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