آشنایی با پلوتونیوم – پارس دانش Skip to content

آشنایی با پلوتونیوم

پارس دانش: پلوتونیوم  در سال ۱۹۴۰ میلادی توسط دانشمندانی که در حال مطالعه روی چگونگی جداسازی اتم ها برای ساخت بمب اتمی بودند ،کشف  شد .یک عنصر مصنوعی ، شیمیایی ، رادیو اکتیو  و فلزی است .رسانای خوبی برای گرما یا الکتریسیته نیست .واکنش پذیر بوده و با کربن ،نیتروژن ،سیلیکون و هالوژنها ترکیب میشود .به دلیل نیمه عمرهای نسبتا کوتاه رد بسیار ناچیزی از آن بصورت طبیعی در معادن یافت می شود پایدار ترین ایزوتوپ آن PU – ۲۴۴ است که نیمه عمر آن ۸۰/۸ میلیون سال است.

نوع بسیار خالص آن بسیار آتش زا بوده و با آب و اکسیژن واکنش می دهد .

همه ایزوتوپهای آن رادیو اکتیو هستند و پس از واپاشی تغییر شکل می دهند .

ایزوتوپ ها 

Pu-244 در چرخه سوخت هسته ای تولید نمی شود .

در انفجارهای هسته ای با جذب پی در پی نوترون تولید می شود .

اثرات پلوتونیوم  روی بدن

به دلیل گسیل آلفا  در صورت تنفس و یا خوردن به اندامهای داخلی آسیب رسانده و باعث ایجاد سرطان ریه می شود.

ترکیباتش بشدت سمی و رادیواکتیو بوده و برای طولانی مدت در کبد و استخوانها رسوب می کند.

کاربرد  پلوتونیوم -۲۳۸ (Pu – ۲۳۸)  :

 اولین بار از طریق بمباران دوترونی u – ۲۳۸ کشف شد.

 

مقدار کمی از آن در پلوتونیوم راکتورهای تولید پلوتونیوم وجود دارد اما جداسازی ایزوتوپی آن دشوار و پرهزینه است.

 از طریق جذب نوترون توسط Np -237 نیز به دست می آید ، به این ترتیب که :

U-235 (NC) -> U-236 “excited state” ( β decay) -> U-236 “ground state” (NC) -> U-237 (β decay) -> NP-237 (NC) -> NP-238 (β decay) -> Pu-238

 در اثر شکافت گرمای زیادی تولید میکند .

 از گرمای تولید شده جهت تولید برق برای محل هایی که به توان طولانی مدت بدون بازرسی مداوم نیاز دارند، استفاده می شود.

 عدم کارایی در تسلیحات نظامی

  صنعت فضایی

  تولید برق

 گرم نگه داشتن تجهیزات

 باتری های پلوتونیومی

 ساخت پهباد و راکت ها

کاربرد  پلوتونیوم در صنعت فضایی

(RTG (radioisotope thermoelectric generator  نوعی باتری اتمی است که گرمای بدست آمده از واپاشی pu-238  را به جریان برق تبدیل می کند.

ماهواره های ناوبری ،عبورومرور ،سامانه های تحقیقاتی و آزمایشگاهی در فضا ،هواشناختی و…..

جهت گرم نگه داشتن تجهیزات درون فضاپیماها از آن استفاده می شود .

نمونه اولیه ۸/۵ وات انرژی ساخت روسیه (angel )                                   نمونه اولیه ۱ وات انرژی ساخت آمریکا

 

باتری های پلوتونیومی

این  باتری ها در اثر واپاشی مواد رادیواکتیو ،برق تولید می کنند.

در محلهایی که به توان برقی بلند مدت نیاز است ،از آن استفاده  می شود .

باتری های هسته ای موجود در دستگاه تنظیم کننده ضربان قلب ،سنسورهای صحت سنجی سلامت سیستم های دور از دسترس (مثل اعماق اقیانوس)حسگرهای فشار،ساعت های سیلیکونی ،وسایل الکترونیکی به کار رفته در اعماق چاههای نفت و گاز،گوشی هوشمند،لپ تاپ

 

کاربرد های پلوتونیوم-۲۳۹ (Pu-239)

 بطور معمول در نیروگاههای هسته ای ودر اثر جذب نوترون حاصل شکافت اورانیوم توسط اتم های اورانیوم دیگر به وجود می آید.

 جداسازی Pu از U و سایر محصولات شکافت در سوخت مصرف شده به تولید Pu-239 می انجامد (بازفراوری سوخت)

از U-238 به دست می آید :

   یکی از ۳ مواد شکافت پذیر مورد استفاده برای تولید سلاح هسته ای و در بعضی از راکتورهای هسته ای به عنوان یک منبع انرژی است.

 بعداز PU-235  دومین سوخت هسته ای مورد استفاده است.

 در اکثر راکتورهای هسته ای مقداری PU-238 وجود دارد، از اینرو PU-239 بطور مداوم در این راکتورها تولید می شود.

 یک سوم از PU-239 تولید شده در نیروگاه در طول مدت کار نیروگاه شکافت میابد و انرژی تولید می کند و حدود یک ششم آن با جذب نوترون بیشتر به ایزوتوپهای بالاتر PU-240 و PU-241 تبدیل می شود .

  از PU-239 خالص می توان در ساخت نوعی سلاح هسته ای تفنگی استفاده کرد .

 از همه سوخت های هسته ای ، PU-239 کوچکترین جرم بحرانی را دارد .(ساخت سلاح)

 فراوانی پلوتونیوم PU

پلوتونیوم شامل بیش از ۹۰% PU-239 و همچنین پلوتونیوم شامل کمتر از ۷% PU-240 را پلوتونیوم درجه تسلیحاتی ، پلوتونیوم شامل ۷ تا ۱۹ % PU-240 را پلوتونیوم درجه سوخت و پلوتونیوم شامل بیشتر از ۱۹% PU-240 را پلوتونیوم درجه راکتور می گویند.

واپاشی PU-239

بمب پلوتونیومی

  استفاده از پلوتونیوم به جای اورانیوم در ساخت بمب اتمی مزایای بسیاری دارد. تنها چهار کیلوگرم پلوتونیوم برای ساخت بمب اتمی با قدرت انفجار ۲۰ کیلو تن کافی است.   در عین حال با تاسیسات بازفراوری نسبتا کوچکی میتوان چیزی حدود ۱۲ کیلوگرم پلوتونیوم در سال تولید کرد.

  کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونیومی است که اطراف آنرا پوسته ای موسوم به منعکس کننده نوترونی فرا گرفته است. این پوسته که معمولا از ترکیب بریلیوم و پلونیوم ساخته میشود، نوترونهای آزادی را که از فرایند شکافت هسته ای به بیرون میگریزند، به داخل این فرایند بازمی تاباند.

  استفاده از منعکس کننده نوترونی عملا جرم بحرانی را کاهش میدهد و باعث میشود که برای ایجاد واکنش زنجیره ای مداوم به پلوتونیوم کمتری نیاز باشد.

رقیه کارگر شاکر لنگرودی

منابع:

http://scipost.wikipg.com

http://www.lenntech.com

http://www.chemicool.com

http://www.hupaa.com

پیام خود را بگذارید

پارس دانش ،درراه اعتلای دانش پارس

سوالات علمی ،درخواست تدریس ،نقد و نظر خود را بفرمایید.

وارد شوید