Период полураспада плутония 238 и другие аспекты

Плутоний-238 — это радиоактивный изотоп химического элемента плутония, который имеет атомный номер 94 и массовое число 238. Он был открыт в 1940 году американскими учеными в результате бомбардировки урана-238 дейтронами . Плутоний-238 является практически чистым альфа-излучателем, то есть он испускает альфа-частицы при распаде. Период полураспада плутония-238 составляет 87,7 года, а активность одного грамма этого нуклида — около 633,7 ГБк .

Плутоний-238 используется в науке и технике в качестве источника энергии, особенно в тех случаях, когда требуется длительное и надежное энергоснабжение в условиях, где невозможно или нежелательно использовать другие виды энергии, например, солнечную, химическую или термоэлектрическую. Один грамм чистого плутония-238 выделяет приблизительно 0,567 Вт мощности .

Основное применение плутония-238 — это радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи), которые преобразуют тепло, выделяемое при распаде плутония-238, в электричество с помощью термоэлементов. РИТЭГи используются для питания космических аппаратов, дальнобойных радиомаяков, автоматических метеорологических станций, подводных аппаратов и других устройств, работающих в экстремальных условиях . Например, РИТЭГи с плутонием-238 были установлены на космических аппаратах «Вояджер», «Кассини», «Новые горизонты», «Марсианский научный лабораторий» и других .

Кроме РИТЭГов, плутоний-238 применялся в кардиостимуляторах, которые вживлялись в сердце пациентов с нарушениями сердечного ритма. Плутоний-238 обеспечивал длительную работу кардиостимулятора без необходимости замены батареи. Однако, с появлением литиевых батарей, использование плутония-238 в кардиостимуляторах стало менее актуальным .

Плутоний-238 также используется в научных исследованиях, связанных с ядерной физикой, химией, биологией и медициной. Например, плутоний-238 может служить источником нейтронов для активации других элементов или измерения их концентрации. Плутоний-238 также может быть использован как меченый атом для изучения метаболизма и распределения веществ в организме .

Вот некоторые области науки и техники, в которых используется плутоний-238:

  • Космонавтика — для питания космических аппаратов, работающих в дальнем космосе или на поверхности других планет,
  • Метеорология — для питания автоматических метеорологических станций в полярных и отдаленных регионах,
  • Океанология — для питания подводных аппаратов и датчиков, изучающих глубинные слои океана,
  • Медицина — для питания кардиостимуляторов и других медицинских устройств, а также для меченых атомов в диагностике и терапии,
  • Ядерная физика и химия — для источника нейтронов и альфа-частиц в различных экспериментах и измерениях,
  • Биология — для меченых атомов в изучении метаболизма и распределения веществ в живых системах,
  • Археология и геология — для датирования образцов по методу плутониевого хронометра.

Таким образом, плутоний-238 — это важный и полезный радиоактивный изотоп, который имеет широкое применение в науке и технике.

Содержание
  1. 2. Какие свойства имеет плутоний-238 и как он отличается от других изотопов плутония
  2. 3. Какой период полураспада у плутония-238 и как он влияет на его радиоактивность и тепловыделение
  3. 4. Где и как добывают плутоний-238 в природе и в ядерных реакторах
  4. 5. Внешний вид и меры безопасности плутония-238
  5. 5.1 Агрегатные состояния плутония-238:
  6. 5.2 Меры безопасности при обращении с плутонием-238:
  7. 6. Стоимость плутония-238 на мировом рынке и факторы, влияющие на цену
  8. 7. Покупка плутония-238: возможности и требования
  9. 7.1 Покупка в России
  10. 7.2 Покупка за рубежом
  11. 8. Риски и Последствия Незаконной Торговли и Контрабанды Плутония-238
  12. 8.1 Риски незаконной торговли плутонием-238
  13. 8.2 Последствия контрабанды плутония-238
  14. 9. Какие примеры использования плутония-238 в истории и современности, какие достижения и проблемы он помог решить
  15. 10. Какие перспективы и вызовы ждут плутония-238 в будущем, какие альтернативы ему существуют или разрабатываются

2. Какие свойства имеет плутоний-238 и как он отличается от других изотопов плутония

Плутоний-238 — это радиоактивный изотоп плутония, который имеет атомное число 94 и массовое число 238. Он был первым открытым изотопом плутония в 1940 году . Плутоний-238 обладает рядом свойств, которые отличают его от других изотопов плутония и делают его полезным для различных приложений.

Одним из основных свойств плутония-238 является его высокая радиоактивность. Он является практически чистым альфа-излучателем, то есть он испускает альфа-частицы при распаде. Активность одного грамма плутония-238 составляет приблизительно 633,7 ГБк, что означает, что он распадается очень быстро. Период полураспада плутония-238 составляет 87,7 (1) года, то есть за это время половина атомов плутония-238 превращается в другие элементы. В результате распада плутония-238 образуется уран-234, который также является радиоактивным и продолжает распадаться по цепочке до свинца-206, который является стабильным .

Высокая радиоактивность плутония-238 приводит к тому, что он выделяет большое количество тепла. Один грамм чистого плутония-238 генерирует приблизительно 0,567 Вт мощности. Это свойство делает плутоний-238 идеальным источником энергии для радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГов), которые преобразуют тепло в электричество. РИТЭГи с плутонием-238 используются для питания космических аппаратов, спутников, маяков, датчиков и других устройств, которые работают в условиях, где нет доступа к другим источникам энергии .

Читайте также:  Какая звезда самая яркая на небе и почему это Венера?

Другим важным свойством плутония-238 является его химическая устойчивость. Плутоний-238 не реагирует с водой, кислородом, углекислым газом и большинством других веществ. Он образует твердый диоксид (PuO 2 ), который имеет высокую температуру плавления (2700 °C) и низкую растворимость в воде. Диоксид плутония-238 служит защитой от альфа-излучения и предотвращает дальнейшее окисление плутония-238. Плутоний-238 также может образовывать соединения с другими элементами, такими как фтор, хлор, бром, йод, азот, сера и углерод, в различных степенях окисления от +2 до +7. Самыми распространенными степенями окисления плутония-238 являются +3 и +4 .

Плутоний-238 отличается от других изотопов плутония не только своими свойствами, но и способами получения. Плутоний-238 образуется в результате нейтронного захвата нептунием-237, который, в свою очередь, добывается из отработанного ядерного топлива. Другие изотопы плутония, такие как 239 Pu, 240 Pu, 241 Pu и 242 Pu, образуются в результате нейтронного захвата ураном-238, который является основным компонентом природного урана. Плутоний-238 имеет более высокую стоимость, чем другие изотопы плутония, из-за сложности его производства и большого спроса на него .

Плутоний-238 также отличается от других изотопов плутония своими военными и мирными применениями. Плутоний-238 не подходит для создания ядерного оружия, так как он имеет слишком высокую радиоактивность и тепловыделение, которые мешают достижению критической массы и устойчивости ядерного заряда. Другие изотопы плутония, такие как 239 Pu и 240 Pu, имеют более низкую радиоактивность и тепловыделение, а также более длительный период полураспада, что делает их пригодными для ядерного оружия. Плутоний-238 используется исключительно в мирных целях, таких как космическая и научная деятельность, медицина и безопасность .

Таким образом, плутоний-238 является уникальным изотопом плутония, который имеет ряд свойств, которые отличают его от других изотопов плутония и делают его полезным для различных приложений.

3. Какой период полураспада у плутония-238 и как он влияет на его радиоактивность и тепловыделение

Плутоний-238 является одним из изотопов плутония, химического элемента с атомным номером 94. Он был открыт в 1940 году в результате бомбардировки урана-238 дейтронами . Плутоний-238 обладает следующими свойствами:

  • Атомная масса: 238,0495599 а. е. м.
  • Количество нейтронов: 144
  • Спин и четность ядра: 0+
  • Тип распада: альфа-распад
  • Продукт распада: уран-234
  • Энергия распада: 5,59320 МэВ
  • Спонтанное деление: очень редкое

Период полураспада — это время, за которое количество атомов данного изотопа уменьшается в два раза. Период полураспада плутония-238 составляет 87,7 года . Это означает, что за 87,7 лет половина атомов плутония-238 превратится в атомы урана-234, а другая половина останется плутонием-238.

Радиоактивность — это способность атомных ядер испускать частицы и излучение при своем распаде. Радиоактивность измеряется в беккерелях (Бк), которые равны количеству распадов в секунду. Радиоактивность плутония-238 составляет приблизительно 633,7 ГБк на грамм . Это означает, что один грамм плутония-238 испускает около 633,7 миллиарда альфа-частиц в секунду.

Тепловыделение — это количество тепловой энергии, которое выделяется при распаде атомных ядер. Тепловыделение измеряется в ваттах (Вт), которые равны количеству тепловой энергии в джоулях, выделяемой за секунду. Тепловыделение плутония-238 составляет приблизительно 0,567 Вт на грамм . Это означает, что один грамм плутония-238 выделяет около 0,567 джоуля тепловой энергии в секунду.

Период полураспада, радиоактивность и тепловыделение плутония-238 взаимосвязаны следующим образом: чем больше период полураспада, тем меньше радиоактивность и тепловыделение, и наоборот. Плутоний-238 имеет сравнительно большой период полураспада, но достаточно высокую радиоактивность и тепловыделение, что делает его подходящим для использования в радиоизотопных источниках энергии, таких как РИТЭГи .

Источники:

  1. Плутоний-238 — Википедия
  2. Маленький грязный секрет Curiosity родом из СССР. Плутоний-238 / Хабр

4. Где и как добывают плутоний-238 в природе и в ядерных реакторах

Плутоний-238 является искусственным элементом, который не существует в природе в значительных количествах. Он образуется в результате ядерных реакций, происходящих в урановых рудах или в ядерных реакторах. Существуют два основных способа получения плутония-238: из нептуния-237 и из урана-238.

Нептуний-237 является продуктом деления урана-235, который используется в большинстве ядерных реакторов для выработки энергии. Нептуний-237 извлекают из отработанного ядерного топлива и подвергают облучению нейтронами в специальных реакторах. При этом нептуний-237 превращается в плутоний-238 с периодом полураспада 2,14 суток:

Этот метод является наиболее эффективным и широко используется для производства плутония-238 для космических и других целей. Однако нептуний-237 является дефицитным и дорогим материалом, поэтому его запасы ограничены.

Уран-238 является наиболее распространенным изотопом урана, составляющим около 99,3% его естественного изобилия. Уран-238 может захватывать нейтроны в ядерных реакторах и превращаться в плутоний-238 через несколько промежуточных изотопов:

Читайте также:  Функции, органеллы и строение клетки простейших

Этот метод является менее эффективным и требует большого количества урана и длительного времени облучения. Кроме того, плутоний-238, полученный таким образом, содержит значительные примеси других изотопов плутония, которые ухудшают его свойства для использования в радиоизотопных источниках энергии.

В настоящее время плутоний-238 производится в нескольких странах, включая Россию, США, Китай, Францию и Великобританию. Однако его запасы ограничены и не удовлетворяют растущему спросу, особенно в космической отрасли. Поэтому разрабатываются новые технологии и источники плутония-238, а также его альтернативы, такие как америций-241 или стронций-90.

Источники:

5. Внешний вид и меры безопасности плутония-238

Плутоний-238 — это радиоактивный химический элемент, который может принимать различные агрегатные состояния в зависимости от условий окружающей среды.

5.1 Агрегатные состояния плутония-238:

  • Твердое состояние: При комнатной температуре плутоний-238 является твердым металлом, обладающим серебристым блеском.
  • Жидкое состояние: При нагреве плутоний-238 может переходить в жидкую форму с высокой температурой плавления.

5.2 Меры безопасности при обращении с плутонием-238:

Из-за его радиоактивных свойств и потенциальной опасности, необходимо строго соблюдать меры безопасности при работе с плутонием-238. Ниже приведены основные меры:

  1. Изоляция: Работники, обрабатывающие плутоний-238, должны находиться в специальных изолированных помещениях с применением защитной одежды.
  2. Вентиляция: Обеспечение эффективной вентиляции помещений для минимизации воздействия радиоактивных частиц.
  3. Обучение и обучение персонала: Регулярное обучение персонала по правилам обращения с радиоактивными веществами и средствам индивидуальной защиты.
  4. Мониторинг здоровья: Проведение регулярных медицинских обследований работников, контактирующих с плутонием-238, для раннего выявления возможных последствий.

Соблюдение этих мер позволяет минимизировать риски и обеспечивает безопасное обращение с плутонием-238 в различных сферах науки и техники.

6. Стоимость плутония-238 на мировом рынке и факторы, влияющие на цену

Плутоний-238, как редкий и ценный элемент, имеет определенную стоимость на мировом рынке. Цена этого изотопа зависит от различных факторов, важных для его производства и использования.

  • Производственные затраты: Важным фактором, влияющим на цену плутония-238, являются затраты на его производство. Это включает в себя расходы на добычу и обогащение плутония, технологические процессы и безопасность в производстве.
  • Степень обогащения: Чем выше степень обогащения плутония-238, тем выше его цена. Процесс обогащения требует дополнительных усилий и ресурсов, что влияет на конечную стоимость продукта.
  • Спрос на рынке: Уровень спроса на плутоний-238 также оказывает влияние на его цену. Высокий спрос, особенно со стороны научных и инженерных областей, может поднимать цены на этот изотоп.
  • Геополитические факторы: Политическая ситуация в странах-производителях и потребителях плутония-238 также может влиять на его цену. Экономические санкции, изменения в законодательстве и другие геополитические события могут вызывать колебания цен.

На текущий момент цена килограмма плутония-238 на мировом рынке составляет , но следует отметить, что она может меняться в зависимости от вышеуказанных факторов.

7. Покупка плутония-238: возможности и требования

Плутоний-238, как радиоактивный материал, имеет строгие правила приобретения, как в России, так и за рубежом. При покупке необходимо учитывать различные аспекты, включая наличие соответствующих документов и разрешений.

7.1 Покупка в России

В России приобретение плутония-238 контролируется государственными органами. Для осуществления покупки необходимо следовать определенным шагам:

  • Получение лицензии на приобретение радиоактивных материалов.
  • Предоставление подтверждения о необходимости использования плутония-238 в конкретных научных или технических целях.
  • Соблюдение всех требований по безопасности и хранению радиоактивных веществ.

7.2 Покупка за рубежом

При покупке плутония-238 за рубежом необходимо учитывать международные стандарты и требования. В различных странах могут существовать свои правила и процедуры:

  • Ознакомление с законодательством и требованиями страны-продавца.
  • Получение разрешений на экспорт и импорт радиоактивных материалов.
  • Соблюдение международных норм безопасности и противодействие незаконной торговле.

Важно помнить, что несоблюдение правил может повлечь за собой серьезные юридические последствия.

8. Риски и Последствия Незаконной Торговли и Контрабанды Плутония-238

Незаконная торговля и контрабанда плутония-238 представляют серьезные угрозы для мирового сообщества, вызывая потенциальные риски и разнообразные негативные последствия.

8.1 Риски незаконной торговли плутонием-238

Необоснованная перепродажа плутония-238 может привести к следующим рискам:

  • Распространение ядерного оружия из-за неправомерного доступа к радиоактивному материалу.
  • Террористические угрозы и атаки, используя плутоний-238 для создания взрывчатых устройств.
  • Нарушение международных соглашений о нераспространении ядерного оружия.

8.2 Последствия контрабанды плутония-238

Контрабанда плутония-238 имеет свои уникальные последствия:

  1. Экологические проблемы и загрязнение окружающей среды при ненадлежащем обращении с радиоактивным веществом.
  2. Угроза здоровью человека из-за воздействия радиации.
  3. Международные санкции и ухудшение отношений с государствами, пострадавшими от контрабанды.

Борьба с незаконной торговлей и контрабандой плутония-238 требует международного сотрудничества, ужесточения законодательства и повышения безопасности при производстве, хранении и транспортировке данного материала.

9. Какие примеры использования плутония-238 в истории и современности, какие достижения и проблемы он помог решить

Плутоний-238 является одним из самых важных радиоактивных изотопов, используемых в науке и технике. Благодаря его высокой радиоактивности и тепловыделению, он может служить источником энергии для различных устройств, работающих в экстремальных условиях, таких как космос, глубокое подводное пространство или полярные регионы. Ниже приведены некоторые примеры использования плутония-238 в истории и современности, а также какие достижения и проблемы он помог решить.

  • Кардиостимуляторы. Плутоний-238 был использован в качестве источника питания для кардиостимуляторов, имплантируемых в сердце человека для регулирования его ритма. Первый такой кардиостимулятор был установлен в 1970 году американскому пациенту, который прожил с ним 11 лет . Плутоний-238 обеспечивал длительную работу кардиостимулятора без необходимости замены батареи, но также представлял потенциальную опасность в случае повреждения или утечки радиоактивного материала. Поэтому с появлением литиевых батарей, использование плутония-238 в кардиостимуляторах было прекращено .
  • Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи). Плутоний-238 является основным компонентом РИТЭГов, которые преобразуют тепло, выделяемое при распаде изотопа, в электричество. РИТЭГи используются для обеспечения энергией космических аппаратов, которые не могут полагаться на солнечные батареи из-за большого расстояния от Солнца, длительного срока службы или необходимости работы в тени. С помощью РИТЭГов на плутонии-238 были запущены и работают такие знаменитые космические миссии, как «Вояджеры», «Кассини», «Новые горизонты», «Марсианский научный лабораторный комплекс» (Curiosity) и другие . РИТЭГи на плутонии-238 позволяют получать уникальную научную информацию о далеких планетах и спутниках, но также представляют риск загрязнения окружающей среды в случае неудачного запуска или столкновения с атмосферой.
  • Ядерное оружие. Плутоний-238 может быть использован в качестве компонента ядерного оружия, например, для создания термоядерных бомб или усиления эффекта взрыва. Однако, плутоний-238 не является основным материалом для ядерного оружия, так как он имеет слишком высокую радиоактивность и тепловыделение, что затрудняет его хранение, транспортировку и сборку. Кроме того, плутоний-238 имеет низкую критическую массу и может взорваться самопроизвольно при накоплении достаточного количества. Поэтому для ядерного оружия обычно используют другие изотопы плутония, такие как плутоний-239 или плутоний-241 .
Читайте также:  Как перевести 6 футов 2 дюйма в сантиметры?

Таким образом, плутоний-238 является ценным и в то же время опасным радиоактивным изотопом, который имеет широкое применение в науке и технике, но также требует особой осторожности и ответственности при его обращении.

10. Какие перспективы и вызовы ждут плутония-238 в будущем, какие альтернативы ему существуют или разрабатываются

Плутоний-238 является ценным источником энергии для космических аппаратов, исследующих дальние планеты и астероиды, где солнечная энергия недоступна или недостаточна. Однако этот изотоп производится в ограниченных количествах и имеет высокую стоимость. Кроме того, плутоний-238 представляет определенные риски для окружающей среды и здоровья человека из-за его радиоактивности и тепловыделения. Поэтому важно искать альтернативные способы получения и использования плутония-238, а также разрабатывать новые технологии, которые могут заменить его в будущем.

Одна из возможных альтернатив плутонию-238 — это америций-241, который также является альфа-излучателем и имеет период полураспада 432,2 года. Америций-241 может быть извлечен из отработанного ядерного топлива, что позволяет снизить его объемы и утилизировать ценный материал. Великобритания разрабатывает космическую ядерную батарею на изотопе америция-241 , которая может обеспечить энергией космические аппараты на длительное время. Однако америций-241 имеет некоторые недостатки по сравнению с плутонием-238, такие как меньшая энергетическая плотность, большая масса и сложность разделения от других изотопов америция.

Другой потенциальной альтернативой плутонию-238 может быть торий-229, который имеет период полураспада 7340 лет и также испускает альфа-частицы. Торий-229 может быть получен из урана-233, который в свою очередь может быть синтезирован из тория-232 в ториевых реакторах. Торий-229 имеет преимущества перед плутонием-238 в том, что он имеет больший период полураспада, меньшую радиоактивность и меньшее тепловыделение. Однако торий-229 также имеет некоторые недостатки, такие как сложность изоляции, низкая доступность и высокая стоимость.

Кроме радиоизотопных источников энергии, существуют и другие технологии, которые могут обеспечить энергией космические аппараты в дальнем космосе. Например, можно использовать солнечные паруса, которые позволяют использовать давление солнечного света для движения космического аппарата. Также можно применять ядерные реакторы, которые используют ядерное деление для производства энергии. Еще одним вариантом может быть термоядерный синтез, который использует слияние легких ядер для выделения большого количества энергии. Однако все эти технологии имеют свои сложности, ограничения и риски, и требуют дальнейших исследований и разработок.

Таким образом, плутоний-238 является важным источником энергии для космических исследований, но имеет ряд проблем и недостатков. В будущем необходимо искать альтернативные способы получения и использования плутония-238, а также развивать новые технологии, которые могут заменить его или дополнить его. Это позволит расширить возможности исследования дальнего космоса и повысить эффективность и безопасность космических миссий.

Оцените статью
Поделиться с друзьями
sloboda-balaklava.ru