Плутоний-244
 Концентрированный раствор плутония-244. | |
| Общий | |
|---|---|
| Символ | 244 Мог |
| Имена | плутоний-244, 244Pu, Pu-244 |
| Протоны ( С ) | 94 |
| Нейтроны ( Н ) | 150 |
| Данные о нуклидах | |
| Природное изобилие | След |
| Период полураспада ( т 1/2 ) | 8 × 10 7 годы [ 1 ] |
| масса изотопа | 244.0642044 [ 2 ] И |
| Вращаться | 0+ |
| Родительские изотопы | 248 См (с) 244 Np ( β − ) |
| Продукты распада | 240 В |
| Режимы затухания | |
| Режим затухания | Энергия распада ( МэВ ) |
| а (99,879%) | |
| СФ (0,121%) | |
| Изотопы плутония Полная таблица нуклидов | |
Плутоний-244 ( 244 Pu) — изотоп плутония , которого период полураспада составляет 80 миллионов лет. Это длиннее, чем у любого другого изотопа плутония , и больше, чем у любого другого изотопа актинида , за исключением трех встречающихся в природе изотопов: урана-235 (704 миллиона лет), урана-238 (4,468 миллиарда лет) и тория-232 (14,05 миллиона лет). миллиардов лет). Учитывая математику распада плутония-244, в составе Земли все еще должно присутствовать чрезвычайно небольшое его количество, что делает плутоний вероятным, хотя и недоказанным, кандидатом на роль самого короткоживущего первичного элемента .
Естественное явление
[ редактировать ]Точные измерения, начавшиеся в начале 1970-х годов, по-видимому, позволили обнаружить первичный плутоний-244. [ 3 ] что делает его самым короткоживущим первичным нуклидом . Сумма 244 Pu в предсолнечной туманности (4,57×10 9 лет назад) оценивалась в 0,8% от суммы 238 В. [ 4 ] Поскольку возраст Земли составляет около 57 периодов полураспада 244 Pu, количество оставшегося плутония-244 должно быть очень небольшим; Хоффман и др. оценил его содержание в редкоземельном минерале бастназите как c 244 = 1,0×10. −18 г/г, что соответствовало содержанию в земной коре всего 3×10 −25 g/g [ 3 ] (т.е. общая масса плутония-244 в земной коре составляет около 9 г). Поскольку плутоний-244 невозможно легко получить путем естественного захвата нейтронов в среде урановых руд с низкой нейтронной активностью (см. ниже), его присутствие невозможно объяснить никакими другими способами, кроме как созданием в результате r-процесса нуклеосинтеза в сверхновых или слияниях нейтронных звезд .
Однако обнаружение первичных 244 Содержание Pu в 1971 году не подтверждено недавними, более чувствительными измерениями. [ 4 ] методом ускорительной масс-спектрометрии . В исследовании 2012 года следов плутония-244 в образцах бастназита ( взятых из той же шахты, что и в раннем исследовании) обнаружено не было, поэтому установлен только верхний предел содержания. 244 Получено содержание Pu: c 244 < 1,5×10. −19 г/г, что составляет 370 (или менее) атомов на грамм образца, что как минимум в семь раз ниже содержания, измеренного Хоффманом и др. [ 4 ] Исследование 2022 года, снова с использованием ускорительной масс-спектрометрии, не смогло обнаружить 244 Pu в бастназите Баян Обо , верхний предел <2,1×10. −20 г/г (примерно в семь раз ниже, чем в исследовании 2012 г.). Таким образом, обнаружение 1971 года не могло быть сигналом первобытного 244 Пу. Учитывая вероятное соотношение численности 244 Положи это 238 U в ранней Солнечной системе (~0,008), этот верхний предел все еще в 18 раз превышает ожидаемый в настоящее время. 244 Содержание Pu в образце бастназита (1,2×10 −21 g/g). [ 5 ]
Следовые количества 244 Пу (прибывший на Землю в течение последних 10 миллионов лет) был найден в горных породах Тихого океана японской компанией по разведке нефти. [ 6 ]
Живой межзвездный плутоний-244 был обнаружен в метеоритной пыли в морских отложениях, хотя обнаруженные уровни намного ниже, чем можно было бы ожидать на основе текущего моделирования падения из межзвездной среды . [ 7 ] Однако важно помнить, что для того, чтобы быть первичным нуклидом , представляющим собой амальгаму, вращающуюся вокруг Солнца и в конечном итоге слившуюся с Землей, плутоний-244 должен был состоять из некоторой части солнечной туманности, а не пополняться за счет внесолнечная метеоритная пыль. Присутствие плутония-244 в составе метеорита без доказательств того, что метеор произошел из формационного диска Солнечной системы, подтверждает гипотезу о том, что 244 Pu было достаточно много, чтобы быть частью этого диска, если бы внесолнечный метеор содержал его в какой-либо другой системе, поддерживаемой гравитацией, но такой метеор не может доказать эту гипотезу. Лишь маловероятное открытие живого 244 Пу в составе Земли мог бы это сделать.
Как вымерший радионуклид
[ редактировать ]
Плутоний-244 — один из нескольких вымерших радионуклидов , предшествовавших образованию Солнечной системы. Период его полураспада в 80 миллионов лет обеспечил его циркуляцию по Солнечной системе до его исчезновения. [ 9 ] и действительно, 244 Pu пока не обнаружен ни в каких веществах, кроме метеоритов. [ 10 ] Радионуклиды, такие как 244 Pu подвергается распаду с образованием расщепляющихся (то есть возникающих в результате деления) изотопов ксенона, которые затем можно использовать для определения времени событий ранней Солнечной системы. Фактически, анализируя данные из мантии Земли, которые показывают, что около 30% существующего делящегося ксенона приходится на 244 При распаде Pu можно предположить, что время формирования Земли произошло примерно через 50–70 миллионов лет после образования Солнечной системы. [ 11 ]
До анализа данных масс-спектров , полученных в результате анализа образцов, обнаруженных в метеоритах, в лучшем случае было неразумно аккредитовать 244 Pu как нуклид, ответственный за обнаруженный делящийся ксенон. Однако анализ лабораторного образца 244 Pu по сравнению с расщепляющимся ксеноном, собранным из метеоритов Пасамонте и Капоэта, дал совпадающие спектры, которые сразу же не оставили сомнений относительно источника изотопных ксеноновых аномалий. Далее были получены спектральные данные для другого изотопа актинида, 244 См, но такие данные оказались противоречивыми и помогли устранить дальнейшие сомнения в том, что деление было правильно приписано 244 Мог. [ 12 ]
Как изучение спектральных данных, так и изучение следов деления привели к нескольким открытиям плутония-244. В Западной Австралии анализ масс-спектра ксенона в цирконах возрастом 4,1–4,2 миллиарда лет был встречен результатами различных уровней содержания ксенона. 244 Деление Пу. [ 9 ] Наличие 244 Следы деления Pu можно установить, используя начальное соотношение 244 Положи это 238 U (Pu/U) 0 за раз T 0 = 4,58 × 10 9 лет, когда в метеоритах впервые началось образование Xe, и учитывая, как соотношение треков деления Pu/U меняется со временем. Исследование кристалла витлокита внутри образца лунной породы, доставленного с миссии «Аполлон-14», установило пропорции треков деления Pu/U, соответствующие временной зависимости (Pu/U) 0 . [ 10 ]
Производство
[ редактировать ]В отличие от плутония-238 , плутония-239 , плутония-240 , плутония-241 и плутония-242 , плутоний-244 не производится в больших количествах в рамках ядерного топливного цикла , поскольку при дальнейшем захвате нейтронов плутонием-242 образуется плутоний-243, который короткий период полураспада (5 часов) и быстрый бета-распад до америция-243, прежде чем появляется возможность дальнейшего захвата нейтронов в любых средах, кроме очень высоких нейтронных потоков. [ 13 ] Глобальный инвентарь 244 Pu составляет примерно 20 граммов. [ 14 ] Плутоний-244 также является второстепенным компонентом термоядерных осадков , имеющим глобальное значение. 244 Мог/ 239 Коэффициент выпадения Pu (5,7 ± 1,0) × 10 −5 . [ 15 ]
Приложения
[ редактировать ]Плутоний-244 используется в качестве внутреннего стандарта для масс-спектрометрического анализа изотопного разбавления плутония. [ 14 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Бибкод : 2017ChPhC..41c0001A . дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 .
- ^ Ван, М.; Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Хуанг, WJ; Наими, С.; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030003-1–030003-442. дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030003 .
- ^ Jump up to: а б Хоффман, округ Колумбия; Лоуренс, ФО; Мьюхертер, Дж.Л.; Рурк, FM (1971). «Обнаружение плутония-244 в природе». Природа . 234 (5325): 132–134. Бибкод : 1971Natur.234..132H . дои : 10.1038/234132a0 . S2CID 4283169 .
- ^ Jump up to: а б с Лакнер, Дж.; и др. (2012). «Попытка обнаружить первобытное 244 Pu на Земле». Physical Review C. 85 ( 1): 015801. Bibcode : 2012PhRvC..85a5801L . doi : 10.1103/PhysRevC.85.015801 .
- ^ Ву, Ян; Син, Шан; Кристл, Маркус; Ханс-Арно, Шаочунь (2022) . 244 Пу в бастнезите Баян Обо» . Китайские химические письма . 33 (7): 3522–3526. doi : 10.1016/j.cclet.2022.03.036 . Проверено 29 января 2024 г.
- ^ Гринфилдбойс, Нелл (13 мая 2021 г.). «Свежеприготовленный плутоний из космоса найден на дне океана» . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР.
- ^ Валлнер, А.; Фастерманн, Т.; Файги, Дж.; Фельдштейн, К.; Кни, К.; Корщинек, Г.; Кучера, В.; Офан, А.; Пол, М.; Куинто, Ф.; Ругель, Г.; Штайер, П. (2015). «Изобилие живого 244 Pu в глубоководных резервуарах на Земле указывает на редкость актинидного нуклеосинтеза» Nature Communications . 6 : 5956. arXiv : 1509.08054 . Bibcode : 2015NatCo...6.5956W . doi : 10.1038/ncomms6956 . ISSN 2041-1723 . . 4309418 . ПМИД 25601158 .
- ^ Александр, ЕС; Льюис, РС; Рейнольдс, Дж. Х.; Мишель, MC (1 января 1971 г.). «Плутоний-244: подтверждение потухшей радиоактивности». Наука . 172 (3985): 837–840. Бибкод : 1971Sci...172..837A . дои : 10.1126/science.172.3985.837 . JSTOR 1731927 . ПМИД 17792940 . S2CID 35389103 .
- ^ Jump up to: а б Тернер, Гренвилл; Харрисон, Т. Марк; Холланд, Грег; Мойзис, Стивен Дж.; Гилмор, Джейми (1 января 2004 г.). "Вымерший 244 цирконах». Science . 306 (5693): 89–91. : 2004Sci ...306...89T . doi : 10.1126/science.1101014 . JSTOR 3839259. 15459384. PMID Pu в древних S2CID Bibcode 11625563 .
- ^ Jump up to: а б Хатчон, Айдахо; Прайс, ПБ (1 января 1972 г.). «Следы деления плутония-244: свидетельства в лунной породе возрастом 3,95 миллиарда лет». Наука . 176 (4037): 909–911. Бибкод : 1972Sci...176..909H . дои : 10.1126/science.176.4037.909 . JSTOR 1733798 . ПМИД 17829301 . S2CID 25831210 .
- ^ Кунц, Иоахим; Штаудахер, Томас; Аллегре, Клод Ж. (1 января 1998 г.). «Ксенон деления плутония обнаружен в мантии Земли». Наука . 280 (5365): 877–880. Бибкод : 1998Sci...280..877K . дои : 10.1126/science.280.5365.877 . JSTOR 2896480 . ПМИД 9572726 .
- ^ Александр, ЕС; Льюис, РС; Рейнольдс, Дж. Х.; Мишель, MC (1 января 1971 г.). «Плутоний-244: подтверждение потухшей радиоактивности». Наука . 172 (3985): 837–840. Бибкод : 1971Sci...172..837A . дои : 10.1126/science.172.3985.837 . JSTOR 1731927 . ПМИД 17792940 . S2CID 35389103 .
- ^ Армстронг, Кристофер Р.; Брант, Хизер А.; Нуессле, Паттерсон Р.; Холл, Грегори; Кадье, Джеймс Р. (22 февраля 2016 г.). «Антропогенный плутоний-244 в окружающей среде: понимание самого долгоживущего изотопа плутония» . Научные отчеты . 6 (1): 21512. Бибкод : 2016NatSR...621512A . дои : 10.1038/srep21512 . eISSN 2045-2322 . ПМК 4761908 . ПМИД 26898531 .
- ^ Jump up to: а б Паттон, Брэдли Д.; Александр, Чарльз В.; Бенкер, Деннис; Коллинз, Эмори Д; Романо, Кэтрин Э; Ух, Роберт М. (январь 2011 г.). «Сохранение плутония-244 как национального достояния» . osti.gov . ОСТИ 1024694 . Проверено 2 октября 2022 г.
- ^ Штайер, П.; Хрнечек, Э.; Приллер, А.; Куинто, Ф.; Срнчик, М.; Валлнер, А.; Валлнер, Г.; Винклер, С. (январь 2013 г.). «АМС малых изотопов плутония» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 294 (2): 160–164. Бибкод : 2013НИМПБ.294..160С . дои : 10.1016/j.nimb.2012.06.017 . ISSN 0168-583X . ПМЦ 3617651 . ПМИД 23565016 .