Плутоний-238
Плутоний-238 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() Таблетка диоксида плутония-238 (применяется в РИТЭГах), раскаленная докрасна вследствие значительного энерговыделения в условиях термической изоляции. | |||||||
Название, символ | Плутоний-238, 238Pu | ||||||
Нейтронов | 144 | ||||||
Свойства нуклида | |||||||
Атомная масса | 238,0495599(20)[1] а. е. м. | ||||||
Дефект массы | 46 164,7(18)[1] кэВ | ||||||
Удельная энергия связи (на нуклон) | 7 568,354(8)[1] кэВ | ||||||
Период полураспада | 87,7(1)[2] лет | ||||||
��родукты распада | 234U | ||||||
Родительские изотопы |
238Np (β−) 238Am (β+) 242Cm (α) |
||||||
Спин и чётность ядра | 0+[2] | ||||||
|
|||||||
Таблица нуклидов | |||||||
![]() |
Плуто́ний-238 (англ. plutonium-238) — радиоактивный нуклид химического элемента плутония с атомным номером 94 и массовым числом 238. Является первым открытым изотопом плутония. Был открыт в 1940 году Гленом Сиборгом, Дж. Кеннеди, Артуром Валем и Э. М. Макмилланом[3] в результате бомбардировки урана-238 дейтронами[4]:
Период полураспада плутония-238 составляет 87,7(1) года. Плутоний-238 является практически чистым альфа-излучателем. Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 633,7 ГБк.
Один грамм чистого плутония-238 генерирует приблизительно 0,567 Вт мощности.
Образование и распад
[править | править код]Плутоний-238 образуется в результате следующих распадов:
Распад плутония-238 происходит по следующим направлениям:
энергия испускаемых α-частиц 5 456,3 кэВ (в 28,98 % случаев) и 5 499,03 кэВ (в 70,91 % случаев)[5].
- Спонтанное деление (вероятность 1,9(1)⋅10−7 %)[2];
Получение
[править | править код]Плутоний-238 образуется в любом ядерном реакторе, работающем на природном или малообогащённом уране, содержащем в основном изотоп 238U. При этом происходят следующие ядерные реакции[4][6]:
Весовые количества чистого плутония-238 получают путём облучения нейтронами нептуния-237, который, в свою очередь, добывают из отработанного ядерного топлива[6].
Цена одного килограмма плутония-238 составляет примерно 2,5 млн долларов США[7].
Применение
[править | править код]Плутоний-238 используют в радиоизотопных источниках энергии (например, в РИТЭГах)[6]. Ранее (до появления литиевых батарей[8]) использовались в кардиостимуляторах[9][10].
США использовали РИТЭГ-и с плутонием-238 на примерно 30 космических аппаратах НАСА, включая «Вояджеры» и «Кассини». Так, космический аппарат «Кассини» содержал три РИТЭГ-а с 33 килограммами диоксида плутония-238, которые обеспечивали генерацию 870 ватт электрической мощности[11]. Марсоходы «Кьюриосити» и "Персеверанс" несут РИТЭГ-и MMRTG с 4,8 кг плутония-238, обеспечивающие 125 Вт электрической мощности[12]. Кроме электрической генерации, РИТЭГ-и своим тепловыделением поддерживают тепловой баланс космических аппаратов и роверов. Также, в аппаратах "Соджорнер", "Спирит" и "Опортьюнити" использовались радиоизотопные источники тепла размером с гальванический элемент типоразмера D для поддержания теплового режима работы электронной аппаратуры, в том числе и цифровых вычислительных машин. Также, атмосферный зонд автоматической межпланетной станции "Галилео" обладал подобными источниками тепла.
Производство
[править | править код]В США производство изотопа плутония-238 было остановлено в 1988 году (Саванна Ривер)[13]. Министерство энергетики США подписало в 1992 году пятилетний договор о покупке изотопа у России в объёме 10 кг и возможностью увеличения поставок не более чем до 40 кг. В рамках договора заключалось несколько контрактов, соглашение продлевалось. В 2009 году поставки были прерваны из-за реструктуризации российской ядерной промышленности[14].
Начиная с 1993 года, большинство РИТЭГов на американских космических аппаратах используют изотоп, приобретаемый у России. По состоянию на 2005 год было закуплено примерно 16,5 кг[15][16].
В 2009 Министерство энергетики США запросило финансирование на возобновление производства изотопа на территории США[17][18]. Стоимость проекта оценивалась в 75—90 миллионов долларов за пять лет[19] Финансирование проекта разделено между Министерством энергетики и NASA[19]. Конгресс предоставил NASA по 10 миллионов в 2011 и 2012 годах[19], но отказал в финансировании Министерству энергетики[19].
В 2013 году Национальная лаборатория Оук-Ридж (штат Теннеси) начала производство плутония-238 с проектной мощностью в 1,5—2 килограмма изотопа в год[20][21][22].
См. также
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 3 4 5 Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — .
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — .
- ↑ Волков В. А., Вонский Е. В., Кузнецова Г. И. Выдающиеся химики мира. — М.: Высшая Школа, 1991. — С. 407. — 656 с.
- ↑ 1 2 Милюкова М. С., Гусев Н. И., Сентюрин И. Г., Скляренко И. С. Аналитическая химия плутония. — М.: «Наука», 1965. — С. 7—12. — 454 с. — (Аналитическая химия элементов). — 3400 экз.
- ↑ Свойства 238Pu на сайте МАГАТЭ (IAEA, International Atomic Energy Agency) (недоступная ссылка)
- ↑ 1 2 3 Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.
- ↑ Тимошенко, Алексей (2010-10-12). "Обама открыл «частникам» дорогу в космос". gzt.ru. Архивировано из оригинала 15 октября 2010. Дата обращения: 22 октября 2010.
- ↑ http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/dimensions/issue7/pacemaker.html Архивная копия от 20 марта 2015 на Wayback Machine «Eventually, modern lithium-ion batteries replaced the plutonium ones. Lithium-ion batteries are still used to power pacemakers today»
- ↑ Plutonium Powered Pacemaker (1974) . Дата обращения: 29 августа 2012. Архивировано 22 августа 2011 года.
- ↑ Facts about pacemakers . Дата обращения: 29 августа 2012. Архивировано 18 марта 2021 года.
- ↑ Plutonium. Архивная копия от 18 августа 2015 на Wayback Machine World Nuclear Association.
- ↑ Mars rover fueled by Russian plutonium Архивная копия от 19 декабря 2014 на Wayback Machine // fuelfix.com, August 21, 2012
- ↑ Economical Production of Pu - 238: Feasibility Study . Center for Space Nuclear Research. Дата обращения: 19 марта 2013. Архивировано 2 июля 2013 года.
- ↑ Plutonium-238 Production for NASA Radioisotope Power Systems // Cryptome, Federal Register Volume 78, Number 6 (January 9, 2013), [FR Doc No: 2013-00239
- ↑ Commonly Asked Questions About Radioisotope Power Systems . Idaho National Laboratory (июль 2005). Дата обращения: 24 октября 2011. Архивировано из оригинала 2 июля 2013 года.
- ↑ Plutonium-238 Production Project . Department of Energy (5 февраля 2011). Дата обращения: 2 июля 2012. Архивировано из оригинала 3 февраля 2012 года.
- ↑ Plutonium Shortage Could Stall Space Exploration . NPR. Дата обращения: 19 сентября 2011. Архивировано 2 июля 2013 года.
- ↑ Greenfieldboyce, Nell. «The Plutonium Problem: Who Pays For Space Fuel?» Архивная копия от 17 марта 2021 на Wayback Machine NPR, 8 November 2011
- ↑ 1 2 3 4 Wall, Mike Plutonium Production May Avert Spacecraft Fuel Shortage . Space.com (6 апреля 2012). Дата обращения: 2 июля 2012. Архивировано 2 июля 2013 года.
- ↑ РИТЭГ: «сердца» космических роботов, или оружие террористов? Архивная копия от 24 сентября 2015 на Wayback Machine // Голос Америки, 27.08.2013
- ↑ NASA отказалось от эффективного ядерного источника энергии — усовершенствованного радиоизотопного термоэлектрического генератора Стирлинга (ASRG — Advanced Stirling Radioisotope Generator) Архивная копия от 24 сентября 2015 на Wayback Machine // Популярная механика, 25 ноября 2013
- ↑ U.S. To Restart Plutonium Production for Deep Space Exploration Архивная копия от 15 сентября 2015 на Wayback Machine // Universe Today, March 20, 2013
Ссылки
[править | править код]- Ave Mosher, Timeline: Plutonium-238′s Hot and Twisted History Архивная копия от 26 февраля 2014 на Wayback Machine // Wired, 2013-09-19 (англ.)