نظائر البلوتونيوم
البلوتونيوم ( 94Pu ) عنصر اصطناعي ، باستثناء كميات ضئيلة ناتجة عن امتصاص اليورانيوم للنيوترونات ، ولذلك لا يمكن تحديد وزن ذري قياسي له. [ ملاحظة 1 ] وكجميع العناصر الاصطناعية، لا يمتلك البلوتونيوم نظائر مستقرة . وقد تم تصنيعه قبل اكتشافه في الطبيعة، وكان أول نظير تم تصنيعه هو 238Pu عام 1940. وتم تحديد خصائص 22 نظيرًا مشعًا للبلوتونيوم . أكثرها استقرارًا هي 244Pu بنصف عمر يبلغ 81.3 مليون سنة، و242 Pu بنصف عمر يبلغ 375,000 سنة، و 239 Pu بنصف عمر يبلغ 24,110 سنة، و 240 Pu بنصف عمر يبلغ 6,561 سنة. كما يمتلك هذا العنصر ثماني حالات شبه مستقرة ؛ جميعها بنصف عمر أقل من ثانية واحدة.
تتراوح نظائر البلوتونيوم المعروفة بين 226Pu و 247 Pu. تتمثل أنماط الاضمحلال الرئيسية قبل النظير الأكثر استقرارًا، 244Pu ، في الانشطار التلقائي واضمحلال ألفا ؛ أما النمط الرئيسي بعده فهو انبعاث بيتا . نواتج الاضمحلال الرئيسية قبل 244Pu هي نظائر اليورانيوم والنبتونيوم (دون احتساب نواتج الانشطار )، بينما نواتج الاضمحلال الرئيسية بعده هي نظائر الأمريسيوم .
قائمة النظائر
| النظير [ n 1 ] | Z | شمال | الكتلة النظيرية ( دالتون ) [ 4 ] [ n2 ] [ n3 ] | سنة الاكتشاف [ 5 ] [ 6 ] | نصف العمر [ 1 ] | نمط الاضمحلال [ 1 ] [ n 4 ] | النظير الناتج [ n 5 ] [ n 6 ] | الدوران والتكافؤ [ 1 ] [ n 7 ] [ n 8 ] | الوفرة النظائرية | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| طاقة الإثارة | |||||||||||||||||||
| 226 Pu [ 7 ] | 94 | 132 | 226.03825(22)# | (2024) | ≥1 مللي ثانية | α | 222 يو | 0+ | |||||||||||
| 227 Pu [ 8 ] | 94 | 133 | 227.03947(11)# | 2024 | 0.78 +0.39 −0.19 ثانية | α | 223 يو | 5/2+# | |||||||||||
| 228 بو | 94 | 134 | 228.038763(25) | 1994 | 2.1(13) s | α | 224 يو | 0+ | |||||||||||
| 229 بو | 94 | 135 | 229.040145(65) | 1994 | 91(26) s | α (~50%) | 225 يو | 3/2+# | |||||||||||
| β + (~50%) | 229 Np | ||||||||||||||||||
| SF (<7%) | (متنوع) | ||||||||||||||||||
| 230 بو | 94 | 136 | 230.039648(16) | 1990 | 105(10) ثانية | α (>73٪) [ 9 ] | 226 يو | 0+ | |||||||||||
| β + (<27%) | 230 نبتة نيتروجينية | ||||||||||||||||||
| 231 بو | 94 | 137 | 231.041126(24) | 1999 | 8.6(5) دقيقة | β + (87٪) | 231 Np | (3/2+) | |||||||||||
| α (13٪) | 227 يو | ||||||||||||||||||
| 232 Pu | 94 | 138 | 232.041182(18) | 1973 | 33.7(5) دقيقة | EC (77٪) [ 10 ] | 232 نبتونيوم | 0+ | |||||||||||
| α (23٪) | 228 يو | ||||||||||||||||||
| 233 بو | 94 | 139 | 233.042997(58) | 1957 | 20.9(4) دقيقة | β + (99.88%) | 233 نبتون | 5/2+# | |||||||||||
| α (0.12%) | 229 يو | ||||||||||||||||||
| 234 بوتو | 94 | 140 | 234.0433175(73) | 1949 | 8.8(1) ح | المفوضية الأوروبية (94٪) | 234 Np | 0+ | |||||||||||
| α (6%) | 230 يو | ||||||||||||||||||
| 235 بو | 94 | 141 | 235.045285(22) | 1957 | 25.3(5) دقيقة | β + | 235 نبتون | (5/2+) | |||||||||||
| α (0.0028%) | 231 يو | ||||||||||||||||||
| 236 بو | 94 | 142 | 236.0460567(19) | 1949 | 2.858(8) ص | α [ n 9 ] | 232 يو | 0+ | |||||||||||
| SF (1.9 × 10 −7 %) | (متنوع) | ||||||||||||||||||
| CD (2 × 10 −12 %) | 208 رصاص 28 مغنيسيوم | ||||||||||||||||||
| 236 متر من البلوتونيوم | 1185.45(15) كيلو إلكترون فولت | 2005 | 1.2(3) ميكروثانية | هو - هي | 236 بو | 5- | |||||||||||||
| 237 بو | 94 | 143 | 237.0484079(18) | 1949 | 45.64(4) د | المفوضية الأوروبية | 237 Np | 7/2− | |||||||||||
| α (0.0042%) | 233 يو | ||||||||||||||||||
| 237م1 بوتو | 145.543(8) كيلو إلكترون فولت | 1957 | 180(20) مللي ثانية | هو - هي | 237 بو | نصف+ | |||||||||||||
| 237 متر مربع من البولي يوريثان | 2600(20) كيلو إلكترون فولت | 1969 | 103(7) ns | سان فرانسيسكو | (متنوع) | ||||||||||||||
| 237 متر مكعب من البورون | 2900(250) كيلو إلكترون فولت | 1970 | 1.1(1) ميكروثانية | سان فرانسيسكو | (متنوع) | ||||||||||||||
| 238 بو | 94 | 144 | 238.0495582(12) | 1949 | 87.7(1) ص | α | 234 يو | 0+ | أثر [ رقم 10 ] | ||||||||||
| SF (1.9 × 10 −7 %) | (متنوع) | ||||||||||||||||||
| CD (1.4 × 10 −14 %) | 206 زئبق 32 سي | ||||||||||||||||||
| CD (6 × 10 −15 %) | 210، 208 رصاص 28، 30 مغنيسيوم | ||||||||||||||||||
| 239 Pu [ n 11 ] [ n 12 ] | 94 | 145 | 239.0521616(12) | 1946 | 2.411(3)×10 4 y | α | 235 يو | نصف+ | أثر [ رقم 13 ] | ||||||||||
| SF (3.1 × 10 −10 %) | (متنوع) | ||||||||||||||||||
| 239 م1 بوتو | 391.584(3) كيلو إلكترون فولت | 1955 | 193(4) ns | هو - هي | 239 بو | 7/2− | |||||||||||||
| 239 متر مربع من البولي يوريثان | 3100(200) كيلو إلكترون فولت | 1970 | 7.5(10) ميكروثانية | سان فرانسيسكو | (متنوع) | (5/2+) | |||||||||||||
| 240 بو | 94 | 146 | 240.0538117(12) | 1949 | 6.561(7)×10 3 y | α | 236 يو | 0+ | أثر [ رقم 14 ] | ||||||||||
| SF (5.796 × 10 −6 %) | (متنوع) | ||||||||||||||||||
| CD (<1.3 × 10 −11 %) | 206 زئبق 34 سي | ||||||||||||||||||
| 240 متر بو | 1308.74(5) كيلو إلكترون فولت | 1967 | 165(10) ns | هو - هي | 240 بو | 5- | |||||||||||||
| 241 Pu [ n 11 ] | 94 | 147 | 241.0568497(12) | 1949 | 14.329(29) ص [ ن 15 ] | β − | 241 صباحًا | 5/2+ | |||||||||||
| α (0.00245%) | 237 يو | ||||||||||||||||||
| SF (<2.4 × 10 −14 %) | (متنوع) | ||||||||||||||||||
| 241m1 Pu | 161.6853(9) كيلو إلكترون فولت | 1975 | 0.88(5) ميكروثانية | هو - هي | 241 بو | نصف+ | |||||||||||||
| 241 متر مربع من البولي يوريثان | 2200(200) كيلو إلكترون فولت | 1970 | 20.5(22) ميكروثانية | سان فرانسيسكو | (متنوع) | ||||||||||||||
| 242 بو | 94 | 148 | 242.0587410(13) | 1950 | 3.75(2)×10 5 y | α | 238 يو | 0+ | |||||||||||
| SF (5.510 × 10 −4 %) | (متنوع) | ||||||||||||||||||
| 243 Pu [ n 11 ] | 94 | 149 | 243.0620021(27) | 1951 | 4.9553(25) ساعة | β − | 243 صباحًا | 7/2+ | |||||||||||
| 243 متر بو | 383.64(25) كيلو إلكترون فولت | 1975 | 330(30) ns | هو - هي | 243 بو | (نصف+) | |||||||||||||
| 244 بو | 94 | 150 | 244.0642044(25) | 1954 | 8.13(3)×10 7 y | α (99.88%) | 240 يو | 0+ | أثر [ رقم 16 ] | ||||||||||
| SF (0.123%) | (متنوع) | ||||||||||||||||||
| β − β − (<7.3 × 10 −9 %) | 244 سم | ||||||||||||||||||
| 244 متر بو | 1216.0(5) كيلو إلكترون فولت | 2016 | 1.75(12) ثانية | هو - هي | 244 بو | 8- | |||||||||||||
| 245 بو | 94 | 151 | 245.067825(15) | 1955 | 10.5(1) ساعة | β − | 245 صباحًا | (9/2−) | |||||||||||
| 245m1 Pu | 264.5(3) كيلو إلكترون فولت | 2007 | 330(20) ns | هو - هي | 245 بو | (5/2+) | |||||||||||||
| 245 متر مربع | 2000(400) كيلو إلكترون فولت | (1980) [ رقم 17 ] | 90(30) ns | سان فرانسيسكو | (متنوع) | ||||||||||||||
| 246 بو | 94 | 152 | 246.070204(16) | 1955 | 10.84(2) د | β − | 246 صباحًا | 0+ | |||||||||||
| 247 بو | 94 | 153 | 247.07430(22)# | 1983 | 2.27(23) د | β − | 247 صباحًا | نصف رطل | |||||||||||
| رأس وتذييل هذا الجدول: | |||||||||||||||||||
- ↑ m Pu – نظير نووي مثار.
- ↑ () – يتم إعطاء عدم اليقين (1 σ ) بشكل موجز بين قوسين بعد الأرقام الأخيرة المقابلة.
- ↑ # – الكتلة الذرية المميزة بـ # : القيمة وعدم اليقين مستمدان ليس من البيانات التجريبية البحتة، ولكن جزئيًا على الأقل من الاتجاهات من سطح الكتلة (TMS).
- ↑ أنماط التحلل:
المفوضية الأوروبية: التقاط الإلكترون قرص مضغوط: اضمحلال التجمعات هو - هي: التحول المتماثل SF: الانشطار التلقائي - ↑ رمز مائل غامق كعلامة ابنة – المنتج الناتج عن الابنة مستقر تقريبًا.
- ↑ رمز غامق كعلامة فرعية – المنتج الفرعي مستقر.
- ↑ () قيمة الدوران - تشير إلى الدوران مع وسائط التعيين الضعيفة.
- ↑ # – القيم المميزة بـ # ليست مستمدة بشكل كامل من البيانات التجريبية، ولكنها مستمدة جزئيًا على الأقل من اتجاهات النوى المجاورة (TNN).
- ↑ يُفترض أيضًا أن يخضع لتحلل β + β + إلى 236 U
- ↑ ناتج الاضمحلال بيتا المزدوج لليورانيوم 238
- 1 2 3 نويدة انشطارية
- ↑ النظير الأكثر فائدة للأسلحة النووية
- ↑ ناتج التقاط النيوترونات من اليورانيوم 238
- ↑ ناتج تحلل وسيط للبلوتونيوم 244
- ↑ يمكن أن يخضع لتحلل بيتا − في الحالة المرتبطة بنصف عمر يبلغ 4.2 يومًا عند تأينه بالكامل [ 11 ]
- ↑ بين النجوم، قد يكون بعضها بدائيًا أيضًا ، لكن هذه الادعاءات محل خلاف.
- ↑ لا يوجد دليل على هذه الحالة المتماثلة في الأدبيات المحكمة
الأكتينيدات مقابل نواتج الانشطار
| الأكتينيدات [ 12 ] عن طريق سلسلة التحلل | نطاق نصف العمر ( أ ) | نواتج انشطار اليورانيوم 235 حسب العائد [ 13 ] | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 ن (الثوريوم) | 4 ن + 1 (النبتونيوم) | 4 ن + 2 (راديوم) | 4 ن + 3 (أكتينيوم) | 4.5–7% | 0.04–1.25% | أقل من 0.001% | ||
| 228 Ra№ | 4-6 أ | 155 يورو+ | ||||||
| 248 Bk [ 14 ] | > 9 أ | |||||||
| 244 سم | 241 Puƒ | 250 قدم مكعب | 227 Ac№ | 10-29 أ | 90 Sr | 85 كرونة | 113م Cd+ | |
| 232 Uƒ | 238 Puƒ | 243 سمƒ | 29–97 أ | 137 سيزيوم | 151 سم+ | 121 متر قصدير | ||
| 249 Cfƒ | 242 مترصباحًا | 141–351 أ | لا يوجد من نواتج الانشطار نصف عمر في نطاق 100 ألف سنة إلى 210 ألف سنة ... | |||||
| 241 صباحًا | 251 Cfƒ [ 15 ] | 430–900 أ | ||||||
| 226 Ra№ | 247 كتاب | 1.3–1.6 ألف سنة | ||||||
| 240 بو | 229 | 246 سم | 243 صباحًا | 4.7–7.4 ألف سنة | ||||
| 245 سم | 250 سم | 8.3–8.5 ألف سنة | ||||||
| 239 بوƒ | 24.1 ألف | |||||||
| 230 Th№ | 231 باسكالرقم | 32-76 ألف سنة | ||||||
| 236 Npƒ | 233 Uƒ | 234 يورقم | 150-250 ألف سنة | 99 Tc₡ | 126 Sn | |||
| 248 سم | 242 بو | 327–375 ألف سنة | 79 Se₡ | |||||
| 1.33 مليون | 135 سيزيوم | |||||||
| 237 Npƒ | 1.61–6.5 مليون سنة | 93 زركونيوم | 107 Pd | |||||
| 236 يو | 247 سم | 15-24 مليون سنة | 129 I₡ | |||||
| 244 بو | 80 مليون | ... ولا يتجاوز 15.7 مليون سنة [ 16 ] | ||||||
| 232 Th№ | 238 U№ | 235 Uƒ№ | 0.7–14.1 مليار سنة | |||||
| ||||||||
نظائر بارزة
- يبلغ عمر النصف للبلوتونيوم-238 حوالي 87.74 سنة [ 17 ] ، وهو ينبعث منه جسيمات ألفا . يُنتج البلوتونيوم-238 النقي المستخدم في مولدات الطاقة الكهروحرارية التي تعمل بالنظائر المشعة والتي تُشغل بعض المركبات الفضائية، عن طريق التقاط النيوترونات من النبتونيوم -237 ، ولكن البلوتونيوم الناتج عن الوقود النووي المستهلك قد يحتوي على نسبة تصل إلى بضعة بالمئة من البلوتونيوم -238 ، والذي ينشأ من النبتونيوم -237 ، أو تحلل ألفا للكوريوم -242 ، أو تفاعلات (ن،2ن).
- يبلغ عمر النصف للبلوتونيوم-239 حوالي 24100 عام. يتميز كل من البلوتونيوم -239 والبلوتونيوم -241 بقابليتهما للانشطار ، أي أن نواتهما تنقسم عند قذفها بالنيوترونات الحرارية البطيئة ، مطلقةً طاقةً وإشعاع غاما ومزيدًا من النيوترونات . ولذلك، يمكنهما الحفاظ على تفاعل نووي متسلسل ، مما يؤدي إلى استخدامات في الأسلحة النووية والمفاعلات النووية . يُصنّع البلوتونيوم -239 عن طريق تشعيع اليورانيوم-238 بالنيوترونات في مفاعل نووي، ثم يُستخلص عبر إعادة معالجة الوقود نوويًا . ويؤدي امتصاص النيوترونات لاحقًا إلى إنتاج نظائر أثقل تدريجيًا.
- يتميز البلوتونيوم-240 بمعدل انشطار تلقائي مرتفع، مما يزيد من مستوى الإشعاع النيوتروني الخلفي للبلوتونيوم. يُصنّف البلوتونيوم حسب نسبة نظير 240 فيه إلى: نوع مناسب للأسلحة (أقل من 7%)، ونوع مناسب للوقود (7-19%)، ونوع مناسب للمفاعلات النووية (أكثر من 19%). الأنواع ذات الدرجات المنخفضة أقل ملاءمة للقنابل والمفاعلات الحرارية ، ولكنها تُستخدم كوقود للمفاعلات السريعة .
- البلوتونيوم-241 قابل للانشطار، لكنه يتحلل بيتا بنصف عمر يبلغ 14 عامًا إلى الأمريسيوم-241 .
- البلوتونيوم-242 ليس قابلاً للانشطار، ولا خصباً جداً (يتطلب 3 عمليات التقاط نيوترون إضافية ليصبح قابلاً للانشطار)؛ وله مقطع عرضي منخفض لالتقاط النيوترونات ، ونصف عمر أطول من أي من النظائر الأخف.
- البلوتونيوم-244 هو أكثر نظائر البلوتونيوم استقرارًا، ويبلغ عمر النصف له حوالي 80 مليون سنة. لا يُنتج بكميات كبيرة في المفاعلات النووية نظرًا لقصر عمر النصف للبلوتونيوم -243 ، إلا أنه يُنتج بكميات ضئيلة في الانفجارات النووية. وقد وُجد البلوتونيوم -244 في الفضاء بين النجوم [ 18 ] ، ويتمتع بثاني أطول عمر نصف بين جميع النظائر المشعة غير البدائية.
الإنتاج والاستخدامات


يتم إنتاج 239 Pu، وهو نظير قابل للانشطار وهو ثاني أكثر أنواع الوقود النووي استخدامًا في المفاعلات النووية بعد اليورانيوم-235 ، وأكثر أنواع الوقود استخدامًا في الجزء الانشطاري من الأسلحة النووية ، من اليورانيوم-238 عن طريق التقاط النيوترون متبوعًا بتحللين بيتا.
تُنتَج نظائر البلوتونيوم 240 و 241 و 242 عن طريق التقاط النيوترونات. تبلغ احتمالية انشطار نظائر البلوتونيوم 239 و 241 ذات الكتلة الفردية حوالي 3/4 عند التقاط نيوترون حراري ، بينما تبلغ احتمالية احتفاظها بالنيوترون وتحولها إلى النظير الأثقل التالي حوالي 1/4 . أما نظائر البلوتونيوم ذات الكتلة الزوجية فهي قابلة للانشطار ولكنها غير قابلة للانشطار، كما أن احتمالية التقاط النيوترونات لديها أقل ( مقطع عرضي أقل )؛ لذلك، تميل إلى التراكم في الوقود النووي المستخدم في المفاعلات الحرارية، وهو تصميم معظم محطات الطاقة النووية اليوم. في البلوتونيوم الذي استُخدم مرة ثانية في المفاعلات الحرارية في وقود MOX ، قد يكون نظير البلوتونيوم 240 هو النظير الأكثر شيوعًا. مع ذلك، فإن جميع نظائر البلوتونيوم والأكتينيدات الأخرى قابلة للانشطار بواسطة النيوترونات السريعة . يمتلك 240 Pu مقطعًا عرضيًا معتدلًا لامتصاص النيوترونات الحرارية، بحيث يصبح إنتاج 241 Pu في المفاعل الحراري جزءًا كبيرًا من إنتاج 239 Pu.
يبلغ عمر النصف للبلوتونيوم -241 حوالي 14 عامًا، وله مقطع عرضي أعلى قليلًا للنيوترونات الحرارية من البلوتونيوم -239 ، سواءً للانشطار أو الامتصاص. أثناء استخدام الوقود النووي في المفاعل، يكون احتمال انشطار نواة البلوتونيوم -241 أو امتصاصها للنيوترونات أكبر بكثير من احتمال تحللها. يُمثل البلوتونيوم -241 نسبة كبيرة من الانشطارات في وقود المفاعلات الحرارية المستخدم لفترة طويلة. مع ذلك، في الوقود النووي المستهلك الذي لا يخضع لإعادة معالجة نووية سريعة، بل يُبرد لسنوات بعد الاستخدام، يتحلل معظم البلوتونيوم -241 ، أو جزء كبير منه، إلى أمريسيوم-241 ، وهو أحد الأكتينيدات الثانوية ، ويُصدر جسيمات ألفا قوية، ويصعب استخدامه في المفاعلات الحرارية.
يتميز البلوتونيوم -242 بمقطع عرضي منخفض للغاية لالتقاط النيوترونات الحرارية؛ ويتطلب الأمر امتصاص ثلاثة نيوترونات ليصبح نظيرًا انشطاريًا آخر (إما الكوريوم -245 أو البلوتونيوم-241 ) ويحدث انشطارًا. وحتى مع ذلك، هناك احتمال ألا ينشطر أي من هذين النظيرين الانشطاريين، بل يمتص نيوترونًا رابعًا، ليصبح الكوريوم-246 (في طريقه إلى الأكتينيدات الأثقل مثل الكاليفورنيوم ، وهو باعث للنيوترونات عن طريق الانشطار التلقائي ويصعب التعامل معه) أو يعود إلى البلوتونيوم -242 مرة أخرى؛ لذا فإن متوسط عدد النيوترونات الممتصة قبل الانشطار أعلى من 3. لذلك، فإن البلوتونيوم -242 غير مناسب لإعادة التدوير في المفاعلات الحرارية، ومن الأفضل استخدامه في المفاعلات السريعة حيث يمكن انشطاره مباشرة. ومع ذلك، فإن المقطع العرضي المنخفض للبلوتونيوم -242 يعني أن كمية ضئيلة نسبيًا منه ستتحول خلال دورة واحدة في المفاعل الحراري. يبلغ عمر النصف للبلوتونيوم -242 حوالي 15 ضعف عمر النصف للبلوتونيوم -239 ؛ لذا فهو أقل إشعاعًا بمقدار 1/15، ولا يُعدّ من المساهمين الرئيسيين في النشاط الإشعاعي للنفايات النووية . كما أن انبعاثات أشعة غاما من البلوتونيوم -242 أضعف من انبعاثات النظائر الأخرى. [ 20 ]
يبلغ عمر النصف للبلوتونيوم -243 خمس ساعات فقط، ويتحلل بيتا إلى أمريسيوم-243 . ولأن البلوتونيوم -243 لا يملك فرصة كبيرة لالتقاط نيوترون إضافي قبل التحلل، فإن دورة الوقود النووي لا تنتج البلوتونيوم -244 طويل العمر بكميات كبيرة.
لا يُنتج البلوتونيوم -238 عادةً بكميات كبيرة في دورة الوقود النووي، ولكن يُنتج بعضه من النبتونيوم-237 عن طريق التقاط النيوترونات (يمكن استخدام هذا التفاعل أيضًا مع النبتونيوم النقي لإنتاج البلوتونيوم-238 خاليًا نسبيًا من نظائر البلوتونيوم الأخرى لاستخدامه في مولدات الطاقة الكهروحرارية بالنظائر المشعة )، أو عن طريق تفاعل (ن،2ن) للنيوترونات السريعة على البلوتونيوم -239 ، أو عن طريق تحلل ألفا للكوريوم -242، الذي ينتج عن التقاط النيوترونات للأمريسيوم -241 . يمتلك هذا النظير مقطعًا عرضيًا حراريًا كبيرًا للنيوترونات اللازمة للانشطار، ولكنه أكثر عرضة لالتقاط نيوترون والتحول إلى البلوتونيوم -239 .
التصنيع
البلوتونيوم-240، و-241، و-242
يبلغ المقطع العرضي للانشطار النووي للبلوتونيوم -239 حوالي 747.9 بارن للنيوترونات الحرارية، بينما يبلغ المقطع العرضي للتنشيط حوالي 270.7 بارن (أي ما يقارب 11 انشطارًا لكل 4 نيوترونات ممتصة). تتكون نظائر البلوتونيوم الأعلى عند استخدام وقود اليورانيوم لفترة طويلة. بالنسبة للوقود المستهلك ذي الاحتراق العالي، تكون تركيزات نظائر البلوتونيوم الأعلى أعلى من تركيزاتها في الوقود ذي الاحتراق المنخفض الذي يُعاد معالجته للحصول على بلوتونيوم صالح للاستخدام في الأسلحة .
| النظير | المقطع العرضي للنيوترونات الحرارية [ 21 ] (الحظائر) | وضع التحلل | نصف العمر | |
|---|---|---|---|---|
| يأسر | الانشطار | |||
| 238 يو | 2.683 | 0.000 | α | 4.468 × 10 9 سنوات |
| 239 يو | 20.57 | 14.11 | β − | 23.45 دقيقة |
| 239 Np | 77.03 | – | β − | 2.356 يومًا |
| 239 بو | 270.7 | 747.9 | α | 24110 سنة |
| 240 بو | 287.5 | 0.064 | α | 6561 سنة |
| 241 بو | 363.0 | 1012 | β − | 14.325 سنة |
| 242 بو | 19.16 | 0.001 | α | 373300 سنة |
البلوتونيوم-239

البلوتونيوم -239 هو أحد المواد الانشطارية الثلاث المستخدمة في إنتاج الأسلحة النووية، ويُستخدم في بعض المفاعلات النووية كمصدر للطاقة. أما المادتان الانشطاريتان الأخريان فهما اليورانيوم-235 واليورانيوم -233 . يكاد البلوتونيوم -239 يكون معدومًا في الطبيعة، ويُصنع عن طريق قذف اليورانيوم-238 بالنيوترونات. يتواجد اليورانيوم-238 بكميات وفيرة في معظم وقود المفاعلات، ولذلك يُنتج البلوتونيوم -239 باستمرار في هذه المفاعلات. وبما أن البلوتونيوم -239 نفسه قابل للانشطار بواسطة النيوترونات لإطلاق الطاقة، فإنه يُساهم بجزء من الطاقة المُولدة في المفاعل النووي.
| عنصر | النظير | المقطع العرضي لالتقاط النيوترونات الحرارية (الحظيرة) | مقطع عرضي للانشطار النيوتروني الحراري (الحظيرة) | نمط الاضمحلال | نصف العمر |
|---|---|---|---|---|---|
| يو | 238 | 2.68 | 5 × 10⁻⁶ | α | 4.47 × 10⁹ سنة |
| يو | 239 | 22 | 15 | β − | 23 دقيقة |
| Np | 239 | 30 | 1 | β − | 2.36 يومًا |
| بو | 239 | 271 | 750 | α | 24110 سنة |
البلوتونيوم-238
يحتوي البلوتونيوم الناتج من المفاعلات النووية التقليدية على كميات ضئيلة من البلوتونيوم -238 . إلا أن فصل النظائر يُعد مكلفًا للغاية مقارنةً بطريقة أخرى: فعندما يلتقط اليورانيوم -235 نيوترونًا، يتحول إلى حالة مثارة من اليورانيوم -236 . تخضع بعض نوى اليورانيوم -236 المثارة للانشطار، بينما يتحلل بعضها الآخر إلى الحالة الأرضية لليورانيوم -236 مُصدرًا أشعة غاما. يؤدي التقاط النيوترونات مرة أخرى إلى تكوين اليورانيوم -237 ، الذي يتحلل بدوره إلى النبتونيوم -237 بنصف عمر يبلغ 7 أيام . وبما أن معظم النبتونيوم يُنتج بهذه الطريقة أو يتكون من نظائر تتحلل بسرعة، فإنه يُحصل على نبتونيوم-237 نقي تقريبًا . بعد الفصل الكيميائي للنبتونيوم، يُعاد تشعيع النبتونيوم -237 بنيوترونات المفاعل ليتحول إلى النبتونيوم -238 ، الذي يتحلل بدوره إلى البلوتونيوم -238 بنصف عمر يبلغ يومين.
| عنصر | النظير | المقطع العرضي للنيوترونات الحرارية | نمط الاضمحلال | نصف العمر |
|---|---|---|---|---|
| يو | 235 | 99 | α | 703,800,000 سنة |
| يو | 236 | 5.3 | α | 23,420,000 سنة |
| يو | 237 | — | β − | 6.75 يومًا |
| Np | 237 | 165 (التقاط) | α | 2,144,000 سنة |
| Np | 238 | — | β − | 2.11 يومًا |
| بو | 238 | — | α | 87.7 سنة |
البلوتونيوم-240 كعائق أمام الأسلحة النووية
يخضع نظير البلوتونيوم -240 للانشطار التلقائي بمعدل صغير ولكنه ذو دلالة إحصائية (5.8 × 10⁻⁶ %). [ 1 ] يحد وجود البلوتونيوم -240 من استخدامه في القنبلة النووية ، لأن النيوترون الناتج عن الانشطار التلقائي يبدأ التفاعل المتسلسل قبل الأوان، مما يتسبب في إطلاق مبكر للطاقة يُشتت اللب قبل اكتمال الانضغاط . وهذا يمنع معظم اللب من المشاركة في التفاعل المتسلسل ويقلل من قوة القنبلة.
يُطلق على البلوتونيوم الذي يحتوي على أكثر من 90% من نظير 239Pu اسم البلوتونيوم المستخدم في الأسلحة ؛ أما البلوتونيوم المستخرج من الوقود النووي المستهلك في مفاعلات الطاقة التجارية فيحتوي عمومًا على 20% على الأقل من نظير 240Pu ويُطلق عليه اسم البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات . مع ذلك، تستخدم الأسلحة النووية الحديثة تقنية تعزيز الاندماج النووي ، مما يُخفف من مشكلة الانفجار المُسبق؛ فإذا استطاعت الحفرة توليد قوة نووية تُعادل جزءًا من كيلوطن ، وهو ما يكفي لبدء اندماج الديوتيريوم والتريتيوم ، فإنّ الانفجار الناتج من النيوترونات سيُؤدي إلى انشطار كمية كافية من البلوتونيوم لضمان قوة نووية تُقدّر بعشرات الكيلوطنات.
يُعدّ التلوث الناتج عن البلوتونيوم -240 السبب الرئيسي وراء استخدام طريقة الانفجار الداخلي في أسلحة البلوتونيوم . نظريًا، يُمكن استخدام البلوتونيوم -239 النقي في قنبلة من نوع المدفع ، لكن الوصول إلى هذا المستوى من النقاء أمر بالغ الصعوبة. وقد أثبت تلوث البلوتونيوم -240 أنه سلاح ذو حدين. فبينما تسبب في تأخيرات ومشاكل خلال مشروع مانهاتن بسبب الحاجة إلى تطوير تقنية الانفجار الداخلي، تُشكّل هذه الصعوبات نفسها عائقًا أمام الانتشار النووي . كما أن قنابل الانفجار الداخلي أكثر كفاءة بطبيعتها وأقل عرضة للانفجار العرضي من قنابل المدفع.
ملحوظات
- ↑ من المتوقع وجود البلوتونيوم-244 البدائي بكميات ضئيلة في معادن العناصر الأرضية النادرة . ومع ذلك، اعتبارًا من عام 2021، حددت قياسات عينات مختلفة من الباستنازيت الحد الأعلى لتركيزه في حدود 10⁻¹⁹ كتلة . [ 3 ]
مراجع
- كتل النظائر من:
- أودي، جورج؛ بيرسيلون، أوليفييه؛ بلاشوت، جان؛ Wapstra، Aaldert Hendrik (2003)، “تقييم N UBASE للخصائص النووية والاضمحلال” ، الفيزياء النووية أ ، 729 : 3– 128، بيب كود : 2003NuPhA.729....3A ، دوى : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
- تم اختيار بيانات نصف العمر والدوران والمتماثل من المصادر التالية.
- أودي، جورج؛ بيرسيلون، أوليفييه؛ بلاشوت، جان؛ Wapstra، Aaldert Hendrik (2003)، “تقييم N UBASE للخصائص النووية والاضمحلال” ، الفيزياء النووية أ ، 729 : 3– 128، بيب كود : 2003NuPhA.729....3A ، دوى : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
- المركز الوطني لبيانات الطاقة النووية . "قاعدة بيانات NuDat 3.0" . مختبر بروكهافن الوطني .
- هولدن، نورمان إي. (2004). "11. جدول النظائر". في ليد، ديفيد ر. (محرر). دليل سي آر سي للكيمياء والفيزياء (الطبعة 85 ). بوكا راتون، فلوريدا : مطبعة سي آر سي . ISBN 978-0-8493-0485-9.
- 1 2 3 4 5 كونديڤ، إف جي؛ وانغ، إم؛ هوانغ، دبليو جي؛ نعيمي، إس؛ أودي، جي. (2021). "تقييم NUBASE2020 للخواص النووية" (ملف PDF) . الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
- ↑ ماجورنو وبيرلشتاين 1981 ، ص 835 وما بعدها.
- ↑ وو، يانغ؛ داي، شيونغشين؛ كريستل، ماركوس؛ سينال، هانز-أرنو؛ شينغ، شان؛ هو، شاوتشون (17 يونيو 2021). "طريقة تحليلية فائقة الحساسية للبحث المباشر عن البلوتونيوم-244 البدائي في الباستنازيت". مجلة ACS لكيمياء الأرض والفضاء . 5 (6): 1316-1324 . Bibcode : 2021ESC.....5.1316W . doi : 10.1021/acsearthspacechem.0c00288 .
- ↑ وانغ، مينغ؛ هوانغ، دبليو جيه؛ كونديڤ، إف جي؛ أودي، جي؛ نعيمي، إس. (2021). "تقييم الكتلة الذرية AME 2020 (الجزء الثاني). الجداول والرسوم البيانية والمراجع*". الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
- ↑ مجموعة بيانات FRIB النووية. "مشروع اكتشاف النويدات، قاعدة بيانات النظائر" . doi : 10.11578/frib/2279152 .
- ↑ مجموعة بيانات FRIB النووية. "مشروع اكتشاف النوى، قاعدة بيانات النظائر" . doi : 10.11578/frib/2572219 .
- ^ كوزنتسوفا AA، سفيريخين AI، Isaev AV، Bychkov MA، Danilkin VD، Devarazha KM، Zamyatin NI، Izosimov IN، Liu Z، Malyshev ON، Mukhin RS، Popeko AG، Popov YA، Rachkov VA، Saylaubekov B، Sokol EA، Tezekbaeva MS، Ulanova II، Zhang FS، Chepigin السادس، تشيلنوكوف مل، إرمين AV (2024). "Свойства radioактивного распада нового ядра 227 Pu" [ خصائص التحلل الإشعاعي للنواة الجديدة 227 Pu ] (PDF) . jinr.ru (باللغة الروسية). المعهد المشترك للأبحاث النووية . تم الاسترجاع في 9 نوفمبر 2024 .
- ↑ يانغ، إتش بي؛ غان، زد جي؛ تشانغ، زد واي؛ هوانغ، إم إتش؛ ما، إل؛ يانغ، سي إل؛ تشانغ، إم إم؛ تيان، واي إل؛ وانغ، واي إس؛ وانغ، جي جي؛ تشو، إتش بي؛ هوا، دبليو؛ وانغ، جي واي؛ تشيانغ، واي إتش؛ تشاو، زد؛ هوانغ، إكس واي؛ وين، إكس جي؛ لي، زد واي؛ تشانغ، إتش تي؛ شو، إس واي؛ لي، زد سي؛ تشو، إتش؛ تشانغ، إكس؛ تشو، إل؛ وانغ، زد؛ غوان، إف؛ يانغ، إتش آر؛ هوانغ، دبليو إكس؛ رين، زد زد؛ تشو، إس جي؛ شو، إتش إس (3 أكتوبر 2024). "تحلل ألفا للنظير الجديد Pu 227". مجلة Physical Review C. 110 (4) 044302. Bibcode : 2024PhRvC.110d4302Y . doi : 10.1103/PhysRevC.110.044302 .
- ^ ويلسون، جي إل؛ تاكياما، م.؛ أندرييف، أن؛ انديل، ب. أنتاليك، س.؛ كاتفورد، WN؛ غيس، L.؛ هابا، ه.؛ هيسبيرجر، فب؛ هوانغ، م. كاجي، د.؛ كالانينوفا، ز.؛ موريموتو، ك. موريتا، ك.؛ موراكامي، م.؛ نيشيو، ك.؛ أورلاندي، ر. سميث، AG. تاناكا، ك.؛ واكاباياشي، Y.؛ ياماكي، س. (13 أكتوبر 2017). "انشطار بيتا المؤجل لـ Am 230" . المراجعة البدنية ج . 96 (4) 044315. دوى : 10.1103/PhysRevC.96.044315 . ردمك 2469-9985 .
- ↑ نسبة التفرع من قاعدة بيانات ENSDF في المركز الوطني لبيانات الطاقة النووية . "قاعدة بيانات NuDat 3.0" . مختبر بروكهافن الوطني .
- ↑ تاكاهاشي، ك.؛ بويد، ر.ن.؛ ماثيوز، ج.ج.؛ يوكوي، ك. (1 أكتوبر 1987). "تحلل بيتا للحالة المقيدة للذرات عالية التأين" . مجلة Physical Review C. 36 ( 4): 1522–1528 . Bibcode : 1987PhRvC..36.1522T . doi : 10.1103/PhysRevC.36.1522 .
- ↑ بالإضافة إلى الراديوم (العنصر 88). على الرغم من كونه من العناصر شبه الأكتينية، إلا أنه يسبق الأكتينيوم (89) مباشرةً، ويأتي بعد فجوة عدم استقرار ثلاثية العناصر بعد البولونيوم (84)، حيث لا توجد نظائر ذات عمر نصفي لا يقل عن أربع سنوات (أطول نظير عمري في هذه الفجوة هو الرادون-222 بعمر نصفي أقل من أربعة أيام ). لذا، فإن أطول نظائر الراديوم عمرًا، والذي يبلغ 1600 عام، يستحق إدراجه هنا.
- ↑ على وجه التحديد من الانشطار النيوتروني الحراري لليورانيوم-235، على سبيل المثال في مفاعل نووي نموذجي .
- ↑ ميلستيد، ج.؛ فريدمان، أ.م.؛ ستيفنز، س.م. (1965). "عمر النصف ألفا للبركليوم-247؛ نظير جديد طويل العمر للبركليوم-248". الفيزياء النووية . 71 (2): 299. Bibcode : 1965NucPh..71..299M . doi : 10.1016/0029-5582(65)90719-4 .كشفت التحليلات النظائرية عن وجود نوع من النظائر ذات الكتلة 248 بوفرة ثابتة في ثلاث عينات تم تحليلها على مدى حوالي 10 أشهر. وقد عُزي ذلك إلى نظير من Bk 248 بنصف عمر يزيد عن 9 سنوات. لم يُرصد أي نمو لـ Cf 248 ، ويمكن تحديد الحد الأدنى لنصف عمر جسيمات بيتا السالبة بحوالي 10⁴ سنوات . لم يُرصد أي نشاط جسيمات ألفا يُعزى إلى النظير الجديد؛ ومن المرجح أن يكون نصف عمر جسيمات ألفا أكبر من 300 سنة.
- ↑ هذا هو أثقل نظير مشع بنصف عمر لا يقل عن أربع سنوات قبل " بحر عدم الاستقرار ".
- ↑ باستثناء تلك النوى " المستقرة كلاسيكيا " ذات فترات نصف العمر التي تتجاوز بكثير فترة نصف عمر 232 Th؛ على سبيل المثال، في حين أن 113m Cd له فترة نصف عمر تبلغ أربعة عشر عامًا فقط، فإن فترة نصف عمر 113 Cd تبلغ ثمانية كوادريليون عام.
- ↑ ماخياني، أرجون؛ سيث، أنيتا (يوليو 1997). "استخدام البلوتونيوم كوقود للمفاعلات في الأسلحة" (ملف PDF) . الطاقة والأمن . تاكوما بارك، ماريلاند: معهد أبحاث الطاقة والبيئة . تاريخ الاسترجاع: 4 يوليو 2016 .
- ^ فالنر، أ. فيستيرمان، ت.؛ فيجي، J.؛ فيلدشتاين، C .؛ كني، ك؛ كورشينيك، ج.؛ كوتشيرا، دبليو؛ أوفان، أ؛ بول، م. كوينتو، ف. روجيل، G.؛ ستاير، ب. (2015). "وفرة 244Pu الحية في خزانات أعماق البحار على الأرض تشير إلى ندرة التخليق النووي للأكتينيد" . اتصالات الطبيعة . 6 5956. أرخايف : 1509.08054 . بيب كود : 2015NatCo...6.5956W . دوى : 10.1038/ncomms6956 . ISSN 2041-1723 . بمك 4309418 . بميد 25601158 .
- ↑ ساساهارا، أكيهيرو؛ ماتسومورا، تيتسو؛ نيكولاو، جيورجوس؛ بابايوانو، ديمتري (أبريل 2004). "تقييم مصادر النيوترونات وأشعة جاما للوقود المستهلك عالي الاحتراق من أكسيد اليورانيوم (UO2) والوقود المختلط المؤكسد (MOX) في مفاعلات الماء الخفيف" . مجلة العلوم والتكنولوجيا النووية . 41 (4): 448-456 . doi : 10.3327/jnst.41.448 .
- ↑ "نتائج نظائر البلوتونيوم لعينات معروفة باستخدام برنامج تحليل طيف أشعة غاما Snap وبرنامج Robwin لمطابقة الطيف" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 13 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 مارس 2013 .
- ↑ مخطط تفاعلي للنظائر المشعة من المركز الوطني لبيانات الطاقة النووية ، مؤرشف بتاريخ ٢١ يوليو ٢٠١١ في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
- ↑ مينر 1968 ، ص 541
مصادر
- ماجورنو، ب.أ.؛ بيرلستين، س.، محرران. (1981). وقائع مؤتمر أساليب وإجراءات تقييم البيانات النووية. BNL-NCS 51363 (ملف PDF) . المجلد الثاني. أبتون: مختبر بروكهافن الوطني . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 8 مارس 2021. تم الاطلاع عليه في 6 أغسطس 2014 .
- مينر، ويليام ن.؛ شونفيلد، فريد و. (1968). "البلوتونيوم" . في: كليفورد أ. هامبل (محرر). موسوعة العناصر الكيميائية . نيويورك (نيويورك): مؤسسة رينهولد للنشر. الصفحات 540-546 . رقم مكتبة الكونغرس 68029938 .
- نظائر البلوتونيوم
- البلوتونيوم
- قوائم النظائر حسب العنصر
