Плутоний-240
| Общий | |
|---|---|
| Символ | 240 Мог |
| Имена | плутоний-240, 240Pu, Pu-240 |
| Протоны ( С ) | 94 |
| Нейтроны ( Н ) | 146 |
| Данные о нуклидах | |
| Природное изобилие | След |
| Период полураспада ( т 1/2 ) | 6561(7) лет [1] |
| масса изотопа | 240.0538135(20) [2] И |
| Режимы затухания | |
| Режим затухания | Энергия распада ( МэВ ) |
| Альфа-распад | 5.25575(14) [2] |
| Изотопы плутония Полная таблица нуклидов | |
Плутоний-240 ( 240
Мог
или Pu-240 ) — изотоп плутония , образующийся при плутонием-239 захвате нейтрона . Обнаружение его спонтанного деления привело к его открытию в 1944 году в Лос-Аламосе и имело важные последствия для Манхэттенского проекта . [3]
240 Pu подвергается спонтанному делению в качестве вторичного распада с небольшой, но значительной скоростью. Наличие 240 Pu ограничивает использование плутония в ядерной бомбе , поскольку поток нейтронов от спонтанного деления преждевременно инициирует цепную реакцию , вызывая раннее высвобождение энергии, которая физически рассеивает ядро до того, как будет достигнут полный взрыв . [4] [5] Он распадается путем альфа-излучения до урана-236 .
Ядерные свойства
[ редактировать ]Примерно в 62–73% случаев, когда 239 Pu захватывает нейтрон , он подвергается делению ; в остальное время он образует 240 Пу. Чем дольше ядерный топливный элемент остается в ядерном реакторе , тем больше относительный процент 240 Pu в топливе становится.
Изотоп 240 захвата тепловых нейтронов, Pu имеет примерно такое же сечение что и 239 Pu ( 289,5 ± 1,4 против 269,3 ± 2,9 барн ), [6] [7] но лишь крошечное сечение деления тепловыми нейтронами (0,064 барна). Когда изотоп 240 Pu захватывает нейтрон, вероятность превращения в плутоний-241 примерно в 4500 раз выше , чем деления. В общем, изотопы с нечетным массовым числом с большей вероятностью поглощают нейтрон и могут легче подвергаться делению при поглощении нейтрона, чем изотопы с четным массовым числом. Таким образом, даже массовые изотопы имеют свойство накапливаться, особенно в тепловом реакторе .
Ядерное оружие
[ редактировать ]Неизбежное присутствие некоторых 240 Pu в активной зоне ядерной боеголовки на основе плутония усложняет ее конструкцию, а чистый 239 Пу считается оптимальным. [8] Это происходит по нескольким причинам:
- 240 Pu имеет высокую скорость спонтанного деления . Один-единственный случайный нейтрон, попавший в ядро, когда ядро находится в сверхкритическом состоянии, заставит его взорваться почти мгновенно, даже до того, как оно будет сжато до оптимальной конфигурации. Наличие 240 Таким образом, Pu будет случайным образом вызывать шипение с взрывной мощностью, значительно ниже потенциальной. [8] [5]
- Изотопы кроме того 239 Pu выделяет значительно больше радиации, что усложняет обращение с ним рабочими. [8]
- Изотопы кроме того 239 Pu производит больше остаточного тепла, что может вызвать искажения фазового изменения прецизионного сердечника, если ему позволить накапливаться. [8]
Проблема спонтанного деления широко изучалась учеными Манхэттенского проекта во время Второй мировой войны . [9] Он заблокировал использование плутония в ядерном оружии пушечного типа , в котором сборка делящегося материала до оптимальной конфигурации сверхкритической массы может занять до миллисекунды, и сделал необходимым разработать оружие имплозионного типа , в котором сборка происходит в несколько микросекунд. [10] Даже при такой конструкции еще до испытания Тринити было подсчитано , что 240 Примесь Pu может вызвать 12% вероятность того, что взрыв не достигнет максимальной мощности. [8]
Минимизация количества 240
Мог
, как и в оружейном плутонии (менее 7% 240 Pu) достигается путем переработки топлива уже после 90 дней использования. Такие быстрые топливные циклы крайне непрактичны для гражданских энергетических реакторов и обычно осуществляются только на специализированных реакторах по производству оружейного плутония. Содержание плутония в отработанном топливе гражданских энергетических реакторов обычно составляет менее 70%. 239 Пу и около 26% 240
Мог
, а остальная часть состоит из других изотопов плутония, что затрудняет его использование для производства ядерного оружия. [4] [8] [11] [12] Однако в отношении проектов ядерного оружия, созданных после 1940-х годов, ведутся серьезные споры о том, в какой степени 240
Мог
создает барьер для создания оружия; см. статью Реакторный плутоний .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Блашо, Жан; Вапстра, Аалдерт Хендрик (декабрь 2003 г.). «Нубейская оценка свойств ядра и распада». Ядерная физика А . 729 (1): 3–128. Бибкод : 2003НуФА.729....3А . CiteSeerX 10.1.1.692.8504 . doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 .
- ^ Jump up to: а б Ауди, Жорж; Вапстра, Аалдерт Хендрик; Тибо, Кэтрин (декабрь 2003 г.). «Оценка атомной массы Ame2003» . Ядерная физика А . 729 (1): 337–676. Бибкод : 2003НуФА.729..337А . doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003 .
- ^ Фарвелл, GW (1990). «Эмилио Сегре, Энрико Ферми, Пу-240 и атомная бомба» . Симпозиум, посвященный 50-летию открытия трансурановых элементов .
- ^ Jump up to: а б Шахин, Шумер (1981). «Замечания о проблеме предварительного зажигания, вызванного плутонием-240, в ядерном устройстве» . Ядерные технологии . 54 (1): 431–432. дои : 10.13182/NT81-A32795 .
Энергетический выход ЯВ снижается на один и два порядка при увеличении содержания 240 Pu с 5 (почти оружейного плутония) до 15 и 25% соответственно.
- ^ Jump up to: а б Боданский, Дэвид (2007). «Ядерные бомбы, ядерная энергия и терроризм» . Ядерная энергетика: принципы, практика и перспективы . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-26931-3 .
- ^ Мугабгаб, Сан-Франциско (2006). Атлас нейтронных резонансов: резонансные параметры и тепловые сечения Z=1-100 . Амстердам: Эльзевир. ISBN 978-0-08-046106-9 .
- ^ «Данные об актинидах: сечения тепловых нейтронов, резонансные интегралы и факторы Уэсткотта» . Ядерные данные для гарантий . Международное агентство по атомной энергии . Проверено 11 сентября 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Марк, Дж. Карсон; Хиппель, Франк фон; Лайман, Эдвард (30 октября 2009 г.). «Взрывные свойства реакторного плутония» (PDF) . Наука и глобальная безопасность . 17 (2–3): 170–185. Бибкод : 2009S&GS...17..170M . дои : 10.1080/08929880903368690 . ISSN 0892-9882 . S2CID 219716695 .
- ^ Чемберлен, О.; Фарвелл, GW; Сегре, Э. (1954). «Пу-240 и его спонтанное деление». Физический обзор . 94 (1): 156. Бибкод : 1954PhRv...94..156C . дои : 10.1103/PhysRev.94.156 .
- ^ Ходдесон, Лилиан (1993). «Открытие спонтанного деления плутония во время Второй мировой войны». Исторические исследования в области физических и биологических наук . 23 (2): 279–300. дои : 10.2307/27757700 . JSTOR 27757700 .
- ^ Шахин, Шумер; Лигу, Жак (1980). «Влияние спонтанного деления плутония-240 на энерговыделение при ядерном взрыве» . Ядерные технологии . 50 (1): 88. дои : 10.13182/NT80-A17072 .
- ^ Шахин, Шумер (1978). «Влияние Pu-240 на время жизни нейтронов в ядерной взрывчатке». Летопись атомной энергетики . 5 (2): 55–58. дои : 10.1016/0306-4549(78)90104-4 .