Відкрити головне меню
Плутоній-238
Radioisotope thermoelectric generator plutonium pellet.jpg

Таблетка діоксиду плутонію-238
(застосовується в РІТЕГах),
розжарена до червоного внаслідок
значного енерговиділення в умовах
термічної ізоляції.

Загальні відомості
Назва, символ Плутоній-238,238Pu
Нейтронів 144
Протонів 94
Властивості ізотопу
Період напіврозпаду 87,7(1)[1] років
Батьківські ізотопи 238Np (β)
238Am (β+)
242Cm (α)
Продукти розпаду 234U
Атомна маса 238,0495599(20)[2] а.о.м
Спін 0+[1]
Дефект маси 46 164,7(18)[2] кеВ
Канал розпаду Енергія розпаду
α-розпад 5,59320(19)[2] МеВ
SF

Плуто́ній-238 — радіоактивний нуклід хімічного елемента плутонію з масовим числом 238. Є першим відкритим ізотопом плутонію[en]. Відкритий в 1940 році Гленном Сіборгом, Дж. Кеннеді, Артуром Валем[ru] та Едвіном Макмілланом[3] в результаті бомбардування урану-238 дейтронами[4]:

Період напіврозпаду плутонію-238 складає 87,7(1) років. Активність одного граму цього нукліду складає приблизно 633,7 ГБк.

Один грам чистого плутонію-238 генерує приблизно 0,567 Вт потужності.

Зміст

Утворення і розпадРедагувати

Плутоній-238 утворюється в результаті наступних розпадів:

 
 
 

Розпад плутонію-238 відбувається в наступних напрямках:

 
енергія випромінюваних α-частинок 5 456,3 кеВ (в 28,98% випадків) і 5 499,03 кеВ (в 70,91% випадків)[5].

ОтриманняРедагувати

Плутоній-238 утворюється в будь-якому ядерному реакторі, який працює на природному або малозбагаченому урані, що містить в основному ізотоп 238U. При цьому відбуваються наступні ядерні реакції[4][6]:

 
 
 

Вагомі кількості ізотопно чистого плутонію-238 отримують шляхом опромінення нейтронами нептунію-237, який, в свою чергу, добувають з відпрацьованого ядерного палива[6].

Ціна одного кілограму плутонію-238 складає приблизно 1 млн доларів США[7].

ЗастосуванняРедагувати

Плутоній-238 використовують в малогабаритних радіоізотопних джерелах енергії (наприклад, в РІТЕГах)[6]. Раніше (до появи літієвих батарей[8]) використовувався в кардіостимуляторах.[9][10]

США використовували РІТЕГи з плутонієм-238 на 24 космічних апаратах, включаючи Вояджери та Кассіні.[11]

Зокрема плутонієві джерела живлення для космічних апаратів містили таку кількість ізотопу[12]:

ВиробництвоРедагувати

В США виробництво ізотопу плутонію-238 було зупинено 1988 року (Саванна Рівер).[14] Міністерство енергетики США підписало в 1992 році п'ятирічний договір про купівлю ізотопу в Росії в обсязі 10 кг із можливістю збільшення поставок до 40 кг. В рамках договору укладалися декілька контрактів, угоду продовжували. В 2009 році поставки були перервані через реструктуризацію російської ядерної промисловості.[15]

Починаючи з 1993 року, більшість РІТЕГів на американських космічних апаратах використовували ізотоп, куплений в Росії. За станом на 2005 рік було закуплено близько 16,5 кг.[16][17]

2009 року Міністерство енергетики США (DOE) надали запит на фінансування відновлення виробництва ізотопу на території США.[18][19] Вартість проекту оцінювалася в 75—90 мільйонів доларів за п'ять років[20]. Фінансування проекту було розділено між DOE та NASA[20]. Конгрес надав NASA по 10 мільйонів у 2011 і 2012 роках,[20] але відмовив у фінансуванні DOE[20].

2013 року Ок-Риджська національна лабораторія (штат Теннесі) почала виробництво плутонію-238, з проектною потужністю в 1,5—2 кілограми ізотопу на рік[21][22][23].


ПриміткиРедагувати

  1. а б в г д е ж G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. Nuclear Physics A 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (англ.)
  2. а б в г G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.. Nuclear Physics A 729: 337—676. Bibcode:2003NuPhA.729..337A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. (англ.)
  3. Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — М. : Высшая Школа, 1991. — С. 407.(рос.)
  4. а б Милюкова М.С., Гусев Н.И., Сентюрин И.Г., Скляренко И.С. Аналитическая химия плутония. — М. : «Наука», 1965. — С. 7-12. — (Аналитическая химия элементов) — 3400 прим.(рос.)
  5. Властивості 238Pu на сайті МАГАТЕ (IAEA, International Atomic Energy Agency)[недоступне посилання з червень 2019]
  6. а б в Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М. : Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 50 000 прим. — ISBN 5—85270—039—8.(рос.)
  7. Тимошенко, Алексей (2010-10-12). Обама открыл «частникам» дорогу в космос (ru). gzt.ru. Архів оригіналу за 2010-10-15. Процитовано 2010-10-22. (рос.)
  8. http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/dimensions/issue7/pacemaker.html «Eventually, modern lithium-ion batteries replaced the plutonium ones. Lithium-ion batteries are still used to power pacemakers today.»(англ.)
  9. Plutonium Powered Pacemaker (1974)(англ.)
  10. Facts about pacemakers(англ.)
  11. [1] «The decay heat of Pu-238 (0.56 W/g) enables its use as an electricity source in the radioisotope thermoelectric generators (RTGs) of some cardiac pacemakers, space satellites, navigation beacons, etc. Plutonium has powered 24 US space … Voyager … Cassini spacecraft carries three generators providing 870 watts power as it orbits around Saturn.»(англ.)
  12. НАСА испытывает острый дефицит плутония-238 для источников питания КА(рос.)
  13. Mars Science Laboratory Launch Nuclear Safety. NASA/JPL/DoE. March 2, 2011. Архів оригіналу за 2012-08-17. Процитовано November 28, 2011. (англ.)
  14. Economical Production of Pu - 238: Feasibility Study. Center for Space Nuclear Research. Архів оригіналу за 2013-07-02. Процитовано 2013-03-19. (англ.)
  15. Plutonium-238 Production for NASA Radioisotope Power Systems // Cryptome, Federal Register Volume 78, Number 6 (January 9, 2013), [FR Doc No: 2013-00239
  16. Commonly Asked Questions About Radioisotope Power Systems. Idaho National Laboratory. July 2005. Архів оригіналу за 2013-07-02. Процитовано 2011-10-24. (англ.)
  17. Plutonium-238 Production Project. Department of Energy. 5 February 2011. Архів оригіналу за 3 лютий 2012. Процитовано 2 July 2012. (англ.)
  18. Plutonium Shortage Could Stall Space Exploration. NPR. Архів оригіналу за 2013-07-02. Процитовано 2011-09-19. (англ.)
  19. Greenfieldboyce, Nell. «The Plutonium Problem: Who Pays For Space Fuel?» NPR, 8 November 2011.(англ.)
  20. а б в г Wall, Mike (2012-04-06). Plutonium Production May Avert Spacecraft Fuel Shortage. Space.com. Архів оригіналу за 2013-07-02. Процитовано 2012-07-02. (англ.)
  21. РИТЭГ: «сердца» космических роботов, или оружие террористов? // Голос Америки, 27.08.2013(рос.)
  22. NASA отказалось от эффективного ядерного источника энергии — усовершенствованного радиоизотопного термоэлектрического генератора Стирлинга (ASRG — Advanced Stirling Radioisotope Generator) // Попмеханика, 25 ноября 2013(рос.)
  23. U.S. To Restart Plutonium Production for Deep Space Exploration // Universe Today, March 20, 2013(англ.)

ПосиланняРедагувати