پلوتونیم
پلوتونیوم یک عنصر شیمیایی رادیواکتیو و فلزی است که نماد آن Pu و عدد اتمی آن 94 می‌باشد. جرم اتمی این عنصر 244٫06 بوده و چگالی آن 19٫800 kg/m3 می‌باشد. این فلز خاکستری-نقره ای رنگ از دسته عناصر آکتینیدها می باشد که در مجاورت با هوا اکسیده و سطح آن کدر می شود. این عنصر به صورت طبیعی دارای 6 دگرشکلی یا آلتروپی و 4 عدد اکسایش می باشد و با عناصر کربن، هالوژن ها، نیتروژن، سیلیکون و هیدروژن واکنش نشان می دهد. پلوتونیوم در هنگام قرار گرفتن در هوای مرطوب، اکسیده و هیدراته می شود و حجم آن تا ۷۰٪ افزایش خواهد یافت که باعث می شود سطح خارجی آن پوسته پوسته شود و تبدیل به پودری آتشزا شود. پلوتونیوم عنصری رادیواکتیو است و در مواجه شدن اشعه آن با بدن میتواند در استخوانها جمع شوند که همین امر باعث خطرناک بودن استفاده از آن می شود.
پلوتونیوم در تاریخ ۱۴ دسامبر 1940 توسط گلن سیبورگ, ادوین مک‌میلان, ژوزف دبلیو. کندی و از طریق بمباران دوترونی اورانیوم-۲۳۸ در سیکلوترون (شتاب‌دهنده ذرات مدور با قطر ۱/۵ متر (۶۰ اینچ) آزمایشگاه Berkeley Radiation Laboratory دانشگاه کالیفرنیا برکلی کشف شد. در این آزمایش ابتدا عنصر نپتونیوم-۲۳۸ با طول عمر (۲/۱ روز) ایجاد می شود سپس از طریق واپاشی بتا تبدیل به عنصر جدید با عدد اتمی ۹۴ و وزن اتمی ۲۳۸ (با نیمه عمر ۸۸ سال) می شود. از آنجا که اورانیوم بعد از کشف سیاره اورانوس و نپتونیوم بعد از کشف سیاره نپتون نامگذاری شدند، پلوتونیوم هم بعد از کشف پلوتون (که در آن زمان در دسته بندی سیارات قرار داشت) نامگذاری شد. (پلوتون در منظومه شمسی بعد از نپتون قرار دارد). به علت ملاحظات زمان جنگ، دانشگاه کالفرنیا تا سال ۱۳۴۸ از منتشر کردن این اکتشاف خودداری کرد.
پلوتونیوم دارای بیشترین عدد اتمی است که به صورت طبیعی یافت می شود. مقادیر ناچیزی از آن در بقایای اورانیوم-۲۳۸ که نوترون حاصل از واپاشی دیگر اتم های اورانیوم-۲۳۸ اطراف را جذب کرده است دیده می شود. از سال ۱۹۴۵، پلوتونیوم به عنوان محصولی از فرایند گیراندازی نوترون و واپاشی بتا (فرایندی که نوترون ها در جریان شکافت هسته ای، اورانیوم-۲۳۸ را تبدیل به پلوتونیوم-۲۳۹ می کند.)، بسیار رایج تر شده است.
تعداد ایزوتوپ های پلوتونیوم در زنجیره های واپاشی و در یک زمان مشخص، با استفاده از معادله محاسبه می شود. دو ایزوتوپ پلوتونیوم-۲۳۹ و پلوتونیوم-۲۴۱ شکاف پذیر هستند به این معنی که می توانند واکنش زنجیره ای هسته ای واپاشی را ادامه دهند که موجب استفاده آنها در تسلیحات هسته ای و رآکتورهای هسته‌ای می شود.
مهم‌ترین ایزوتوپ پلوتونیوم Pu239 بوده که نیمه عمر آن 24200 سال می‌باشد؛ و به دلیل نیمه عمر کوتاه آن رد بسیار ناچیزی از پلوتونیم به صورت طبیعی در معادن یافت می‌شود. پلوتونیوم 239، در رآکتورهای هسته‌ای از اورانیوم 238، و در مقیاس‌های بالا تولید می‌شود.
ایزوتوپ پلوتونیوم-۲۳۸ ساطع‌کننده اشعه آلفا می‌باشد که نیمه عمرش 87 سال است. این خصوصیات آن را برای استفاده در تولید نیروی برق برای دستگاه‌هایی که می‌بایست بدون نگهداری مستقیم در مقیاس‌های زمانی حدوداً برابر عمر انسان کار کنند، مناسب می‌کند؛ بنابراین در RTG هائی، مانند آن‌هایی که نیروی کاوشگرهای فضایی Galileo و Cassini را تأمین می‌کنند کاربرد دارد.
همچنین پلوتونیوم چهار ظرفیت یونی را در محلول‌های آبی از خود نشاد می‌دهد: Pu+3 (آبی کمرنگ) Pu+4 ,PuO+ و PuO+2 ین PuO+ در محلول‌های آبی پایدار نیست و تناسبی با Pu+4 و PuO+2 ندارد. Pu+4 می‌تواند PuO+ را به PuO+2 تبدیل کرده و خودش به PuO+3 تبدیل شود و یک PuO+ و PuO+3 آزاد کند. پلوتونیوم ترکیبات دوتایی PuO و PuO2 را با اکسیژن شکل می‌دهد و با هیدرات‌های PuF3,PuF4,PuCl3,PuBr3،PuI3 و کربن، نیتروژن و سیلیسیم در ترکیبات متغیر مداخله می‌کند. Puc, PuN, PuSi2 و اکسی هالیدها نیز شناخته شده می‌باشند: PuOCL,PuObr,PuOI
پلوتونیوم یکی از مواد مهم شکافت هسته‌ای در سلاح‌های هسته‌ای پیشرفته‌است. باید احتیاط لازم جهت جلوگیری از جمع شدن مقداری از پلوتونیوم که به جرم بحرانی نزدیک می‌شود به عمل آورد، چرا که این مقدار از پلوتونیوم خودبه خود واکنش‌های شکافت هسته‌ای تولید می‌کند. بدون توجه به محدود نشدن پلوتونیوم توسط فشار خارجی که برای یک سلاح هسته‌ای لازم است، پلوتونیوم می‌تواند خودش را گرم کرده و هر چیزی را که پیرامون آن را محدود می‌کند بشکند، جلوگیری شود. شکل ظاهری پلوتونیوم هم در این امر مؤثر است؛ بنابراین، باید از ایجاد اشکال فشرده مانند کره پرهیز کرد.
همچنین پلوتونیوم مخصوصاً نوع بسیار خالص آن، آتش زا بوده و به صورت شیمیایی با اکسیژن و آب واکنش می‌دهد که می‌تواند باعث انباشتگی هیدرید پلوتونیوم و یک ترکیب Pyrophoric شود، که ماده‌ای است که در دمای اتاق در هوا می‌سوزد. حجم پلوتونیوم به هنگام ترکیب شدن با اکسیژن بسیار افزایش میابد و می‌تواند ظرف خود را بشکند بنابراین احتیاط‌های لازم برای حمل پلوتونیوم در هر شکل آن باید انجام شود، عموماً یک اتمسفر خشک و خنثی نیاز می‌باشد. علاوه بر این‌ها، خطرات رادیو اکتیوی نیز وجود دارد. خاک اکسید منیزیم مؤثرترین ماده برای فرونشاندن آتش پلوتونیوم می‌باشد. آن ماده مشتعل را مانند یک کاهنده دما(Heat Sink) سرد می‌کند و در عین حال از رسیدن اکسیژن به آن جلوگیری می‌کند. آب نیز در این مورد مؤثر است. در سال 1962 در Rocky Flats Plant در نزدیکی Boulder, Colorado یک آتش‌سوزی بزرگ پلوتونیومی رخ داد.
پلوتونیوم همچنین در ساخت جنگ‌افزار هسته‌ای و ساخت زهر(نه الزاماً مهلک) کاربرد دارد. توده‌های انباشته شده پلوتونیوم توسط اتحاد جماهیر شوروی سابق و ایالات متحده آمریکا به وجود می‌آمد. از پایان جنگ سرد تمرکز بر نگرانی از گسترش تکنولوژی هسته‌ای به وجود آمد. در سال 2002 دپارتمان انرژی ایالات متحده 34 تن از مواد پلوتونیوم را که برای ساخت سلاح‌های هسته‌ای استفاده می‌شد را از دپارتمان دفاع ایالات متحده گرفت و از اوایل سال 2003 تصمیم گرفت برای خلاصی از این اورانیوم‌ها، به تبدیل چندین نیروگاه هسته‌ای در آمریکا، از سوخت اورانیوم غنی شده به سوخت MOX اقدام کند.
گاهی اوقات از پلوتونیوم با عنوان سمی‌ترین ماده شناخته شده بر انسان نام برده می‌شود و این در حالی است که یک توافق کلی در میان کارشناسان مبنی بر نادرست بودن این مطلب وجود دارد. تا سال 2003 تنها یک مورد مرگ انسان به علت مجاورت و ارتباط با پلوتونیوم وجود داشته‌است. رادیومی که به صورت طبیعی به وجود می‌آید حدوداً 200 برابر سمی تر از پلوتونیوم است و برخی از Toxinهای آلی مانند سم بوتولین میلیاردها برابر سمی تر از پلوتونیوم می‌باشند.
به هر حال، حوادث بحرانی نیز وجود داشته. حمل بی‌ملاحظه 6.2 کیلوگرم پلوتونیوم کروی در Los Alamos در 21 آگست 1945، باعث انتشار دوز مرگبار تشعشع گردید. هری کی. داغلیان دوزی در حدود 510 rem دریافت کرد، او 4 هفته بعد درگذشت. مرگ دیگری در سال 1958 در واحد غنی‌سازی اورانیوم Los Alamos روی داد. پلوتونیوم در یک مخزن مخلوط کن جمع شده بود. یک بار جدید هم به آن منتقل شد و در نتیجه 8 کیلوگرم پلوتونیوم در مرکز مخزن جمع شد. یک کارگر در معرض تشعشع قرار گرفت و در کمتر از دو روز در گذشت.
حالت‌های سمی پلوتونیوم از نظر شیمیایی و پرتوشناسی، باید از خطرات پلوتونیوم متمایز شود. بسیاری از جنبش‌های ضد هسته‌ای و در ادامه جنبش‌های سیاست سبز از پلوتونیوم به عنوان خطرناک‌ترین ماده شناخته شده برای بشریت یاد کرده و تنها دلیلشان نقش مهلک آن در تولید سلاح‌های هسته‌ای می‌باشد.
احتمالاً اخلاط این دو دیدگاه است که باعث گزافه گویی‌های احساسی در خصوص سمی بودن پلوتونیم می‌شود. در سال 1989 نوشته‌ای از Bernard L. Cohen این‌گونه بیان می‌کند که «خطرات پلوتونیوم خیلی آشکارتر و راحت تر از خطرات ناشی از مواد افزودنی به غذاها و همچنین حشره کشها فهمیده می‌شوند و در مقایسه تنها یک مرگ در هر 300 سال می‌تواند کم مایه بودن این نظر را اثبات کند؛ و علی‌رغم حقایقی که ما در اینجا ذکر کردیم و حقایق شناخته شده بر جامعه علمی افسانه سمی بودن پلوتونیوم همچنان ادامه دارد.»https://web.archive.org/web/20051009112251/http://www.environmental.usace.army.mil/info/technical/hp/hpfaq/THE_MYTH_OF_PLUTONIUM_TOXICITY.doc (html-ized)
بنابراین هیچ گونه شک و تریدی وجود ندارد که پلوتونیوم در صورت استفاده نادرست می‌تواند بسیار خطرناک باشد. پرتوی آلفا که پلوتونیوم از خود ساطع می‌کند نمی‌تواند به پوست نفوذ کند، اما می‌تواند به اندام‌های داخلی در صورت تنفس یا خوردن پلوتونیوم آسیب برساند. ذرات بسیار کوچک پلوتونیم در صورت تنفس و رسیدن به ریه‌ها می‌توانت باعث به وجود آمدن سرطان ریه شود. مواد دیگر از جمله ricin، سم botulinum و سم tetanus در دوزهایی کمتر از یک میلی‌گرم، می‌توانند کشنده باشند، بنابراین پلوتونیوم از این نظر غیرعادی نیست. مقادیر قابل توجه بیشتر آن، در صورت بلع یا تنفس، می‌تواند باعث به وجود آمدن مسمومیت رادیویی حاد و مرگ شخص شود. در ژانویهٔ سال 2016 میلادی یک تیم تحقیق بریتانیایی فاش ساخت که اکساندر لیتویننکو (مأمور سابق کا گ ب و مخالف سیاست‌های ولادیمیر پوتین) در سال 2006 بدستور ولادیمیر پوتین در لندن به قتل رسید و هیئت تحقیق وجود مقادیری پلوتونیم در قوری چای او را تأیید کردند. بسیاری از مردم مقدار قابل توجهی پلوتونیوم در بدن خود دارند.
این فلز ظاهری نقره‌ای رنگ دارد و هنگامی که اکسید می‌شود رنگش تا حدی به زرد تیره می‌گراید. اگر مقدار زیادی از پلوتونیوم در جایی جمع شود به قدری گرم می‌شوند که نمی‌توان آن را لمس کرد و دلیل آن نیز ساطع کردن انرژی آلفا می‌باشد. مقادیر بیشتر گرمای لازم را برای جوشاندن آب به وجود می‌آورد. این فلز به سرعت در اسید هیدرویدیک یا اسید پرکلریک غلیظ، حل می‌شود. این فلز شش حالت آلوتروپیک با ساختارهای بلورین گوناگون از خود نشان می‌دهد که چگالی آن‌ها از 16٫00 تا 19٫86 متغیر است.
سایت رشد: www.roshd.ir سایت ریاضی دبستان: http://math.matrees.ir https://en.wikipedia.org/wiki/Plutonium