Circle

Plutônio


O plutônio é um elemento químico radioativo com o símbolo Pu e número atômico 94. É um metal actinídeo de aparência cinza-prateada que mancha quando exposto ao ar e forma uma camada fosca quando oxidado . O elemento normalmente exibe seis alótropos e quatro estados de oxidação . Ele reage com carbono , halogênios , nitrogênio , silício e hidrogênio . Quando exposto ao ar úmido, forma óxidos e hidretos que pode expandir a amostra em até 70% em volume, que por sua vez descama como um pó pirofórico . É radioativo e pode se acumular nos ossos , o que torna perigoso o manuseio do plutônio.

O plutônio foi produzido sinteticamente e isolado pela primeira vez no final de 1940 e início de 1941, por um bombardeio de deuteron de urânio-238 no ciclotron de 1,5 metros (60 polegadas ) na Universidade da Califórnia, Berkeley . Primeiro, o neptúnio-238 ( meia-vida 2,1 dias) foi sintetizado, que posteriormente decaiu beta para formar o novo elemento com número atômico 94 e peso atômico 238 (meia-vida 88 anos). Como o urânio recebeu o nome do planeta Urano e o neptúnio, o planeta Netuno , o elemento 94 recebeu o nome de Plutão , que na época também era considerado um planeta. O sigilo do tempo de guerra impediu a equipe da Universidade da Califórnia de publicar sua descoberta até 1948.

O plutônio é o elemento com o maior número atômico ocorrendo na natureza. Quantidades vestigiais surgem em depósitos de urânio-238 natural quando o urânio-238 captura nêutrons emitidos pela decomposição de outros átomos de urânio-238. O plutônio é muito mais comum na Terra desde 1945 como um produto da captura de nêutrons e decaimento beta , onde alguns dos nêutrons liberados pelo processo de fissão convertem núcleos de urânio-238 em plutônio-239.

A quantidade de isótopos nas cadeias de decaimento em um determinado momento é calculada com a equação de Bateman . Tanto o plutônio-239 quanto o plutônio-241 são físseis , o que significa que podem sustentar uma reação em cadeia nuclear , levando a aplicações em armas nucleares e reatores nucleares . O plutônio-240 exibe uma alta taxa de fissão espontânea , aumentando o fluxo de nêutrons de qualquer amostra que o contenha. A presença de plutônio-240 limita a usabilidade de uma amostra de plutônio para armas ou sua qualidade como combustível de reator, e a porcentagem de plutônio-240 determina seu grau ( grau de arma, grau de combustível ou grau de reator). O plutônio-238 tem meia-vida de 87,7 anos e emite partículas alfa . É uma fonte de calor em geradores termoelétricos de radioisótopos , que são usados ​​para alimentar algumas espaçonaves . Isótopos de plutônio são caros e inconvenientes para separar, então isótopos particulares são geralmente fabricados em reatores especializados.

Produzir plutônio em quantidades úteis pela primeira vez foi uma parte importante do Projeto Manhattan durante a Segunda Guerra Mundial, que desenvolveu as primeiras bombas atômicas. As bombas Fat Man usadas no teste nuclear Trinity em julho de 1945, e no bombardeio de Nagasaki em agosto de 1945, tinham núcleos de plutônio . Experimentos de radiação humana estudando plutônio foram conduzidos sem consentimento informado , e vários acidentes de gravidade , alguns letais, ocorreram após a guerra. O descarte de resíduos de plutônio de usinas nucleares e armas nucleares desmanteladas construídas durante a Guerra Fria é uma proliferação nuclear e uma preocupação ambiental. Outras fontes de plutônio no meio ambiente são as partículas radioativas de vários testes nucleares acima do solo, agora proibidos .

A graph showing change in density with increasing temperature upon sequential phase transitions between alpha, beta, gamma, delta, delta' and epsilon phases
O plutônio tem seis alótropos à pressão ambiente: alfa  (α), beta  (β), gama  (γ), delta  (δ), delta prime  (δ ') e épsilon  (ε) [10]
cylinder of Pu metal
Um anel de armas de grau 99,96% plutônio electrorefined pura, o suficiente para um núcleo de bomba . O anel pesa 5,3 kg, tem ca. 11 cm de diâmetro e seu formato auxilia na segurança da criticidade .
A diagram illustrating the interconversions between various isotopes of uranium, thorium, protactinium and plutonium
Cadeias de urânio-plutônio e tório-urânio
Five fluids in glass test tubes: violet, Pu(III); dark brown, Pu(IV)HClO4; light purple, Pu(V); light brown, Pu(VI); dark green, Pu(VII)
Vários estados de oxidação do plutônio em solução
Black block of Pu with red spots on top and yellow powder around it
A piroforicidade do plutônio pode fazer com que pareça uma brasa brilhante sob certas condições.
Glass vial of brownish-white snow-like precipitation of plutonium hydroxide
Vinte microgramas de hidróxido de plutônio puro
Amostra de plutônio metálico exibida no museu Questacon
Elderly Seaborg in a suit
Glenn T. Seaborg e sua equipe em Berkeley foram os primeiros a produzir plutônio.
O planeta anão Plutão , após o qual o plutônio é nomeado
Tall square industrial room seen from above. Its cement walls have metal ladders and meshes, and a dozen people work on the floor.
A face do reator Hanford B em construção - o primeiro reator de produção de plutônio
Aerial shot of Hanford
O local de Hanford representa dois terços dos resíduos radioativos de alto nível do país em volume. Reatores nucleares se alinham na margem do rio em Hanford Site, ao longo do rio Columbia, em janeiro de 1960.
Two diagrams of weapon assembly. Top: "gun-type assembly method" — an elliptical shell encloses conventional chemical explosives on the left, whose detonation pushes sub-critical pieces of uranium-235 together on the right. Bottom: "implosion assembly method" — a spherical shell encloses eight high-explosive charges which upon detonation compress a plutonium charge in the core.
Por causa da presença de plutônio-240 no plutônio gerado em reator, o projeto de implosão foi desenvolvido para as armas " Fat Man " e " Trinity "
Photo of an atomic explosion mushroom cloud with a gray stem and white cap
A bomba atômica lançada em Nagasaki, Japão, em 1945, tinha um núcleo de plutônio.
Glowing cylinder of plutonium oxide standing in a circular pit
Um cilindro brilhante de 238 PuO 2
Glowing graphite cube containing plutonium-238 oxide
O gerador termoelétrico radioisótopo 238 PuO 2 do rover Curiosity
A stack of square metal plates with a side about 10 inches. In the 3-inch hole in the top plate there is a gray metal ball simulating Pu.
Uma esfera de plutônio simulado cercada por blocos de carboneto de tungstênio que refletem nêutrons em uma reconstituição do experimento de 1945 de Harry Daghlian