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 и Э. Сегре .

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 ( ²³⁵ U и ²³⁸ U) и в результате реакций (α, n) на лёгких элементах, входящих в состав руд ; еще одним источником нейтронов является космическое излучение .

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

Образование и распад

Плутоний-239 образуется в результате следующих распадов:

• β ⁻ -распад нуклида (период полураспада составляет 2,356(3) суток):

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

• e-захват , осуществляемый нуклидом (период полураспада составляет 11,9(1) ч):

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

• α-распад нуклида (период полураспада составляет 29,1(1) лет):

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

Распад плутония-239 происходит по следующим направлениям:

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

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

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) .

• Спонтанное деление (вероятность 3,1(6)⋅10 ⁻¹⁰ %) ;

Получение

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

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

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

Для промышленного выделения плутония-239 из облученного ядерного топлива используют пьюрекс-процесс .

Изомеры

Известен единственный изомер ^239m Pu со следующими характеристиками :

• 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. .

Применение

Плутоний-239 используют :

• 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 ²³⁹ Pu составляет примерно 10 кг, для шара в водяном отражателе примерно 5,2 кг );
• используется в качестве исходного вещества для получения .

См. также

• Изотопы плутония
• Оружейный плутоний
• Соглашение об утилизации плутония
• Плутоний-239 (фильм)

Примечания

Ссылки

• от 20 января 2020 на Wayback Machine (видео)