Plutonium ist ein chemisches Element, das als Kernbrennstoff bei der Herstellung von Atomwaffen verwendet wird. Obwohl Spuren in der Natur zu finden sind, sind alle Plutoniumisotope künstlichen Ursprungs.
Das erste Mal, dass signifikante Mengen an Plutonium produziert wurden, war während des Zweiten Weltkriegs im Rahmen des Manhattan-Projekts. Der Zweck dieses Projekts war es, genügend Material herzustellen, um die Kernenergie zur Entwicklung einer Atombombe zu nutzen.
Plutonium im Periodensystem
Plutonium (mit dem Symbol Pu) ist Element 93 des Periodensystems, dh seine Ordnungszahl beträgt 94.
Es ist ein chemisches Element, das zur Reihe der Aktiniden gehört. Plutonium hat 16 Isotope, die alle radioaktiv sind. Physikalisch ist Plutonium ein silbriges Metall und hat 5 verschiedene Kristallstrukturen.
Chemisch gesehen ist es ein sehr aktives Material, das mit allen nichtmetallischen Elementen außer Edelgasen Verbindungen eingehen kann. Metall löst sich in Säuren und reagiert mit Wasser, wenn auch mäßig im Vergleich zu Säuren.
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Atommasse |
244 u |
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Normalzustand |
Fest |
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Dichte |
19816 kg / m3 |
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Schmelzpunkt |
912,5 K (639 ° C) |
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Siedepunkt |
3505 K (3232 ° C) |
Plutonium-239 und andere Isotope
Plutonium-239 ist ein spaltbares Isotop von Plutonium, das aus 145 Protonen und 54 Neutronen besteht. Es ist das Isotop, das hauptsächlich zur Herstellung von Atomwaffen verwendet wird, aber auch als Kernbrennstoff in Leistungsreaktoren und in Forschungsprojekten verwendet wird.
Ein weiteres wichtiges Isotop ist Plutonium-238, das in Wärmequellen für Weltraumanwendungen, thermoelektrischen Wärmegeneratoren und in Herzschrittmachern verwendet wird.
Woher wird Plutonium gewonnen?
Plutonium wird durch Verbrennen von Kernbrennstoff in konventionellen Kernreaktoren hergestellt. Der bestrahlte Brennstoff von Kernreaktoren besteht hauptsächlich aus Uran (mit einem Anteil von ca. 96%) und Plutonium (mit einem Anteil von etwas weniger als 1%).
Abgebrannter Brennstoff kann langfristig auf zwei verschiedene Arten verwaltet werden:
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Offenes Zyklusmanagement. Abgebrannte Brennelemente gelten im offenen Kreislauf ab dem Zeitpunkt ihrer Entladung aus dem Reaktor als hochaktiver radioaktiver Abfall und werden dauerhaft gelagert.
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Closed-Loop-Management. Der geschlossene Kreislauf besteht darin, die abgebrannten Brennelemente einem mechanisch-chemischen Prozess zu unterziehen, der als Wiederaufarbeitung oder Wiederaufarbeitung bezeichnet wird und die Trennung von Uran und Plutonium, die noch Spalt- und Transuranprodukte enthalten, ermöglicht. Aus dem gewonnenen Uran und Plutonium wird neuer Brennstoff hergestellt.
Verwendung von Plutonium, wofür ist es?
Die Hauptverwendungszwecke von Plutonium sind wie folgt:
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Kernbrennstoff für Kernkraftwerke.
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Thermoelektrische Radiosiope-Generatoren . Ein thermoelektrischer Generator ist ein Gerät, das Wärme in Strom umwandelt. Diese großangelegte Technologie ist unpraktisch, aber nützlich bei bestimmten Anwendungen wie künstlichen Herzschrittmachern, Raumsonden und Raumfahrzeugen. Plutonium-238 wird in dieser Anwendung verwendet, da die von ihm emittierte Strahlung keine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellt.
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Herstellung von Atombomben. Das hierfür verwendete Isotop ist Plutonium-239. Es wird verwendet, weil es einer Kernspaltung unterzogen wird. Nur sehr wenige Isotope werden einer Kernspaltung unterzogen.
Management von zurückgewonnenem Plutonium in Kernreaktoren
Da Plutonium im Brennstoff von Kernreaktoren erzeugt wird, spaltet es auch und hilft Uran bei der Energieerzeugung.
In abgebrannten Brennelementen verbleiben zwischen 7 und 8 Kilogramm pro Tonne unverbranntes Plutonium. Dieses bei der Wiederaufarbeitung gewonnene Plutonium kann als Ersatz für Uran-235 in Kernbrennstoffen verwendet werden, um Pellets aus gemischtem Uranoxid und Plutoniumoxid (MOX-Brennstoff) herzustellen.
MOX-Brennstoff kann in Leichtwasser-Kernreaktoren angereicherten Uran-Brennstoff ersetzen.
Gesundheitliche Auswirkungen von Plutonium
Plutonium ist ein giftiges und radioaktives chemisches Element. Die Hauptstrahlungsart ist die Alphastrahlung, die die Haut nicht durchdringen kann.
Die Gefahr von Plutonium ist durch seine Radiotoxizität gegeben. Verschluckte oder eingeatmete Alpha-Partikel können die Ursache für Lungenkrebs oder andere Krebsarten sein. In großen Mengen können sie zu akuten Strahlenvergiftungen oder sogar zum Tod führen.
Sobald Plutonium in den Körper eingedrungen ist, bleibt es für lange Zeit.
Die Wahrscheinlichkeit, dass Menschen Plutonium ausgesetzt sind, ist sehr gering. Wenn dies passiert, ist es normalerweise auf Ihre Manipulation zurückzuführen.