البلوتونيوم-240

البلوتونيوم-240 ( ²⁴⁰⁾البلوتونيوم -240 (أو البلوتونيوم-240 ) هو نظير للبلوتونيوم يتكون عندمايلتقط البلوتونيوم-239 نيوترونًا دون أن يخضع للانشطار. وقد أدى اكتشاف انشطاره التلقائي إلى اكتشافه في عام 1944 في لوس ألاموس، وكان له آثار مهمة على مشروع مانهاتن . ^{[ 4 ]}

كما هو الحال مع نظائر البلوتونيوم الرئيسية الأخرى، يؤدي التحلل الطبيعي إلى نظير أكثر استقرارًا لليورانيوم ( ^236U )، وبالتالي لا توجد سلسلة تحلل أخرى على المدى الزمني البشري. وعلى المدى الجيولوجي ، سيتبع سلسلة الثوريوم .

^{يخضع نظير البلوتونيوم -240} للانشطار التلقائي كنمط اضمحلال ثانوي بمعدل ضئيل ولكنه ذو دلالة. يحد وجود البلوتونيوم ^-240 من استخدام البلوتونيوم في القنبلة النووية ، لأن تدفق النيوترونات الناتج عن الانشطار التلقائي يبدأ التفاعل المتسلسل قبل الأوان، مما يتسبب في إطلاق مبكر للطاقة يؤدي إلى تشتيت النواة فعليًا قبل الوصول إلى الانضغاط الكامل (ما يُعرف بـ" الفشل "). ^{[ 5 ] [ 6 ]}

في حوالي 62% إلى 73% من الحالات، عندما يلتقط نظير البلوتونيوم ^-239 نيوترونًا ، فإنه يخضع للانشطار ؛ أما في الحالات المتبقية، فإنه يشكل نظير البلوتونيوم ^-240 . وكلما طالت مدة بقاء عنصر الوقود النووي في المفاعل النووي ، زادت النسبة المئوية النسبية لنظير البلوتونيوم ^-240 في الوقود.

يمتلك نظير البلوتونيوم ²⁴⁰ نفس المقطع العرضي لالتقاط النيوترونات الحرارية تقريبًا مثل نظير البلوتونيوم ²³⁹ (289.5 ± 1.4 مقابل269.3 ± 2.9 بارن )، ^{[ 7 ] [ 8 ]} ولكن مقطع الانشطار النيوتروني الحراري ضئيل للغاية (0.064 بارن). عندما يمتص نظير البلوتونيوم ^-240 نيوترونًا، يكون احتمال تحوله إلى بلوتونيوم-241 أكبر بحوالي 4500 مرة من احتمال انشطاره. بشكل عام، تميل النظائر ذات الأعداد الكتلية الفردية إلى امتصاص النيوترون، ويمكنها أن تخضع للانشطار عند امتصاص النيوترون بسهولة أكبر من النظائر ذات الأعداد الكتلية الزوجية. لذلك، تميل النظائر ذات الأعداد الكتلية الزوجية إلى التراكم، خاصة في المفاعلات الحرارية .

إن وجود البلوتونيوم ^-240 بشكل حتمي في قلب الرأس الحربي النووي المصنوع من البلوتونيوم يعقد تصميمه، ويُعتبر البلوتونيوم ^-239 النقي هو الأمثل. ^{[ 9 ]} وذلك لعدة أسباب:

• ^{يتميز البلوتونيوم -240} بمعدل انشطار تلقائي مرتفع. يؤدي دخول نيوترون واحد عابر إلى قلب المفاعل أثناء وجوده في حالة فوق الحرجة إلى انفجاره بشكل فوري تقريبًا، حتى قبل أن يصل إلى التكوين الأمثل. وبالتالي، فإن وجود البلوتونيوم ^-240 قد يتسبب في انفجارات عشوائية ، ذات ناتج انفجاري أقل بكثير من الناتج المحتمل. ^{[ 9 ] [ 6 ]}
• تُطلق النظائر الأخرى غير البلوتونيوم ²³⁹ إشعاعًا أكثر بكثير، مما يُعقّد التعامل معها من قِبل العمال. ^{[ 9 ]}
• تنتج النظائر الأخرى غير البلوتونيوم ²³⁹ حرارة تحلل أكبر، والتي يمكن أن تسبب تشوهات في تغير الطور في النواة الدقيقة إذا سُمح لها بالتراكم. ^{[ 9 ]}

درس علماء مشروع مانهاتن مشكلة الانشطار التلقائي دراسةً مستفيضةً خلال الحرب العالمية الثانية . ^{[ 10 ]} وقد حالت هذه المشكلة دون استخدام البلوتونيوم في الأسلحة النووية من نوع المدفع، حيث قد يستغرق تجميع المادة الانشطارية في تكوينها الأمثل للكتلة فوق الحرجة ما يصل إلى جزء من الألف من الثانية، مما استدعى تطوير أسلحة من نوع الانفجار الداخلي حيث يتم التجميع في غضون بضعة أجزاء من الميكروثانية. ^{[ 11 ]} وحتى مع هذا التصميم، فقد قُدِّر قبل اختبار ترينيتي أن شوائب البلوتونيوم ^-240 ستؤدي إلى احتمال بنسبة 12% لفشل الانفجار في بلوغ أقصى قوة له. ^{[ 9 ]}

تقليل المبلغ إلى الحد الأدنى البالغ ²⁴⁰يُستخلص البلوتونيوم المستخدم في الأسلحة (أقل من 7% من نظير ²⁴⁰ ) عن طريق إعادة معالجة الوقود بعد 90 يومًا فقط من الاستخدام. تُعدّ دورات الوقود السريعة هذه غير عملية للغاية بالنسبة لمفاعلات الطاقة المدنية، وعادةً ما تُجرى فقط في مفاعلات إنتاج البلوتونيوم المخصصة للأسلحة. يحتوي البلوتونيوم المُستخلص من وقود مفاعلات الطاقة المدنية المُستنفد عادةً على أقل من 70% من نظير ²³⁹ وحوالي 26% من نظير ^240.يتكون البلوتونيوم من نظائر أخرى (يُعدّ كل من 238 و241 قصيري العمر إشكاليين فيما يتعلق بالتعامل والتخزين وحرارة التحلل)، مما يجعل استخدامه في تصنيع الأسلحة النووية أكثر صعوبة. ^{[5] [9] [12] [13] أما} بالنسبة ^{لتصاميم الأسلحة النووية التي طُرحت بعد أربعينيات القرن العشرين ،} فقد دار نقاش واسع حول مدى استخدام ²⁴⁰يشكل البلوتونيوم عائقاً أمام بناء الأسلحة؛ انظر مقال البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات النووية .

• احتراق
• نظائر البلوتونيوم

• قاعدة بيانات المواد الخطرة التابعة للمكتبة الوطنية للطب - البلوتونيوم، مادة مشعة