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Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Plutonium

Plutonium

Plutonium ist ein chemisches Element, in der Regel künstlichen Ursprungs, das als Kernbrennstoff bei der Herstellung von Atomwaffen verwendet wird.

Das Symbol dieses chemischen Elements ist Pu und seine Ordnungszahl ist 94. Es ist ein Element, das zur Reihe der Aktiniden gehört. Plutonium hat 16 Isotope, die alle radioaktiv sind. Das Element ist ein Silbermetall und hat 5 verschiedene Kristallstrukturen.

Chemisch gesehen ist Plutonium ein sehr aktives Material. Mit Ausnahme von Edelgasen kann es mit allen nichtmetallischen Elementen Verbindungen eingehen. Das Metall löst sich in Säuren auf und reagiert mit Wasser, obwohl es im Vergleich zu Säuren mäßig ist.

Obwohl Spuren in der Natur zu finden sind, sind alle Plutoniumisotope künstlichen Ursprungs.

Plutoniumisotope

Das Isotop mit dem höchsten chemischen Interesse ist Plutonium-239. Es entsteht in Kernreaktoren. Es ist ein spaltbares Isotop, kann aber auch Neutronen einfangen, um überlegene Isotope zu bilden. Auf dem Gebiet der Kernenergie wird Plutionio-239 als Kernbrennstoff zur Herstellung radioaktiver Isotope für Forschungszwecke und als spaltbarer Wirkstoff in Kernwaffen verwendet.

Plutonium-238 wird in Wärmequellen für Weltraumanwendungen, thermoelektrischen Wärmeerzeugern und in Herzschrittmachern verwendet.

Ein wichtiges Merkmal vieler Isotope des Plutoniums ist, dass sie das Phänomen der spontanen Spaltung aufweisen, bei dem der Atomkern spontan geteilt werden kann, ohne dass ein Neutron beschossen werden muss.

Herkunft und Beschaffung

Plutonium wird durch Verbrennen von Kernbrennstoff gewonnen, der in herkömmlichen Kernreaktoren verbrannt wird. Der bestrahlte Brennstoff aus Kernreaktoren besteht hauptsächlich aus Uran (mit einem Anteil von ungefähr 96%) und Plutonium (mit einem Anteil von etwas weniger als 1%).

Der abgebrannte Brennstoff kann langfristig auf zwei verschiedene Arten gehandhabt werden:

  • Zyklusverwaltung öffnen. Im offenen Kreislauf wird abgebrannter Brennstoff ab dem Moment der Entladung aus dem Reaktor als radioaktiver Abfall mit hoher Aktivität betrachtet und dauerhaft gelagert.
  • Kreislaufwirtschaft. Der geschlossene Kreislauf besteht darin, die abgebrannten Brennelemente einem mechanisch-chemischen Prozess zu unterziehen, der als Wiederaufbereitung oder Wiederaufbereitung bezeichnet wird und die Trennung von Uran und Plutonium ermöglicht, die noch Spalt- und Transuranprodukte enthalten. Das zurückgewonnene Uran und Plutonium werden zur Herstellung neuer Brennelemente und Spaltprodukte verwendet, und Transurane bilden den hochaktiven Atommüll.

Verwendung von Plutonium

Die wichtigsten Verwendungen von Plutonium hängen von zwei seiner Eigenschaften ab. Erstens erzeugt die emittierte Strahlung viel Wärme und Wärmeenergie. Tatsächlich gibt Plutonium so viel Wärme ab, dass sich das Metall beim Berühren warm anfühlt. Wenn ein großes Stück Plutonium in das Wasser gegeben wird, kann die freigesetzte Wärme das Wasser zum Kochen bringen.

Plutonium liefert elektrische Energie in Raumsonden und Raumfahrzeugen.

Die Fähigkeit von Plutonium, Wärme zu erzeugen, macht es zu einem idealen Material für den Einsatz in thermoelektrischen Generatoranwendungen. Ein thermoelektrischer Generator ist ein Gerät, das Wärme in Elektrizität umwandelt. Die Stromerzeugung mit einem solchen Generator ist in großem Maßstab nicht praktikabel. Auf jeden Fall sind sie unter bestimmten Bedingungen sehr interessant. Diese thermoelektrischen Generatoren wurden in künstlichen Schrittmachern für Menschen mit Herzbeschwerden verwendet. Das am häufigsten verwendete Isotop für diese Anwendung ist Plutonium-238, da die von ihm emittierte Strahlung keine Gefahr für die Gesundheit der Menschen darstellt.

Plutonium wird auch als Brennstoff in Kernkraftwerken und bei der Herstellung von Atomwaffen ("Atombomben") verwendet. Das zu diesem Zweck verwendete Isotop ist Plutonium-239. Es wird verwendet, weil es eine Kernspaltung erleiden wird. Sehr wenige Isotope werden eine Kernspaltung erleiden.

Rolle von Plutonium in Kernreaktoren

Da Plutonium im Brennstoff von Kernreaktoren erzeugt wird, spaltet es sich auch und kooperiert mit Uran bei der Energieerzeugung. Während des Prozesses entstehen auch andere Isotope; Einige sind Neutronenabsorber und andere spaltbare Isotope.

Abhängig von der Bestrahlungszeit oder dem Verbrennungsgrad, bei dem der Anteil dieser Plutoniumisotope im Brennstoff erreicht wird. Bei reduzierten Verbrennungen ist der Anteil an spaltbaren Isotopen sehr hoch, bei hohen Verbrennungen ist dieser Anteil reduziert.

In kommerziellen Kernreaktoren verbleiben die brennbaren Elemente für eine lange Zeit im Reaktor, bis die Anreicherung von Spaltprodukten und der Verbrauch von spaltbarem Material ihren Beitrag zum Betrieb des Reaktors aufheben.

Management von zurückgewonnenem Plutonium in Kernreaktoren

In abgebrannten Brennelementen verbleiben zwischen 7 und 8 Kilogramm pro Tonne unverbranntes Plutonium. Dieses bei der Wiederaufbereitung zurückgewonnene Plutonium kann verwendet werden, um Uran-235 in Kernbrennstoffen zu ersetzen und gemischte Uranoxid- und Plutoniumoxid-Pellets (MOX-Brennstoff) herzustellen.

MOX-Brennstoff kann angereicherten Uranbrennstoff in Leichtwasser-Kernreaktoren ersetzen.

Gesundheitsgefahr

Plutonium ist radioaktiv und giftig. Aber obwohl es manchmal in den Medien als die giftigste Substanz beschrieben wurde, die dem Menschen bekannt ist, gibt es Substanzen, die viel mehr sind. Der Radius des natürlichen Vorkommens ist etwa 200-mal radiotoxischer, und einige organische Toxine wie Botulinumtoxin sind milliardenfach toxischer.

Die Hauptart der emittierten Strahlung (Alphastrahlung) passiert kein Blatt Papier, dh eine dünne Materialschicht kann die Strahlung stoppen. Es kann nicht die Haut überqueren.

Was Plutonium wirklich gefährlich macht, ist seine Radiotoxizität. Die beim Verschlucken oder Einatmen emittierte Strahlung (Alphastrahlung) kann Lungenkrebs oder andere Krebsarten verursachen, je nachdem, wo sie im Körper abgelagert ist. In erheblich größeren Mengen können sie bei Verschlucken oder Einatmen akute Strahlenvergiftungen verursachen und zum Tod führen.

Dieses Material wird seit langem zur Herstellung von Atom- und Sprengwaffen verwendet. Bei atmosphärischen Tests von Atombomben sind große Mengen radioaktiven Materials freigesetzt worden, die anschließend auf den Boden fallen und sich absetzen.

Es ist unwahrscheinlich, dass Menschen Plutonium ausgesetzt sind, aber manchmal ist dies auf versehentliche Undichtigkeiten während des Gebrauchs, des Transports oder der Entsorgung zurückzuführen.

Beim Atmen kann Plutonium in der Lunge verbleiben oder sich zu den Knochen oder anderen Organen bewegen. Es bleibt in der Regel lange im Körper und setzt das Gewebe des Körpers kontinuierlich der Strahlung aus. Nach einigen Jahren kann dies zur Entstehung von Krebs führen.

Plutonium kann die Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten beeinträchtigen, und seine Radioaktivität kann zu Fortpflanzungsstörungen führen.

Umwelteinflüsse

Plutonium ist natürlich in sehr geringen Mengen vorhanden. Das Element hat jedoch andere Eintrittswege in die Umwelt durch Leckagen von Kernreaktoren, Atomwaffenproduktionsanlagen und Forschungseinrichtungen. Besonders bei Atomwaffentests.

Plutonium kann durch versehentliches Auslaufen und Verschütten radioaktiver Abfälle in Oberflächengewässer gelangen. Der Boden kann bei Atomwaffentests durch radioaktiven Regen mit radioaktivem Material kontaminiert werden. Das Material bewegt sich langsam den Boden hinunter zum Grundwasser. Pflanzen absorbieren geringe Mengen dieses Materials, aber diese Mengen sind nicht hoch genug, um eine Biomagnifikation von Plutonium in der Nahrungskette oder eine Akkumulation in tierischen Körpern zu verursachen. 

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Referenzen

Yosoynuclear - Preguntas y respuestas sobre el plutonio

Lenntech - Plutonio - Pu

Geändert am: 1. August 2019