — 3400 прим.(рос.)
- ↑ Властивості 238Pu на сайті МАГАТЕ (IAEA, International Atomic Energy Agency)[недоступне посилання з червня 2019]
- ↑ а б в Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М. : Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 50 000 прим. — ISBN 5—85270—039—8.(рос.)
- ↑ Тимошенко, Алексей (12 жовтня 2010). Обама открыл «частникам» дорогу в космос (рос.). gzt.ru. Архів оригіналу за 15 жовтня 2010. Процитовано 22 жовтня 2010.(рос.)
- ↑ http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/dimensions/issue7/pacemaker.html [Архівовано 20 березня 2015 у Wayback Machine.] «Eventually, modern lithium-ion batteries replaced the plutonium ones. Lithium-ion batteries are still used to power pacemakers today.»(англ.)
- ↑ Plutonium Powered Pacemaker (1974) [Архівовано 2011-09-27 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ Facts about pacemakers [Архівовано 18 березня 2021 у Wayback Machine.](англ.)
- ↑ [1] [Архівовано 18 серпня 2015 у Wayback Machine.] «The decay heat of Pu-238 (0.56 W/g) enables its use as an electricity source in the radioisotope thermoelectric generators (RTGs) of some cardiac pacemakers, space satellites, navigation beacons, etc. Plutonium has powered 24 US space … Voyager … Cassini spacecraft carries three generators providing 870 watts power as it orbits around Saturn.»(англ.)
- ↑ НАСА испытывает острый дефицит плутония-238 для источников питания КА [Архівовано 14 серпня 2015 у Wayback Machine.](рос.)
- ↑ Mars Science Laboratory Launch Nuclear Safety (PDF). NASA/JPL/DoE. 2 березня 2011. Архів (PDF) оригіналу за 17 серпня 2012. Процитовано 28 листопада 2011.(англ.)
- ↑ Economical Production of Pu - 238: Feasibility Study (PDF). Center for Space Nuclear Research. Архів (PDF) оригіналу за 2 липня 2013. Процитовано 19 березня 2013.(англ.)
- ↑ Plutonium-238 Production for NASA Radioisotope Power Systems // Cryptome, Federal Register Volume 78, Number 6 (January 9, 2013), [FR Doc No: 2013-00239
- ↑ Commonly Asked Questions About Radioisotope Power Systems (PDF). Idaho National Laboratory. July 2005. Архів оригіналу (PDF) за 2 липня 2013. Процитовано 24 жовтня 2011.(англ.)
- ↑ Plutonium-238 Production Project (PDF). Department of Energy. 5 лютого 2011. Архів оригіналу (PDF) за 3 лютого 2012. Процитовано 2 липня 2012.(англ.)
- ↑ Plutonium Shortage Could Stall Space Exploration. NPR. Архів оригіналу за 2 липня 2013. Процитовано 19 вересня 2011.(англ.)
- ↑ Greenfieldboyce, Nell. «The Plutonium Problem: Who Pays For Space Fuel?» [Архівовано 17 березня 2021 у Wayback Machine.] NPR, 8 November 2011.(англ.)
- ↑ а б в г Wall, Mike (6 квітня 2012). Plutonium Production May Avert Spacecraft Fuel Shortage. Space.com. Архів оригіналу за 2 липня 2013. Процитовано 2 липня 2012.(англ.)
- ↑ РИТЭГ: «сердца» космических роботов, или оружие террористов? [Архівовано 24 вересня 2015 у Wayback Machine.] // Голос Америки, 27.08.2013(рос.)
- ↑ NASA отказалось от эффективного ядерного источника энергии — усовершенствованного радиоизотопного термоэлектрического генератора Стирлинга (ASRG — Advanced Stirling Radioisotope Generator) [Архівовано 24 вересня 2015 у Wayback Machine.] // Попмеханика, 25 ноября 2013(рос.)
- ↑ U.S. To Restart Plutonium Production for Deep Space Exploration [Архівовано 15 вересня 2015 у Wayback Machine.] // Universe Today, March 20, 2013(англ.)
- ave Mosher, Timeline: Plutonium-238′s Hot and Twisted History [Архівовано 26 лютого 2014 у Wayback Machine.] // Wired, 2013-09-19 (англ.)