โลหะนี้เรียกว่าล้ำค่า แต่ไม่ใช่เพื่อความสวยงาม แต่เพื่อสิ่งที่ไม่สามารถทดแทนได้ ในตารางธาตุของ Mendeleev องค์ประกอบนี้ครอบครองเซลล์หมายเลข 94 ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์จึงปักหมุดความหวังที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของพวกเขาและเป็นพลูโตเนียมที่พวกเขาเรียกว่าโลหะที่อันตรายที่สุดสำหรับมนุษยชาติ
พลูโทเนียม: คำอธิบาย
มีลักษณะเป็นโลหะสีเงินขาว มีกัมมันตภาพรังสีและสามารถแสดงอยู่ในรูปของไอโซโทป 15 ไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตต่างกัน เช่น
- Pu-238 – ประมาณ 90 ปี
- Pu-239 – ประมาณ 24,000 ปี
- Pu-240 – 6580 ปี
- Pu-241 – 14 ปี
- Pu-242 - 370,000 ปี
- Pu-244 – ประมาณ 80 ล้านปี
โลหะนี้ไม่สามารถสกัดได้จากแร่ เนื่องจากเป็นผลจากการเปลี่ยนรูปกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียม
พลูโตเนียมได้มาอย่างไร?
การผลิตพลูโตเนียมจำเป็นต้องมีฟิชชันของยูเรเนียม ซึ่งสามารถทำได้ในเท่านั้น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์- ถ้าเราพูดถึงการมีอยู่ของธาตุปูอิน เปลือกโลกดังนั้นแร่ยูเรเนียม 4 ล้านตันจะมีพลูโทเนียมบริสุทธิ์เพียง 1 กรัมเท่านั้น และกรัมนี้เกิดจากการจับนิวตรอนตามธรรมชาติโดยนิวเคลียสยูเรเนียม ดังนั้น เพื่อให้ได้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์นี้ (โดยปกติคือไอโซโทป 239-Pu) ในปริมาณหลายกิโลกรัม จึงต้องใช้เชื้อเพลิงเชิงซ้อน กระบวนการทางเทคโนโลยีในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
คุณสมบัติของพลูโตเนียม
พลูโทเนียมโลหะกัมมันตภาพรังสีมีคุณสมบัติทางกายภาพดังต่อไปนี้:
- ความหนาแน่น 19.8 กรัม/ซม.3
- จุดหลอมเหลว – 641°C
- จุดเดือด – 3232°C
- การนำความร้อน (ที่ 300 K) – 6.74 W/(m · K)
พลูโตเนียมมีกัมมันตภาพรังสี จึงทำให้รู้สึกอุ่นเมื่อสัมผัส นอกจากนี้โลหะนี้ยังมีลักษณะการนำความร้อนและไฟฟ้าต่ำที่สุด พลูโตเนียมเหลวเป็นโลหะที่มีความหนืดมากที่สุดในบรรดาโลหะที่มีอยู่ทั้งหมด
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของพลูโทเนียมเพียงเล็กน้อยทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของสารในทันที โดยทั่วไป มวลของพลูโทเนียมเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เนื่องจากนิวเคลียสของโลหะนี้อยู่ในสถานะฟิชชันคงที่เป็นนิวเคลียสและนิวตรอนที่มีขนาดเล็กลง มวลวิกฤตของพลูโตเนียมเป็นชื่อที่ตั้งให้กับมวลขั้นต่ำของสารฟิสไซล์ที่ยังคงมีฟิชชัน (ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์) ได้ ตัวอย่างเช่น มวลวิกฤตของพลูโตเนียมเกรดอาวุธคือ 11 กิโลกรัม (สำหรับการเปรียบเทียบ มวลวิกฤติของยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงคือ 52 กิโลกรัม)
ยูเรเนียมและพลูโตเนียมเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์หลัก เพื่อให้ได้พลูโตเนียมในปริมาณมาก จะมีการใช้เทคโนโลยีสองประการ:
- การฉายรังสียูเรเนียม
- การฉายรังสีของธาตุทรานยูเรเนียมที่ได้จากเชื้อเพลิงใช้แล้ว
ทั้งสองวิธีแสดงถึงการแยกพลูโทเนียมและยูเรเนียมอันเป็นผลมาจากการไหล ปฏิกิริยาเคมี.
| พลูโตเนียม | |
|---|---|
| เลขอะตอม | 94 |
| รูปร่างสารง่ายๆ | |
| คุณสมบัติของอะตอม | |
| มวลอะตอม (มวลฟันกราม) |
244.0642 ก. อีเอ็ม (/mol) |
| รัศมีอะตอม | 151 น |
| พลังงานไอออไนเซชัน (อิเล็กตรอนตัวแรก) |
491.9(5.10) กิโลจูล/โมล (eV) |
| การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ | 5f 6 7s 2 |
| คุณสมบัติทางเคมี | |
| รัศมีโควาเลนต์ | ไม่ระบุ |
| รัศมีไอออน | (+4e) 93 (+3e) 222.00 น |
| อิเล็กโทรเนกาติวีตี้ (ตามพอลลิ่ง) |
1,28 |
| ศักยภาพของอิเล็กโทรด | ปู←ปู 4+ -1.25V ปู←ปู 3+ -2.0V ปู←ปู 2+ -1.2V |
| สถานะออกซิเดชัน | 6, 5, 4, 3 |
| คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของสารอย่างง่าย | |
| ความหนาแน่น | 19.84 /ซม.3 |
| ความจุความร้อนของกราม | 32.77 J/(โมล) |
| การนำความร้อน | (6.7) มี/( ·) |
| จุดหลอมเหลว | 914 |
| ความร้อนของการหลอมละลาย | 2.8 กิโลจูล/โมล |
| จุดเดือด | 3505 |
| ความร้อนของการกลายเป็นไอ | 343.5 กิโลจูล/โมล |
| ปริมาณฟันกราม | 12.12 ซม.ลบ./โมล |
| โครงตาข่ายคริสตัลของสารธรรมดา | |
| โครงสร้างขัดแตะ | โมโนคลินิก |
| พารามิเตอร์ขัดแตะ | ก=6.183 ข=4.822 ค=10.963 β=101.8 |
| อัตราส่วน c/a | — |
| อุณหภูมิเดบาย | 162 |
พลูโตเนียม- องค์ประกอบทางเคมีกัมมันตภาพรังสีของกลุ่มแอกติไนด์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิต อาวุธนิวเคลียร์(ที่เรียกว่า "พลูโตเนียมเกรดอาวุธ") และ (ในเชิงทดลอง) ด้วย เชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อวัตถุประสงค์ทางแพ่งและการวิจัย องค์ประกอบประดิษฐ์ชิ้นแรกที่ได้รับในปริมาณที่สามารถชั่งน้ำหนักได้ (1942)
ตารางทางด้านขวาแสดงคุณสมบัติหลักของ α-Pu ซึ่งเป็นการดัดแปลงพลูโทเนียมแบบ allotropic หลักที่อุณหภูมิห้องและความดันปกติ
ประวัติความเป็นมาของพลูโตเนียม
ไอโซโทปพลูโตเนียม 238 Pu ผลิตขึ้นครั้งแรกเมื่อวันที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2484 โดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่นำโดย Glenn Seaborg โดยการฉายรังสีนิวเคลียส ยูเรเนียมดิวเทอรอน เป็นที่น่าสังเกตว่าหลังจากการผลิตเทียมเท่านั้นที่ค้นพบพลูโทเนียมในธรรมชาติ: ในปริมาณเล็กน้อย 239 Pu มักจะพบในแร่ยูเรเนียมซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากการเปลี่ยนแปลงของกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียม
การค้นพบพลูโตเนียมในธรรมชาติ
ในแร่ยูเรเนียม ซึ่งเป็นผลมาจากการจับนิวตรอน (เช่น นิวตรอนจากรังสีคอสมิก) โดยนิวเคลียสของยูเรเนียม เนปทูเนียม(239 Np) ผลิตภัณฑ์จากการผุพังของเบต้าซึ่งเป็นพลูโทเนียม-239 ตามธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม พลูโตเนียมก่อตัวขึ้นในปริมาณที่เล็กมาก (0.4-15 ส่วน Pu ต่อ 10-12 ส่วน U) ซึ่งการสกัดจากแร่ยูเรเนียมนั้นไม่มีปัญหา
ที่มาของชื่อพลูโตเนียม
ในปี 1930 โลกดาราศาสตร์รู้สึกตื่นเต้นกับข่าวอันน่าอัศจรรย์: มีการค้นพบดาวเคราะห์ดวงใหม่ ซึ่ง Percival Lovell นักดาราศาสตร์ นักคณิตศาสตร์ และผู้เขียนบทความเกี่ยวกับชีวิตบนดาวอังคารพูดถึงการมีอยู่ของดาวเคราะห์ดวงนี้มานานแล้ว จากการสังเกตการเคลื่อนไหวเป็นเวลาหลายปี ดาวยูเรนัสและ ดาวเนปจูนโลเวลล์ได้ข้อสรุปว่านอกเหนือจากดาวเนปจูนในระบบสุริยะแล้ว ก็ควรมีดาวเคราะห์ดวงที่เก้าอีกดวงหนึ่ง ซึ่งอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากกว่าโลกถึงสี่สิบเท่า
ดาวเคราะห์ดวงนี้ ซึ่งเป็นองค์ประกอบการโคจรที่โลเวลล์คำนวณย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2458 ถูกค้นพบในภาพถ่ายที่ถ่ายเมื่อวันที่ 21, 23 และ 29 มกราคม พ.ศ. 2473 โดยนักดาราศาสตร์ เค. ทอมบอห์ ที่หอดูดาวแฟลกสตาฟ ( สหรัฐอเมริกา) - ดาวเคราะห์ดวงนี้ได้รับการตั้งชื่อว่า พลูโต- องค์ประกอบที่ 94 ซึ่งได้รับจากนิวเคลียสเมื่อปลายปี พ.ศ. 2483 ได้รับการตั้งชื่อตามดาวเคราะห์ดวงนี้ซึ่งตั้งอยู่ในระบบสุริยะเหนือดาวเนปจูน อะตอม ยูเรเนียมกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่นำโดย G. Seaborg
คุณสมบัติทางกายภาพพลูโตเนียม
พลูโทเนียมมี 15 ไอโซโทป - B ปริมาณมากที่สุดได้รับไอโซโทปที่มีเลขมวลตั้งแต่ 238 ถึง 242:
238 Pu -> (ครึ่งชีวิต 86 ปี อัลฟาสลายตัว) -> 234 U,
ไอโซโทปนี้ถูกใช้เกือบทั้งหมดใน RTG เพื่อจุดประสงค์ด้านอวกาศ ตัวอย่างเช่น บนยานพาหนะทุกคันที่บินเลยวงโคจรของดาวอังคาร
239 Pu -> (ครึ่งชีวิต 24,360 ปี อัลฟาสลายตัว) -> 235 U,
ไอโซโทปนี้เหมาะสมที่สุดสำหรับการสร้างอาวุธนิวเคลียร์และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์นิวตรอนเร็ว
240 Pu -> (ครึ่งชีวิต 6580 ปี การสลายของอัลฟา) -> 236 U, 241 Pu -> (ครึ่งชีวิต 14.0 ปี การสลายของเบต้า) -> 241 Am, 242 Pu -> (ครึ่งชีวิต 370,000 ปี อัลฟ่า -ผุ) -> 238 U
ไอโซโทปทั้งสามนี้ไม่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรมอย่างจริงจัง แต่ได้มาเป็นผลพลอยได้เมื่อมีการผลิตพลังงานในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์โดยใช้ยูเรเนียม ผ่านการดักจับนิวตรอนหลายตัวตามลำดับโดยนิวเคลียสยูเรเนียม-238 ไอโซโทป 242 มีคุณสมบัติทางนิวเคลียร์ใกล้เคียงกับยูเรเนียม-238 มากที่สุด อะเมริเซียม-241 ซึ่งเกิดจากการสลายไอโซโทป 241 ถูกนำมาใช้ในเครื่องตรวจจับควัน
พลูโทเนียมมีความน่าสนใจเนื่องจากต้องผ่านการเปลี่ยนสถานะหกเฟสจากอุณหภูมิการแข็งตัวไปเป็นอุณหภูมิห้อง มากกว่าองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ความหนาแน่นเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน 11% ส่งผลให้การหล่อพลูโทเนียมแตก เฟสอัลฟ่ามีความเสถียรที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งมีลักษณะเฉพาะดังแสดงในตาราง สำหรับการใช้งาน เฟสเดลต้าซึ่งมีความหนาแน่นต่ำกว่าและมีตาข่ายที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ลูกบาศก์จะสะดวกกว่า พลูโตเนียมในเฟสเดลต้ามีความเหนียวมาก ในขณะที่เฟสอัลฟามีความเปราะ เพื่อรักษาเสถียรภาพของพลูโทเนียมในระยะเดลต้า จะมีการเติมโลหะไตรวาเลนต์ (ใช้แกลเลียมในประจุนิวเคลียร์ครั้งแรก)
การประยุกต์พลูโทเนียม
อุปกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้พลูโตเนียมเครื่องแรกถูกจุดชนวนเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม พ.ศ. 2488 ที่สถานที่ทดสอบอลาโมกอร์โด (ชื่อรหัสการทดสอบทรินิตี้)
บทบาททางชีวภาพของพลูโตเนียม
พลูโตเนียมมีความเป็นพิษสูง ความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตสำหรับ 239 Pu ในแหล่งน้ำเปิดและอากาศในห้องทำงานคือ 81.4 และ 3.3 * 10 −5 Bq/l ตามลำดับ ไอโซโทปของพลูโทเนียมส่วนใหญ่มีความหนาแน่นของไอออไนเซชันสูงและมีความยาวเส้นทางของอนุภาคสั้น ดังนั้น ความเป็นพิษของมันจึงไม่ได้เกิดจากคุณสมบัติทางเคมีมากนัก (พลูโทเนียมไม่น่าจะเป็นพิษในเรื่องนี้มากกว่าโลหะหนักอื่นๆ) แต่จะเป็นผลจากผลกระทบของไอออไนซ์มากกว่า บนเนื้อเยื่อของร่างกายโดยรอบ พลูโตเนียมอยู่ในกลุ่มธาตุที่มีความเป็นพิษต่อรังสีสูงเป็นพิเศษ ในร่างกาย พลูโทเนียมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในโครงกระดูก ตับ ม้าม ไต และทำให้เกิดมะเร็ง ปริมาณพลูโทเนียมในร่างกายที่อนุญาตสูงสุดไม่ควรเกินหนึ่งในสิบของไมโครกรัม
งานศิลปะที่เกี่ยวข้องกับธีมพลูโตเนียม
- พลูโตเนียมถูกใช้สำหรับเครื่องจักร De Lorean DMC-12 ในภาพยนตร์เรื่อง Back to the Future เพื่อเป็นเชื้อเพลิงสำหรับตัวสะสมฟลักซ์เพื่อเดินทางไปยังอนาคตหรืออดีต
— ระเบิดปรมาณูที่จุดชนวนโดยผู้ก่อการร้ายในเมืองเดนเวอร์ สหรัฐอเมริกา ในภาพยนตร์ Tom Clancy เรื่อง “All the Fears of the World” สร้างขึ้นจากพลูโตเนียม
— เคนซาบุโระ โอเอะ “บันทึกของนักวิ่งเหน็บแนม”
— ในปี 2549 Beacon Pictures เปิดตัวภาพยนตร์เรื่อง Plutonium-239 ( "พียู-239")
นิวไคลด์กัมมันตรังสีที่สร้างปริมาณ ตอนที่ 5
วันที่: 03/08/2011
เรื่อง:สุขภาพ
มีการระบุลักษณะสำคัญของนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่สร้างขนาดยา ประเด็นหลักคือการนำเสนออันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากนิวไคลด์กัมมันตรังสี เพื่อวัตถุประสงค์ด้านความปลอดภัย จะพิจารณาถึงผลกระทบทางกัมมันตภาพรังสีและชีววัตถุรังสีของไอโซโทปรังสีต่อร่างกายและสิ่งแวดล้อม สิ่งที่กล่าวมาข้างต้นทำให้สามารถตระหนักถึงอันตรายจากการแผ่รังสีของนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่สร้างขนาดยาได้มากขึ้น
11. ซีเซียม-137
ซีเซียม (ละติจูด ซีเซียม- Cs องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม I ของตารางธาตุ Mendeleev เลขอะตอม 55 มวลอะตอม 132.9054 ตั้งชื่อมาจากภาษาละติน ซีเซียส- สีน้ำเงิน (เปิดด้วยเส้นสเปกตรัมสีฟ้าสดใส) โลหะสีเงินสีขาวจากกลุ่มอัลคาไล หลอมละลายนุ่มเหมือนขี้ผึ้ง ความหนาแน่น 1.904 g/cm3 และมีข้อกำหนด น้ำหนัก 1.88 (ที่15ºС) จุดหลอมเหลว - 28.4ºС มันติดไฟในอากาศและทำปฏิกิริยาระเบิดกับน้ำ แร่ธาตุหลักคือมลพิษ
มีไอโซโทปของซีเซียมที่รู้จักอยู่ 34 ไอโซโทปซึ่งมีเลขมวล 114-148 ซึ่งมีเพียงไอโซโทปเดียวเท่านั้น (133 Cs) ที่เสถียร ส่วนที่เหลือเป็นกัมมันตภาพรังสี ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปของซีเซียม-133 ในธรรมชาติอยู่ที่ประมาณ 100% 133 Cs เป็นขององค์ประกอบการติดตาม พบได้ในปริมาณเล็กน้อยในวัตถุด้านสิ่งแวดล้อมเกือบทั้งหมด ปริมาณนิวไคลด์ของคลาร์ก (โดยเฉลี่ย) ในเปลือกโลกคือ 3.7∙10 -4% ในดิน - 5∙10 -5% ซีเซียมเป็นองค์ประกอบจุลภาคที่คงที่ของสิ่งมีชีวิตพืชและสัตว์: ในไฟโตแมสที่มีชีวิตนั้นมีอยู่ในปริมาณ 6 ∙10 -6% ในร่างกายมนุษย์ - ประมาณ 4 กรัม โดยมีการกระจายของซีเซียม-137 สม่ำเสมอในร่างกายมนุษย์ด้วย กิจกรรมจำเพาะที่ 1 Bq/kg อัตราปริมาณรังสีที่ดูดซึมเป็นไปตามผู้เขียนหลายคน ซึ่งแตกต่างกันไปตั้งแต่ 2.14 ถึง 3.16 µGy/ปี
โลหะอัลคาไลสีเงินสีขาวนี้เกิดขึ้นในธรรมชาติเป็นไอโซโทป Cs-133 ที่เสถียร นี่เป็นธาตุหายากซึ่งมีปริมาณอยู่ในเปลือกโลกโดยเฉลี่ย 3.7∙10 -4% ซีเซียมธรรมชาติธรรมดาและสารประกอบของมัน ไม่ใช่กัมมันตภาพรังสี- เฉพาะไอโซโทป 137 Cs ที่ผลิตขึ้นโดยเทียมเท่านั้นที่มีกัมมันตภาพรังสี ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่มีอายุยืนยาวของซีเซียม 137 Cs เกิดจากการแตกตัวของนิวเคลียส 235 U และ 239 Pu โดยมีผลผลิตประมาณ 7% ในระหว่างการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี 137 Cs ปล่อยอิเล็กตรอนด้วยพลังงานสูงสุด 1173 keV และเปลี่ยนเป็นนิวไคลด์ที่เปล่งแสง γ ที่มีอายุสั้น 137m Ba (ตารางที่ 18) มีฤทธิ์ทางเคมีสูงที่สุดในบรรดาโลหะอัลคาไล สามารถเก็บไว้ในหลอดอพยพที่ปิดสนิทเท่านั้น
ตารางที่ 18
ลักษณะสำคัญของซีเซียม-137
| ไอโซโทป | มุมมองหลัก รังสี | ครึ่งชีวิต, T 1/2 | ค่าเอชซีน้ำ , Bq/dm 3 | ความแปรผันตามธรรมชาติของ OA ในน้ำ (ต่ำสุด-สูงสุด), Bq/dm 3 |
137 ค | β(E βสูงสุด = 1173 keV); | 11.0 (NRB-99) | n∙10 -3 - n∙10 -2 |
โลหะซีเซียมถูกนำมาใช้ในโฟโตเซลล์และโฟโตมัลติพลายเออร์ในการผลิตโฟโตแคโทดและเป็นสารทะเยอทะยานในหลอดฟลูออเรสเซนต์ ไอซีเซียมเป็นของเหลวทำงานในเครื่องกำเนิด MHD และเลเซอร์แก๊ส สารประกอบซีเซียมใช้ในอุปกรณ์ทัศนศาสตร์และอุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืน
ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันประกอบด้วยนิวไคลด์กัมมันตรังสีซีเซียมที่สลายตัวจำนวนมาก โดยที่ 137 Cs ถือว่าอันตรายที่สุด โรงงานเคมีกัมมันตภาพรังสีก็สามารถเป็นแหล่งมลพิษได้เช่นกัน ซีเซียม-137 ถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมโดยส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการทดสอบนิวเคลียร์และอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เมื่อต้นปี พ.ศ. 2524 กิจกรรมทั้งหมด 137 Cs ที่ปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมสูงถึง 960 PBq ความหนาแน่นของมลพิษในซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้และโดยเฉลี่ยทั่วโลกอยู่ที่ 3.42 ตามลำดับ 0.86 และ 3.14 kBq/m2 และในอาณาเขต อดีตสหภาพโซเวียตโดยเฉลี่ย - 3.4 kBq/m2
ระหว่างเกิดอุบัติเหตุในเทือกเขาอูราลตอนใต้ในปี พ.ศ. 2500 เกิดการระเบิดเนื่องจากความร้อนของโรงเก็บกากกัมมันตภาพรังสี และนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีที่มีกิจกรรมทั้งหมด 74 PBq รวมถึง 0.2 PBq ที่ 137 Cs เข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ระหว่างที่เกิดเพลิงไหม้ที่ Windscale RCP ในบริเตนใหญ่เมื่อปี พ.ศ. 2500 มีการปล่อยนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี 12 PBq ในจำนวนนี้ 46 TBq จาก 137 Cs การปล่อยกากกัมมันตภาพรังสีทางเทคโนโลยีจากองค์กรมายัคในเทือกเขาอูราลตอนใต้ในแม่น้ำ ปัจจุบันในปี 1950 คือ 102 PBq รวมถึง 137 Cs 12.4 PBq ลมกำจัดนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีออกจากที่ราบน้ำท่วมถึงทะเลสาบ Karachay ในเทือกเขาอูราลตอนใต้ในปี 2510 มีจำนวน 30 TBq 137 Cs คิดเป็น 0.4 TBq
ภัยพิบัติที่แท้จริงคืออุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล (ChNPP) ในปี พ.ศ. 2529: นิวไคลด์กัมมันตรังสีจำนวน 1850 PBq ถูกปล่อยออกมาจากเครื่องปฏิกรณ์ที่ถูกทำลาย โดยมีกัมมันตภาพรังสีซีเซียมคิดเป็น 270 PBq การแพร่กระจายของนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีถึงสัดส่วนของดาวเคราะห์แล้ว ในยูเครน เบลารุส และภาคกลาง สหพันธรัฐรัสเซียมากกว่าครึ่งหนึ่งของจำนวนนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีที่สะสมอยู่ใน CIS ลดลง มีหลายกรณีของการปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อมอันเป็นผลมาจากการจัดเก็บแหล่งกัมมันตภาพรังสีซีเซียมอย่างไม่ระมัดระวังเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์และเทคโนโลยี
ซีเซียม-137 ใช้ในการตรวจจับข้อบกพร่องแกมมา เทคโนโลยีการวัด สำหรับการฆ่าเชื้อด้วยรังสีของผลิตภัณฑ์อาหาร เวชภัณฑ์และยาในการฉายรังสีเพื่อรักษาเนื้องอกที่เป็นมะเร็ง ซีเซียม-137 ยังใช้ในการผลิตแหล่งกำเนิดกระแสไอโซโทปรังสี โดยจะใช้ในรูปของซีเซียมคลอไรด์ (ความหนาแน่น 3.9 กรัม/ซม.) 3 ปล่อยพลังงานประมาณ 1.27 วัตต์/ซม 3 ).
ซีเซียม-137 ใช้ในเซ็นเซอร์ระดับจำกัดสำหรับของแข็งปริมาณมากในถังทึบแสง ซีเซียม-137 มีข้อได้เปรียบเหนือกัมมันตภาพรังสีโคบอลต์-60 นั่นคือมีครึ่งชีวิตยาวนานกว่าและมีรังสีแกมมาที่รุนแรงน้อยกว่า ในเรื่องนี้อุปกรณ์ที่ใช้ 137 Cs มีความทนทานมากกว่าและการป้องกันรังสีก็ยุ่งยากน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม ข้อดีเหล่านี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อไม่มีสารเจือปน 137 Cs พร้อมด้วยครึ่งชีวิตที่สั้นกว่าและรังสีแกมมาที่รุนแรงกว่า
แพร่หลายได้รับเป็นแหล่งกำเนิดรังสี γ ในทางการแพทย์ แหล่งซีเซียมพร้อมกับแหล่งเรเดียมถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์ γ และอุปกรณ์สำหรับการบำบัดด้วยแกมมาคั่นระหว่างหน้าและโพรง ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2510 ปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับไฮเปอร์ไฟน์สองระดับของสถานะพื้นของอะตอมซีเซียม-137 ได้ถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดหนึ่งในหน่วยพื้นฐานของเวลา - วินาที
เรดิโอซีเซียม 137 Cs เป็นนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีที่มนุษย์สร้างขึ้นโดยเฉพาะ การมีอยู่ของมันในสภาพแวดล้อมที่ทำการศึกษานั้นเกี่ยวข้องกับการทดสอบอาวุธนิวเคลียร์หรือการใช้เทคโนโลยีนิวเคลียร์ 137 Cs เป็นไอโซโทปรังสีที่ปล่อย β-γ ของซีเซียม ซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของการปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีทางเทคโนโลยีของชีวมณฑล เกิดขึ้นจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน มีอยู่ในสารกัมมันตภาพรังสี การปล่อยทิ้ง และของเสียจากโรงงานเคมีกัมมันตภาพรังสี OA 137 Cs ในน้ำดื่มถูกจำกัดไว้ที่ระดับ 11 Bq/dm 3 หรือ 8 Bq/dm 3
คุณสมบัติธรณีเคมีที่ 137 Cs คือความสามารถในการยึดเกาะอย่างแน่นหนาด้วยตัวดูดซับตามธรรมชาติ เป็นผลให้เมื่อเข้าสู่ OPS กิจกรรมจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเคลื่อนตัวออกห่างจากแหล่งกำเนิดมลพิษ น้ำธรรมชาติทำให้ตัวเองบริสุทธิ์ได้อย่างรวดเร็วเนื่องจากการดูดซับ 137 Cs โดยสารแขวนลอยและตะกอนด้านล่าง
ซีเซียมสามารถสะสมอยู่ในพืชเกษตรได้ในปริมาณมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเมล็ดพืช มันมาจากสภาพแวดล้อมทางน้ำอย่างเข้มข้นที่สุดและเคลื่อนตัวผ่านพืชด้วยความเร็วสูง การแนะนำปุ๋ยโพแทสเซียมและการปูนลงในดินช่วยลดการดูดซึมซีเซียมจากพืชได้อย่างมากและยิ่งมีความเข้มข้นมากเท่าใดสัดส่วนของโพแทสเซียมก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
ค่าสัมประสิทธิ์การสะสมจะสูงเป็นพิเศษในสาหร่ายน้ำจืดและพืชบกในอาร์กติก (โดยเฉพาะไลเคน) และในโลกของสัตว์ - ในกวางเรนเดียร์ผ่านมอสกวางเรนเดียร์ที่พวกมันกินอยู่ ซีเซียม-137 ส่วนใหญ่แทรกซึมเข้าสู่สิ่งมีชีวิตผ่านทางระบบทางเดินหายใจและอวัยวะย่อยอาหาร นิวไคลด์นี้มาจากอาหารเป็นหลัก ปริมาณ 10 ไมโครกรัม/วัน ถูกขับออกจากร่างกายทางปัสสาวะเป็นหลัก (โดยเฉลี่ย 9 ไมโครกรัม/วัน) ซีเซียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีถาวรของร่างกายพืชและสัตว์ แหล่งกักเก็บซีเซียมหลักในร่างกายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมคือกล้ามเนื้อ หัวใจ และตับ ซีเซียมประมาณ 80% ที่เข้าสู่ร่างกายสะสมอยู่ในกล้ามเนื้อ 8% ในโครงกระดูก และอีก 12% ที่เหลือจะกระจายอย่างเท่าเทียมกันทั่วเนื้อเยื่ออื่นๆ
ซีเซียม-137 ถูกขับออกทางไตและลำไส้เป็นหลัก ครึ่งชีวิตของซีเซียม-137 ที่สะสมในมนุษย์โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 70 วัน (ตามรายงานของคณะกรรมาธิการระหว่างประเทศว่าด้วยการคุ้มครองรังสีวิทยา) ในระหว่างการขับถ่าย ซีเซียมจำนวนมากจะถูกดูดซึมกลับเข้าสู่กระแสเลือดในลำไส้ส่วนล่าง วิธีการรักษาที่มีประสิทธิภาพเพื่อลดการดูดซึมซีเซียมในลำไส้ จึงใช้เฟอร์โรไซยาไนด์เป็นตัวดูดซับ ซึ่งจะจับนิวไคลด์ให้อยู่ในรูปแบบที่ย่อยไม่ได้ นอกจากนี้ เพื่อเร่งการกำจัดนิวไคลด์ จึงมีการกระตุ้นกระบวนการขับถ่ายตามธรรมชาติ และใช้สารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนต่างๆ
การบาดเจ็บจากรังสีในมนุษย์สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อดูดซับขนาดประมาณ 2 Gy หรือมากกว่า ปริมาณรังสี 148, 170 และ 740 MBq สอดคล้องกับระดับความเสียหายเล็กน้อย ปานกลาง และรุนแรง แต่สังเกตปฏิกิริยาการแผ่รังสีได้แม้จะมีหน่วยเป็น MBq ก็ตาม
137 Cs อยู่ในกลุ่มของสารกัมมันตภาพรังสีที่มีการกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วอวัยวะและเนื้อเยื่อ ด้วยเหตุนี้ จึงจัดเป็นนิวไคลด์ที่เป็นอันตรายปานกลางในแง่ของความเป็นพิษจากรังสี มีความสามารถที่ดีในการเข้าสู่ร่างกายพร้อมกับโพแทสเซียมผ่านทางห่วงโซ่อาหาร
แหล่งที่มาหลักของซีเซียมที่เข้าสู่ร่างกายมนุษย์คือผลิตภัณฑ์อาหารจากสัตว์ที่ปนเปื้อนด้วยนิวไคลด์ ปริมาณซีเซียมกัมมันตภาพรังสีในนมวัวหนึ่งลิตรถึง 0.8-1.1% ของการบริโภคนิวไคลด์แพะและแกะทุกวัน - 10-20% อย่างไรก็ตาม ส่วนใหญ่จะสะสมอยู่ในเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อของสัตว์ โดยเนื้อสัตว์ 1 กิโลกรัมจากวัว แกะ หมู และไก่ มีซีเซียมในปริมาณ 4.8, 20 และ 26% (ตามลำดับ) ในแต่ละวัน ในด้านโปรตีน ไข่ไก่ตกน้อยลง - 1.8-2.1% ซีเซียมสะสมในปริมาณที่มากขึ้นในเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อของไฮโดรไบโอออนต์: กิจกรรมของปลาน้ำจืด 1 กิโลกรัมสามารถเกินกิจกรรมของน้ำ 1 ลิตรได้มากกว่า 1,000 เท่า (ในปลาทะเลจะต่ำกว่า)
แหล่งที่มาหลักของซีเซียมสำหรับประชากรรัสเซียคือผลิตภัณฑ์นมและธัญพืช (หลังจากอุบัติเหตุเชอร์โนบิล - ผลิตภัณฑ์นมและเนื้อสัตว์) ในยุโรปและสหรัฐอเมริกา ซีเซียมส่วนใหญ่มาจากผลิตภัณฑ์นมและเนื้อสัตว์ และน้อยกว่าจากธัญพืชและผัก การฉายรังสีภายในอย่างต่อเนื่องที่เกิดขึ้นในลักษณะนี้ทำให้เกิดอันตรายมากกว่าการฉายรังสีภายนอกด้วยไอโซโทปนี้
วิธีการที่เผยแพร่ในการวัดกิจกรรมของ 137 Cs โดยการปล่อย β นั้นเกี่ยวข้องกับการเตรียมตัวอย่างเคมีกัมมันตภาพรังสีและการแยกซีเซียมที่มีความบริสุทธิ์ในระดับสูง เพื่อกำจัดอิทธิพลของการรบกวนของตัวปล่อย β อื่นๆ วิธีการสมัยใหม่ในการพิจารณา 137 Cs ตามกฎแล้วมีพื้นฐานมาจากการบันทึกรังสีแกมมาด้วยพลังงาน 661.6 keV โดยแบ่งออกเป็นเครื่องมือต่างๆ ขีดจำกัดล่างของการวัด (LDL) คือ 1-10 Bq/kg (หรือ Bq/dm3) และวิธีการเสริมสมรรถนะทางเคมีเบื้องต้น (LDL สูงถึง 10 -2 Bq/kg) เพื่อให้เข้มข้น 137 Cs จากสารละลายเจือจาง การตกตะกอนร่วมกับเฟอร์โรไซยาไนด์ของนิกเกิล ทองแดง สังกะสี เหล็ก โคบอลต์ แคลเซียม แมกนีเซียม หรือตัวดูดซับที่ใช้บ่อยที่สุด
12. พลูโตเนียม
พลูโตเนียม (พลูโตเนียม) Pu เป็นองค์ประกอบทางเคมีกัมมันตภาพรังสีที่มนุษย์สร้างขึ้น กลุ่มที่ 3ตารางธาตุของเมนเดเลเยฟ เลขอะตอม 94 ทรานซูรา องค์ประกอบใหม่, หมายถึงแอกติไนด์ นิวไคลด์ 238 Pu แรกถูกค้นพบในปี 1940 โดย G. Th. Seaborg, E. M. McMillan, J. E. Kennedy และ A. C. Val (A.Ch.Wahl) ในฤดูใบไม้ผลิปี 1941 Seaborg และเพื่อนร่วมงานของเขาค้นพบและเป็นครั้งแรกที่แยกไมโครกรัมหนึ่งในสี่ของ 239 Pu หลังจากการสลายของ 239 Np ซึ่งเกิดจากการฉายรังสี 238 U ด้วยนิวเคลียสไฮโดรเจนหนัก (ดิวเทอรอน) ธาตุใหม่นี้ได้รับการตั้งชื่อตามยูเรเนียมและเนปทูเนียมเพื่อเป็นเกียรติแก่ดาวเคราะห์พลูโตที่ค้นพบในปี พ.ศ. 2473 ตั้งแต่วันที่ 24 สิงหาคม พ.ศ. 2549 ตามมติของสหพันธ์ดาราศาสตร์สากล ดาวพลูโตจึงไม่ใช่ดาวเคราะห์อีกต่อไป ระบบสุริยะ- ใน ตำนานเทพเจ้ากรีกดาวพลูโต (หรือที่เรียกว่าฮาเดส) - พระเจ้า อาณาจักรแห่งความตาย.
พลูโตเนียม Pu เป็นโลหะหนักที่อันตรายที่สุด มีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี 15 ไอโซโทปที่มีเลขมวลตั้งแต่ 232 ถึง 246 ซึ่งส่วนใหญ่เป็นตัวปล่อย α บนโลกมีเพียงร่องรอยของธาตุนี้และเฉพาะในแร่ยูเรเนียมเท่านั้น ค่าT½ของไอโซโทปพลูโตเนียมทั้งหมดนั้นน้อยกว่าอายุของโลกมากและดังนั้นพลูโทเนียมปฐมภูมิทั้งหมด (ซึ่งมีอยู่บนโลกของเราระหว่างการก่อตัว) จึงสลายตัวไปโดยสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม จำนวนนาทีที่ 239 Pu นั้นถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยการสลายตัวของบีตาที่ 239 Np ซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ของยูเรเนียมกับนิวตรอน (เช่น นิวตรอนรังสีคอสมิก)
ดังนั้นจึงพบร่องรอยของพลูโตเนียมในแร่ยูเรเนียมในปริมาณที่เล็กมาก (0.4-15 ส่วนของ Pu ต่อ 10 12 ส่วนของ U) ซึ่งการสกัดจากแร่ยูเรเนียมนั้นไม่มีปัญหา มันถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศประมาณ 5,000 กิโลกรัมอันเป็นผลจากการทดสอบนิวเคลียร์ ตามการประมาณการ ดินในสหรัฐอเมริกามีพลูโทเนียมเฉลี่ย 2 มิลลิคิวรี (28 มก.) ต่อมลพิษที่ตกลงมา 2 กม. มันเป็นผลิตภัณฑ์ทั่วไปจากการสร้างสรรค์ของมนุษย์ มันถูกผลิตในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จากยูเรเนียม-238 ซึ่งถูกเปลี่ยนเป็นยูเรเนียม-239, เนปทูเนียม-239 และพลูโทเนียม-239 อย่างต่อเนื่อง
ไอโซโทปคู่ พลูโทเนียม-238, -240, -242 ไม่ใช่วัสดุฟิสไซล์ แต่สามารถเกิดฟิชชันได้ภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนพลังงานสูง (เป็นฟิชไซล์) พวกเขาไม่สามารถรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ (ยกเว้นพลูโตเนียม-240) ได้รับไอโซโทป 232 Pu - 246 Pu; นอกจากนี้ยังพบ 247 Pu และ 255 Pu ในผลิตภัณฑ์จากการระเบิดของระเบิดแสนสาหัส ที่เสถียรที่สุดคือ 244 Pu ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ (α-การสลายตัวและการแบ่งตัวตามธรรมชาติ ที 1/2= 8.2·10 7 ปี มวลอะตอม 244.0642) เมื่อเป็นอิสระจะเป็นโลหะสีเงินอมขาวเปราะ พบร่องรอยของไอโซโทป 247 Pu และ 255 Pu ในฝุ่นที่สะสมหลังจากการระเบิดของระเบิดแสนสาหัส
ความพยายามและทรัพยากรมหาศาลได้ทุ่มเทให้กับการวิจัยนิวเคลียร์และการสร้างอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ในสหรัฐอเมริกา เช่นเดียวกับในสหภาพโซเวียตในเวลาต่อมา ในระยะเวลาอันสั้นทั้งนิวเคลียร์และกายภาพ คุณสมบัติทางเคมีพลูโตเนียม (ตารางที่ 19) อุปกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้พลูโตเนียมเครื่องแรกถูกจุดชนวนเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม พ.ศ. 2488 ที่สถานที่ทดสอบอลาโมกอร์โด (ชื่อรหัสการทดสอบทรินิตี้) ในสหภาพโซเวียต การทดลองครั้งแรกเพื่อให้ได้ 239 Pu เริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2486-2487 ภายใต้การนำของนักวิชาการ I.V. Kurchatov และ V.G. คลอปิน. เป็นครั้งแรกในสหภาพโซเวียตที่แยกพลูโตเนียมออกจากยูเรเนียมที่ฉายรังสีนิวตรอน ในปี พ.ศ. 2488 และ พ.ศ. 2492 โรงงานแยกสารเคมีกัมมันตภาพรังสีแห่งแรกเริ่มดำเนินการในสหภาพโซเวียต
ตารางที่ 19
คุณสมบัติทางนิวเคลียร์ของไอโซโทปที่สำคัญที่สุดของพลูโตเนียม
| คุณสมบัติทางนิวเคลียร์ | พลูโทเนียม-238 | พลูโตเนียม-239 | พลูโทเนียม-240 | พลูโตเนียม-241 | พลูโทเนียม-242 |
ครึ่งชีวิตปี | |||||
แอคติวิตี, Ci/g | |||||
ประเภทของการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี | อัลฟาสลายตัว | อัลฟาสลายตัว | อัลฟาสลายตัว | การสลายตัวของเบต้า | อัลฟาสลายตัว |
พลังงานสลายกัมมันตภาพรังสี MeV |
บันทึก. ไอโซโทปพลูโตเนียมทั้งหมดเป็นตัวปล่อยแกมมาแบบอ่อน พลูโทเนียม-241 กลายเป็นอะเมริเซียม-241 (ตัวปล่อยแกมมาอันทรงพลัง)
พลูโตเนียมมีเพียงสองไอโซโทปเท่านั้น การประยุกต์ใช้จริงเพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมและการทหาร พลูโทเนียม-238 ที่ผลิตในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จากเนปทูเนียม-237 ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกขนาดกะทัดรัด อิเล็กตรอนจำนวน 6 ล้านโวลต์ถูกปลดปล่อยออกมาจากการสลายตัวของนิวเคลียสอะตอมของพลูโทเนียม-238 หนึ่งนิวเคลียส ในปฏิกิริยาเคมี พลังงานเดียวกันจะถูกปล่อยออกมาเมื่อมีการออกซิไดซ์หลายล้านอะตอม แหล่งไฟฟ้าที่ประกอบด้วยพลูโตเนียม-238 หนึ่งกิโลกรัมจะพัฒนาพลังงานความร้อนได้ 560 เมกะวัตต์ กำลังสูงสุดของแหล่งจ่ายกระแสเคมีที่มีมวลเท่ากันคือ 5 W
มีตัวปล่อยจำนวนมากที่มีลักษณะพลังงานคล้ายคลึงกัน แต่คุณลักษณะหนึ่งของพลูโทเนียม-238 ทำให้ไอโซโทปนี้ขาดไม่ได้ การสลายตัวของอัลฟ่ามักจะมาพร้อมกับรังสีแกมมาที่รุนแรงซึ่งทะลุผ่านชั้นสสารขนาดใหญ่ 238 Pu เป็นข้อยกเว้น พลังงานของรังสีแกมมาที่มาพร้อมกับการสลายตัวของนิวเคลียสนั้นต่ำ และการป้องกันได้ไม่ยาก: รังสีถูกดูดซับโดยภาชนะที่มีผนังบาง ความน่าจะเป็นของฟิชชันที่เกิดขึ้นเองของนิวเคลียสของไอโซโทปนี้ก็ต่ำเช่นกัน ดังนั้นจึงพบการประยุกต์ใช้ไม่เพียงแต่ในแหล่งปัจจุบันเท่านั้น แต่ยังพบในทางการแพทย์ด้วย แบตเตอรี่ที่มีพลูโทเนียม-238 เป็นแหล่งพลังงานในเครื่องกระตุ้นหัวใจแบบพิเศษซึ่งมีอายุการใช้งานถึง 5 ปีหรือมากกว่านั้น
โลหะผสมพลูโตเนียม-เบริลเลียมทำหน้าที่เป็นแหล่งนิวตรอนในห้องปฏิบัติการ ไอโซโทป Pu-238 พบได้ในเครื่องกำเนิดพลังงานเทอร์โมอิเล็กทริกนิวเคลียร์จำนวนหนึ่งบนยานวิจัยอวกาศ เนื่องจากมีอายุการใช้งานยาวนานและมีพลังงานความร้อนสูง ไอโซโทปนี้จึงถูกใช้เกือบทั้งหมดใน RTG เพื่อจุดประสงค์ด้านอวกาศ เช่น บนยานพาหนะทุกคันที่บินเลยวงโคจรของดาวอังคาร
ในบรรดาไอโซโทปทั้งหมด สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือ Pu-239 ครึ่งชีวิตของมันคือ 24110 ปี ในฐานะที่เป็นวัสดุฟิสไซล์ 239 Pu ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างฟิชชันของ 1 ช 239 Pu เทียบเท่ากับความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้ถ่านหิน 4,000 กิโลกรัม) ในการผลิตอาวุธนิวเคลียร์ (ที่เรียกว่า "พลูโตเนียมเกรดอาวุธ") และในระเบิดปรมาณูและนิวเคลียร์แสนสาหัส เช่นเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์นิวตรอนเร็ว และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อวัตถุประสงค์ทางแพ่งและการวิจัย พลูโตเนียมและ 210 Po เป็นแหล่งรังสีอัลฟ่า ซึ่งพบการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์สำหรับกำจัดประจุไฟฟ้าสถิต ไอโซโทปนี้ยังใช้ในเครื่องมือวัดและอุปกรณ์ควบคุมอีกด้วย
พลูโตเนียมมีคุณสมบัติเฉพาะหลายประการ มีค่าการนำความร้อนต่ำที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหมด และมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำที่สุด ยกเว้นแมงกานีส ในสถานะของเหลวจะเป็นโลหะที่มีความหนืดมากที่สุด จุดหลอมเหลว -641°C; จุดเดือด -3232°C; ความหนาแน่น - 19.84 (ในระยะอัลฟา) มันเป็นธาตุที่มีปฏิกิริยาเคมีและมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง มากกว่ายูเรเนียมมาก มันจางลงอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นฟิล์มสีรุ้ง (เหมือนกับฟิล์มน้ำมันสีรุ้ง) ในตอนแรกเป็นสีเหลืองอ่อน และในที่สุดก็เปลี่ยนเป็นสีม่วงเข้ม หากการเกิดออกซิเดชันค่อนข้างรุนแรง ผงออกไซด์สีเขียวมะกอก (PuO 2) จะปรากฏขึ้นบนพื้นผิว พลูโทเนียมจะออกซิไดซ์ได้ง่ายและกัดกร่อนอย่างรวดเร็วแม้จะมีความชื้นเล็กน้อยก็ตาม
เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง พลูโทเนียมจะมีการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นที่รุนแรงและผิดธรรมชาติที่สุด พลูโทเนียมมีสถานะของแข็งหกเฟส (โครงสร้างผลึก) ที่แตกต่างกัน มากกว่าธาตุอื่นๆ
สารประกอบพลูโทเนียมกับออกซิเจน คาร์บอน และฟลูออรีนถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ (โดยตรงหรือเป็นวัสดุขั้นกลาง) โลหะพลูโตเนียมไม่ละลายเข้าไป กรดไนตริกแต่พลูโทเนียมไดออกไซด์จะละลายในกรดไนตริกเข้มข้นที่ร้อน อย่างไรก็ตาม ในส่วนผสมที่เป็นของแข็งกับยูเรเนียมไดออกไซด์ (เช่น ในเชื้อเพลิงใช้แล้วจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) ความสามารถในการละลายของพลูโทเนียมไดออกไซด์ในกรดไนตริกจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากยูเรเนียมไดออกไซด์ละลายในนั้น คุณลักษณะนี้ใช้ในการแปรรูปเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใหม่ (ตารางที่ 20)
ตารางที่ 20
สารประกอบพลูโทเนียมและการประยุกต์
| สารประกอบพลูโตเนียม | แอปพลิเคชัน |
พลูโทเนียมไดออกไซด์ PuO 2 | ผสมกับยูเรเนียมไดออกไซด์ (UO 2) ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ |
พลูโทเนียมคาร์ไบด์ (PuC) | สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์ได้ |
พลูโทเนียมไตรฟลูออไรด์ (PuF 3) | เป็นสารประกอบขั้นกลางในการผลิตโลหะพลูโตเนียม |
| พลูโทเนียมไนเตรต - Pu (NO 3) 4 และ Pu (NO 3) 3 | ไม่ได้ใช้. พวกเขากำลังแปรรูปผลิตภัณฑ์ (เมื่อแยกพลูโตเนียมจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว) |
สารประกอบพลูโทเนียมที่สำคัญที่สุด: PuF 6 (ของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำ มีความเสถียรทางความร้อนน้อยกว่า UF 6 มาก), PuO 2 ออกไซด์ที่เป็นของแข็ง, PuC คาร์ไบด์ และ PuN ไนไตรด์ ซึ่งในการผสมกับสารประกอบยูเรเนียมที่เกี่ยวข้องสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้
อุปกรณ์ไอโซโทปรังสีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ สัญญาณเตือนไฟไหม้ไอออไนซ์หรือตัวบ่งชี้ควันไอโซโทปรังสี เมื่อผ่านกระบวนการทางกล พลูโตเนียมจะเกิดละอองลอยได้ง่าย
ในธรรมชาติมันถูกสร้างขึ้นในช่วงการสลายตัวของ Np-239 ซึ่งในทางกลับกันเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ของยูเรเนียม-238 กับนิวตรอน (เช่นนิวตรอนจากรังสีคอสมิก) การผลิตเชิงอุตสาหกรรมของ Pu-239 ก็ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยานี้และเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ พลูโตเนียม-239 เป็นกลุ่มแรกที่เกิดขึ้น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เมื่อยูเรเนียม-238 ถูกฉายรังสี ยิ่งกระบวนการนี้ใช้เวลานาน ไอโซโทปของพลูโทเนียมก็จะยิ่งหนักมากขึ้นเท่านั้น พลูโตเนียม-239 จะต้องถูกแยกทางเคมีออกจากผลิตภัณฑ์ฟิชชันและยูเรเนียมที่เหลืออยู่ในเชื้อเพลิงใช้แล้ว กระบวนการนี้เรียกว่าการประมวลผลซ้ำ เนื่องจากไอโซโทปทั้งหมดมีจำนวนโปรตอนเท่ากันและจำนวนนิวตรอนต่างกัน คุณสมบัติทางเคมี (คุณสมบัติทางเคมีขึ้นอยู่กับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส) จึงเท่ากัน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะแยกไอโซโทปโดยใช้วิธีทางเคมี
การแยก Pu-239 ออกจากยูเรเนียม เนปจูนเนียม และผลิตภัณฑ์ฟิชชันที่มีกัมมันตภาพรังสีสูงในเวลาต่อมาจะดำเนินการที่โรงงานเคมีกัมมันตรังสีโดยใช้วิธีเคมีกัมมันตภาพรังสี (การตกตะกอนร่วม การสกัด การแลกเปลี่ยนไอออน ฯลฯ) โดยปกติแล้วพลูโทเนียมโลหะจะได้มาจากการลด PuF 3, PuF 4 หรือ PuO 2 ที่มีไอแบเรียม แคลเซียม หรือลิเธียม
จากนั้นความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาฟิชชันภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนจะถูกใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูและความสามารถในการรับปฏิกิริยาฟิชชันแบบลูกโซ่อย่างยั่งยืนในตัวเองต่อหน้ามวลวิกฤต (7 กก.) จะถูกนำมาใช้ในระเบิดปรมาณูและเทอร์โมนิวเคลียร์ องค์ประกอบหลัก มวลวิกฤตของการปรับเปลี่ยน α คือ 5.6 กก. (ลูกบอลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4.1 ซม.) 238 Pu ใช้ในแบตเตอรี่ไฟฟ้า "นิวเคลียร์" ที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ไอโซโทปพลูโตเนียมทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์องค์ประกอบทรานส์พลูโทเนียม (เช่น Am ฯลฯ )
โดยการฉายรังสี Pu-239 ด้วยนิวตรอน เป็นไปได้ที่จะได้รับส่วนผสมของไอโซโทป ซึ่งไอโซโทป Pu-241 เช่น Pu-239 เป็นฟิชไซล์และสามารถนำมาใช้เพื่อผลิตพลังงานได้ อย่างไรก็ตามครึ่งชีวิตของมันคือ 14.4 ปีซึ่งไม่อนุญาตให้เก็บไว้เป็นเวลานาน ยิ่งไปกว่านั้นเมื่อสลายตัวจะก่อให้เกิด Am-241 ที่ไม่ฟิสไซล์ (α-, γ-กัมมันตภาพรังสี) โดยมีครึ่งชีวิตเป็น 432.8 ปี ปรากฎว่าประมาณทุก ๆ 14 ปีปริมาณ Am-241 ในสภาพแวดล้อมจะเพิ่มขึ้นสองเท่า ตรวจพบได้ยาก เช่นเดียวกับองค์ประกอบทรานยูเรเนียมอื่นๆ ด้วยอุปกรณ์ γ-สเปกโตรเมตริกแบบทั่วไป และวิธีการตรวจจับที่เฉพาะเจาะจงมากและมีราคาแพง ไอโซโทป Pu-242 มีคุณสมบัติทางนิวเคลียร์คล้ายกับยูเรเนียม-238 มากที่สุด โดย Am-241 ที่ได้จากการสลายตัวของไอโซโทป Pu-241 ถูกนำมาใช้ในเครื่องตรวจจับควัน
อะเมริเซียม-241 เช่นเดียวกับองค์ประกอบทรานยูรานิกอื่นๆ (เนปทูเนียม แคลิฟอร์เนียม และอื่นๆ) เป็นนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม โดยส่วนใหญ่เป็นองค์ประกอบเปล่งแสง α ที่ทำให้เกิดการฉายรังสีภายในร่างกาย
มีพลูโทเนียมสะสมบนโลกมากเกินพอ การผลิตนั้นไม่จำเป็นเลยสำหรับทั้งการป้องกันและพลังงาน อย่างไรก็ตาม จากเครื่องปฏิกรณ์ 13 เครื่องที่มีอยู่ในสหภาพโซเวียตที่ผลิตพลูโทเนียมเกรดอาวุธ มี 3 เครื่องที่ยังคงทำงานอยู่ โดย 2 เครื่องอยู่ในเมือง Seversk เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวเครื่องสุดท้ายในสหรัฐอเมริกาถูกปิดตัวลงในปี 1988
คุณภาพของพลูโทเนียมถูกกำหนดโดยเปอร์เซ็นต์ของไอโซโทปในนั้น (ยกเว้นพลูโทเนียม-239) (ตารางที่ 21)
ณ เดือนกันยายน พ.ศ. 2541 ราคาพลูโทเนียมที่กำหนดโดยแผนกไอโซโทปของห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ (ORNL) มีดังนี้: 8.25 ดอลลาร์/มก. สำหรับพลูโทเนียม-238 (ความบริสุทธิ์ 97%) $4.65/มก. สำหรับพลูโทเนียม-239 (>99.99%); $5.45/มก. สำหรับพลูโทเนียม-240 (>95%); 14.70 เหรียญสหรัฐฯ/มก. สำหรับพลูโทเนียม-241 (>93%) และ 19.75 เหรียญสหรัฐฯ/มก. สำหรับพลูโทเนียม-242
ตารางที่ 21คุณภาพของพลูโตเนียม
การจำแนกพลูโตเนียมตามคุณภาพนี้ ซึ่งพัฒนาโดยกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา ค่อนข้างจะเป็นไปตามอำเภอใจ ตัวอย่างเช่น ระเบิดนิวเคลียร์ยังสามารถสร้างจากเชื้อเพลิงและเครื่องปฏิกรณ์พลูโตเนียมได้ ซึ่งไม่เหมาะสมสำหรับวัตถุประสงค์ทางทหารน้อยกว่าพลูโทเนียมเกรดอาวุธ พลูโทเนียมคุณภาพใดก็ได้ที่สามารถนำมาใช้สร้างอาวุธรังสีได้ (เมื่อสารกัมมันตภาพรังสีกระจายตัวโดยไม่ทำให้เกิดการระเบิดของนิวเคลียร์)
เมื่อ 60 ปีที่แล้ว พืชและสัตว์สีเขียวไม่มีพลูโทเนียม ปัจจุบันมีมากถึง 10 ตันกระจัดกระจายในชั้นบรรยากาศ ประมาณ 650 ตันผลิตโดยพลังงานนิวเคลียร์ และมากกว่า 300 ตันโดยการผลิตทางทหาร ส่วนสำคัญของการผลิตพลูโตเนียมทั้งหมดตั้งอยู่ในรัสเซีย
เมื่ออยู่ในชีวมณฑล พลูโทเนียมจะอพยพไปตามนั้น พื้นผิวโลกรวมอยู่ในวัฏจักรทางชีวเคมี พลูโตเนียมมีความเข้มข้นโดยสิ่งมีชีวิตในทะเล: ค่าสัมประสิทธิ์การสะสม (เช่น อัตราส่วนของความเข้มข้นในร่างกายและใน สภาพแวดล้อมภายนอก) สำหรับสาหร่ายคือ 1,000-9,000 สำหรับแพลงก์ตอน (ผสม) - ประมาณ 2,300 สำหรับหอย - มากถึง 380 สำหรับ ปลาดาว- ประมาณ 1,000 สำหรับกล้ามเนื้อ กระดูก ตับ และกระเพาะของปลา - 5.570, 200 และ 1,060 ตามลำดับ พืชบกดูดซับพลูโตเนียมผ่านระบบรากเป็นหลักและสะสมเป็น 0.01% ของมวลพลูโทเนียม ตั้งแต่ยุค 70 ในศตวรรษที่ 20 ส่วนแบ่งของพลูโทเนียมในการปนเปื้อนกัมมันตรังสีในชีวมณฑลเพิ่มขึ้น (การฉายรังสีของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในทะเลเนื่องจากพลูโทเนียมมีมากกว่าเนื่องจาก 90 Sr และ 137 Cs) ความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตสำหรับ 239 Pu ในแหล่งน้ำเปิดและอากาศในห้องทำงานคือ 81.4 และ 3.3ּ 10 -5 Bq/l ตามลำดับ
พฤติกรรมของพลูโทเนียมในอากาศเป็นตัวกำหนดสภาวะสำหรับการจัดเก็บและการจัดการที่ปลอดภัยในระหว่างการผลิต (ตารางที่ 22) การออกซิเดชันของพลูโทเนียมก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์ เนื่องจากพลูโทเนียมไดออกไซด์ซึ่งเป็นสารประกอบที่เสถียรสามารถสูดเข้าไปในปอดได้ง่าย กิจกรรมเฉพาะของมันสูงกว่ายูเรเนียมถึง 200,000 เท่า ยิ่งไปกว่านั้นการปลดปล่อยร่างกายจากพลูโทเนียมที่เข้าไปนั้นไม่ได้เกิดขึ้นตลอดชีวิตของบุคคล
ครึ่งชีวิตทางชีวภาพของพลูโตเนียมอยู่ที่ 80-100 ปี เมื่ออยู่ในเนื้อเยื่อกระดูก ความเข้มข้นของพลูโตเนียมจะคงที่เกือบคงที่ ครึ่งชีวิตจากตับคือ 40 ปี สารเติมแต่งที่เป็นคีเลตสามารถเร่งการกำจัดพลูโตเนียมได้
การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของพลูโทเนียมในอากาศ
| รูปแบบและสภาวะแวดล้อม | ปฏิกิริยาพลูโตเนียม |
แท่งโลหะ | ค่อนข้างเฉื่อย |
ผงโลหะ | ตอบสนองอย่างรวดเร็วจนเกิดเป็นรูปร่าง |
ผงละเอียด: | ติดไฟแบบสุ่ม: |
ที่อุณหภูมิและความชื้นสูงขึ้น | ตอบสนองต่อรูปแบบ |
พลูโตเนียมเรียกว่า "พิษนิวเคลียร์"; ปริมาณที่อนุญาตในร่างกายมนุษย์มีหน่วยเป็นนาโนกรัม คณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยการคุ้มครองรังสีวิทยา (ICRP) ได้กำหนดขีดจำกัดการดูดซึมต่อปีไว้ที่ 280 นาโนกรัม ซึ่งหมายความว่าสำหรับการสัมผัสในการทำงาน ความเข้มข้นของพลูโทเนียมในอากาศไม่ควรเกิน 7 พิโกคูรี/ลูกบาศก์เมตร ความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตของ Pu-239 (สำหรับบุคลากรมืออาชีพ) คือ 40 nanoCuries (0.56 ไมโครกรัม) และ 16 nanoCuries (0.23 ไมโครกรัม) สำหรับเนื้อเยื่อปอด
การกลืนพลูโตเนียม 500 มก. โดยแบ่งเป็นชิ้นละเอียดหรือละลายอาจส่งผลให้เสียชีวิตจากการสัมผัสระบบย่อยอาหารแบบเฉียบพลันภายในไม่กี่วันหรือหลายสัปดาห์ การสูดดมพลูโตเนียม 100 มก. ในรูปของอนุภาคที่มีขนาดเหมาะสมที่สุดสำหรับการกักเก็บในปอดขนาด 1-3 ไมครอน จะทำให้เสียชีวิตจากอาการบวมน้ำที่ปอดใน 1-10 วัน การสูดดมขนาด 20 มก. จะทำให้เสียชีวิตจากพังผืดในเวลาประมาณหนึ่งเดือน สำหรับปริมาณที่ต่ำกว่าค่าเหล่านี้มาก จะเกิดผลก่อมะเร็งเรื้อรัง
ตลอดชีวิต ความเสี่ยงของผู้ใหญ่ที่จะเป็นมะเร็งปอดขึ้นอยู่กับปริมาณพลูโตเนียมที่เข้าสู่ร่างกาย การกินพลูโตเนียม 1 ไมโครกรัม มีความเสี่ยง 1% ที่จะเกิดมะเร็ง (ความเสี่ยงมะเร็งปกติ 20%) ดังนั้น 10 ไมโครกรัมจะเพิ่มความเสี่ยงของโรคมะเร็งจาก 20% เป็น 30% การได้รับสารขนาด 100 ไมโครกรัมขึ้นไปรับประกันการพัฒนาของมะเร็งปอด (โดยปกติจะเกิดขึ้นภายในไม่กี่ทศวรรษ) แม้ว่าหลักฐานความเสียหายของปอดอาจใช้เวลาหลายเดือนจึงจะปรากฏ หากทะลุระบบไหลเวียนโลหิต ก็มักจะเริ่มมีความเข้มข้นในเนื้อเยื่อที่มีธาตุเหล็ก ได้แก่ ไขกระดูก ตับ ม้าม หากใส่กระดูกของผู้ใหญ่ในปริมาณ 1.4 ไมโครกรัม ระบบภูมิคุ้มกันจะเสื่อมลงและอาจเกิดมะเร็งได้ภายในไม่กี่ปี
ความจริงก็คือ Pu-239 เป็นตัวปล่อย α และอนุภาค α แต่ละตัวในเนื้อเยื่อชีวภาพก่อตัวเป็นไอออน 150,000 คู่ตามเส้นทางสั้น ทำลายเซลล์และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีต่างๆ 239 Pu เป็นของสารที่มีการกระจายแบบผสมเนื่องจากสะสมไม่เพียงแต่ในโครงกระดูกเท่านั้น แต่ยังอยู่ในตับด้วย มันถูกเก็บรักษาไว้อย่างดีในกระดูกและในทางปฏิบัติแล้วไม่สามารถลบออกจากร่างกายได้เนื่องจากกระบวนการเผาผลาญในเนื้อเยื่อกระดูกช้า ด้วยเหตุนี้นิวไคลด์นี้จึงจัดอยู่ในกลุ่มที่มีพิษมากที่สุด
ในขณะที่อยู่ในร่างกาย พลูโตเนียมจะกลายเป็นแหล่งรังสีอัลฟ่าในมนุษย์อย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดเนื้องอกในกระดูก มะเร็งตับ และมะเร็งเม็ดเลือดขาว ความผิดปกติของเม็ดเลือด มะเร็งกระดูก มะเร็งปอด จึงเป็นหนึ่งในสารก่อมะเร็งที่อันตรายที่สุด (ตารางที่ 23)
อ้างอิง
1. Tikhonov M.N., Muratov O.E., Petrov E.L. ไอโซโทปและเทคโนโลยีรังสี: ความเข้าใจความเป็นจริงและการมองไปสู่อนาคต // ความเชี่ยวชาญทางนิเวศวิทยา Obz.inf., 2549, ฉบับที่ 6, หน้า. 38--99. - ม. วินิตี ราส
Tikhonov M.N., Muratov O.E., Petrov E.L. ไอโซโทปและเทคโนโลยีรังสี: ความเข้าใจความเป็นจริงและการมองไปสู่อนาคต // ความเชี่ยวชาญทางนิเวศวิทยา Obz.inf., 2549, ฉบับที่ 6, หน้า. 38--99. - ม. วินิตี ร.2. Bazhenov V.A., Buldakov L.A., Vasilenko I.Ya. เป็นต้น สารเคมีที่เป็นอันตราย สารกัมมันตภาพรังสี: สิ่งพิมพ์อ้างอิง // เอ็ด. วี.เอ. Filova et al.-L.: เคมี, 1990. - 464 หน้า
3. สารานุกรมเคมี: มี 5 เล่ม // Ch. เอ็ด เซฟิรอฟ เอ็น.เอส. - ม.: บอลชายา สารานุกรมรัสเซีย, 1995. - ต. 4, น. 153-154 (เรเดียม), p. 282 (รูบิเดียม), p. 283 (รูทีเนียม), p. 300 (ตะกั่ว) น. 560 (เทคนีเชียม) น. 613 (ทอเรียม); 2542. - ต. 5, น. 41 (ยูเรเนียม) น. 384 (เซอร์โคเนียม)
4. สารานุกรมเคมี: 5 เล่ม // Ch. เอ็ด คนเนียนท์ อิ.ล. - อ.: สารานุกรมโซเวียต, 2533.- ต.1, หน้า. 78 (ดอกไม้ทะเล), น. 125 (อิเมริเซียม), p. 241 (แบเรียม); ต. 2, น. 284 (โพแทสเซียม) น. 286 (แคลิฟอร์เนียม), p.414 (โคบอลต์), p. 577 (แลนทานัม); 2535 ต. 3, น. 580 (พลูโตเนียม)
5. Nesmeyanov A.N. เคมีรังสี. - อ.: เคมี พ.ศ. 2521 - 560 น.
6. Shirokov Yu.M. , Yudin N.P. ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - ม., เนากา, 1980.
7. คอซลอฟ วี.เอฟ. คู่มือความปลอดภัยจากรังสี - ฉบับที่ 5 แก้ไขใหม่ และเพิ่มเติม - อ.: Energoatomizdat, 1999. - 520 หน้า
8. Moiseev A.A., Ivanov V.I. คู่มือการวัดปริมาณรังสีและสุขอนามัยด้านรังสี - อ.: Energoatomizdat, 1992. - 252 หน้า
9. คิริลลอฟ วี.เอฟ., นีซนิคอฟ วี.เอ., โคเรนคอฟ ไอ.พี. สุขอนามัยจากการฉายรังสี // เอ็ด. แอลเอ อิลิน่า. - อ.: แพทยศาสตร์, 2531. - 336 น.
10. ริควานอฟ แอล.พี. ปัญหาทั่วไปและปัญหารังสีวิทยาในระดับภูมิภาค - ตอมสค์: TPU, 1997. - 384 หน้า
11. Bagnal K. เคมีของธาตุกัมมันตภาพรังสีที่หายาก พอโลเนียม - แอกทิเนียม: การแปล จากภาษาอังกฤษ // เอ็ด. ยู.วี. กาการินสกี้. - อ.: สำนักพิมพ์ต่างประเทศ. ลิตร - 256 ส.
12. Gusev N.G., Rubtsov P.M., Kovalenko V.V., Kolobashkin V.V. ลักษณะการแผ่รังสีของผลิตภัณฑ์ฟิชชัน: คู่มือ - อ.: Atomizdat, 2517. - 224 น.
13. องค์ประกอบ Transuranic ในสภาพแวดล้อม // เอ็ด. เรา. แฮนสัน: ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ - อ.: มีร์ 2528 - 344 หน้า
14. สมีสลอฟ เอ.เอ. ยูเรเนียมและทอเรียมในเปลือกโลก - ล.: เนดรา, 2517. - 232 น.
15. รังสีไอออไนซ์: แหล่งที่มาและผลกระทบทางชีวภาพ คณะกรรมการวิทยาศาสตร์แห่งสหประชาชาติว่าด้วยผลกระทบของรังสีปรมาณู (UNSCEAR) พ.ศ. 2525 รายงานต่อสมัชชาใหญ่. ต.1. - นิวยอร์ก UN, 1982. - 882 น.
16. แหล่งที่มาผลกระทบและอันตรายของรังสีไอออไนซ์ // รายงานของคณะกรรมการวิทยาศาสตร์แห่งสหประชาชาติเกี่ยวกับผลกระทบของรังสีปรมาณูต่อสมัชชาใหญ่ปี 2531 - อ.: มีร์ 2535 - 1232 น.
17. Vasilenko I.Ya. พิษวิทยาของผลิตภัณฑ์นิวเคลียร์ฟิชชัน - อ.: แพทยศาสตร์, 2542. - 200 น.
18. อิสราเอล ยู.เอ., สตูกิน อี.ดี. แกมมา - รังสีจากกัมมันตภาพรังสี - อ.: Atomizdat, 2510. - 224 น.
19. Aleksakhin R.M., Arkhipov N.P., Vasilenko I.Ya. นิวไคลด์กัมมันตรังสีธรรมชาติในปริมาณมากในชีวมณฑล - อ.: Nauka, 1990. - 368 หน้า
20. คริโวลุตสกี้ ดี.เอ. และอื่น ๆ ผลของรังสีไอออไนซ์ต่อ biogeocenosis - อ.: Gidrometeoizdat, 2520. - 320 น.
21. บูลดาคอฟ แอล.เอ. สารกัมมันตภาพรังสีและผู้คน -M.: Energoatomizdat, 1990 - 160 p.
22. รูเซอร์ แอล.เอส. ละอองกัมมันตภาพรังสี //Ed. หนึ่ง. มาร์ตีนยัค. - อ.: Energoatomizdat, 2544. - 230 น.
23. ซูราฟเลฟ วี.เอฟ. พิษวิทยาของสารกัมมันตภาพรังสี - อ.: Energoatomizdat, 1990. - 336 หน้า
24. มอยเซฟ เอ.เอ. ซีเซียม-137. สิ่งแวดล้อม-ผู้คน - อ.: Energoatomizdat, 2528. - 121 น.
25. Tikhonov M.N. , Muratov O.E. วัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทางเลือก: ความจำเป็นและความเกี่ยวข้อง // นิเวศวิทยาการผลิตทางอุตสาหกรรม, 2552, ฉบับที่ 4, น. 40-48.
26. Aleksakhin R.M., Vasiliev A.V., Dikarev V.G. และอื่นๆ. - ม., นิเวศวิทยา, 2534.
27. ชาลอฟ ป.ไอ. การแยกส่วนไอโซโทปของยูเรเนียมธรรมชาติ - Frunze: อิลิม, 1975.
28. พิลิเพนโก เอ.ที. โซเดียมและโพแทสเซียม // คู่มือเคมีเบื้องต้น. - ฉบับที่ 2 - เคียฟ: Naukova Dumka, 1978, p. 316-319.
29. ทิโคนอฟ เอ็ม.เอ็น. อันตรายจากเรดอน: แหล่งที่มา ปริมาณ และปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข // ความเชี่ยวชาญทางนิเวศวิทยา Obz.inf., 2009, ฉบับที่ 5, น. 2-108. - ม. วินิตี ราส
30. กุดเซนโก วี.วี., ดูบินชุก วี.ที. ไอโซโทปของเรเดียมและเรดอนในน้ำธรรมชาติ - อ.: Nauka, 2530. - 157 น.
31. Martynyuk Yu.N. ในประเด็นเรื่องคุณภาพน้ำดื่มจากรังสี // ANRI, 1996, No. 1, p. 64-66.
32. Borisov N.B., Ilyin L.A., Margulis U.Ya. และอื่นๆ ความปลอดภัยทางรังสีเมื่อทำงานกับพอโลเนียม-210 // เอ็ด. ไอ.วี. Petryanova และ L.A. อิลิน่า. - อ.: Atomizdat, 1980. - 264 น.
33. วิธีการวัดกิจกรรมเชิงปริมาตรของพอโลเนียม-210 และตะกั่ว-210 ในน้ำธรรมชาติโดยใช้วิธีอัลฟา-เบต้าเรดิโอเมตริกพร้อมการเตรียมเคมีรังสี - ม., 2544.
34. Gusev N.G., Belyaev V.A. การปล่อยสารกัมมันตภาพรังสีในชีวมณฑล: คู่มือ - อ.: Energoatomizdat, 1991. - 255 น.
35. Bolsunovsky A.Ya. การผลิตวัสดุนิวเคลียร์ในรัสเซียและมลพิษ สิ่งแวดล้อม- - ในหนังสือ: อะตอมที่ไม่มีตราประทับ "ความลับ": มุมมอง - มอสโก-เบอร์ลิน, 1992, หน้า. 9-29.
36. Fedorova E.A., Ponomareva R.P., Milakina L.A. รูปแบบของพฤติกรรม 14 C ในระบบบรรยากาศ - พืชภายใต้สภาวะความเข้มข้นของ CO 2 ที่แปรผันในอากาศ // นิเวศวิทยา, 1985, ลำดับ 5, หน้า 24-29.
37. Ponomareva R.P., Milakina L.A., Savina V.I. รูปแบบพฤติกรรมของคาร์บอน-14 ในห่วงโซ่อาหารของมนุษย์ภายใต้อิทธิพลของแหล่งปล่อยก๊าซในท้องถิ่น // อุตสาหกรรมนิวเคลียร์: สิ่งแวดล้อมและสาธารณสุข / เอ็ด แอลเอ บูลดาโควา, S.N. เดมิน่า. - ม., 1988, น. 240-249.
38. Rublevsky V.P., Golenetsky S.P., Kirdin G.S. กัมมันตภาพรังสีคาร์บอนในชีวมณฑล - อ.: Atomizdat, 2522. - 150 น.
39. Artemova N.E., Bondarev A.A., Karpov V.I., Kurdyumov B.S. เป็นต้น การปล่อยสารกัมมันตภาพรังสีและสารเคมีอันตรายที่อนุญาตในชั้นพื้นดินของบรรยากาศ - อ.: Atomizdat, 1980. - 235 น.
40. เดมิน เอส.เอ็น. ปัญหาคาร์บอน-14 ในพื้นที่มายัค PA // ปัญหาความปลอดภัยทางรังสี พ.ศ. 2543 ฉบับที่ 1 หน้า 61-66.
41. อ.ซาคารอฟ คาร์บอนกัมมันตภาพรังสี การระเบิดของนิวเคลียร์และผลกระทบทางชีวภาพที่ไม่ใช่เกณฑ์ // พลังงานปรมาณู, 2501, ต. 4, ฉบับที่ 6, น. 576-580.
42. อ.ซาคารอฟ กัมมันตภาพรังสีคาร์บอนของการระเบิดของนิวเคลียร์และผลกระทบทางชีวภาพที่ไม่ใช่เกณฑ์ // วิทยาศาสตร์และความมั่นคงทั่วไป, 1991, เล่ม 1, ลำดับที่ 4, หน้า 3-8.
43. เยอรมันสกี้ เอ.เอ็ม. เรดิโอคาร์บอนในบรรยากาศและการเสียชีวิตในเดนมาร์ก นิตยสารออนไลน์ "เทคโนโลยีชีวภาพเชิงพาณิชย์", 2548
44. อีแวนส์ อี. ทริเทียมและสารประกอบของมัน - ม., Atomizdat, 1970.
45. เลนส์กี้ แอล.เอ. ฟิสิกส์และเคมีของไอโซโทป - ม., Atomizdat, 1981.
46. Belovodsky L.F. , Gaevoy V.K. , Grishmanovsky V.I. ไอโซโทป - ม., Atomizdat, 1985.
47. Andreev B.M., Zelvensky Ya.D., Katalnikov S.G. ไอโซโทปหนักของไฮโดรเจนในเทคโนโลยีนิวเคลียร์ - ม., Atomizdat, 1987.
48. ลีนสัน ไอ.เอ. 100 คำถามและคำตอบเกี่ยวกับเคมี - ม., AST-แอสเทรล, 2002.
49. ดูบาซอฟ ยู.วี., โอคูเนฟ เอ็น.เอส., ปาโฮมอฟ เอส.เอ. การติดตามนิวไคลด์กัมมันตรังสีซีนอนและคริปทอน-85 ในภูมิภาคตะวันตกเฉียงเหนือของรัสเซียในปี 2550-2551 // การรวบรวมรายงาน นานาชาติครั้งที่ 3 ฟอรั่มนิวเคลียร์ 22-26 กันยายน 2551 - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: NOU DPO "ATOMPROF", 2551, p. 57-62.
50. Ksenzenko V.I., Stasinevich D.S. เคมีและเทคโนโลยีของโบรมีน ไอโอดีน และสารประกอบของโบรมีน ฉบับที่ 2 - อ.: In.lit., 2538. - 562 น.
51. Bagnal K. เคมีของซีลีเนียม เทลลูเรียม และพอโลเนียม - ม., 2514.
52. แนวทางหมู่ 2.6.1.082-96. การประเมินปริมาณการฉายรังสีภายในของต่อมไทรอยด์ด้วยไอโอดีน-131 ขึ้นอยู่กับผลการพิจารณาปริมาณไอโอดีน-129 ในวัตถุด้านสิ่งแวดล้อม (อนุมัติโดยรองหัวหน้าแพทย์สุขาภิบาลแห่งสหพันธรัฐรัสเซียเมื่อวันที่ 24 พฤษภาคม 2539)
53. Gavrilin Yu.I. , Volkov V.Ya. , Makarenkova I.I. การฟื้นฟูย้อนหลังของการสะสมไอโอดีน-131 ในพื้นที่ที่มีประชากรของภูมิภาค Bryansk ของรัสเซีย โดยพิจารณาจากผลการพิจารณาปริมาณไอโอดีน-129 ในดินในปี 2551 // สุขอนามัยจากการฉายรังสี, 2552, เล่ม 2, ลำดับที่ 3 ,หน้า. 38-44.
54. Vasilenko I.Ya., Vasilenko O.I. กัมมันตภาพรังสีสตรอนเซียม // พลังงาน: เศรษฐศาสตร์, เทคโนโลยี, นิเวศวิทยา, 2545, ลำดับที่ 4, น. 26-32.
55. Vasilenko I.Ya. กัมมันตรังสีซีเซียม-137 // ธรรมชาติ, 2542, ฉบับที่ 3, น. 70-76.
56. เศรษฐกิจพลูโตเนียม: ทางออกหรือทางตัน พลูโตเนียมในสิ่งแวดล้อม // คอมพ์ มิโรโนวา เอ็น.ไอ. - เชเลียบินสค์ 2541 - 74 น.
57. บลูเมนธัล ดับเบิลยู.บี. เคมีของเซอร์โคเนียม - ม., 2506.
58. เพิร์ตซอฟ แอล.เอ. รังสีไอออไนซ์จากชีวมณฑล - อ.: Atomizdat, 2516. - 288 หน้า
59. ห้องสมุดยอดนิยม องค์ประกอบทางเคมี- เล่ม 2. ซิลเวอร์นีลสโบเรียมและอื่นๆ - ฉบับที่ 3 - อ.: Nauka, 2526. - 573 น.
60. Ogorodnikov B.I. Thoron และผลิตภัณฑ์ลูกสาวในปัญหาการฉายรังสีจากการสูดดม // เทคโนโลยีปรมาณูในต่างประเทศ, 2549, ฉบับที่ 6, หน้า. 10-15.
61. ยาร์โมเนนโก เอส.พี. รังสีชีววิทยาของมนุษย์และสัตว์-ม.: บัณฑิตวิทยาลัย, 1988.-424 น.
62. บาบาเยฟ เอ็น.เอส., เดมิน วี.เอฟ., อิลยิน แอล.เอ. และอื่นๆ พลังงานนิวเคลียร์ ผู้คน และสิ่งแวดล้อม / เอ็ด ศึกษา เอ.พี. อเล็กซานโดรวา. - อ.: Energoatomizdat, 2527. - 312 หน้า
63. อับรามอฟ ยู.วี. และอื่น ๆ การกำหนดปริมาณการฉายรังสีภายนอกของอวัยวะและเนื้อเยื่อตามข้อกำหนดของ NRB-99 ในสภาวะทางอุตสาหกรรม // การแพทย์ สถานการณ์ที่รุนแรง, 2000, ฉบับที่ 3 (6), หน้า 55-60.
64. อเล็กซาคิน อาร์.เอ็ม., บุลดาคอฟ แอล.เอ., กูบานอฟ วี.เอ. อุบัติเหตุทางรังสีที่สำคัญ: ผลที่ตามมาและมาตรการป้องกัน / ภายใต้ทั่วไป เอ็ด L.A. Ilyina และ V.A. กูบาโนวา. - อ.: สำนักพิมพ์, 2544. -752 น.
65. Mashkovich V.P. , Kudryavtseva A.V. การป้องกันรังสีไอออไนซ์: คู่มือ ฉบับที่ 4 - อ.: Energoatomizdat, 1995.
66. เวชศาสตร์รังสี. ต.2. ความเสียหายจากรังสีต่อมนุษย์ / เอ็ด เอ็ด ศึกษา แรมส์ แอล.เอ. อิลิน่า -ม.: สำนักพิมพ์, 2544. -432 น.
พวกเขาอ้างว่าพลูโตเนียมเป็น “สารที่มีพิษมากที่สุดในโลก” และเป็นอันตรายถึงขนาด “แม้แต่จุดเล็กๆ ก็สามารถฆ่าคนได้” เรายืนยันว่าพลูโทเนียมเป็นพิษ ดังนั้นเฉพาะผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณสมบัติสูงเท่านั้นจึงควรดำเนินการแก้ไข คุณสมบัติที่เป็นพิษของพลูโทเนียมปรากฏเป็นผลมาจากกัมมันตภาพรังสีอัลฟา ในแง่ของระดับอันตรายจากรังสี พลูโตเนียมอยู่ในกลุ่ม A (นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีที่มีฤทธิ์สำคัญน้อยที่สุด 10 3 Bq) ซึ่งรวมถึงนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีเช่น 229 Th, 232 U, 231 Ra, U ธรรมชาติ, Th ตามธรรมชาติ อนุภาคอัลฟ่าเป็นเพียงอันตรายร้ายแรงหากแหล่งกำเนิดของพวกมันอยู่ภายในร่างกาย (เช่น พลูโทเนียมจะต้องถูกกินเข้าไป) แม้ว่าพลูโตเนียมจะปล่อยรังสีแกมมาและนิวตรอนที่สามารถเข้าสู่ร่างกายจากภายนอกได้เช่นกัน แต่ระดับดังกล่าวยังต่ำเกินไปที่จะก่อให้เกิดอันตรายมาก
ไม่สามารถเปรียบเทียบโดยตรงระหว่างพลูโทเนียมกับสารพิษได้ เนื่องจากผลของการสูดดมพลูโทเนียมเข้าไปจะเพิ่มโอกาสเป็นมะเร็งภายในไม่กี่ปี ในขณะที่สารพิษอื่นๆ ส่วนใหญ่จะทำให้เสียชีวิตทันที การเปรียบเทียบสารพิษที่ชัดเจนที่สุด เช่น กรัมกับกรัม แสดงให้เห็นว่าไรซิน พิษงูบางชนิด และโพแทสเซียมไซยาไนด์มีความเป็นพิษมากกว่าพลูโทเนียมอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ยังควรพิจารณาด้วยว่าสารทำความสะอาดและผงซักฟอกทั้งหมดที่อยู่ในครัวก็เป็นพิษเช่นกันหากเราดูดซับเข้าไปข้างใน ผลิตภัณฑ์บางชนิดที่ทำจากพืชธัญพืชก็มีพิษเช่นกัน
ข้อมูลเพิ่มเติม:
พลูโตเนียม-239มีครึ่งชีวิต 24,100 ปี นั่นคือมันมีกัมมันตภาพรังสีเป็นเวลานานมาก มันปล่อยกัมมันตภาพรังสีออกมาในรูปของอนุภาคอัลฟ่าซึ่งมีการแทรกซึมได้เล็กน้อยและไม่สามารถทะลุผ่านผิวหนังของมนุษย์ได้ รังสีที่ปล่อยออกมาจากไอโซโทปอายุสั้นมีอันตรายน้อยกว่ารังสีจากไอโซโทปอายุสั้น ไอโซโทปรังสีครึ่งชีวิตที่ยาวนาน เช่น ยูเรเนียม-238 (ครึ่งชีวิต 4.5 พันล้านปี) ปล่อยรังสีในอัตราที่ต่ำในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา ไอโซโทปรังสีที่มีครึ่งชีวิตสั้น เช่น เรดอน-222 (ครึ่งชีวิต 3.82 วัน) ปล่อยรังสีได้เร็วกว่ามาก แต่ในช่วงเวลาที่สั้นกว่า
พลูโตเนียมเกรดอาวุธเอกสารที่ไม่เป็นความลับอีกต่อไป (WASH-1037, "ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับอาวุธนิวเคลียร์" มิถุนายน พ.ศ. 2515) ระบุว่าการกำหนด "เกรดอาวุธ" ของพลูโตเนียมเป็นเพียงเรื่องทางเศรษฐกิจเท่านั้น ในด้านหนึ่ง ราคาพลูโตเนียมลดลงเมื่อส่วนแบ่งของ Pu-240 เพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน Pu-240 จะเพิ่มมวลวิกฤต
หากเราคำนึงถึงความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์จากการสัมผัสพลูโทเนียมก็ควรสังเกตว่าแม้แต่การกินพลูโตเนียมเข้าไปก็ไม่เป็นอันตรายมากนัก เพราะพลูโตเนียมที่ผ่านทางเดินอาหารจะถูกดูดซึมและกำจัดออกจากร่างกายได้ไม่ดีก่อนที่จะเกิดอันตราย . พลูโทเนียมเก็บได้ไม่ยากและสามารถแยกออกจากสิ่งแวดล้อมได้ง่ายเนื่องจากพลังการทะลุทะลวงของรังสีที่ปล่อยออกมามีน้อย อย่างไรก็ตาม มีความเสี่ยงต่อสุขภาพอย่างเห็นได้ชัดจากการสูดดมพลูโตเนียม แม้ว่าจะเป็นเรื่องยากมากที่จะสร้างการกระจายตัวในอากาศของโลหะหนัก เช่น พลูโทเนียม แต่สารประกอบทางเคมีบางชนิด รวมถึงพลูโทเนียมออกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำซึ่งมีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 10 ไมครอน ก็ก่อให้เกิดอันตรายได้
ที่สุดเมื่อสูดดมสารนี้จะถูกขนส่งทันทีโดยกระแสเมือกจากระบบหลอดลมไปยังทางเดินอาหารเช่นเดียวกับสารใด ๆ ที่ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม พลูโทเนียมบางส่วนจะยังคงถูกจับโดยร่างกาย และจะเข้าสู่เลือดหรือระบบน้ำเหลืองก่อนทันที และต่อมาเข้าสู่ส่วนอื่น ๆ ของร่างกาย โดยเฉพาะตับและกระดูก นี่คือจุดที่รังสีอัลฟ่าจากพลูโตเนียมที่ถูกดูดซึมสามารถก่อให้เกิดมะเร็งได้ในที่สุด อย่างไรก็ตาม อันตรายที่เกิดจากพลูโตเนียมนั้นคล้ายคลึงกับอันตรายของนิวไคลด์กัมมันตรังสีอื่นๆ ที่ปล่อยรังสีอัลฟ่าเมื่อสูดดม ครึ่งชีวิตทางชีวภาพของพลูโตเนียมอยู่ที่ 80-100 ปีเมื่อมีอยู่ในเนื้อเยื่อกระดูก เช่น ความเข้มข้นของมันแทบจะคงที่ ครึ่งชีวิตจากตับคือ 40 ปี สารเติมแต่งที่เป็นคีเลตสามารถเร่งการกำจัดพลูโตเนียมได้ พลูโตเนียมอาจมีอันตรายน้อยกว่าไอโซโทปอายุสั้น จึงมีกัมมันตภาพรังสีมากกว่า ตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์ลูกสาวของการสลายตัวของก๊าซเรดอนซึ่ง (แม้ว่าจะมีความเข้มข้นต่ำ) แพร่หลายในสิ่งแวดล้อม
มนุษยชาติค้นหาแหล่งพลังงานใหม่มาโดยตลอดซึ่งสามารถแก้ไขปัญหาต่างๆ มากมายได้ อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ไม่ได้ปลอดภัยเสมอไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งพลังงานไฟฟ้าที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน แม้ว่าจะสามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าจำนวนมหาศาลที่ทุกคนต้องการได้ แต่ก็ยังคงก่อให้เกิดอันตรายถึงชีวิตได้ แต่นอกเหนือจากจุดประสงค์ทางสันติภาพแล้ว บางประเทศบนโลกของเรายังได้เรียนรู้ที่จะใช้มันเพื่อจุดประสงค์ทางการทหาร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อสร้างหัวรบนิวเคลียร์ บทความนี้จะกล่าวถึงพื้นฐานของอาวุธทำลายล้างดังกล่าวซึ่งมีชื่อว่าพลูโตเนียมเกรดอาวุธ
ข้อมูลโดยย่อ
โลหะรูปแบบกะทัดรัดนี้มีไอโซโทป 239Pu อย่างน้อย 93.5% พลูโตเนียมเกรดอาวุธได้รับการตั้งชื่อเพื่อให้สามารถแยกแยะได้จาก "เกรดเครื่องปฏิกรณ์" โดยหลักการแล้ว พลูโตเนียมจะก่อตัวขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใดๆ ก็ตาม ซึ่งในทางกลับกันจะทำงานบนยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำหรือยูเรเนียมธรรมชาติ ซึ่งโดยส่วนใหญ่จะมีไอโซโทป 238U
การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมการทหาร
พลูโตเนียมเกรดอาวุธ 239Pu เป็นพื้นฐานของอาวุธนิวเคลียร์ ในเวลาเดียวกันการใช้ไอโซโทปที่มีเลขมวล 240 และ 242 นั้นไม่เกี่ยวข้องเนื่องจากพวกมันสร้างพื้นหลังนิวตรอนที่สูงมากซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะทำให้การสร้างและการออกแบบกระสุนนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพสูงมีความซับซ้อนในที่สุด นอกจากนี้ ไอโซโทปพลูโทเนียม 240Pu และ 241Pu มีครึ่งชีวิตสั้นกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับ 239Pu ดังนั้นชิ้นส่วนพลูโทเนียมจึงร้อนมาก ในเรื่องนี้วิศวกรถูกบังคับให้เพิ่มองค์ประกอบเพิ่มเติมเพื่อขจัดความร้อนส่วนเกินในอาวุธนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตาม 239Pu ในรูปแบบบริสุทธิ์นั้นอุ่นกว่าร่างกายมนุษย์ เป็นไปไม่ได้ที่จะไม่คำนึงถึงความจริงที่ว่าผลิตภัณฑ์จากกระบวนการสลายตัวของไอโซโทปหนักได้รับการเปลี่ยนแปลงที่เป็นอันตราย ตาข่ายคริสตัลโลหะและสิ่งนี้ค่อนข้างเปลี่ยนการกำหนดค่าของชิ้นส่วนพลูโทเนียมโดยธรรมชาติซึ่งในที่สุดอาจทำให้อุปกรณ์ระเบิดนิวเคลียร์ล้มเหลวโดยสิ้นเชิง
โดยทั่วไปแล้ว ความยากลำบากข้างต้นทั้งหมดสามารถเอาชนะได้ และในทางปฏิบัติ อุปกรณ์ระเบิดที่ใช้พลูโตเนียม "เครื่องปฏิกรณ์" ได้รับการทดสอบแล้วมากกว่าหนึ่งครั้ง แต่ควรเข้าใจว่าในอาวุธนิวเคลียร์ ความกะทัดรัด น้ำหนักตายที่ต่ำ ความทนทาน และความน่าเชื่อถือไม่ได้มีความสำคัญน้อยที่สุดแต่อย่างใด ในเรื่องนี้พวกเขาใช้พลูโทเนียมเกรดอาวุธโดยเฉพาะ
คุณลักษณะการออกแบบของเครื่องปฏิกรณ์การผลิต
พลูโตเนียมเกือบทั้งหมดในรัสเซียผลิตในเครื่องปฏิกรณ์ที่ติดตั้งเครื่องหน่วงกราไฟท์ เครื่องปฏิกรณ์แต่ละเครื่องถูกสร้างขึ้นรอบๆ บล็อกกราไฟท์ที่ประกอบเป็นทรงกระบอก
เมื่อประกอบเข้าด้วยกัน บล็อกกราไฟต์จะมีช่องพิเศษระหว่างบล็อกเหล่านั้นเพื่อให้แน่ใจว่าสารหล่อเย็นซึ่งใช้ไนโตรเจนจะไหลเวียนได้อย่างต่อเนื่อง โครงสร้างที่ประกอบขึ้นยังมีช่องทางในแนวตั้งที่สร้างขึ้นเพื่อให้น้ำหล่อเย็นและเชื้อเพลิงผ่านได้ ตัวประกอบได้รับการรองรับอย่างแน่นหนาด้วยโครงสร้างที่มีรูใต้ช่องที่ใช้ในการปล่อยเชื้อเพลิงที่ผ่านการฉายรังสีแล้ว ยิ่งไปกว่านั้น แต่ละช่องยังอยู่ในท่อหล่อผนังบางจากอลูมิเนียมอัลลอยด์น้ำหนักเบาและแข็งแรงมาก ช่องที่อธิบายไว้ส่วนใหญ่มีแท่งเชื้อเพลิง 70 แท่ง น้ำหล่อเย็นจะไหลไปรอบๆ แท่งเชื้อเพลิงโดยตรง เพื่อขจัดความร้อนส่วนเกินออกจากแท่งเชื้อเพลิง
การเพิ่มพลังการผลิตเครื่องปฏิกรณ์
ในขั้นต้น เครื่องปฏิกรณ์มายัคเครื่องแรกทำงานด้วยพลังงานความร้อน 100 เมกะวัตต์ อย่างไรก็ตาม ผู้นำหลักของโครงการอาวุธนิวเคลียร์ของสหภาพโซเวียตได้ยื่นข้อเสนอว่าเครื่องปฏิกรณ์ควรทำงานที่กำลังไฟฟ้า 170-190 เมกะวัตต์ในฤดูหนาว และ 140-150 เมกะวัตต์ในฤดูร้อน วิธีการนี้ทำให้เครื่องปฏิกรณ์สามารถผลิตพลูโตเนียมอันมีค่าได้เกือบ 140 กรัมต่อวัน
ในปี พ.ศ. 2495 มีการดำเนินการวิจัยอย่างเต็มรูปแบบเพื่อเพิ่มกำลังการผลิตของเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้งานโดยใช้วิธีการดังต่อไปนี้:
- โดยการเพิ่มการไหลของน้ำที่ใช้หล่อเย็นและไหลผ่านแกนกลางของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
- โดยการเพิ่มความต้านทานต่อปรากฏการณ์การกัดกร่อนที่เกิดขึ้นใกล้กับซับช่อง
- ลดอัตราการเกิดออกซิเดชันของกราไฟท์
- อุณหภูมิภายในเซลล์เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น
เป็นผลให้ปริมาณน้ำหมุนเวียนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญหลังจากช่องว่างระหว่างเชื้อเพลิงและผนังช่องเพิ่มขึ้น เรายังกำจัดการกัดกร่อนได้อีกด้วย เพื่อจุดประสงค์นี้ เราได้เลือกอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่เหมาะสมที่สุด และเริ่มเติมโซเดียมไบโครเมตอย่างจริงจัง ซึ่งท้ายที่สุดจะเพิ่มความนุ่มนวลของน้ำหล่อเย็น (pH อยู่ที่ประมาณ 6.0-6.2) การเกิดออกซิเดชันของกราไฟท์ไม่เป็นปัญหาเร่งด่วนอีกต่อไปหลังจากที่ใช้ไนโตรเจนเพื่อทำให้กราไฟท์เย็นลง (ก่อนหน้านี้ใช้เพียงอากาศเท่านั้น)
ในช่วงปลายทศวรรษ 1950 นวัตกรรมต่างๆ ได้รับการตระหนักอย่างเต็มที่ในทางปฏิบัติ โดยลดการพองตัวของยูเรเนียมที่ไม่จำเป็นอย่างมากซึ่งเกิดจากการแผ่รังสี ลดการแข็งตัวของแท่งยูเรเนียมด้วยความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ ปรับปรุงความต้านทานการหุ้ม และเพิ่มการควบคุมคุณภาพการผลิต
การผลิตที่มายัค
"Chelyabinsk-65" เป็นหนึ่งในพืชลับๆ ที่ผลิตพลูโทเนียมเกรดอาวุธ องค์กรนี้มีเครื่องปฏิกรณ์หลายเครื่อง และเราจะพิจารณาแต่ละเครื่องให้ละเอียดยิ่งขึ้น
เครื่องปฏิกรณ์ A
การติดตั้งได้รับการออกแบบและสร้างสรรค์ภายใต้การนำของ N. A. Dollezhal ผู้เป็นตำนาน มีกำลังผลิต 100 เมกะวัตต์ เครื่องปฏิกรณ์มี 1149 ช่องควบคุมและช่องเชื้อเพลิงจัดเรียงในแนวตั้งในบล็อกกราไฟท์ น้ำหนักรวมของโครงสร้างประมาณ 1,050 ตัน เกือบทุกช่อง (ยกเว้น 25) เต็มไปด้วยยูเรเนียมซึ่งมีมวลรวม 120-130 ตัน มีการใช้ช่องสัญญาณ 17 ช่องสำหรับแท่งควบคุม และ 8 ช่องสำหรับการทดลอง การปล่อยความร้อนสูงสุดจากการออกแบบของเซลล์เชื้อเพลิงคือ 3.45 กิโลวัตต์ ในตอนแรก เครื่องปฏิกรณ์ผลิตพลูโทเนียมได้ประมาณ 100 กรัมต่อวัน พลูโตเนียมโลหะชนิดแรกเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 16 เมษายน พ.ศ. 2492
ข้อเสียทางเทคโนโลยี
เกือบจะในทันทีมีการระบุปัญหาที่ค่อนข้างร้ายแรงซึ่งประกอบด้วยการกัดกร่อนของแผ่นอลูมิเนียมและการเคลือบเซลล์เชื้อเพลิง แท่งยูเรเนียมก็พองตัวและได้รับความเสียหาย ส่งผลให้น้ำหล่อเย็นรั่วไหลเข้าสู่แกนเครื่องปฏิกรณ์โดยตรง หลังจากการรั่วไหลแต่ละครั้ง ต้องหยุดเครื่องปฏิกรณ์นานถึง 10 ชั่วโมงเพื่อทำให้กราไฟท์แห้งด้วยอากาศ ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2492 มีการเปลี่ยนแผ่นรองช่อง หลังจากนั้นจึงเริ่มดำเนินการติดตั้งในวันที่ 26 มีนาคม พ.ศ. 2492
พลูโตเนียมเกรดอาวุธซึ่งผลิตขึ้นที่เครื่องปฏิกรณ์ A มาพร้อมกับความยากลำบากทุกประเภท ผลิตขึ้นในช่วงปี พ.ศ. 2493-2497 โดยมีหน่วยกำลังเฉลี่ย 180 เมกะวัตต์ การทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ในเวลาต่อมาเริ่มมาพร้อมกับการใช้งานที่เข้มข้นมากขึ้น ซึ่งค่อนข้างจะนำไปสู่การปิดเครื่องบ่อยขึ้นโดยธรรมชาติ (มากถึง 165 ครั้งต่อเดือน) เป็นผลให้เครื่องปฏิกรณ์ถูกปิดในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2506 และกลับมาดำเนินการอีกครั้งในฤดูใบไม้ผลิปี พ.ศ. 2507 เท่านั้น โดยเสร็จสิ้นการรณรงค์ในปี 1987 และตลอดระยะเวลาหลายปีของการดำเนินงาน สามารถผลิตพลูโทเนียมได้ 4.6 ตัน
เครื่องปฏิกรณ์เอบี
มีการตัดสินใจที่จะสร้างเครื่องปฏิกรณ์ AB สามเครื่องที่องค์กร Chelyabinsk-65 ในฤดูใบไม้ร่วงปี พ.ศ. 2491 กำลังการผลิตพลูโตเนียม 200-250 กรัมต่อวัน หัวหน้าผู้ออกแบบโครงการคือ A. Savin เครื่องปฏิกรณ์แต่ละเครื่องประกอบด้วยช่องสัญญาณปี 1996 โดย 65 ช่องเป็นช่องควบคุม การติดตั้งใช้นวัตกรรมทางเทคนิค - แต่ละช่องได้รับการติดตั้งเครื่องตรวจจับการรั่วไหลของสารหล่อเย็นแบบพิเศษ การย้ายครั้งนี้ทำให้สามารถเปลี่ยน liners ได้โดยไม่ต้องหยุดการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์เอง
ปีแรกของการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์พบว่าพวกมันผลิตพลูโทเนียมได้ประมาณ 260 กรัมต่อวัน อย่างไรก็ตามตั้งแต่ปีที่สองของการดำเนินงาน กำลังการผลิตก็ค่อยๆ เพิ่มขึ้น และในปี พ.ศ. 2506 มีจำนวน 600 เมกะวัตต์ หลังจากการยกเครื่องครั้งที่สอง ปัญหาเกี่ยวกับเรือเดินสมุทรได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ และมีกำลังไฟฟ้าอยู่ที่ 1,200 เมกะวัตต์ โดยมีการผลิตพลูโทเนียมปีละ 270 กิโลกรัม ตัวบ่งชี้เหล่านี้ยังคงอยู่จนกว่าเครื่องปฏิกรณ์จะปิดสนิท
เครื่องปฏิกรณ์ AI-IR
องค์กร Chelyabinsk ใช้การติดตั้งนี้ตั้งแต่วันที่ 22 ธันวาคม พ.ศ. 2494 ถึงวันที่ 25 พฤษภาคม พ.ศ. 2530 นอกจากยูเรเนียมแล้ว เครื่องปฏิกรณ์ยังผลิตโคบอลต์-60 และพอโลเนียม-210 อีกด้วย ในตอนแรก โรงงานแห่งนี้ผลิตไอโซโทป แต่ต่อมาเริ่มผลิตพลูโทเนียม
นอกจากนี้ โรงงานแปรรูปพลูโทเนียมเกรดอาวุธยังมีเครื่องปฏิกรณ์แบบปฏิบัติการที่ใช้น้ำหนักหนักและเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเบาเพียงเครื่องเดียว (ชื่อ "รุสลัน")
ยักษ์ไซบีเรีย
"Tomsk-7" เป็นชื่อโรงงานแห่งนี้ ซึ่งเป็นที่ตั้งของเครื่องปฏิกรณ์ 5 เครื่องสำหรับสร้างพลูโตเนียม แต่ละหน่วยใช้กราไฟท์เพื่อชะลอนิวตรอนและ น้ำเปล่าเพื่อการระบายความร้อนที่เหมาะสม
เครื่องปฏิกรณ์ I-1 ทำงานด้วยระบบทำความเย็นซึ่งมีน้ำไหลผ่านเพียงครั้งเดียว อย่างไรก็ตาม การติดตั้งที่เหลืออีกสี่แห่งมีการติดตั้งวงจรปฐมภูมิแบบปิดที่ติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การออกแบบนี้ทำให้สามารถผลิตไอน้ำเพิ่มเติมได้ ซึ่งจะช่วยในการผลิตไฟฟ้าและเครื่องทำความร้อนในพื้นที่อยู่อาศัยต่างๆ
นอกจากนี้ Tomsk-7 ยังมีเครื่องปฏิกรณ์ที่เรียกว่า EI-2 ซึ่งในทางกลับกันมีจุดประสงค์สองประการ คือ ผลิตพลูโทเนียมและเนื่องจากไอน้ำที่เกิดขึ้น จึงผลิตไฟฟ้าได้ 100 เมกะวัตต์ เช่นเดียวกับพลังงานความร้อน 200 เมกะวัตต์
ข้อมูลสำคัญ
ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุ ครึ่งชีวิตของพลูโตเนียมเกรดอาวุธคือประมาณ 24,360 ปี จำนวนมหาศาล! ในเรื่องนี้ คำถามจะรุนแรงเป็นพิเศษ: “จะจัดการกับของเสียจากการผลิตอย่างเหมาะสมได้อย่างไร” ขององค์ประกอบนี้- ทางเลือกที่ดีที่สุดถือเป็นการก่อสร้างสถานประกอบการพิเศษสำหรับการแปรรูปพลูโทเนียมเกรดอาวุธในภายหลัง นี่คือคำอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าในกรณีนี้องค์ประกอบนี้ไม่สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางทหารได้อีกต่อไปและจะอยู่ภายใต้การควบคุมของมนุษย์ นี่เป็นวิธีการกำจัดพลูโตเนียมเกรดอาวุธในรัสเซียอย่างแน่นอน แต่สหรัฐอเมริกามีแนวทางที่แตกต่างออกไป จึงเป็นการละเมิดพันธกรณีระหว่างประเทศ
ดังนั้นรัฐบาลอเมริกันจึงเสนอให้ทำลายวัสดุที่ได้รับการเสริมสมรรถนะสูงไม่ใช่ด้วยวิธีทางอุตสาหกรรม แต่โดยการเจือจางพลูโตเนียมและเก็บไว้ในภาชนะพิเศษที่ระดับความลึก 500 เมตร เป็นไปโดยไม่ได้บอกว่าในกรณีนี้วัสดุสามารถถอดออกจากพื้นดินได้อย่างง่ายดายเมื่อใดก็ได้และนำไปใช้อีกครั้งเพื่อวัตถุประสงค์ทางทหาร ตามที่ประธานาธิบดีรัสเซีย วลาดิเมียร์ ปูติน กล่าว ในตอนแรกประเทศต่างๆ ตกลงที่จะทำลายพลูโทเนียมไม่ใช่ด้วยวิธีนี้ แต่จะดำเนินการกำจัดทิ้งที่โรงงานอุตสาหกรรม
ราคาของพลูโตเนียมเกรดอาวุธสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าองค์ประกอบนี้หลายสิบตันอาจมีราคาหลายพันล้านดอลลาร์สหรัฐ และผู้เชี่ยวชาญบางคนยังประเมินพลูโทเนียมเกรดอาวุธจำนวน 500 ตันซึ่งมีมูลค่าสูงถึง 8 ล้านล้านดอลลาร์ จำนวนที่น่าประทับใจจริงๆ เพื่อให้ชัดเจนยิ่งขึ้นว่านี่คือเงินจำนวนเท่าใด สมมติว่าในช่วง 10 ปีสุดท้ายของศตวรรษที่ 20 GDP เฉลี่ยต่อปีของรัสเซียอยู่ที่ 400 พันล้านดอลลาร์ นั่นคือราคาที่แท้จริงของพลูโตเนียมเกรดอาวุธเท่ากับ GDP ยี่สิบปีของสหพันธรัฐรัสเซีย