Плутоний-240
Изотоп плутония
Плутоний-240, 240Пу
Общий
Символ240 Пу
Именаплутоний-240, 240Pu, Pu-240
Протоны ( Z )94
Нейтроны ( N )146
Данные по нуклидам
Естественное изобилиеСлед
Период полураспада ( t 1/2 )6561(7) лет [1]
Масса изотопа240.0538135(20) [2] Да
Режимы распада
Режим распадаЭнергия распада ( МэВ )
Альфа-распад5.25575(14) [2]
Изотопы плутония
Полная таблица нуклидов

Плутоний-240 (240
Пу
или Pu-240 ) — изотоп плутония , образующийся при захвате нейтрона плутонием-239 . Обнаружение его спонтанного деления привело к его открытию в 1944 году в Лос-Аламосе и имело важные последствия для Манхэттенского проекта . [3]

240 Pu подвергается спонтанному делению как вторичный режим распада с небольшой, но значимой скоростью. Присутствие 240 Pu ограничивает использование плутония в ядерной бомбе , поскольку поток нейтронов от спонтанного деления преждевременно инициирует цепную реакцию , вызывая раннее высвобождение энергии, которая физически рассеивает ядро ​​до достижения полной имплозии . [4] [5] Он распадается путем альфа-излучения до урана-236 .

Ядерные свойства

Примерно в 62–73 % случаев, когда 239 Pu захватывает нейтрон , он подвергается делению ; в остальное время он образует 240 Pu. Чем дольше ядерный топливный элемент остается в ядерном реакторе , тем больше становится относительный процент 240 Pu в топливе.

Изотоп 240 Pu имеет примерно такое же сечение захвата тепловых нейтронов , как и 239 Pu (289,5 ± 1,4 против269,3 ± 2,9 барн ), [6] [7] но только крошечное сечение деления тепловых нейтронов (0,064 барн). Когда изотоп 240 Pu захватывает нейтрон, он примерно в 4500 раз более вероятно превратится в плутоний-241, чем разделится. В общем, изотопы с нечетными массовыми числами с большей вероятностью поглощают нейтрон и могут легче подвергаться делению при поглощении нейтрона, чем изотопы с четными массовыми числами. Таким образом, изотопы с четными массами имеют тенденцию накапливаться, особенно в тепловом реакторе .

Ядерное оружие

Неизбежное присутствие некоторого количества 240 Pu в сердечнике ядерной боеголовки на основе плутония усложняет ее конструкцию, и чистый 239 Pu считается оптимальным. [8] Это объясняется несколькими причинами:

  • 240 Pu имеет высокую скорость спонтанного деления . Одиночный случайный нейтрон, который вводится, когда ядро ​​находится в сверхкритическом состоянии, заставит его взорваться почти немедленно, даже до того, как оно будет измельчено до оптимальной конфигурации. Таким образом, присутствие 240 Pu будет случайным образом вызывать шипение , с взрывным выходом значительно ниже потенциального выхода. [8] [5]
  • Изотопы, помимо 239 Pu, выделяют значительно больше радиации, что затрудняет обращение с ними со стороны рабочих. [8]
  • Изотопы, помимо 239 Pu, производят больше тепла распада, что может вызвать искажения фазового перехода прецизионного ядра, если им позволить накапливаться. [8]

Проблема спонтанного деления была тщательно изучена учеными Манхэттенского проекта во время Второй мировой войны . [9] Это заблокировало использование плутония в ядерном оружии пушечного типа , в котором сборка делящегося материала в его оптимальную конфигурацию сверхкритической массы может занять до миллисекунды, и вызвало необходимость разработки оружия имплозивного типа , где сборка происходит за несколько микросекунд. [10] Даже при такой конструкции, перед испытанием Trinity было подсчитано , что примесь 240 Pu приведет к 12% вероятности того, что взрыв не достигнет своей максимальной мощности. [8]

Минимизация количества240
Пу
, как в оружейном плутонии (менее 7% 240 Pu) достигается путем переработки топлива всего через 90 дней использования. Такие быстрые топливные циклы крайне непрактичны для гражданских энергетических реакторов и обычно осуществляются только на специализированных реакторах для производства оружейного плутония. Плутоний из отработанного топлива гражданских энергетических реакторов обычно содержит менее 70% 239 Pu и около 26%240
Пу
, остальное состоит из других изотопов плутония, что затрудняет его использование для производства ядерного оружия. [4] [8] [11] [12] Однако в отношении конструкций ядерного оружия, представленных после 1940-х годов, ведутся серьезные споры о том, в какой степени240
Пу
создает препятствие для создания оружия; см. статью Реакторный плутоний .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Блашо, Жан; Вапстра, Аалдерт Хендрик (декабрь 2003 г.). «Нубейская оценка свойств ядра и распада». Ядерная физика А . 729 (1): 3–128. Бибкод : 2003NuPhA.729....3A. CiteSeerX  10.1.1.692.8504 . doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  2. ^ ab Audi, Жорж; Вапстра, Аалдерт Хендрик; Тибо, Кэтрин (декабрь 2003 г.). «Оценка атомной массы Ame2003». Ядерная физика А . 729 (1): 337–676. Бибкод : 2003NuPhA.729..337A. doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
  3. ^ Фарвелл, Г. В. (1990). «Эмилио Сегре, Энрико Ферми, Pu-240 и атомная бомба». Симпозиум в ознаменование 50-летия открытия трансурановых элементов .
  4. ^ ab Şahin, Sümer (1981). "Замечания о проблеме предварительного зажигания, вызванного плутонием-240, в ядерном устройстве". Nuclear Technology . 54 (1): 431–432. doi :10.13182/NT81-A32795. Энергетический выход ядерного взрывчатого вещества уменьшается на один и два порядка, если содержание 240 Pu увеличивается с 5 (почти оружейный плутоний) до 15 и 25% соответственно.
  5. ^ ab Bodansky, David (2007). "Ядерные бомбы, ядерная энергия и терроризм". Ядерная энергия: принципы, практика и перспективы . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-26931-3.
  6. ^ Mughabghab, SF (2006). Атлас нейтронных резонансов: параметры резонансов и тепловые сечения Z=1-100 . Амстердам: Elsevier. ISBN 978-0-08-046106-9.
  7. ^ "Данные по актинидам: сечения тепловых нейтронов, резонансные интегралы и факторы Уэсткотта". Ядерные данные для гарантий . Международное агентство по атомной энергии . Получено 11 сентября 2016 г.
  8. ^ abcdef Марк, Дж. Карсон; Хиппель, Фрэнк фон; Лайман, Эдвард (2009-10-30). "Взрывчатые свойства реакторного плутония" (PDF) . Наука и всеобщая безопасность . 17 (2–3): 170–185. Bibcode :2009S&GS...17..170M. doi :10.1080/08929880903368690. ISSN  0892-9882. S2CID  219716695.
  9. ^ Чемберлен, О.; Фарвелл, Г. В.; Сегре, Э. (1954). "Pu-240 и его спонтанное деление". Physical Review . 94 (1): 156. Bibcode : 1954PhRv...94..156C. doi : 10.1103/PhysRev.94.156.
  10. ^ Hoddeson, Lillian (1993). «Открытие спонтанного деления плутония во время Второй мировой войны». Исторические исследования в области физических и биологических наук . 23 (2): 279–300. doi :10.2307/27757700. JSTOR  27757700.
  11. ^ Шахин, Шумер; Лигу, Жак (1980). «Влияние спонтанного деления плутония-240 на высвобождение энергии в ядерном взрывчатом веществе». Ядерные технологии . 50 (1): 88. doi :10.13182/NT80-A17072.
  12. ^ Şahi̇n, Sümer (1978). «Влияние Pu-240 на время жизни нейтрона в ядерных взрывчатых веществах». Annals of Nuclear Energy . 5 (2): 55–58. doi :10.1016/0306-4549(78)90104-4.
  • Банк данных опасных веществ NLM – Плутоний, радиоактивный


Легче:
плутоний-239 		Плутоний-240 —
изотоп плутония .		Тяжелее:
плутоний-241
Продукт распада :
кюрий-244 ( α )
нептуний-240 ( β − ) 		Цепочка распада
плутония-240		Распады до:
урана-236 (α)
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Плутоний-240&oldid=1252558479"