والبلوتونيوم معدن فضي مشع يمكن استخدامه لصنعه أو تدميره. بينما تم استخدامه للتدمير بعد وقت قصير من صنعه ، اليوم يستخدم العنصر في الغالب لتوليد الطاقة في جميع أنحاء العالم.
قالت أماندا سيمسون ، الأستاذة المساعدة لـ الهندسة الكيميائية في جامعة نيو هافن.
الحقائق فقط
فيما يلي خصائص البلوتونيوم ، وفقًا لمختبر لوس ألاموس الوطني:
- العدد الذري: 94
- الرمز الذري: Pu
- الوزن الذري: 244
- نقطة الانصهار: 1،184 فهرنهايت (640 درجة مئوية)
- درجة الغليان: 5،842 فهرنهايت (3،228 درجة مئوية)
الاكتشاف والتاريخ
تم اكتشاف البلوتونيوم في عام 1941 من قبل العلماء جوزيف دبليو كينيدي ، جلين سيبورج ، إدوارد م. مكميلان وآرثر سي فول في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي. وقع الاكتشاف عندما قصف الفريق اليورانيوم 238 مع الديوتريونات التي تم تسريعها في جهاز سيكلوترون ، والتي خلقت النبتونيوم -238 واثنين من النيوترونات الحرة. ثم تحلل النبتونيوم 238 إلى بلوتونيوم 238 من خلال اضمحلال بيتا.
لم تتم مشاركة هذه التجربة مع بقية المجتمع العلمي حتى عام 1946 ، بعد الحرب العالمية الثانية. قدم سيبورج ورقة حول اكتشافهم إلى مجلة Physical Review في مارس 1941 ، ولكن تمت إزالة الورقة عندما تم اكتشاف أن نظائر البلوتونيوم ، Pu-239 ، يمكن استخدامها لإنشاء قنبلة ذرية.
سرعان ما تم إرسال Seaborg لقيادة مختبر إنتاج البلوتونيوم ، المعروف أيضًا باسم Met Lab ، في جامعة شيكاغو ، وفقًا لمختبر لوس ألاموس الوطني. كان الغرض من المختبر هو إنشاء البلوتونيوم كجزء من مشروع مانهاتن. كان مشروع مانهاتن مشروعًا سريًا خلال الحرب العالمية الثانية عمل حصريًا لتطوير قنبلة ذرية.
في 18 أغسطس 1942 ، حققوا أول نجاح كبير لهم. كانوا قادرين على إنشاء كمية ضئيلة من البلوتونيوم التي كانت مرئية للعين. كان يساوي فقط حوالي 1 ميكروغرام. من العينة الصغيرة ، حدد العالم الوزن الذري للبلوتونيوم.
أنتج مشروع مانهاتن في النهاية كمية كافية من البلوتونيوم لـ "اختبار الثالوث". أثناء الاختبار ، تم تفجير أول قنبلة ذرية في العالم ، أو "الأداة" ، بالقرب من سوكورو ، نيو مكسيكو ، في 16 يوليو 1945 ، من قبل مدير مختبر لوس ألاموس روبرت أوبنهايمر وجنرال الجيش ليزلي غروفز.
قال أوبنهايمر من الاختبار: "كنا نعلم أن العالم لن يكون هو نفسه. ضحك قلة من الناس ، وبكى قلة من الناس. كان معظم الناس صامتين. تذكرت الخط من الكتاب المقدس الهندوسي ، بهاجافاد جيتا. فيشنو يحاول لإقناع الأمير بأنه يجب أن يقوم بواجبه وإثارة إعجابه يأخذ شكله المتعدد الأسلحة ويقول ، "الآن أصبحت الموت ، مدمرة العوالم". أعتقد أننا جميعا اعتقدنا ذلك ، بطريقة أو بأخرى ، "وفقا للجمعية الملكية للكيمياء.
كان للانفجار طاقة تعادل حوالي 20000 طن من مادة تي ان تي. سقطت القنبلة الذرية الأولى التي استخدمت في الحرب على هيروشيما ، اليابان ، في 6 أغسطس 1945. على الرغم من أن تلك القنبلة الذرية ، التي يطلق عليها "الصبي الصغير" ، كان لها قلب من اليورانيوم. القنبلة الثانية ، التي ألقيت على ناغازاكي ، اليابان ، في 9 أغسطس 1945 ، كانت تحتوي على نواة من البلوتونيوم. لقد سارع "الرجل السمين" ، كما سمي ، بنهاية الحرب العالمية الثانية.
خصائص البلوتونيوم
يحتوي معدن البلوتونيوم الطازج على لون مشرق فضي ولكنه يأخذ لونًا رماديًا باهتًا أو أصفرًا أو أخضر زيتونيًا عندما يتأكسد في الهواء. يذوب المعدن بسرعة في الأحماض المعدنية المركزة. قطعة كبيرة من البلوتونيوم تبدو دافئة عند لمسها بسبب الطاقة المنبعثة من تسوس ألفا. يمكن أن تنتج قطع أكبر حرارة كافية لغلي الماء. في درجة حرارة الغرفة ، يكون البلوتونيوم ألفا (الشكل الأكثر شيوعًا) صلبًا وهشًا مثل الحديد الزهر. يمكن مزجها مع معادن أخرى لتشكيل شكل دلتا مستقر في درجة حرارة الغرفة ، وهو ناعم وناعم. على عكس معظم المعادن ، فإن البلوتونيوم ليس موصلًا جيدًا للحرارة أو الكهرباء. لديها نقطة انصهار منخفضة ونقطة غليان عالية بشكل غير عادي.
يمكن أن يشكل البلوتونيوم السبائك والمركبات الوسيطة مع معظم المعادن الأخرى ، والمركبات ذات مجموعة متنوعة من العناصر الأخرى. تتمتع بعض السبائك بقدرات فائقة التوصيل ويتم استخدام البعض الآخر في صنع كريات الوقود النووي. تأتي مركباتها في مجموعة متنوعة من الألوان ، اعتمادًا على حالة الأكسدة ومدى تعقيد المركبات المختلفة. في المحلول المائي هناك خمس حالات تكافؤ أيونية.
يعتبر البلوتونيوم ، إلى جانب جميع العناصر الأخرى عبر اليورانيوم ، خطرًا إشعاعيًا ويجب التعامل معه بمعدات واحتياطات متخصصة. وجدت الدراسات على الحيوانات أن بضعة مليغرامات من البلوتونيوم لكل كيلوغرام من الأنسجة قاتلة.
مصادر
عموما لا يوجد البلوتونيوم في الطبيعة. تم العثور على العناصر النزرة للبلوتونيوم في خامات اليورانيوم التي تحدث بشكل طبيعي. هنا ، يتم تكوينه بطريقة مشابهة للنبتونوم: عن طريق تشعيع اليورانيوم الطبيعي بالنيوترونات متبوعًا بتحلل بيتا.
ومع ذلك ، فإن البلوتونيوم في المقام الأول هو منتج ثانوي لصناعة الطاقة النووية. في كل عام ، يتم إنتاج حوالي 20 طنًا من البلوتونيوم ، وفقًا لمختبر لوس ألاموس الوطني. كما يمكن إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك لفصل البلوتونيوم القابل للاستخدام عن العناصر الأخرى في الوقود.
ووفقًا للرابطة النووية العالمية ، فإن تجارب الأسلحة الجوية في الخمسينيات والستينيات تركت أطنانًا من البلوتونيوم في الغلاف الجوي للأرض لا تزال موجودة حتى اليوم.
الاستخدامات
بالنسبة للجزء الأكبر ، لا يستخدم البلوتونيوم كثيرًا. في الواقع ، من بين النظائر الخمسة الشائعة ، يتم استخدام اثنين فقط من نظائر البلوتونيوم ، البلوتونيوم 238 و البلوتونيوم 239 ، لأي شيء على الإطلاق.
يستخدم البلوتونيوم 238 لتوليد الكهرباء للمسابير الفضائية باستخدام مولدات كهروحرارية للنظائر المشعة. يتم تشغيل هذه المولدات عندما لا تستطيع المجسات الحصول على طاقة شمسية كافية لأنها سافرت بعيدًا جدًا عن الشمس. بعض المجسات التي تستخدم البلوتونيوم 238 هي كاسيني وجاليليو.
عند التركيز بما فيه الكفاية ، يخضع البلوتونيوم 239 لتفاعل سلسلة انشطار. لهذا السبب ، يتم استخدامه في الأسلحة النووية وبعض المفاعلات النووية.
في الواقع ، واحدة من أكبر استخدامات البلوتونيوم هي الطاقة. وفقا للرابطة النووية العالمية ، فإن أكثر من ثلث الطاقة المنتجة في معظم محطات الطاقة النووية تأتي من البلوتونيوم. البلوتونيوم هو الوقود الرئيسي في المفاعلات النيوترونية السريعة.
من يعرف؟
لعقود ، تساءل العلماء لماذا لم يتصرف البلوتونيوم مثل المعادن الأخرى في مجموعته. على سبيل المثال ، البلوتونيوم موصل فقير للكهرباء ولا يلتصق بالمغناطيس. الآن اكتشف الباحثون أين يختبئ "المغناطيسية المفقودة" ويتعلق الأمر بالسلوك الغريب للإلكترونات في الغلاف الخارجي للعنصر. على عكس المعادن الأخرى ، التي تحتوي على عدد محدد من الإلكترونات في قذائفها الخارجية ، عندما يكون في حالة أرضية ، يمكن أن يحتوي البلوتونيوم على أربعة أو خمسة أو ستة إلكترونات هناك.
يفسر هذا العدد المتقلب من إلكترونات الغلاف الخارجي لماذا لا يكون البلوتونيوم مغناطيسيًا: لكي تتفاعل الذرة مع المغناطيس ، يجب أن تصطف الإلكترونات غير المزاوجة في غلافها الخارجي في مجال مغناطيسي.
يمكن أن يستمر نظير البلوتونيوم الأكثر استقرارًا ، البلوتونيوم -244 ، لفترة طويلة. يبلغ عمر النصف حوالي 82 مليون سنة ويتحلل إلى اليورانيوم -240 من خلال اضمحلال ألفا ، وفقًا لمختبر جيفرسون.
تم تسمية البلوتونيوم بعد الكوكب ، بلوتو. هذا لأنه جاء بعد اليورانيوم ، الذي سمي باسم كوكب أورانوس ، ونبتونيوم ، الذي سمي باسم كوكب نبتون.
ينبعث البلوتونيوم من النيوترونات وجزيئات بيتا وأشعة جاما.
