Öppna huvudmenyn

Plutonium (Pu) är ett radioaktivt grundämne som tillhör aktinoiderna och är en silvervit metall.

Plutonium
Nummer
94
Tecken
Pu
Grupp
N/A
Period
7
Block
f
Sm

Pu

Uqh
NeptuniumPlutoniumAmericium
[Rn] 5f6 7s2
94Pu

Två pellets av plutonium cirka 3 cm i diameter.
Två pellets av plutonium cirka 3 cm i diameter.
Emissionsspektrum
Emissionsspektrum
Generella egenskaper
Relativ atommassa244,0642 u
UtseendeSilvrig vit metall
Fysikaliska egenskaper
Densitet19816 kg/m3 (273 K)
AggregationstillståndFast
Smältpunkt912,5 K (639,5 °C)
Kokpunkt3503 K (3230 °C)
Molvolym12,29 × 10-6 m3/mol
Smältvärme2,84 kJ/mol
Ångbildningsvärme344 kJ/mol
Atomära egenskaper
Atomradie151 pm
JonisationspotentialFörsta: 584,7 kJ/mol
(Lista)
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration[Rn] 5f6 7s2
e per skal2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
Electron shell 094 Plutonium - no label.svg
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd6, 5, 4, 3 (amfoterisk)
Elektronegativitet1,28 (Paulingskalan)
Diverse
Ljudhastighet2260 m/s
Elektrisk konduktivitet0,666·106 A/(V × m)
Identifikation
Historia
Stabilaste isotoper
Huvudartikel: Plutoniumisotoper
Nuklid NF t1/2 ST SE (MeV) SP
238Pu {syn.} 87,7 år α och SF 5,593 234U
239Pu {syn.} 24100 år α och SF 5,245 235U
240Pu {syn.} 6564 år α
β och SF
5,256
0,005
236U
240Am
241Pu {syn.} 14,4 år α
β och SF
5,14
0,021
237U
241Am
242Pu {syn.} 376300 år α och SF 4,984 238U
244Pu {syn.} 80,8·106 år α och SF 4,666 240U
Säkerhetsinformation
Övriga faror
SI-enheter och STP används om inget annat anges.

Innehåll

FörekomstRedigera

 
Plutonium i lösning har olika färger beroende på oxidationstal (vänster) och ligander (höger).

Ytterst små mängder plutonium förekommer i naturen. Plutonium 239 bildas genom spontan fission och plutonium 244 är en rest från solsystemets materias tillkomst i supernovor. Plutonium är dock i huvudsak en transuran som framställs i kärnreaktorer genom neutronbestrålning av 238U.

EgenskaperRedigera

Allmänna egenskaperRedigera

Plutoniummetall är i ren form silvervit, men oxiderar snabbt och blir då matt grå eller eventuellt gul eller olivgrön. Till skillnad mot de flesta material så ökar plutonium sin densitet med cirka 2,5 procent när det smälter. Resistansen för plutonium är hög i jämförelse med andra metaller vid rumstemperatur, och dess resistans ökar då temperaturen sjunker ända till 100 K, då resistansen snabbt sjunker fram till cirka 20 K, då den åter ökar. En legering av plutonium, kobolt och gallium, PuCoGa5, har visat sig vara supraledande under 18,5 K.

AllotropiRedigera

Plutonium är ett allotropiskt material. Normalt har plutonium sex allotropiska tillstånd, men det kan bildas ytterligare en fas, ζ, vid hög temperatur och under ett begränsat tryck. Plutoniums allotropiska egenskaper utnyttjas vid konstruktionen av några av de allra minsta typerna av taktiska kärnvapen. Man har då en oval bestående av, i huvudsak, plutonium 239 som befinner sig i δ fas. Genom en linjär implosion bildas en sfär, och samtidigt övergår det till α fas. Således ökas densiteten från 15,92 g/cm3 till 19,86 g/cm3. Sammantaget leder det till att kedjereaktionen inleds, och vapnet detonerar.

Plutoniums α fasRedigera

Plutoniums α fas är ett enkelt monoklint kristallsystem vars densitet är 19,86 g/cm3.

Plutoniums β fasRedigera

Plutoniums β fas är ett bascentrerat monoklint kristallsystem vars densitet är 17,70 g/cm3.

Plutoniums γ fasRedigera

Plutoniums γ fas är ett ytcentrerat ortorombiskt kristallsystem vars densitet är 17,14 g/cm3.

Plutoniums δ fasRedigera

Plutoniums δ fas är ett ytcentrerat kubiskt kristallsystem vars densitet är 15,92 g/cm3.

Plutoniums δ' fasRedigera

Plutoniums δ' fas är ett bascentrerat tetragonalt kristallsystem vars densitet är 16,00 g/cm3.

Plutoniums ε fasRedigera

Plutoniums ε fas är ett ytcentrerat kubiskt kristallsystem vars densitet är 16,51 g/cm3.

HälsoaspekterRedigera

Plutonium är en tungmetall, som dessutom är radioaktiv. Liksom alla andra tungmetaller är den giftig. Då den radioaktiva strålningen i första hand (utom för 241Pu) utgörs av alfastrålning, som inte tränger genom huden, är plutoniet farligt i första hand om det hamnar i kroppen, till exempel som damm som kan inandas eller hamna i mat. Död inom kort tid efter inandning av damm kräver ungefär samma dos av 239Pu som av kadmium (LD50=1,3 mg/kg). Plutonium som samlas i lever, lungor och skelett antas kunna leda till cancer på längre sikt, åtminstone om intaget är relativt stort.[1][2]

PlutoniumisotoperRedigera

Isotopsammansättning för olika kvaliteter av plutonium[3]
Kvalitet Isotop
238Pu 239Pu 240Pu 241Pu 242Pu
Super-grade 0,98 0,02
Vapenplutonium 0,00012 0,938 0,058 0,0035 0,00022
Reactor-grade 0,013 0,603 0,243 0,091 0,050
MOX-grade 0,019 0,404 0,321 0,178 0,078
FBR blanket 0,96 0,04
Värmeutveckling och spontan fission[3]
Isotop Neutroner från spontan fission 1/(g·s) Värmeutveckling från sönderfall watt/kg
238Pu 2,6x103 560
239Pu 22x10−3 1,9
240Pu 0,91x103 6,8
241Pu 49x10−3 4,2
242Pu 1,7x103 0,1
241Am 1,2 114

Plutonium-238Redigera

Isotopen 238Pu är kortlivad med en halveringstid av 88 år. Genom den intensiva alfastrålningen blir ett stycke av denna isotop upphettat till vitglödning. Detta utnyttjas i radioisotopgeneratorer som används som källa till elförsörjning i rymdsonder som är så långt från solen att solceller inte kan användas, och behöver energi under så lång tid att bränsleceller, batterier eller andra typer av generatorer inte är användbara. De båda sonderna i Voyagerprogrammet drivs av tre radioisotopgeneratorer som vid starten 1977 genererade en effekt på totalt 500 W vilket har sjunkit till 315 W år 2015.[4]

Plutonium-239Redigera

Isotopen 239Pu framställs genom transmutation då neutroner som bildas vid fission av 235U absorberas av 238U. De bildade 239U-kärnorna övergår via två betasönderfall först till 239Np och sedan till 239Pu. Isotopen har en halveringstid av 24 110 år. Kärnvapen innehåller vanligen minst cirka 6 kg av denna isotop.

Plutonium-240Redigera

Isotopen 240Pu framställs genom transmutation då neutroner som bildas vid fission av 235U absorberas av 239Pu. Då isotopen producerar cirka 40 000 gånger mer neutroner på grund av spontan fission än 239Pu så räknas isotopen som en förorening i vapenplutonium och halten 240Pu får inte överstiga 5,8 % för att det skall vara praktiskt användbart i kärnvapen. Det går att göra kärnladdningar av plutonium med högre halter av 240Pu men dessa blir ineffektiva och får låg sprängkraft.[3]

Plutonium-244Redigera

Isotopen 244Pu är den mest långlivade med en halveringstid av 80 miljoner år. Denna förekommer i mycket liten mängd naturligt i jordskorpan.

AnvändningRedigera

Huvudartikel: Kärnvapen

Plutoniums betydelsefullaste användning torde vara som klyvbart material i fissionsladdningar.

Dess olika isotoper används även som reaktorbränsle och i radiotermoelektriska generatorer för rymdsonder.

Sveriges innehav av plutoniumRedigera

Inom ramen för det svenska kärnvapenprogrammet anskaffade Sverige 100 gram plutonium från Storbritannien. När planerna på inhemsk plutoniumframställning övergavs överlämnades detta material till Institutt for Atomenergi (IFA) i Kjeller, Norge.[5]

Det finns även stora mängder plutonium i lagret av använt kärnbränsle, men detta plutonium är inte separerat från övrigt material i bränslet, det vill säga andra transuraner, fissionsprodukter och urandioxid.

ReferenserRedigera

  1. ^ Ingemar Lindholm (Maj 1993). ”Perspektiv på Plutoniumtransport”. Analysgruppen, Kärnkraftsäkerhet och Utbildning AB (KSU), Nyköping. http://analys.se/wp-content/uploads/2015/05/perspektiv-pa-plutoniumtransport-bakgrund1993-2.pdf. Läst 18 oktober 2017. 
  2. ^ ”Plutonium - data, egenskaper med mera”. http://www.skb.se/publikation/16938/R-99-58.pdf. Läst 18 oktober 2017. 
  3. ^ [a b c] ”Can Reactor Grade Plutonium Produce Nuclear Fission Weapons”. Council for Nuclear Fuel Cycle Institute for Energy Economics Japan. http://www.cnfc.or.jp/e/proposal/reports/index.html. Läst 17 mars 2010. 
  4. ^ ”Spacecraft Overview”. NASA. http://voyager.jpl.nasa.gov/spacecraft/index.html. Läst 30 maj 2015. 
  5. ^ Agrell 2002, s. 315

KällorRedigera

  • Agrell, Wilhelm (2002). Svenska förintelsevapen: utvecklingen av kemiska och nukleära stridsmedel 1928-1970. Lund: Historiska media. Libris 8415678. ISBN 91-89442-49-0 

Externa länkarRedigera