Плутоний-240 - Plutonium-240

Плутоний-240,240Пу
Общий
Символ240Пу
Именаплутоний-240, Pu-240
Протоны94
Нейтронов146
Данные о нуклидах
Природное изобилие0 (Искусственный)
Период полураспада6561 (7) лет[1]
Изотопная масса240.0538135(20)[2] ты
Режимы распада
Режим распадаЭнергия распада (МэВ )
Альфа-распад5.25575(14)[2]
Изотопы плутония
Полная таблица нуклидов

Плутоний-240 (240
Пу
, Пу-240) является изотоп из плутоний сформирован, когда плутоний-239 захватывает нейтрон. Обнаружение его спонтанное деление привело к его открытию в 1944 г. Лос-Аламос и имел важные последствия для Манхэттенский проект.[3]

240Pu подвергается спонтанному делению в виде вторичной моды распада с небольшой, но значительной скоростью. Наличие 240Pu ограничивает использование плутония в ядерная бомба, поскольку поток нейтронов от спонтанного деления инициирует цепная реакция преждевременно, вызывая преждевременное высвобождение энергии, которая физически разгоняет ядро ​​до полного взрыв достигнуто.[4][5]Он распадается альфа-излучение к уран-236.

Ядерные свойства

От 62% до 73% случаев, когда 239
Пу
 захватывает нейтрон, он проходит деление; в остальное время он образует 240
Пу
. Чем дольше ядерное топливо элемент остается в ядерный реактор, тем больше относительный процент 240
Пу
 в топливе становится.

Изотоп 240
Пу
 имеет примерно такой же захват тепловых нейтронов поперечное сечение так как 239
Пу
 (289,5 ± 1,4 против 269,3 ± 2,9 сараи ),[6][7] но только крошечное сечение деления тепловыми нейтронами (0,064 барнса). Когда изотоп 240
Пу
 захватывает нейтрон, вероятность его превращения примерно в 4500 раз выше. плутоний-241 чем на деление. В общем, изотопы нечетных массовые числа с большей вероятностью поглотят нейтрон и легче могут подвергнуться делению при поглощении нейтрона, чем изотопы с четным массовым числом. Таким образом, даже массовые изотопы имеют тенденцию к накоплению, особенно в тепловой реактор.

Ядерное оружие

Неизбежное присутствие некоторых 240
Пу
 в ядре ядерной боеголовки на основе плутония усложняет ее конструкцию, а чистая 239
Пу
 считается оптимальным.[8] На это есть несколько причин:

  • 240
    Пу
     имеет высокий уровень спонтанное деление. Единственный паразитный нейтрон, который вводится, пока активна сверхкритический приведет к его взрыву почти немедленно, даже до того, как он будет раздавлен до оптимальной конфигурации. Наличие 240
    Пу
     таким образом случайным образом вызовет шипит, с взрывной мощностью намного ниже потенциальной.[8][5]
  • Изотопы помимо 239
    Пу
     выделяют значительно больше радиации, что затрудняет обращение с ней рабочими.[8]
  • Изотопы помимо 239
    Пу
     выделяют больше остаточного тепла, что может вызвать искажения фазового перехода прецизионного сердечника, если позволить ему накапливаться.[8]

Проблема спонтанного деления широко изучалась учеными Манхэттенский проект во время Второй мировой войны.[9] Он заблокировал использование плутония в пушечный ядерное оружие, в котором сборка делящийся материал в его оптимальный сверхкритическая масса конфигурация может занять до миллисекунды, что потребовало разработки оружие имплозивного типа где сборка происходит за несколько микросекунд.[10] Даже с таким дизайном он был оценен заранее Тринити-тест который 240
Пу
 примесь может вызвать 12% -ную вероятность того, что взрыв не достигнет максимальной мощности.[8]

Минимизация количества 240
Пу
, как в оружейный плутоний (менее 7% 240
Пу
) достигается переработка топливо уже через 90 дней использования. Такие быстрые топливные циклы крайне непрактичны для гражданских энергетических реакторов и обычно выполняются только на специальных реакторах для производства оружейного плутония. Плутоний из отработавшего топлива гражданских энергетических реакторов обычно составляет менее 70%. 239
Пу
 и около 26% 240
Пу
Остальное состоит из других изотопов плутония, что затрудняет его использование для производства ядерного оружия.[4][8][11][12] Однако в отношении конструкций ядерного оружия, представленных после 1940-х годов, ведутся серьезные споры о том, в какой степени 240
Пу
 создает барьер для строительства оружия; см. статью Плутоний реакторного качества.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Blachot, Жан; Вапстра, Алдерт Хендрик (декабрь 2003 г.). «Нубазовая оценка ядерных и распадных свойств». Ядерная физика A. 729 (1): 3–128. Bibcode:2003НуФА.729 .... 3А. CiteSeerX  10.1.1.692.8504. Дои:10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001.
  2. ^ а б Ауди, Жорж; Вапстра, Алдерт Хендрик; Тибо, Кэтрин (декабрь 2003 г.). «Оценка атомной массы Ame2003». Ядерная физика A. 729 (1): 337–676. Bibcode:2003НуФА.729..337А. Дои:10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.003.
  3. ^ Фаруэлл, Г. В. (1990). «Эмилио Сегре, Энрико Ферми, Pu-240 и атомная бомба». Симпозиум, посвященный 50-летию открытия трансурановых элементов.
  4. ^ а б Шахин, Зюмер (1981). «Замечания по проблеме предварительного воспламенения, вызванной плутонием-240 в ядерном устройстве». Ядерные технологии. 54 (1): 431–432. Дои:10.13182 / NT81-A32795. Энергетический выход ядерного взрывного устройства уменьшается на один и два порядка, если содержание плутония-240 увеличивается с 5 (почти оружейный плутоний) до 15 и 25% соответственно.
  5. ^ а б Боданский, Дэвид (2007). «Ядерные бомбы, ядерная энергия и терроризм». Ядерная энергия: принципы, практика и перспективы. Springer Science & Business Media. ISBN  978-0-387-26931-3.
  6. ^ Мугхабгаб, С. Ф. (2006). Атлас нейтронных резонансов: параметры резонанса и тепловые сечения Z = 1-100. Амстердам: Эльзевир. ISBN  978-0-08-046106-9.
  7. ^ «Данные актинидов: сечения тепловых нейтронов, резонансные интегралы и факторы Весткотта». Ядерные данные для гарантий. Международное агентство по атомной энергии. Получено 2016-09-11.
  8. ^ а б c d е ж Марк, Дж. Карсон; Хиппель, Франк фон; Лайман, Эдвард (30 октября 2009 г.). «Взрывоопасные свойства реакторного плутония» (PDF). Наука и глобальная безопасность. 17 (2–3): 170–185. Дои:10.1080/08929880903368690. ISSN  0892-9882.
  9. ^ Чемберлен, О .; Farwell, G.W .; Сегре, Э. (1954). «Pu-240 и его спонтанное деление». Физический обзор. 94 (1): 156. Bibcode:1954PhRv ... 94..156C. Дои:10.1103 / PhysRev.94.156.
  10. ^ Ходдесон, Лилиан (1993). «Открытие спонтанного деления плутония во время Второй мировой войны». Исторические исследования в физических и биологических науках. 23 (2): 279–300. Дои:10.2307/27757700. JSTOR  27757700.
  11. ^ Шахин, Зюмер; Лигу, Жак (1980). «Влияние спонтанного деления плутония-240 на выделение энергии в ядерном взрывчатом веществе». Ядерные технологии. 50 (1): 88. Дои:10.13182 / NT80-A17072.
  12. ^ Шахин, Зюмер (1978). «Влияние Pu-240 на время жизни нейтронов в ядерных взрывчатых веществах». Анналы атомной энергетики. 5 (2): 55–58. Дои:10.1016/0306-4549(78)90104-4.

внешняя ссылка


Более легкий:
плутоний-239		Плутоний-240 - это
изотоп из плутоний		Тяжелее:
плутоний-241
Продукт распада из:
кюрий-244 (α )
нептуний-240(β -)		Цепочка распада
плутония-240		Распада к:
уран-236(α)