ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับพลูโทเนียม

พลูโทเนียมเป็นโลหะกัมมันตรังสีโลหะเงินที่สามารถใช้สร้างหรือทำลายได้ ในขณะที่มันถูกใช้สำหรับการทำลายในไม่ช้าหลังจากที่มันถูกสร้างขึ้นในวันนี้องค์ประกอบที่ใช้ส่วนใหญ่ในการสร้างพลังงานทั่วโลก

พลูโทเนียมถูกผลิตขึ้นเป็นครั้งแรกและถูกแยกออกในปี 2483 และถูกใช้เพื่อสร้างระเบิดปรมาณู "มนุษย์อ้วน" ที่ถูกทิ้งไว้ที่นางาซากิเมื่อสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สองเพียงห้าปีหลังจากที่มันถูกผลิตครั้งแรก Amanda Simson ผู้ช่วยศาสตราจารย์ วิศวกรรมเคมีที่มหาวิทยาลัยนิวเฮเวน

เพียงข้อเท็จจริง

นี่คือคุณสมบัติของพลูโทเนียมอ้างอิงจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอส:

• หมายเลขอะตอม: 94
• สัญลักษณ์อะตอม: Pu
• น้ำหนักอะตอม: 244
• จุดหลอมเหลว: 1,184 F (640 C)
• จุดเดือด: 5,842 F (3,228 C)

การค้นพบและประวัติศาสตร์

พลูโทเนียมถูกค้นพบในปี 1941 โดยนักวิทยาศาสตร์ Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan และ Arthur C. Wohl จาก University of California, Berkley การค้นพบเกิดขึ้นเมื่อทีมทิ้งระเบิดยูเรเนียม -238 ด้วยดิวเทอรอนซึ่งถูกเร่งด้วยอุปกรณ์ cyclotron ซึ่งสร้างเนปจูน -238 และนิวตรอนอิสระสองตัว ดาวเนปจูน -238 ก็สลายไปเป็นพลูโทเนียม -238 จากการสลายตัวของเบต้า

การทดลองนี้ไม่ได้ใช้ร่วมกับส่วนที่เหลือของชุมชนวิทยาศาสตร์จนถึงปี 1946 หลังจากสงครามโลกครั้งที่สอง Seaborg ส่งบทความเกี่ยวกับการค้นพบของพวกเขาไปยังวารสาร Physical Review ในเดือนมีนาคม 1941 แต่กระดาษนั้นถูกลบออกเมื่อพบว่าไอโซโทปของพลูโทเนียม Pu-239 อาจถูกใช้เพื่อสร้างระเบิดปรมาณู

อีกไม่นานซีบอร์กก็ถูกส่งไปเป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการผลิตพลูโทเนียมหรือที่รู้จักในชื่อห้องแล็บที่มหาวิทยาลัยชิคาโกตามห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอส วัตถุประสงค์ของห้องปฏิบัติการคือเพื่อสร้างพลูโทเนียมเป็นส่วนหนึ่งของโครงการแมนฮัตตัน โครงการแมนฮัตตันเป็นกิจการลับในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองซึ่งทำงานเพื่อพัฒนาระเบิดปรมาณูโดยเฉพาะ

วันที่ 18 สิงหาคม 1942 พวกเขาประสบความสำเร็จครั้งใหญ่ครั้งแรก พวกเขาสามารถสร้างปริมาณพลูโทเนียมที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตา มันเท่ากับเพียง 1 microgram จากตัวอย่างเล็ก ๆ นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดน้ำหนักอะตอมของพลูโทเนียม

ในที่สุดโครงการแมนฮัตตันก็ผลิตพลูโทเนียมให้เพียงพอสำหรับ ในระหว่างการทดสอบระเบิดปรมาณูลูกแรกของโลกหรือ "The Gadget" ถูกระเบิดใกล้โซคอร์โรนิวเม็กซิโกเมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม พ.ศ. 2488 โดยผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการของลอสอาลามอสโรเบิร์ตออพเพนไฮเมอร์

จากการทดสอบออพเพนไฮเมอร์กล่าวว่า "เรารู้ว่าโลกจะไม่เหมือนเดิมบางคนหัวเราะไม่กี่คนที่ร้องไห้คนส่วนใหญ่เงียบฉันจำได้ว่าบรรทัดจากคัมภีร์ฮินดู Bhagavad-Gita พระวิษณุพยายาม เพื่อเกลี้ยกล่อมเจ้าชายว่าเขาควรทำหน้าที่ของเขาและสร้างความประทับใจให้กับเขาในรูปแบบอาวุธที่หลากหลายและพูดว่า 'ตอนนี้ฉันกลายเป็นความตายผู้ทำลายล้างของโลก' ฉันคิดว่าเราทุกคนคิดว่าไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง "อ้างอิงจากราชสมาคมเคมี

การระเบิดมีพลังงานเทียบเท่ากับทีเอ็นทีประมาณ 20,000 ตัน การทิ้งระเบิดปรมาณูใช้ครั้งแรกในฮิโรชิมาประเทศญี่ปุ่นเมื่อวันที่ 6 สิงหาคม ค.ศ. 1945 ระเบิดปรมาณูนั้นได้เรียกว่า "เด็กชายตัวเล็ก" มีแกนยูเรเนียม ระเบิดลูกที่สองทิ้งที่นางาซากิประเทศญี่ปุ่นเมื่อวันที่ 9 สิงหาคม 2488 มีแกนพลูโทเนียม "ชายอ้วน" ที่ได้รับการขนานนามเรียกว่าเป็นจุดสิ้นสุดของสงครามโลกครั้งที่สอง

คุณสมบัติของพลูโทเนียม

โลหะพลูโตเนียมที่เตรียมใหม่มีสีสดใสเงิน แต่ใช้กับสีเทาหมองเหลืองหรือสีเขียวมะกอกเมื่อออกซิไดซ์ในอากาศ โลหะละลายอย่างรวดเร็วในกรดแร่ธาตุเข้มข้น พลูโทเนียมชิ้นใหญ่รู้สึกอบอุ่นเมื่อสัมผัสเพราะพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากการสลายตัวของอัลฟา ชิ้นใหญ่สามารถผลิตความร้อนเพียงพอที่จะต้มน้ำ ที่อุณหภูมิห้องพลูโทเนียมแบบฟอร์มอัลฟารูปแบบที่พบมากที่สุดคือแข็งและเปราะเหมือนเหล็กหล่อ มันสามารถผสมกับโลหะอื่น ๆ เพื่อสร้างรูปแบบเดลต้าเสถียรที่อุณหภูมิห้องซึ่งอ่อนและเหนียว พลูโทเนียมต่างจากโลหะส่วนใหญ่ไม่ใช่ตัวนำความร้อนหรือไฟฟ้าที่ดี มันมีจุดหลอมเหลวต่ำและจุดเดือดสูงผิดปกติ

พลูโทเนียมสามารถสร้างอัลลอยด์และสารประกอบกลางกับโลหะอื่น ๆ ส่วนใหญ่และสารประกอบที่มีองค์ประกอบอื่น ๆ ที่หลากหลาย โลหะผสมบางชนิดมีความสามารถพิเศษยิ่งยวดและโลหะอื่น ๆ ใช้ทำเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ สารประกอบของมันมีหลายสีขึ้นอยู่กับสถานะออกซิเดชันและความซับซ้อนของแกนด์ต่างๆ ในสารละลายน้ำมีห้าสถานะอิออน

พลูโทเนียมพร้อมด้วยองค์ประกอบอื่น ๆ ของ transuranium เป็นอันตรายจากรังสีและต้องจัดการด้วยอุปกรณ์พิเศษและข้อควรระวัง การศึกษาจากสัตว์พบว่าพลูโทเนียมสองสามมิลลิกรัมต่อเนื้อเยื่อหนึ่งกิโลกรัมเป็นอันตรายถึงชีวิต

แหล่งที่มา

พลูโทเนียมโดยทั่วไปไม่พบในธรรมชาติ ธาตุที่พบในพลูโทเนียมพบได้ในแร่ยูเรเนียมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ที่นี่มันเกิดขึ้นในลักษณะที่คล้ายกับเนปจูน: โดยการฉายรังสีของยูเรเนียมธรรมชาติกับนิวตรอนตามด้วยการสลายตัวของเบต้า

ส่วนใหญ่แล้วพลูโทเนียมเป็นผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ ในแต่ละปีมีการผลิตพลูโทเนียมประมาณ 20 ตันตามห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอส เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้แล้วยังสามารถนำมาแปรรูปใหม่เพื่อแยกพลูโทเนียมที่ใช้งานได้ออกจากองค์ประกอบอื่น ๆ ในเชื้อเพลิง

การทดสอบอาวุธบรรยากาศในปี 1950 และ 1960 ทำให้พลูโทเนียมเหลืออยู่ในชั้นบรรยากาศของโลกที่ยังคงมีอยู่ในปัจจุบันตามข้อมูลของสมาคมนิวเคลียร์โลก

การใช้ประโยชน์

ส่วนใหญ่พลูโทเนียมไม่ได้ใช้มากนัก ในความเป็นจริงของไอโซโทปร่วมห้าชนิดนั้นมีไอโซโทปของพลูโทเนียมเพียงสองชนิดคือพลูโทเนียม -238 และพลูโทเนียม -239 เท่านั้น

พลูโทเนียม -238 ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับโพรบอวกาศโดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยความร้อนจากไอโซโทปรังสี เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้จะเปิดใช้งานเมื่อโพรบไม่สามารถรับพลังงานแสงอาทิตย์ได้เพียงพอเพราะพวกมันเดินทางไกลจากดวงอาทิตย์มากเกินไป โพรบบางตัวที่ใช้พลูโทเนียม -238 คือแคสสินีและกาลิเลโอ

เมื่อมีความเข้มข้นเพียงพอพลูโทเนียม -239 จะเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชัน ด้วยเหตุนี้จึงใช้ในอาวุธนิวเคลียร์และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บางชนิด

ในความเป็นจริงการใช้พลูโทเนียมที่ใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งคือพลังงาน ตามสมาคมนิวเคลียร์โลกระบุว่ามากกว่าหนึ่งในสามของพลังงานที่ผลิตในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่มาจากพลูโทเนียม พลูโทเนียมเป็นเชื้อเพลิงหลักในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว

ใครจะรู้

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าทำไมพลูโทเนียมจึงไม่ทำตัวเหมือนโลหะอื่น ๆ ในกลุ่ม ยกตัวอย่างเช่นพลูโทเนียมเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดีและไม่ยึดติดกับแม่เหล็ก ตอนนี้นักวิจัยได้ค้นพบว่า "แม่เหล็กที่หายไป" ถูกซ่อนไว้และเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมที่แปลกประหลาดของอิเล็กตรอนในเปลือกนอกขององค์ประกอบ ซึ่งแตกต่างจากโลหะอื่น ๆ ซึ่งมีจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกนอกของมันเมื่ออยู่ในสภาพพื้นดินพลูโทเนียมสามารถมีอิเล็กตรอนได้สี่, ห้าหรือหกตัว

จำนวนอิเล็กตรอนเปลือกนอกที่ผันผวนนี้อธิบายว่าทำไมพลูโทเนียมไม่ใช่แม่เหล็ก: เพื่อให้อะตอมมีปฏิกิริยากับแม่เหล็กอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ในเปลือกนอกของมันจะต้องเรียงตัวกันในสนามแม่เหล็ก

ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดของพลูโทเนียมพลูโทเนียม -244 สามารถคงอยู่ได้นาน มันมีอายุครึ่งชีวิตประมาณ 82 ล้านปีและสลายตัวเป็นยูเรเนียม -240 ผ่านการสลายตัวของอัลฟา

พลูโทเนียมได้รับการตั้งชื่อตามดาวเคราะห์พลูโต นี่เป็นเพราะมันมาจากยูเรเนียมซึ่งถูกตั้งชื่อตามดาวเคราะห์ยูเรนัสและเนปจูนซึ่งถูกตั้งชื่อตามดาวเคราะห์เนปจูน

พลูโทเนียมปล่อยนิวตรอนอนุภาคบีตาและรังสีแกมม่าออกมา