Plutonium 238

Generell

Symbol	238 94Kunne
Nøytroner	144
Protoner	94

Fysiske data

Halvt liv	87,75 år
Atommasse	238,0495599 g / mol u

Nøkkeldata

Foreldres isotop	Oppløsning
	α

Nøkkeldata

Oppløsning	Produkt	Energi ( MeV )
α

Den plutonium 238 , betegnet med 238 Pu er en isotop av plutonium som massenummer som er lik 238: dets atomkjerne har 94 protoner og 144 nøytroner med en spin 0+ til en atommasse av 238,0495599 g / mol . Den er kjennetegnet ved en overflødig masse fra 46158688 ± 1,982 eV / c 2 og et kjernefysisk bindingsenergi fra 1801274921 ± 2,008 eV .

Ett gram plutonium 238 har en α- radioaktivitet på 633,2 G Bq, så vel som 1134 spontane fisjoner per sekund.

I løpet av 1960- og 1970-tallet utviklet forskere ved US Laboratory i Los Alamos en bruk av plutonium 238 for å gi den energien som er nødvendig for pacemakere .

Kjernefysiske egenskaper

Plutonium 238 gir uran 234 ved α-forfall med en forfallsenergi på 5,593 M eV , en spesifikk effekt på omtrent 567 W / kg og en halveringstid på 87,75 år:

{\ mathrm {^ {{238}} _ {{\ 94}} Pu \ {\ xrightarrow [{87.75 \ years}] {\ alpha \ 5.593 \ MeV}} \ _ {{\ 92}} ^ {{234 }} U}}

Det tilhører derfor den samme forfallsfamilien som uran 238 .

Den 234 U gir så, i sin tur, thorium 230 ved α nedbrytning med en periode på 245,500 år derfor ved en ekstremt lav relativ hastighet. Det meste av radioaktiviteten til plutonium-238 tilsvarer derfor oppløsningen av dette elementet.

Den 238 Pu er en kraftig transmitter α stråling , noe som gjør det isotopen langt den mest benyttet i varme generatorer og elektriske generatorer radioisotoper som tilførsel romfartøyer og høyteknologisk utstyr som krever kilde 'pålitelig og vedlikeholdsfritt kraft (typisk undervanns etterretnings enheter) ; bruken av polonium 210 til dette formålet ble forlatt, til tross for dens styrke, på grunn av for kort levetid.

Romlig bruk i RTG

De sondene er utformet for å utforske fjerne planeter kan ikke stole på solcellepaneler : Disse sonder er således utstyrt radioisotop generatorer for å ta over solcellepaneler utenfor banen til mars , som sondene Pioneer 10 , Pioneer 11 , Voyager 1 , Voyager 2 , Galileo , Ulysses , Cassini-Huygens , eller til og med New Horizons . Disse generatorene også tillate roboter som er avsatt på overflaten av planetene til å operere om natten, når solcellepaneler er i mørket: de seks Apollo måneoverflaten Experiments pakker avsatt på Moon bruk GTRs, på samme måte som de to mars sondene Viking 1 og 2 og Mars Science Laboratory Rover .

Den termiske effekten Pth generert av plutonium 238 avtar fra den opprinnelige effekten Pth 0 som en funksjon av den forløpne tiden t , uttrykt i år, med hastigheten på: Pth = Pth 0 × 0,5 ( t / 87,75) ; som betyr at den mister (1 - 0,5 (1 / 87,75) ) = 0,787% av termisk kraft per år. I tilfellet for eksempel Voyager-programsondene , som ble lansert i 1977, var den første effekten til generatorene 470 W, og skulle være 23 år senere, i 2001, bare 392 W. Imidlertid:

med tanke på reduksjonen i varmen som produseres av plutoniumoksydvarmeelementene, reduseres temperaturen til sistnevnte (så vel som radiatoren);
konverteringseffektiviteten til de bimetalliske termoelementene som omdanner temperaturgradienten generert av forfallet av plutonium 238 til en potensiell forskjell, reduseres; konverteringseffektiviteten er i det vesentlige proporsjonal med temperaturdifferansen mellom de varme og kalde stedene til termoelementene, som er proporsjonal med den termiske effekten som avtar;
i tillegg oppstår aldring av termoelementene .

Dermed var den observerte effekten til generatorene til Voyager 1 og Voyager 2 i 2001 ikke lenger henholdsvis 315 W og 319 W.

Variasjonen i relativ elektrisk kraft er således omtrent proporsjonal med kvadratet til den produserte termiske kraften:

((315 + 319) / 2) / 470 = 317/470 = 0,6745
(392/470) 2 = 0,6953
den lille gjenværende forskjellen som tilsvarer aldringen av termoelementene.

Det kan således sees at den leverte elektriske kraften ( Pe ) varierer som: Pe = Pe 0 × 0,5 ( 2 t / 87,75) ; som tilsvarer å si at alt skjer som om radioisotopperioden ble delt med 2.

Det kan også sies at termoelementene fungerte med 80% av deres nominelle effektivitet.

New Horizons- oppdraget , lansert den19. januar 2006å nå Pluto videre14. juli 2015, bærer nesten 8 kg plutonium 238 i sin RTG, som ga en elektrisk effekt på rundt 240 W ved lansering, mot rundt 190 W forventet på destinasjonen, dvs. rundt 9,5 år senere.

Historie

Plutonium 238 er den første isotopen av plutonium som har blitt syntetisert av Glenn Seaborgs team i 1941 ved bombing av uran 238 med deuterium D + -ioner :

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

Produksjon

Fysisk prinsipp

Den produseres ved nøytronfangst ved å bestråle neptunium 237 isolert under behandling av brukt atombrensel : for å si det enkelt, 100 kg lettvannsreaktorbrensel bestrålet i tre år inneholder bare 700 gram neptunium 237, som først må være renset før bestråling for å produsere plutonium 238, som deretter må renses i oppløsning før det kan brukes som plutoniumdioksid 238 PuO 2.

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

Kjernereaktor

Plutonium 238 produseres også i atomreaktorer etter påfølgende nøytronfangst på uran 235 og 238 etterfulgt av β-forfall - og / eller α-forfall .

Verdenssituasjon

Det meste av plutonium 238 som brukes i dag kommer fra Russland : selv om USA har tilstrekkelig infrastruktur for å produsere og rense denne høyt målrettede isotopen, fungerer disse anleggene ikke lenger, så alle 238 Pu som ble brukt av det amerikanske romprogrammet siden 1993 måtte importeres.

De 22. desember 2015, kunngjorde departementet for energi at - for første gang siden stengingen av anlegget i Savannah River på slutten av 1980-tallet - hadde USA produsert 50 gram Pu 238 ved Oak Ridge National Laboratory. USA har derfor til hensikt å starte den vanlige produksjonen av Pu 238 på nytt for å ha det drivstoffet som er nødvendig for romfartsoppdrag innen 2020.

Merknader og referanser

Matpack - Periodisk tabell over elementene til nuklider: 94-Pu-238
Los Alamos National Laboratory - The Actinide Research Quarterly: Summer 1997 NMT Division Recycles, Purifies Plutonium-238 Oxide Fuel for Future Space Missions.
Kathy DeLucas, Jim Foxx og Robert Nance, " Fra varmekilder til hjertekilder: Los Alamos laget materiale for plutoniumdrevet pumper " , i Actinide Research Quarterly, Los Alamos National Laboratory ,2005
Berkeley Science Review - Et grunnleggende problem: Kunstige atomer, nobelpriser og røykvarsler, av Delphine Farmer.
(i) Cornelis HM Broeders og Günther Kessler , " Fuel Cycle Options for the Production and Utilization of Denatured Plutonium " , Nuclear Science and Engineering , Vol. 156, n o 1,2007, s. 2 ( DOI 10.13182 / NSE07-A2681 )
vanlige spørsmål om radioisotop kraft systms - plass batterier juli 2005.

Vedlegg

Relaterte artikler

Eksterne linker

Vurdering av Plutonium-238 produksjonsalternativer April 2008
Argonne nasjonale laboratorium Plutonium

Hei

Være

IKKE

Født

Ikke relevant

Den

Eller

Ess

Jeg

Dette

Hadde

Lese

Din

Bein

På

Kunne

Nei

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