Plutonium 238

Kenraali

Symboli	238 94Voisi
Neutronit	144
Protonit	94

Fyysiset tiedot

Puolikas elämä	87,75 vuotta
Atomimassa	238,0495599 g / mol u

Avaintiedot

Vanhempi isotooppi	Hajoaminen
	a

Avaintiedot

Hajoaminen	Tuote	Energia ( MeV )
a

Plutonium-238 , merkitty 238 Pu on isotooppi on plutoniumia , joka massa määrä on yhtä suuri kuin 238: sen atomiydin on 94 protonia ja 144 neutroneja , joilla on spin 0+ erään atomimassa on 238,0495599 g / mol . Se on tunnettu ylimäärä massa on 46158688 ± 1982 eV / c 2 ja ydin- sitovan energian 1801274921 ± 2008 eV .

Yhden gramman plutonium 238: n a- radioaktiivisuus on 633,2 G Bq sekä 1134 spontaania fissiota sekunnissa.

1960-luvulla ja 1970-luvulla Los Alamosin yhdysvaltalaisen laboratorion tutkijat kehittivät plutonium 238: n käytön tahdistimille tarvittavan energian tuottamiseksi .

Ydinominaisuudet

Plutonium-238 antaa uraanin 234 mukaan α rappeutuminen kanssa hajoamisenergiastaan on 5,593 M eV , tietty teho noin 567 W / kg ja puoliintumisaika on 87,75 vuotta:

{\ mathrm {^ {{238}} _ {{\ 94}} Pu \ {\ xrightarrow [{87,75 \ vuotta}] {\ alpha \ 5.593 \ MeV}} \ _ {{\ 92}} ^ {{234 }} U}}

Siksi se kuuluu samaan hajoamisperheeseen kuin uraani 238 .

Sitten 234 U antaa puolestaan torium 230 : n a-hajoamisella 245 500 vuoden jaksolla, siten erittäin alhaisella suhteellisella nopeudella. Suurin osa plutonium-238: n radioaktiivisuudesta vastaa tämän elementin hajoamista.

238 Pu on tehokas lähetin α säteilyä , joten se isotoopin ylivoimaisesti eniten käytetty lämpö generaattorit ja sähkögeneraattorit radioisotooppeja , jotka toimittavat avaruusalusten ja high-tech-laitteet vaativat lähde 'luotettava, huoltovapaa teho (tyypillisesti vedenalainen tiedustelupalvelunsa laitteet) ; käyttö polonium 210 tähän tarkoitukseen on luovuttu, vaikka sen teho, koska sen liian lyhyt elinikä.

Paikkakäyttö RTG-laitteissa

Avaruusluotaimet suunniteltu tutkimaan kaukaisille planeetoille ei voi riippua aurinkopaneelit : Nämä koettimet ovat siten varustettuja radioisotooppi generaattorit vallata aurinkopaneelit ulkopuolella kiertoradalla maaliskuussa , koska koettimet Pioneer 10 , Pioneer 11 , Voyager 1 , Voyager 2 , Galileo , Ulysses , Cassini-Huygens tai jopa New Horizons . Nämä generaattorit antavat myös planeettojen pinnalle sijoitettujen robottien toimia yöllä, kun aurinkopaneelit ovat pimeässä: Kuuhun sijoitetut kuusi Apollo Lunar Surface Experiment -pakettia käyttävät GTR: itä, aivan kuten kaksi marsilaiskennettä Viking 1 ja 2 ja Marsin tiedelaboratorion kuljettaja .

Lämpöteho Pth tuottaman plutonium-238 pienenee ensimmäinen tehon Pth 0 funktiona on kuluneen ajan t , ilmaistu vuosina, nopeudella: Pth = Pth 0 x 0,5 ( t / 87,75) ; mikä tarkoittaa, että se menettää ( 1-0,5 (1 / 87,75) ) = 0,787% lämpötehosta vuodessa. Esimerkiksi vuonna 1977 lanseerattujen Voyager-ohjelman koettimien tapauksessa generaattoreiden lähtöteho oli 470 W, ja sen piti olla 23 vuotta myöhemmin, vuonna 2001, vain 392 W.

ottaen huomioon plutoniumoksidilämmityselementtien tuottaman lämmön väheneminen, näiden lämpötilat laskevat (samoin kuin patterin lämpötila);
bimetallisten lämpöparien muuntotehokkuus, joka muuntaa plutoniumin 238 hajoamisen tuottaman lämpötilagradientin potentiaalieroksi; muuntotehokkuus on oleellisesti verrannollinen lämpöparien kuumien ja kylmien pisteiden väliseen lämpötilaeroon, joka on verrannollinen laskevaan lämpötehoon;
lisäksi lämpöparien ikääntyminen tapahtuu.

Voyager 1: n ja Voyager 2 : n generaattoreiden havaittu teho vuonna 2001 oli siis vastaavasti 315 W ja 319 W.

Suhteellisen sähkötehon vaihtelu on siten suunnilleen verrannollinen tuotetun lämpötehon neliöön:

((315 + 319) / 2) / 470 = 317/470 = 0,6745
(392/470) 2 = 0,6953
pieni jäljellä oleva ero, joka vastaa lämpöparien ikääntymistä.

Voimme siis nähdä, että toimitettu sähköteho ( Pe ) vaihtelee seuraavasti: Pe = Pe 0 × 0,5 ( 2 t / 87,75) ; mikä tarkoittaa sanomista, että kaikki tapahtuu ikään kuin radioisotoopin jakso jaettaisiin kahdella.

Voidaan myös sanoa, että lämpöparit toimivat 80 prosentilla nimellisestä hyötysuhteestaan.

New Horizons -matka aloitettiin19. tammikuuta 2006päästä Pluto päällä14. heinäkuuta 2015, kuljettaa RTG: ssä melkein 8 kg plutonium 238: ta, joka tuotti käynnistyksen yhteydessä noin 240 W : n sähkötehon, kun taas määränpäähän odotettiin noin 190 W: tä eli noin 9,5 vuotta myöhemmin.

Historia

Plutonium-238 on ensimmäinen isotooppi on plutoniumia olleen syntetisoitu Glenn Seaborg tiimin vuonna 1941 pommittamalla uraani 238 kanssa deuteriumia D + ionit :

{} _ {1} ^ {2} {\ mathrm {D}} + {} _ {{\ 92}} ^ {{238}} {\ mathrm {U}} \ - {} _ {{\ 93} } ^ {{240}} {\ mathrm {Np}} ^ {*} \ - 2 \ {} _ {0} ^ {1} {\ mathrm {n}} + (\ {} _ {{\ 93} } ^ {{238}} {\ mathrm {Np}} \ - {} _ {{\ 94}} ^ {{238}} {\ mathrm {Pu}} + {\ mathrm {e}} ^ {-} + {\ palkki {\ nu _ {{\ mathrm {e}}}}} \)

Tuotanto

Fyysinen periaate

Sitä tuotetaan neutronien sieppauksella säteilyttämällä käytettyä ydinpolttoainetta käsiteltäessä eristetty neptunium 237 : 100 kg kevyttä vesireaktoripolttoainetta , joka on säteilytetty kolmen vuoden ajan, sisältää vain 700 grammaa neptuniumia 237, joka on ensin '' puhdistettu ennen säteilytystä plutonium 238: n tuottamiseksi, joka on puolestaan puhdistettava liuoksessa ennen kuin sitä voidaan käyttää plutoniumdioksidina 238 PuO 2 .

{\ mathrm {^ {1} _ {0} n + {} _ {{\ 93}} ^ {{237}} Np \ - _ {{\ 93}} ^ {{238}} Np {\ xrightarrow [ {2 117 \ päivää}] {\ beta ^ {-} \ 1,292 \ MeV}} {} _ {{\ 94}} ^ {{238}} Pu}}

Ydinreaktori

Plutonium 238: ta tuotetaan myös ydinreaktoreissa peräkkäisen neutronien talteenoton jälkeen uraanilla 235 ja 238, jota seuraa β-hajoaminen - ja / tai a-hajoaminen .

Maailmantilanne

Suurin osa nykyään käytetystä plutonium 238: sta tulee Venäjältä : vaikka Yhdysvalloilla on riittävä infrastruktuuri tämän tarkasti kohdennetun isotoopin tuottamiseen ja puhdistamiseen, nämä laitokset eivät enää toimi, joten kaikki Yhdysvaltain avaruusohjelman vuodesta 1993 lähtien käyttämät 238 Pu. tuoda.

22. joulukuuta 2015, energiaministeriö ilmoitti, että - ensimmäistä kertaa Savannah-joen tehtaan sulkemisen jälkeen 1980-luvun lopulla - Yhdysvallat oli tuottanut 50 grammaa Pu 238: ta Oak Ridgen kansallisessa laboratoriossa. Yhdysvallat aikoo näin ollen aloittaa Pu 238: n säännöllisen tuotannon uudelleen saadakseen avaruuden tutkimusmatkoihin tarvittavan polttoaineen vuoteen 2020 mennessä.

Huomautuksia ja viitteitä

Matpack - jaksollinen taulukko nuklidien elementtiominaisuuksista : 94-Pu-238
Los Alamosin kansallinen laboratorio - Actinide Research Quarterly: Kesä 1997 NMT-divisioona kierrättää, puhdistaa plutonium-238-oksidipolttoainetta tulevia avaruusoperaatioita varten.
Kathy DeLucas, Jim Foxx ja Robert Nance ” lämmönlähteiden sydämen lähteistä: Los Alamos tehty materiaalista plutoniumin-powered pumper ” , vuonna Aktinidien Quarterly, Los Alamos National Laboratory ,2005
Berkeley Science Review - Elementary Problem: Keinotekoiset atomit, Nobelin palkinnot ja savunilmaisimesi, kirjoittanut Delphine Farmer.
(in) Cornelis HM Broeders ja Günther Kessler , " Fuel Cycle vaihtoehdot tuotannosta käyttöön denaturoidun Plutonium " , Nuclear Science and Engineering , Vol. 156, n o 1,2007, s. 2 ( DOI 10.13182 / NSE07-A2681 )
Yleisesti kysyttyjä kysymyksiä radioisotooppijärjestelmistä - avaruusparistoista heinäkuu 2005.

Liitteet

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ulkoiset linkit

Plutonium-238-tuotantovaihtoehtojen arviointi Huhtikuu 2008
Argonnen kansallinen laboratorio Plutonium

Hei

Olla

Syntynyt

N / A

Joo

Tai

Huom

Sinä

Oli

Lukea

Sinun

Luu

Klo

Voisi

Olen

Vrt

Jaksollisen of isotooppien <img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">