پلوتونیم

یکی از عنصرهای جدول تناوبی عنصرها
(تغییرمسیر از پلوتونیوم)

پلوتونیوم یک عنصر شیمیایی رادیواکتیو و فلزی است که نماد آن Pu و عدد اتمی آن 94 می‌باشد. جرم اتمی این عنصر 244٫06 بوده و چگالی آن 19٫800 kg/m3 می‌باشد. این فلز خاکستری-نقره ای رنگ از دسته عناصر آکتینیدها می باشد که در مجاورت با هوا اکسیده و سطح آن کدر می شود. این عنصر به صورت طبیعی دارای 6 دگرشکلی یا آلتروپی و 4 عدد اکسایش می باشد و با عناصر کربن، هالوژن ها، نیتروژن، سیلیکون و هیدروژن واکنش نشان می دهد. پلوتونیوم در هنگام قرار گرفتن در هوای مرطوب، اکسیده و هیدراته می شود و حجم آن تا ۷۰٪ افزایش خواهد یافت که باعث می شود سطح خارجی آن پوسته پوسته شود و تبدیل به پودری آتشزا شود. پلوتونیوم عنصری رادیواکتیو است و در مواجه با بدن میتواند در اشعه ی آن می تواند استخوانها جمع شوند که همین امر باعث خطرناک بودن استفاده از آن می شود.

پلوتونیم، ۹۴Pu
Two shiny pellets of plutonium of about 3 cm in diameter
پلوتونیم
تلفظ‎/plˈtniəm/‎ (ploo-TOH-nee-əm)
ظاهرsilvery white, tarnishing to dark gray in air
عدد جرمی244 (پایدارترین ایزوتوپ)
پلوتونیم در جدول تناوبی
Element 1: هیدروژن (H), Other non-metal
Element 2: هلیوم (He), Noble gas
Element 3: لیتیم (Li), Alkali metal
Element 4: برلیم (Be), Alkaline earth metal
Element 5: بور (B), Metalloid
Element 6: کربن (C), Other non-metal
Element 7: نیتروژن (N), Halogen
Element 8: اکسیژن (O), Halogen
Element 9: فلوئور (F), Halogen
Element 10: نئون (Ne), Noble gas
Element 11: سدیم (Na), Alkali metal
Element 12: منیزیم (Mg), Alkaline earth metal
Element 13: آلومینیم (Al), Other metal
Element 14: سیلسیم (Si), Metalloid
Element 15: فسفر (P), Other non-metal
Element 16: گوگرد (S), Other non-metal
Element 17: کلر (Cl), Halogen
Element 18: آرگون (Ar), Noble gas
Element 19: پتاسیم (K), Alkali metal
Element 20: کلسیم (Ca), Alkaline earth metal
Element 21: اسکاندیم (Sc), Transition metal
Element 22: تیتانیم (Ti), Transition metal
Element 23: وانادیم (V), Transition metal
Element 24: کروم (Cr), Transition metal
Element 25: منگنز (Mn), Transition metal
Element 26: آهن (Fe), Transition metal
Element 27: کبالت (Co), Transition metal
Element 28: نیکل (Ni), Transition metal
Element 29: مس (Cu), Transition metal
Element 30: روی (Zn), Other metal
Element 31: گالیم (Ga), Other metal
Element 32: ژرمانیم (Ge), Metalloid
Element 33: آرسنیک (As), Metalloid
Element 34: سلنیم (Se), Other non-metal
Element 35: برم (Br), Halogen
Element 36: کریپتون (Kr), Noble gas
Element 37: روبیدیم (Rb), Alkali metal
Element 38: استرانسیم (Sr), Alkaline earth metal
Element 39: ایتریم (Y), Transition metal
Element 40: زیرکونیم (Zr), Transition metal
Element 41: نیوبیم (Nb), Transition metal
Element 42: مولیبدن (Mo), Transition metal
Element 43: تکنسیم (Tc), Transition metal
Element 44: روتنیم (Ru), Transition metal
Element 45: رودیم (Rh), Transition metal
Element 46: پالادیم (Pd), Transition metal
Element 47: نقره (Ag), Transition metal
Element 48: کادمیم (Cd), Other metal
Element 49: ایندیم (In), Other metal
Element 50: قلع (Sn), Other metal
Element 51: آنتیموان (Sb), Metalloid
Element 52: تلوریم (Te), Metalloid
Element 53: ید (I), Halogen
Element 54: زنون (Xe), Noble gas
Element 55: سزیم (Cs), Alkali metal
Element 56: باریم (Ba), Alkaline earth metal
Element 57: لانتان (La), Lanthanoid
Element 58: سریم (Ce), Lanthanoid
Element 59: پرازئودیمیم (Pr), Lanthanoid
Element 60: نئودیمیم (Nd), Lanthanoid
Element 61: پرومتیم (Pm), Lanthanoid
Element 62: ساماریم (Sm), Lanthanoid
Element 63: اروپیم (Eu), Lanthanoid
Element 64: گادولینیم (Gd), Lanthanoid
Element 65: تربیم (Tb), Lanthanoid
Element 66: دیسپروزیم (Dy), Lanthanoid
Element 67: هولمیم (Ho), Lanthanoid
Element 68: اربیم (Er), Lanthanoid
Element 69: تولیم (Tm), Lanthanoid
Element 70: ایتربیم (Yb), Lanthanoid
Element 71: لوتتیم (Lu), Lanthanoid
Element 72: هافنیم (Hf), Transition metal
Element 73: تانتال (Ta), Transition metal
Element 74: تنگستن (W), Transition metal
Element 75: رنیم (Re), Transition metal
Element 76: اوسمیم (Os), Transition metal
Element 77: ایریدیم (Ir), Transition metal
Element 78: پلاتین (Pt), Transition metal
Element 79: طلا (Au), Transition metal
Element 80: جیوه (Hg), Other metal
Element 81: تالیم (Tl), Other metal
Element 82: سرب (Pb), Other metal
Element 83: بیسموت (Bi), Other metal
Element 84: پولونیم (Po), Other metal
Element 85: آستاتین (At), Metalloid
Element 86: رادون (Rn), Noble gas
Element 87: فرانسیم (Fr), Alkali metal
Element 88: رادیم (Ra), Alkaline earth metal
Element 89: آکتینیم (Ac), Actinoid
Element 90: توریم (Th), Actinoid
Element 91: پروتاکتینیم (Pa), Actinoid
Element 92: اورانیم (U), Actinoid
Element 93: نپتونیم (Np), Actinoid
Element 94: پلوتونیم (Pu), Actinoid
Element 95: امریسیم (Am), Actinoid
Element 96: کوریم (Cm), Actinoid
Element 97: برکلیم (Bk), Actinoid
Element 98: کالیفرنیم (Cf), Actinoid
Element 99: اینشتینیم (Es), Actinoid
Element 100: فرمیم (Fm), Actinoid
Element 101: مندلیفیم (Md), Actinoid
Element 102: نوبلیم (No), Actinoid
Element 103: لارنسیم (Lr), Actinoid
Element 104: رادرفوردیم (Rf), Transition metal
Element 105: دوبنیم (Db), Transition metal
Element 106: سیبورگیم (Sg), Transition metal
Element 107: بوهریم (Bh), Transition metal
Element 108: هاسیم (Hs), Transition metal
Element 109: مایتنریم (Mt)
Element 110: دارمشتادیم (Ds)
Element 111: رونتگنیم (Rg)
Element 112: کوپرنیسیم (Cn), Other metal
Element 113: نیهونیم (Nh)
Element 114: فلروویم (Fl)
Element 115: مسکوویم (Mc)
Element 116: لیورموریم (Lv)
Element 117: تنسین (Ts)
Element 118: اوگانسون (Og)
Sm

Pu

(Uqo)
نپتونیمپلوتونیمآمریسیم
عدد اتمی (Z)۹۴
گروهگروه n/a
دورهدوره ۷
بلوکبلوک-f
دسته Actinide
آرایش الکترونی[Rn] 5f6 7s2
۲, ۸, ۱۸, ۳۲, ۲۴, ۸, ۲
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPجامد
نقطه ذوب۹۱۲٫۵ K ​(۶۳۹٫۴ °C, ​۱۱۸۲٫۹ °F)
نقطه جوش۳۵۰۵ K ​(۳۲۲۸ °C, ​۵۸۴۲ °F)
چگالی (near r.t.)۱۹٫۸۱۶ g/cm3
در حالت مایع (at m.p.)۱۶٫۶۳ g/cm3
حرارت همجوشی۲٫۸۲ kJ/mol
آنتالپی تبخیر ۳۳۳٫۵ kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی۳۵٫۵ J/(mol·K)
فشار بخار
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K)       ۲۵۱۱ ۲۹۲۶ ۳۴۹۹
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش+2, +3, +4, +5, +6, +7 (an amphoteric اکسید)
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: ۱٫۲۸
انرژی یونش
  • خطای عبارت: نویسه نقطه‌گذاری شناخته نشده «۱»
شعاع اتمیempirical: ۱۵۹ pm
شعاع کووالانسی pm ۱۸۷±۱
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری پلوتونیم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوریدستگاه بلوری تک‌شیب
Monoclinic crystal structure for پلوتونیم
سرعت صوت۲۲۶۰ m/s
انبساط حرارتی۴۶٫۷ µm/(m·K) (at 25 °C)
رسانندگی گرمایی6.74 W/(m·K)
رسانش الکتریکی۱٫۴۶۰ µΩ·m (at 0 °C)
رسانش مغناطیسیparamagnetic
مدول یانگ۹۶ GPa
مدول برشی۴۳ GPa
نسبت پواسون۰٫۲۱
شماره ثبت سی‌ای‌اس۷۴۴۰-۰۷-۵
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول
| منابع

پلوتونیوم در تاریخ ۱۴ دسامبر 1940 توسط گلن سیبورگ, ادوین مک‌میلان, ژوزف دبلیو. کندی و en: Arthur Wahl از طریق بمباران دوترونی اورانیوم-۲۳۸ در سیکلوترون (شتاب‌دهنده ذرات مدور با قطر ۱/۵ متر (۶۰ اینچ) آزمایشگاه Berkeley Radiation Laboratory دانشگاه کالیفرنیا برکلی کشف شد. در این آزمایش ابتدا عنصر نپتونیوم-۲۳۸ با طول عمر (۲/۱ روز) ایجاد می شود سپس از طریق واپاشی بتا تبدیل به عنصر جدید با عدد اتمی ۹۴ و وزن اتمی ۲۳۸ (با نیمه عمر ۸۸ سال) می شود. از آنجا که اورانیوم بعد از کشف سیاره اورانوس و نپتونیوم بعد از کشف سیاره نپتون نامگذاری شدند، پلوتونیوم هم بعد از کشف پلوتون (که در آن زمان در دسته بندی سیارات قرار داشت) نامگذاری شد. (پلوتون در منظومه شمسی بعد از نپتون قرار دارد). به علت ملاحضات زمان جنگ، دانشگاه کالفرنیا تا سال ۱۳۴۸ از منتشر کردن این اکتشاف خودداری کرد.

پلوتونیوم دارای بیشترین عدد اتمی است که به صورت طبیعی یافت می شود. مقادیر ناچیزی از آن در بقایای اورانیوم-۲۳۸ که نوترون حاصل از واپاشی دیگر اتم های اورانیوم-۲۳۸ اطراف را جذب کرده است دیده می شود. از سال ۱۹۴۵، پلوتونیوم به عنوان محصولی از فرایند گیراندازی نوترون و واپاشی بتا (فرایندی که نوترون ها در جریان شکافت هسته ای، اورانیوم-۲۳۸ را تبدیل به پلوتونیوم-۲۳۹ می کند.)، بسیار رایج تر شده است.

تعداد ایزوتوپ های پلوتونیوم در زنجیره های واپاشی و در یک زمان مشخص، با استفاده از معادله en: Bateman equation محاسبه می شود. دو ایزوتوپ 239 و 241 پلوتونیوم شکاف پذیر هستند به این معنی که می توانند واکنش زنجیره ای هسته ای واپاشی را ادامه دهند که موجب استفاده آنها در تسلیحات هسته ای و رآکتورهای هسته‌ای می شود.

ایزوتوپهاویرایش

مهم‌ترین ایزوتوپ پلوتونیوم Pu239 بوده که نیمه عمر آن 24200 سال می‌باشد؛ و به دلیل نیمه عمر کوتاه آن رد بسیار ناچیزی از پلوتونیم به صورت طبیعی در معادن یافت می‌شود. پلوتونیوم 239، در رآکتورهای هسته‌ای از اورانیوم 238، و در مقیاس‌های بالا تولید می‌شود.

ایزوتوپ پلوتونیوم 238 ساطع‌کننده اشعه آلفا می‌باشد که نیمه عمرش 87 سال است. این خصوصیات آن را برای استفاده در تولید نیروی برق برای دستگاه‌هایی که می‌بایست بدون نگهداری مستقیم در مقیاس‌های زمانی حدوداً برابر عمر انسان کار کنند، مناسب می‌کند؛ بنابراین در RTG هائی، مانند آن‌هایی که نیروی کاوشگرهای فضایی Galileo و Cassini را تأمین می‌کنند کاربرد دارد.

همچنین پلوتونیوم چهار ظرفیت یونی را در محلول‌های آبی از خود نشاد می‌دهد: Pu+3 (آبی کمرنگ) Pu+4 ,PuO+ و PuO+2

ین PuO+ در محلول‌های آبی پایدار نیست و تناسبی با Pu+4 و PuO+2 ندارد. Pu+4 می‌تواند PuO+ را به PuO+2 تبدیل کرده و خودش به PuO+3 تبدیل شود و یک PuO+ و PuO+3 آزاد کند. پلوتونیوم ترکیبات دوتایی PuO و PuO2 را با اکسیژن شکل می‌دهد و با هیدرات‌های PuF3,PuF4,PuCl3,PuBr3,PuI3 و کربن، نیتروژن و سیلیسیم در ترکیبات متغیر مداخله می‌کند. Puc, PuN, PuSi2 و اکسی هالیدها نیز شناخته شده می‌باشند: PuOCL,PuObr,PuOI

 
پلوتونیم یک عنصر مصنوعی است

کاربردهاویرایش

پلوتونیوم یکی از مواد مهم شکافت هسته‌ای در سلاح‌های هسته‌ای پیشرفته‌است. باید احتیاط لازم جهت جلوگیری از جمع شدن مقداری از پلوتونیوم که به جرم بحرانی نزدیک می‌شود به عمل آورد، چرا که این مقدار از پلوتونیوم خودبه خود واکنش‌های شکافت هسته‌ای تولید می‌کند. بدون توجه به محدود نشدن پلوتونیوم توسط فشار خارجی که برای یک سلاح هسته‌ای لازم است، پلوتونیوم می‌تواند خودش را گرم کرده و هر چیزی را که پیرامون آن را محدود می‌کند بشکند، جلوگیری شود. شکل ظاهری پلوتونیوم هم در این امر مؤثر است؛ بنابراین، باید از ایجاد اشکال فشرده مانند کره پرهیز کرد.

همچنین پلوتونیوم مخصوصاً نوع بسیار خالص آن، آتش زا بوده و به صورت شیمیایی با اکسیژن و آب واکنش می‌دهد که می‌تواند باعث انباشتگی هیدرید پلوتونیوم و یک ترکیب Pyrophoric شود، که ماده‌ای است که در دمای اتاق در هوا می‌سوزد. حجم پلوتونیوم به هنگام ترکیب شدن با اکسیژن بسیار افزایش میابد و می‌تواند ظرف خود را بشکند بنابراین احتیاط‌های لازم برای حمل پلوتونیوم در هر شکل آن باید انجام شود، عموماً یک اتمسفر خشک و خنثی نیاز می‌باشد.[۱] علاوه بر این‌ها، خطرات رادیو اکتیوی نیز وجود دارد. خاک اکسید منیزیم مؤثرترین ماده برای فرونشاندن آتش پلوتونیوم می‌باشد. آن ماده مشتعل را مانند یک کاهنده دما(Heat Sink) سرد می‌کند و در عین حال از رسیدن اکسیژن به آن جلوگیری می‌کند. آب نیز در این مورد مؤثر است. در سال 1962 در Rocky Flats Plant در نزدیکی Boulder, Colorado یک آتش‌سوزی بزرگ پلوتونیومی رخ داد.

پلوتونیوم همچنین در ساخت جنگ‌افزار هسته‌ای و ساخت زهر(نه الزاماً مهلک) کاربرد دارد. توده‌های انباشته شده پلوتونیوم توسط اتحاد جماهیر شوروی قدیم و ایالات متحده آمریکا به وجود می‌آمد. از پایان جنگ سرد تمرکز بر نگرانی از گسترش تکنولوژی هسته‌ای به وجود آمد. در سال 2002 دپارتمان انرژی ایالات متحده 34 تن از مواد پلوتونیوم را که برای ساخت سلاح‌های هسته‌ای استفاده می‌شد را از دپارتمان دفاع ایالات متحده گرفت و از اوایل سال 2003 تصمیم گرفت برای خلاصی از این اورانیوم‌ها، به تبدیل چندین نیروگاه هسته‌ای در آمریکا، از سوخت اورانیوم غنی شده به سوخت MOX اقدام کند.

خطراتویرایش

گاهی اوقات از پلوتونیوم با عنوان سمی‌ترین ماده شناخته شده بر انسان نام برده می‌شود و این در حالی است که یک توافق کلی در میان کارشناسان مبنی بر نادرست بودن این مطلب وجود دارد. تا سال 2003 تنها یک مورد مرگ انسان به علت مجاورت و ارتباط با پلوتونیوم وجود داشته‌است. رادیومی که به صورت طبیعی به وجود می‌آید حدوداً 200 برابر سمی تر از پلوتونیوم است و برخی از Toxinهای آلی مانند سم بوتولین میلیاردها برابر سمی تر از پلوتونیوم می‌باشند.

به هر حال، حوادث بحرانی نیز وجود داشته. حمل بی‌ملاحظه 6.2 کیلوگرم پلوتونیوم کروی در Los Alamos در 21 آگست 1945، باعث انتشار دوز مرگبار تشعشع گردید. هری کی. داغلیان دوزی در حدود 510 rem دریافت کرد، او 4 هفته بعد درگذشت. مرگ دیگری در سال 1958 در واحد غنی‌سازی اورانیوم Los Alamos روی داد. پلوتونیوم در یک مخزن مخلوط کن جمع شده بود. یک بار جدید هم به آن منتقل شد و در نتیجه 8 کیلوگرم پلوتونیوم در مرکز مخزن جمع شد. یک کارگر در معرض تشعشع قرار گرفت و در کمتر از دو روز در گذشت.

حالت‌های سمی پلوتونیوم از نظر شیمیایی و پرتوشناسی، باید از خطرات پلوتونیوم متمایز شود. بسیاری از جنبش‌های ضد هسته‌ای و در ادامه جنبش‌های سیاست سبز از پلوتونیوم به عنوان خطرناک‌ترین ماده شناخته شده برای بشریت یاد کرده و تنها دلیلشان نقش مهلک آن در تولید سلاح‌های هسته‌ای می‌باشد.

احتمالاً اخلاط این دو دیدگاه است که باعث گزافه گویی‌های احساسی در خصوص سمی بودن پلوتونیم می‌شود. در سال 1989 نوشته‌ای از Bernard L. Cohen این‌گونه بیان می‌کند که «خطرات پلوتونیوم خیلی آشکارتر و راحت تر از خطرات ناشی از مواد افزودنی به غذاها و همچنین حشره کشها فهمیده می‌شوند و در مقایسه تنها یک مرگ در هر 300 سال می‌تواند کم مایه بودن این نظر را اثبات کند؛ و علی‌رغم حقایقی که ما در اینجا ذکر کردیم و حقایق شناخته شده بر جامعه علمی افسانه سمی بودن پلوتونیوم همچنان ادامه دارد.»https://web.archive.org/web/20051009112251/http://www.environmental.usace.army.mil/info/technical/hp/hpfaq/THE_MYTH_OF_PLUTONIUM_TOXICITY.doc (html-ized)

بنابراین هیچ گونه شک و تریدی وجود ندارد که پلوتونیوم در صورت استفاده نادرست می‌تواند بسیار خطرناک باشد. پرتوی آلفا که پلوتونیوم از خود ساطع می‌کند نمی‌تواند به پوست نفوذ کند، اما می‌تواند به اندام‌های داخلی در صورت تنفس یا خوردن پلوتونیوم آسیب برساند. ذرات بسیار کوچک پلوتونیم در صورت تنفس و رسیدن به ریه‌ها می‌توانت باعث به وجود آمدن سرطان ریه شود. مواد دیگر از جمله ricin، سم botulinum و سم tetanus در دوزهایی کمتر از یک میلی‌گرم، می‌توانند کشنده باشند، بنابراین پلوتونیوم از این نظر غیرعادی نیست. مقادیر قابل توجه بیشتر آن، در صورت بلع یا تنفس، می‌تواند باعث به وجود آمدن مسمومیت رادیویی حاد و مرگ شخص شود. در ژانویهٔ سال 2016 میلادی یک تیم تحقیق بریتانیایی فاش ساخت که اکساندر لیتویننکو (مأمور سابق کا گ ب و مخالف سیاست‌های ولادیمیر پوتین) در سال 2006 بدستور ولادیمیر پوتین در لندن به قتل رسید و هیئت تحقیق وجود مقادیری پلوتونیم در قوری چای او را تأیید کردند. بسیاری از مردم مقدار قابل توجهی پلوتونیوم در بدن خود دارند.

ویژگی‌هاویرایش

این فلز ظاهری نقره‌ای رنگ دارد و هنگامی که اکسید می‌شود رنگش تا حدی به زرد تیره می‌گراید. اگر مقدار زیادی از پلوتونیوم در جایی جمع شود به قدری گرم می‌شوند که نمی‌توان آن را لمس کرد و دلیل آن نیز ساطع کردن انرژی آلفا می‌باشد. مقادیر بیشتر گرمای لازم را برای جوشاندن آب به وجود می‌آورد. این فلز به سرعت در اسید هیدرویدیک یا اسید پرکلریک غلیظ، حل می‌شود. این فلز شش حالت آلوتروپیک با ساختارهای بلورین گوناگون از خود نشان می‌دهد که چگالی آن‌ها از 16٫00 تا 19٫86 متغیر است.

منابعویرایش

سایت رشد: www.roshd.ir

پانویسویرایش

  1. «نسخه آرشیو شده». بایگانی‌شده از اصلی در ۲۶ فوریه ۲۰۰۴. دریافت‌شده در ۲۹ مارس ۲۰۰۶.