Плутоний-239

Плутоний-239 Таблица нуклидов
Общие сведения
Название, символ	Плутоний-239, 239Pu
Нейтронов	145
Протонов	94
Свойства нуклида
Атомная масса	239,0521634(20)[1] а. е. м.
Избыток массы	48 589,9(18)[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	7 560,311(8)[1] кэВ
Период полураспада	2,411(3)·104[2] лет
Продукты распада	235U
Родительские изотопы	α)
Спин и чётность ядра	1/2+[2]
Канал распада	Энергия распада
α-распад	5,24451(21)[1] МэВ
SF

Плуто́ний-239 (англ. plutonium-239) — радиоактивный нуклид химического элемента плутония с атомным номером 94 и массовым числом 239. Иногда считается входящим в радиоактивное семейство 4n+3, называемое рядом актиния (хотя обычно этот ряд считают начинающимся с природного урана-235, который и возникает при распаде практически отсутствующего в природе плутония-239). Был открыт в 1941 году Гленом Сиборгом, Дж. Кеннеди, Артуром Валем (англ.) и Э. Сегре^[3].

В природе встречается в чрезвычайно малых количествах в урановых рудах. Радиогенный плутоний-239 образуется из урана-238 при захвате нейтронов, возникающих при спонтанном делении урана (²³⁵U и ²³⁸U) и в результате реакций (α, n) на лёгких элементах, входящих в состав руд^[4]; еще одним источником нейтронов является космическое излучение^[5].

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 2,3 ГБк.

Образование и распад

Плутоний-239 образуется в результате следующих распадов:

• β⁻-распад нуклида [2] суток):

$\mathrm{^{239}_{93}Np} \rightarrow \mathrm{^{239}_{94}Pu} + e^- + \bar{\nu}_e;$

• K-захват, осуществляемый нуклидом [2] ч):

$\mathrm{^{239}_{95}Am} + e^- \rightarrow \mathrm{^{239}_{94}Pu} + \bar{\nu}_e;$

• α-распад нуклида [2] лет):

$\mathrm{^{243}_{96}Cm} \rightarrow \mathrm{^{239}_{94}Pu} + \mathrm{^{4}_{2}He}.$

Распад плутония-239 происходит по следующим направлениям:

• α-распад в ²³⁵U (вероятность 100 %^[2], энергия распада 5 244,51(21) кэВ^[1]):

$\mathrm{^{239}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm{^{235}_{92}U} + \mathrm{^{4}_{2}He};$

энергия испускаемых α-частиц

5 105,5 кэВ (в 11,94 % случаев);

5 144,3 кэВ (в 17,11 % случаев);

5 156,59 кэВ (в 70,77 % случаев)^[6].

• Спонтанное деление (вероятность 3,1(6)·10⁻¹⁰ %)^[2];

Получение

Плутоний-239 образуется в любом ядерном реакторе, работающем на природном или малообогащённом уране, содержащем в основном изотоп ²³⁸U, при захвате им избыточных нейтронов. При этом происходят следующие ядерные реакции:

$\mathrm\hbox{n}+{{}^2{}^{38}_{92}U}\rightarrow\mathrm{{}^2{}^{39}_{92}U}\rightarrow\mathrm{{}^2{}^{39}_{93}Np}+ e^- + \bar{\nu}_e$

$\mathrm{{}^2{}^{39}_{93}Np}\rightarrow\mathrm{{}^2{}^{39}_{94}Pu}+ e^- + \bar{\nu}_e$.

Для промышленного получения плутония-239 используют пьюрекс-процесс^[5].

Изомеры

Известен единственный изомер ²³⁹Pu^m со следующими характеристиками^[2]:

• Избыток массы: 48 981,5(18) кэВ
• Энергия возбуждения: 391,584(3) кэВ
• Период полураспада: 193(4) нc
• Спин и чётность ядра: 7/2⁻

Распад изомерного состояния осуществляется путём изомерного перехода в основное состояние.^[2].

Применение

Плутоний-239 используют^[5]:

• в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах на тепловых и особенно на быстрых нейтронах;
• при изготовлении ядерного оружия (критическая масса для голого шара из металлического ²³⁹Pu составляет примерно 10 кг, для шара в водяном отражателе примерно 5,2 кг^[7]);
• используется в качестве исходного вещества для получения трансплутониевых элементов.

См. также

• Изотопы плутония
• Оружейный плутоний

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4 5} G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
2. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9} G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
3. ↑ Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — М.: Высшая Школа, 1991. — С. 407. — 656 с.
4. ↑ Милюкова М. С., Гусев Н. И., Сентюрин И. Г., Скляренко И. С. Аналитическая химия плутония. — М.: «Наука», 1965. — С. 12. — 454 с. — (Аналитическая химия элементов). — 3 400 экз.
5. ↑ ^{1 2 3} Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8
6. ↑ Свойства ²³⁹Pu на сайте МАГАТЭ (IAEA, International Atomic Energy Agency)
7. ↑ E. D. Clayton, ANOMALIES OF NUCLEAR CRITICALITY, REVISION 6 // Pacific Northwest Laboratory, February 2010. page 79. «N. THE CRITICALITY OF 239Pu-240Pu METAL MIXTURES»: «The critical mass for 239Pu metal is given as 5.2 and 10 kg for water-reflected and bare spheres, respectively.»

Легче: плутоний-238	Плутоний-239 является изотопом плутония	Тяжелее: плутоний-240
Изотопы элементов · Таблица нуклидов