25 sierpnia 2012 roku , około 11 miliardów mil (18 miliardów kilometrów) od Słońca, sonda NASA Voyager 1 opuściła heliosferę , śmiało udając się tam, gdzie wcześniej nie dotarł żaden obiekt. Przekraczając tę granicę, Voyager 1 wyszedł poza Układ Słoneczny i wszedł w przestrzeń międzygwiezdną , co było historycznym wydarzeniem.
Spójrz na dolny rząd (tradycyjnego) układu okresowego, a znajdziesz pierwiastek, który umożliwił tę kosmiczną przygodę: pluton.
Co to jest pluton?
Po raz pierwszy zidentyfikowany w latach 40. pluton był używany zarówno do celów twórczych, jak i destrukcyjnych. Nieżyjący już fizyk John Goffman nazwał kiedyś pluton „elementem władcy piekła”. Językoznawca może być skłonny się zgodzić.
Ale najpierw trochę więcej o tym elemencie. Każdy atom plutonu zawiera 94 protony. W przeciwieństwie do tego, w każdym atomie uranu znajdują się tylko 92 protony i 93 w każdym atomie neptunu.
Ponieważ oba te elementy zostały nazwane na cześć starożytnych bogów – i planet – Urana i Neptuna , pluton został potraktowany tak samo.
„Pluton został odkryty przez Glenna Seaborga i współpracowników z Berkeley Laboratory (CA) pod koniec 1940 roku”, mówi w e-mailu Peter C. Burns, chemik z University of Notre Dame.
Dziesięć lat wcześniej astronomowie zaobserwowali nową planetę karłowatą w pobliżu Neptuna. Aby uczcić rzymskiego boga podziemi, nazwano go „Plutonem”. A pluton wywodzi swoją nazwę od tego ciała niebieskiego.
Początkowo Seaborg i spółka byli w stanie wyprodukować pluton przy użyciu akceleratora cząstek cyklotronu w Berkeley. Za pomocą tego urządzenia cząstki zwane "deuteronami" zostały wystrzelone w próbkę uranu. Eksperyment wytworzył niewielką ilość neptunu, który następnie stał się plutonem w procesie rozkładu .
Pierwszy weighable próbka pluton został stworzony na Uniwersytecie w Chicago 20 sierpnia 1942 roku w tym momencie niektóre strony uznały potencjału wojskowego elementu.
Atomy plutonu zawsze zawierają 94 protony. Ale liczba neutronów może się zmieniać, a chemicy nazywają te zmiany „ izotopami ”. Uran zawiera również izotopy. Jeden z nich, zwany uranem-235 (U-235), został wkrótce zidentyfikowany jako potencjalne źródło paliwa do bomb atomowych. Wkrótce po jego odkryciu do rozmowy wkroczył pluton jako kolejny sposób zasilania broni jądrowej. Miała się rozpocząć epoka atomowa.
Obecnie, ze względów praktycznych, istnieją dwa rodzaje plutonu: gatunek reaktora i gatunek do broni. Pluton był kluczowym składnikiem „Grubasa”, bomby atomowej, która zdziesiątkowała Nagasaki w Japonii w 1945 roku, zabijając dziesiątki tysięcy ludzi i skutecznie kończąc II wojnę światową.
Pluton i broń
Pluton wykorzystywany do celów wojskowych jest odzyskiwany z paliwa uranowego, które zostało napromieniowane przez dwa do trzech miesięcy w reaktorze do produkcji plutonu. Do wyprodukowania bomby potrzeba około 22 funtów (10 kilogramów) prawie czystego izotopu plutonu-239 (Pu-239). Według Światowego Stowarzyszenia Jądrowego tego typu bomba wymaga 30 megawato-lat działania reaktora jądrowego, przy ciągłych zmianach paliwa i ponownym przetwarzaniu „gorącego” paliwa . Dlatego pluton „rodzaju broni” wytwarzany jest w specjalnych reaktorach, które zwiększają koncentrację wyższych izotopów plutonu.
Pierwsza eksplozja bomby atomowej na Ziemi miała miejsce 16 lipca 1945 roku. Miała miejsce w Nowym Meksyku i była na tyle silna, że można ją było wyczuć w odległości 100 mil (160 kilometrów). Była to część ściśle tajnej próby jądrowej Trinity Project na poligonie bombowym Alamogordo. Przedmiotowe urządzenie miało rdzeń plutonowy; w eksperymencie nie użyto broni atomowej na bazie uranu.
Następnie 6 sierpnia 1945 r. Stany Zjednoczone zrzuciły bombę atomową U-235 na japońskie miasto Hiroszima. Trzy dni później Stany Zjednoczone zrzuciły na Nagasaki drugą bombę o nazwie „Grubas”. Podobnie jak broń testowana tego lata w Nowym Meksyku, bomba Nagasaki opierała się na plutonie.
„[Nigdy] nie będzie wiadomo na pewno, ile osób zginęło w wyniku ataku atomowego na Nagasaki”, donosi oficjalna strona Departamentu Energii USA . Według ich najlepszych szacunków „początkowo zginęło 40 000 osób, a 60 000 zostało rannych”. W nadchodzących miesiącach i latach ostateczna liczba zgonów mogła wzrosnąć do 140 000 lub więcej. Nagasaki Peace Park organizuje coroczne uroczystości na cześć ich pamięci co roku w sierpniu.
Największym problemem dzisiaj z zapasami plutonu przeznaczonego do broni jest to, co z nimi zrobić. Szacuje się, że Stany Zjednoczone mają obecnie 96,6 ton (87,7 ton metrycznych) plutonu – i problem z przechowywaniem. Wiele z nich jest obecnie przechowywanych w budynku w Savannah River Site w Południowej Karolinie.
Pluton i moc
Dziś ponad jedna trzecia energii produkowanej w elektrowniach jądrowych pochodzi z plutonu . Stany Zjednoczone nie mają jednak żadnych obiektów, które wykorzystują pluton jako źródło energii.
Najczęstszym izotopem plutonu powstającym w reaktorze jądrowym jest Pu-239, który powstaje w wyniku wychwytywania neutronów ze zubożonego uranu (U-238). Po rozszczepieniu Pu-239 może mieć tyle samo energii, co wzbogacony uran (U-235), który jest również używany w broni jądrowej .
Historycznie, inny izotop plutonu, Pu-238, był używany do zasilania baterii w niektórych komercyjnych rozrusznikach serca . Te urządzenia medyczne wyszły z mody, gdy na rynku pojawiły się alternatywy zasilane litem.
Ale na końcowej granicy pluton pozostaje cennym towarem.
Pluton i przestrzeń kosmiczna
„Najważniejszym, mniej znanym zastosowaniem plutonu jest wytwarzanie energii podczas eksploracji kosmosu” – mówi Burns. „Pluton-238 emituje dużo ciepła, gdy ulega rozpadowi radioaktywnemu, a ciepło to może być wykorzystane w generatorze termoelektrycznym do produkcji energii elektrycznej”.
Pu-238 ma wiele cech, które sprawiają, że izotop jest bardzo atrakcyjny dla inżynierów pracujących w agencjach kosmicznych. Po pierwsze, nie potrzeba go dużo, aby wytworzyć całe mnóstwo ciepła, które następnie można zamienić na energię elektryczną.
Jest też czas połowicznego rozpadu , miara, która mówi, jak długo zajmie połowie atomów danego izotopu promieniotwórczego rozpad i przekształcenie w coś innego. Z przyzwoitym okresem półtrwania wynoszącym 88 lat, Pu-238 może utrzymywać łaziki i sondy kosmiczne przez dziesięciolecia.
Daleko od Słońca, w miejscach, gdzie promienie gwiazdy są słabe i słabe, satelity zasilane energią słoneczną nie będą sobie radzić tak dobrze. Tymczasem łaziki marsjańskie, które są zależne od światła słonecznego (takie jak nieistniejący już łazik Opportunity), muszą zmagać się z pyłem z przechodzących burz, które mogą przyćmić ich panele i utrudnić działanie baterii.
Z tych powodów Pu-238 doskonale nadaje się do eksploracji Marsa i kosmosu. Do tej pory Pu-238 napędzał co najmniej 30 amerykańskich pojazdów kosmicznych . Wytrwałość Rover , który wylądował na Czerwonej Planecie w lutym 2021 posiada generator napędzany przez Pu-238. Podobnie odległe statki kosmiczne, takie jak Voyager 1 i Voyager 2 , które podróżują po Układzie Słonecznym ( i nie tylko ) od 1977 roku.
Pluton i toksyczność
Pluton jest radioaktywny, ale prawdopodobnie nigdy nie będziesz na niego narażony. Robert M. Hazen z Carnegie Institution for Science twierdzi, że „nie ma naturalnych źródeł” plutonu. „Musi być wytwarzany przez reaktory rozrodcze, więc cały pluton używany na Ziemi jest wytwarzany przez człowieka” – wyjaśnia w e-mailu.
Może być jednak uwalniany do środowiska przez zakład przemysłowy lub ze zbiornika, jednak poziom plutonu w powietrzu, wodzie, glebie i żywności jest bardzo niski. Jednakże, jeśli jesteś narażony, prawdopodobnie przez wdychanie napromieniowanych aerozoli lub kontakt ze skórą. I wiele czynników decyduje o tym, czy narażenie cię zaszkodzi, w tym ile, jak długo i w jaki sposób miałeś kontakt z plutonem.
Kiedy go wdychasz, trochę plutonu zostanie uwięzione w twoich płucach i przeniesie się do twoich kości i wątroby. Jeśli połkniesz go z jedzeniem, śladowe ilości mogą również rozprzestrzenić się na kości i wątrobę. Jeśli dotkniesz plutonu, bardzo niewiele – jeśli w ogóle – dostanie się do twojego ciała, ale może spalić skórę, która miała z nim kontakt. Tak więc, chociaż jest to pierwiastek radioaktywny, pluton jest daleki od bycia „najbardziej toksyczną substancją znaną człowiekowi”, jak powiedział kiedyś działacz Ralph Nader .
TERAZ TO CIEKAWE
Glenn Seaborg stał się pierwszą osobą, która za swojego życia otrzymała nowo odkryty pierwiastek nazwany jego imieniem, kiedy seaborgium — Pierwiastek 106 w układzie okresowym pierwiastków — został ochrzczony w latach 90. XX wieku .
