plutonium

Plutonium brukes i atomvåpen og i kjernereaktorer, da i form av isotopen plutonium-239.

Isotopen plutonium-238 avgir mye energi og utgjør ikke noen helsefare utenfor kroppen. Dette gjør den egnet som en mer langvarig energikilde enn vanlige batterier. Plutonium-238 brukes derfor i termoelektriske radioisotopgeneratorer (Radioisotope Thermoelectric Generator,RTG). Disse brukes blant annet som energikilde på satellitter, og på ubemannede romsonder som drar så langt av sted at de ikke kan nyttiggjøre seg solenergien.

Også i pacemakere har plutonium-238 blitt brukt som energikilde, men er nå stort sett erstattet med litiumbaserte batterier.

I naturen er det påvist svært små mengder av isotopen plutonium-239 i uranmineraler som bekblende og carnotitt. I disse mineralene er plutonium-239 dannet ved naturlige kjernereaksjoner hvor uran-238 fanger inn nøytroner fra spontan fisjon av uran-235 og fra andre kilder. Som et resultat av slike prosesser antas plutonium å utgjøre 2·10^–19 prosent av jordskorpen.

Plutonium-244, som har den lengste halveringstiden av plutoniumisotopene, er ikke påvist, men kan forventes å finnes i ørsmå mengder i jordskorpen. Det blir anslått at konsentrasjonen av plutonium-244 kan være så lav som \(3 \times 10^{-25}\) gram per gram av jordskorpen.

Plutonium er både kjemisk giftig og radioaktivt. Rent kjemisk sett er plutonium omtrent like giftig som bly og andre tungmetaller. Det er imidlertid radioaktiviteten man er redd kan gjøre stor skade.

Plutonium sender ut alfapartikler med høy energi. Rekkevidden til alfapartikler er kort; bare noen få centimeter i luft. Det betyr at plutonium er ganske ufarlig så lenge det er utenfor kroppen. Man kan imidlertid få det inn i kroppen via mat eller ved innånding. Hvis inntaket er gjennom mat, vil svært lite tas opp i kroppen – det meste passerer rett gjennom kroppen og rekker ikke å gjøre noe skade. Det er først og fremst ved innånding av plutoniumholdig luft man kan ta skade.

Plutonium i kroppen vil samles i skjelettet, tykktarmen og leveren, og hvis det her blir høye konsentrasjoner, kan vevet skades av radioaktiviteten. I skjelettet kan ryggmargen skades, noe som hemmer dannelsen av blodceller. Radioaktiviteten er kreftfremkallende, og fra innånding av plutoniumholdig luft er det særlig faren for lungekreft man er bekymret form, men det er ikke funnet kreft hos mennesker forårsaket av plutonium i kroppen. For å redusere et eventuelt inntak kan det benyttes en sterk kompleksdanner, dietylentriaminpentaeddiksyre (DTPA).

Plutonium ble oppdaget i 1940 av amerikanerne Glenn T. Seaborg, Edwin M. Mcmillan, Joseph W. Kennedy og Arthur C. Wahl ved University of California i Berkeley. De fremstilte isotopen plutonium-238 ved å bestråle uran-238 i form av oksidet U₃O₈ med deuteroner.

Den mye viktigere isotopen plutonium-239 ble fremstilt kort tid etter ved å bestråle uran-238 med nøytroner. På denne måten fremstilte Burris B. Cunningham og Louis Werner i 1942 det første mikrogrammet av plutonium-239.

I 1943 ble de første små metallkornene av plutonium fremstilt.

Oppdagelsen av plutonium ble holdt hemmelig til andre verdenskrig var over, på grunn av mulig bruk i våpenproduksjon. Atombomben som ble sluppet over Nagasaki i Japan 9. august 1945 var en plutoniumbombe (plutonium-239).

Plutonium-239 fremstilles i store mengder i kjernereaktorer ved bestråling av uran. I uranreaktorer blir det tilnærmet dannet ett atom plutonium-239 for hvert atom uran-235 som fisjonerer. Naturlig uran inneholder bare 0,7205 prosent av isotopen uran-235. Det vil derfor dannes relativt små mengder av plutonium i reaktorer basert på naturlig uran, men brenslet er vanligvis anriket uran-235.

Plutonium skilles fra etter at reaktorbrenselet først har blitt lagret i flere måneder for at sterkt radioaktive fisjonsprodukter skal desintegrere. Separeringen består av sammensatte kjemiske prosesser (blant annet Purex-prosessen).

Metallisk plutonium fremstilles ved å redusere plutoniumtrifluorid, PuF₃, med et jordalkalimetall.

Plutonium er et metallisk og radioaktivt grunnstoff som tilhører actinoidene i periodesystemet. Plutonium i ren form er sølvfarget, mens det er gulaktig når det er oksidert.

Plutonium, særlig i pulverform, kan reagere med oksygen og vann og danne plutoniumhydrid som er selvantennelig i romtemperatur. Oppbevaring i et tørt, inert miljø er derfor nødvendig.

Plutonium i metallform finnes i seks forskjellige polymorfe modifikasjoner. Metallet er altså svært sensitivt for trykk- og temperaturendringer. β-modifikasjonen, som er stabil ved temperaturer på over 115 °C, er tilstrekkelig formbar (duktil) til at man kan bearbeide den maskinelt.

Plutonium løser seg lett i konsentrert saltsyre, men vanskelig i oksiderende syrer. I vandige løsninger kan plutonium inngå i fem forskjellige oksidasjonstrinn:

• Oksidasjonstrinn III i Pu³⁺ (blåfarget).
• Oksidasjonstrinn IV i Pu⁴⁺ (oransjebrunt).
• Oksidasjonstrinn V i plutonyl(V)ionet, PuO⁺ (svakt fiolett).
• Oksidasjonstrinn VI i plutonyl(VI)ionet, PuO₂²⁺ (oransjerødt).
• Oksidasjonstrinn VII i PuO₆^5– eller PuO₅^3– (grønn).

Oksidasjonstrinn IV er det mest stabile. Plutonium danner oksidene PuO og PuO₂ og en rekke intermediære oksidfaser.

Plutonium spiller en viktig rolle i dagens kjernekraftverk. Nær en tredel av energien som utvikles i de fleste kjernereaktorer kommer i dag fra noe av det plutoniumet som dannes i reaktoren under drift.

Det brukte kjernebrenselet inneholder rundt 1 prosent plutonium. Årlig global produksjon av plutonium i brukt kjernebrensel er rundt 70 tonn. Av det plutoniumet som gjenvinnes blir nær en tredel (1000 tonn) brukt på nytt i et MOX-brensel. MOX-brensel er en nyere form for kjernebrensel som stadig flere kjernereaktorer kan ta i bruk.

I en hurtigreaktor, også omtalt som formeringsreaktor, er plutonium det viktigste kjernebrenselet. Det dannes gradvis fra uran-238, som utgjør over 99 prosent av naturlig uran. Slike reaktorer gjør det mulig å produsere energi basert på den ikke-fissile uranisotopen U-238, noe som vil kunne forbedre utnyttelsen av tilgjengelige uranressurser betydelig.

• actinoider
• transuraner
• radioaktivitet
• plutonium i kjernekraftverk
• grunnstoff
• periodesystemet

• Periodesystemet.no: plutonium