Plutonium ist ein radioaktives Silbermetall, das zur Erzeugung oder Zerstörung verwendet werden kann. Während es kurz nach seiner Herstellung zur Zerstörung verwendet wurde, wird das Element heute hauptsächlich zur Energieerzeugung auf der ganzen Welt verwendet.
Plutonium wurde erstmals 1940 hergestellt und isoliert und zur Herstellung der Atombombe "Fat Man" verwendet, die am Ende des Zweiten Weltkriegs, nur fünf Jahre nach ihrer Herstellung, auf Nagasaki abgeworfen wurde, sagte Amanda Simson, eine Assistenzprofessorin von Chemieingenieurwesen an der University of New Haven.
Nur die Fakten
Hier sind die Eigenschaften von Plutonium nach Angaben des Los Alamos National Laboratory:
- Ordnungszahl: 94
- Atomsymbol: Pu
- Atomgewicht: 244
- Schmelzpunkt: 640 ° C
- Siedepunkt: 5.842 ° F (3.228 ° C)
Entdeckung & Geschichte
Plutonium wurde 1941 von den Wissenschaftlern Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan und Arthur C. Wohl an der University of California in Berkley entdeckt. Die Entdeckung erfolgte, als das Team Uran-238 mit Deuteronen bombardierte, die in einem Zyklotron-Gerät beschleunigt worden waren, wodurch Neptunium-238 und zwei freie Neutronen erzeugt wurden. Das Neptunium-238 zerfiel dann durch Beta-Zerfall in Plutonium-238.
Dieses Experiment wurde erst 1946 nach dem Zweiten Weltkrieg mit dem Rest der wissenschaftlichen Gemeinschaft geteilt. Seaborg reichte im März 1941 ein Papier über ihre Entdeckung bei der Zeitschrift Physical Review ein, das jedoch entfernt wurde, als festgestellt wurde, dass ein Isotop aus Plutonium, Pu-239, zur Herstellung einer Atombombe verwendet werden kann.
Bald darauf wurde Seaborg nach Angaben des Los Alamos National Laboratory als Leiter des Plutonium Production Lab, auch bekannt als Met Lab, an die Universität von Chicago geschickt. Der Zweck des Labors war die Herstellung von Plutonium im Rahmen des Manhattan-Projekts. Das Manhattan-Projekt war ein geheimes Unterfangen während des Zweiten Weltkriegs, das ausschließlich an der Entwicklung einer Atombombe arbeitete.
Am 18. August 1942 hatten sie ihren ersten großen Erfolg. Sie konnten eine Spurenmenge von Plutonium erzeugen, die für das Auge sichtbar war. Es entsprach nur etwa 1 Mikrogramm. Aus der winzigen Probe bestimmte der Wissenschaftler das Atomgewicht von Plutonium.
Das Manhattan-Projekt produzierte schließlich genug Plutonium für den "Trinity Test". Während des Tests wurde die erste Atombombe der Welt oder das "The Gadget" am 16. Juli 1945 in der Nähe von Socorro, New Mexico, von Robert Oppenheimer, dem Direktor des Los Alamos-Labors, und General Leslie Groves, explodiert.
Über den Test sagte Oppenheimer: "Wir wussten, dass die Welt nicht dieselbe sein würde. Ein paar Leute lachten, ein paar Leute weinten. Die meisten Leute schwiegen. Ich erinnerte mich an die Zeile aus der Hindu-Schrift, die Bhagavad-Gita. Vishnu versucht es Den Prinzen davon zu überzeugen, dass er seine Pflicht erfüllen und ihn beeindrucken soll, nimmt seine mehrarmige Form an und sagt: "Jetzt bin ich der Tod, der Zerstörer der Welten." Ich nehme an, wir alle haben das auf die eine oder andere Weise gedacht ", so die Royal Society of Chemistry.
Die Explosion hatte ein Energieäquivalent von ungefähr 20.000 Tonnen TNT. Die erste Atombombe für den Kriegseinsatz wurde am 6. August 1945 in Hiroshima, Japan, abgeworfen. Diese Atombombe, genannt "Little Boy", hatte jedoch einen Urankern. Die zweite Bombe, die am 9. August 1945 auf Nagasaki, Japan, abgeworfen wurde, hatte einen Plutoniumkern. Der "dicke Mann", wie er genannt wurde, beschleunigte das Ende des Zweiten Weltkriegs.
Eigenschaften von Plutonium
Frisch zubereitetes Plutoniummetall hat eine silbrig-helle Farbe, nimmt jedoch bei Oxidation an der Luft einen matten grauen, gelben oder olivgrünen Anlauf an. Das Metall löst sich schnell in konzentrierten Mineralsäuren. Ein großes Stück Plutonium fühlt sich aufgrund der durch den Alpha-Zerfall abgegebenen Energie warm an. Größere Stücke können genug Wärme erzeugen, um Wasser zu kochen. Bei Raumtemperatur ist Alpha-Form-Plutonium (die häufigste Form) so hart und spröde wie Gusseisen. Es kann mit anderen Metallen legiert werden, um die bei Raumtemperatur stabilisierte Deltaform zu bilden, die weich und duktil ist. Im Gegensatz zu den meisten Metallen ist Plutonium kein guter Wärme- oder Stromleiter. Es hat einen niedrigen Schmelzpunkt und einen ungewöhnlich hohen Siedepunkt.
Plutonium kann mit den meisten anderen Metallen Legierungen und Zwischenverbindungen sowie Verbindungen mit einer Vielzahl anderer Elemente bilden. Einige Legierungen haben supraleitende Fähigkeiten und andere werden zur Herstellung von Kernbrennstoffpellets verwendet. Seine Verbindungen sind in verschiedenen Farben erhältlich, abhängig von der Oxidationsstufe und der Komplexität der verschiedenen Liganden. In wässriger Lösung gibt es fünf Valenzionenzustände.
Plutonium stellt zusammen mit allen anderen Transuranelementen eine radiologische Gefahr dar und muss mit speziellen Geräten und Vorsichtsmaßnahmen behandelt werden. Tierversuche haben ergeben, dass einige Milligramm Plutonium pro Kilogramm Gewebe tödlich sind.
Quellen
Plutonium kommt in der Natur im Allgemeinen nicht vor. Spurenelemente von Plutonium kommen in natürlich vorkommenden Uranerzen vor. Hier wird es ähnlich wie Neptunium gebildet: durch Bestrahlung von natürlichem Uran mit Neutronen und anschließendem Beta-Zerfall.
In erster Linie ist Plutonium jedoch ein Nebenprodukt der Atomindustrie. Laut dem Los Alamos National Laboratory werden jedes Jahr rund 20 Tonnen Plutonium produziert. Verbrauchter Kernbrennstoff kann auch wiederaufbereitet werden, um verwertbares Plutonium von anderen Elementen im Brennstoff zu trennen.
Laut der World Nuclear Association haben Waffentests in der Atmosphäre in den 1950er und 1960er Jahren Tonnen von Plutonium in der Erdatmosphäre hinterlassen, die heute noch vorhanden ist.
Verwendet
Plutonium wird größtenteils nicht viel verwendet. Tatsächlich werden von den fünf gemeinsamen Isotopen nur zwei der Plutoniumisotope, Plutonium-238 und Plutonium-239, für irgendetwas verwendet.
Plutonium-238 wird zur Erzeugung von Elektrizität für Raumsonden unter Verwendung von thermoelektrischen Radioisotopgeneratoren verwendet. Diese Generatoren werden eingeschaltet, wenn die Sonden nicht genug Sonnenenergie erhalten können, weil sie zu weit von der Sonne entfernt sind. Einige Sonden, die Plutonium-238 verwenden, sind Cassini und Galileo.
Wenn Plutonium-239 ausreichend konzentriert ist, unterliegt es einer Spaltkettenreaktion. Aus diesem Grund wird es in Atomwaffen und einigen Kernreaktoren eingesetzt.
Tatsächlich ist Energie eine der größten Anwendungen für Plutonium. Laut der World Nuclear Association stammt mehr als ein Drittel der in den meisten Kernkraftwerken erzeugten Energie aus Plutonium. Plutonium ist der Hauptbrennstoff in schnellen Neutronenreaktoren.
Wer wusste?
Jahrzehntelang fragten sich Wissenschaftler, warum Plutonium nicht wie andere Metalle in seiner Gruppe wirkte. Zum Beispiel ist Plutonium ein schlechter Stromleiter und haftet nicht an Magneten. Jetzt haben Forscher herausgefunden, wo sich sein "fehlender Magnetismus" versteckt hat und was mit dem verrückten Verhalten der Elektronen in der Außenhülle des Elements zu tun hat. Im Gegensatz zu anderen Metallen, die eine festgelegte Anzahl von Elektronen in ihren Außenschalen haben, kann Plutonium im Grundzustand dort vier, fünf oder sechs Elektronen haben.
Diese schwankende Anzahl von Elektronen der Außenhülle erklärt, warum Plutonium nicht magnetisch ist: Damit ein Atom mit Magneten interagieren kann, müssen sich die ungepaarten Elektronen in seiner Außenhülle in einem Magnetfeld ausrichten.
Das stabilste Isotop von Plutonium, Plutonium-244, kann lange halten. Laut Jefferson Lab hat es eine Halbwertszeit von etwa 82 Millionen Jahren und zerfällt durch Alpha-Zerfall in Uran-240.
Plutonium wurde nach dem Planeten Pluto benannt. Dies liegt daran, dass es nach Uran kam, das nach dem Planeten Uranus benannt wurde, und nach Neptunium, das nach dem Planeten Neptun benannt wurde.
Plutonium emittiert Neutronen, Betateilchen und Gammastrahlen.
