Наука и технологии

Плутоний — самый высокотоксичный металл в мире 

Опасный металл 

Плутоний – искусственно полученный радиоактивный химический элемент (актинидный металл серебристо-серого цвета), широко использовавшийся в производстве ядерного оружия («оружейный плутоний»). Этот металл использовался (экспериментально) в качестве ядерного топлива для атомных реакторов гражданского и исследовательского назначения. Он очень токсичен и может накапливаться в костях, что делает работу с ним опасной.  

Плутоний занимает уникальное место в истории науки, техники и международных отношений. После первоначального открытия он генерируется в больших масштабах путем трансмутации урана в ядерных реакторах. Этот элемент был выделен в целых тоннах на крупных промышленных объектах. Пристальный интерес к плутонию всегда был сосредоточен на связи между ядерным оружием и отечественной ядерной энергетикой. Внимание учёных было приковано к извлечению энергии из атомного ядра, которую можно использовать для увеличения выработки энергии в миллионы раз.  

Исторически сложилось, что плутоний изначально создавался в производственных реакторах. Он извлекался, концентрировался и переходил либо в оксид, либо во фторид, а затем восстанавливался до металла. Полученный металл использовался для изготовления различных деталей, компонентов. Сам процесс извлечения приводил к образованию большого количества отходов плутония, которые затем должны были быть переработаны. 

История 

Плутоний был открыт в 1940 году Гленном Сиборгом и его коллегами из Калифорнийского университета в Беркли. Открытие произошло, когда группа учёных бомбардировала уран-238 дейтронами, которые были ускорены в циклотроне, в результате чего был получен нептуний-238 и два свободных нейтрона. Затем нептуний-238 распался на плутоний-238. Позже было обнаружено, что изотоп (разновидность атомов химического элемента) плутония (плутоний-239), может быть использован для создания атомной бомбы. Небольшой образец плутония-239, созданный в 1941 году, много лет хранился в коробке из-под сигар. Надпись на крышке коробки гласила: “Очень ценный образец. Ни в коем случае не трогайте”. Сиборг и Эмилио Сегре подарили эту коробку Смитсоновскому институту в 1966 году. 

Начало атомной эпохи 

В 1943 году Манхэттенский проект разрабатывал два пути создания ядерной бомбы. В обоих доминировала проблема приобретения необходимых ядерных материалов. Один из путей включал выделение редкого изотопа урана-235 из урана-238 в количестве, достаточном для создания оружия. Эти два изотопа химически идентичны и отличаются по массе всего на 1 процент. Каким-то образом легкие атомы урана должны были быть отделены от тяжелых. Изучалось несколько методов разделения — газовая диффузия, электромагнитная сепарация, термодиффузия и использование центрифуги, — но было неясно, сможет ли какой-либо из них произвести требуемые количества за разумное время. 

Второй путь к бомбе включал плутоний-239, который, по прогнозам физиков, будет поддерживать цепную реакцию ядерного деления так же, как и уран-235. Но только незначительные следы плутония могут добываться естественным путём. Большие количества производились бы в ядерном реакторе, работающем на уране. 

Общее количество искусственного плутония, существовавшего в 1943 году, составляло примерно 1,5 миллиграмма, которые были получены в ускорителях. Только в феврале 1944 года можно было получить количество в граммах из строящегося уранового реактора в Клинтоне, штат Теннесси. А необходимое количество в килограммах не могло быть получено из производственных реакторов, строящихся в Хэнфорде, штат Вашингтон, до 1945 года. 

Будущее за нами 

В 2008 году во всем мире насчитывалось более 2200 метрических тонн плутония в виде отработавшего ядерного топлива, компонентов ядерного оружия, различных ядерных запасов, унаследованных материалов и отходов. Этими большими запасами плутония людям необходимо разумно управлять в течение многих столетий. Учёным придется стабилизировать и хранить избыточный плутоний, защищать его от кражи и утечки. Придётся исследовать современные концепции реакторов для сокращения запасов плутония. Чтобы добиться успеха, человечеству вынуждено улучшить своё понимание плутония.  

Материал подготовила Анастасия Васина 

Написать ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *