פלוטוניום

פְּלוּטוֹנְיוּם (Plutonium) הוא יסוד כימי מתכתי רדיואקטיבי מסדרת האקטינידים. סמלו הכימי Pu, ומספרו האטומי 94. זהו היסוד הטרנס-אורני השני, והוא שייך לקבוצת האקטינידים. יסוד זה הוא תוצר לוואי של תהליך ביקוע גרעיני המתרחש בכורים גרעיניים מסוימים ובחלק מפצצות הביקוע הגרעיני, אולם הוא קיים גם באופן טבעי, בכמויות מזעריות. הוא קרוי על שם כוכב הלכת הננסי פלוטו. כל האיזוטופים של היסוד רדיואקטיביים, ורובם גם פולטים קרינת אלפא חלשה יחסית. כמויות זעירות של פלוטוניום נמצאות בעפרת אורניום, והן תוצר של תהליכי ביקוע טבעיים של האורניום. אולם רובו המכריע של הפלוטוניום על פני כדור הארץ נוצר בידי האדם, בכורים ובפצצות, והוא אף התגלה לראשונה כתוצר מעבדתי: הוא נוצר בשנת 1941 באוניברסיטת קליפורניה בברקלי על ידי גלן תיאודור סיבורג, ג'וסף ו. קנדי, אדווין מטיסון מקמילן וארתור ק. וואל כאשר ארבעת המדענים הפציצו 238U בדאוטריום במאיץ חלקיקים. מההפצצה נוצר 238Np בעל זמן מחצית חיים של 2.1 ימים. לאחר כמה ימים דעך הנפטוניום והפך ל-238Pu תוך פליטת קרינת בטא. התגלית לא נחשפה עד לשנת 1946 מטעמים ביטחוניים, בשל העובדה שפלוטוניום שימש לבניית פצצת איש שמן שהוטלה על נגסאקי במלחמת העולם השנייה. בשנת 1942, זיהו סיבורג ומ. ל. פרלמן פלוטוניום בעפרת אורניום מקנדה (גם תגלית זו הוסתרה במשך כחצי עשור, ודווחה ב-1948), ומאוחר יותר זוהה פלוטוניום גם בעפרת אורניום מקונגו הבלגית. ריכוז הפלוטוניום הטבעי הוא מזערי - כ-1010 אטומים בגרם עפרה, שהם בערך 100 פיקוגרם פלוטוניום לגרם. עקב ניסויים בנשק גרעיני שנערכו בשנות החמישים והשישים יש באטמוספירת כדור הארץ כמות מסוימת של פלוטוניום. פלוטוניום נוצר כתוצאה מבלעת נייטרון על ידי גרעין של האיזוטופ היציב אורניום-238. דלק גרעיני עשוי בדרך כלל מאורניום מועשר ברמה נמוכה או מאורניום טבעי. עיקר הדלק מורכב מהאיזוטופ אורניום-238, שאינו חומר בקיע. נייטרונים שמשתחררים בזמן השימוש בדלק כחלק מתהליך הביקוע הגרעיני, עשויים להיבלע בגרעיני האטום של האורניום-238 שהופך, כתוצאה מכך, לאורניום-239 . גרעני האטום של האורניום-239 עוברים דעיכה רדיואקטיבית (זמן מחצית חיים של 23.5 דקות) ופולטים קרינת בטא שלילית, היינו גרעין האטום פולט אלקטרון וכתוצאה מכך אחד הנייטרונים הופך לפרוטון ואטום האורניום-239 הופך לנפטוניום-239. גם אטומי הנפטוניום עוברים דעיכה רדיואקטיבית (זמן מחצית חיים של יומיים) ופולטים קרינת בטא שלילית. אטום הנפטוניום הופך לאטום של פלוטוניום-239 לאחר שגרעין הנפטוניום מאבד אלקטרון וכתוצאה מכך אחד מהנייטרונים בגרעין הופך לפרוטון. ̟ בבליעת נייטרונים נוספים על ידי גרעין הפלוטוניום יכולים ליצור איזוטופים נוספים של פלוטוניום. לפלוטוניום כ-15 איזוטופים ומתוכם 6 איזוטופים עיקריים: 238 - בעל זמן מחצית חיים של 88 שנים. 239 - בעל זמן מחצית חיים של 24,100 שנים. 240 - בעל זמן מחצית חיים של 6,500 שנים. 241 - בעל זמן מחצית חיים של 14 שנים. 242 - בעל זמן מחצית חיים של 373,000 שנים. 244 - בעל זמן מחצית חיים של 80,000,000 שנים (היציב ביותר). הפלוטוניום פולט חום רב, הנובע מקרינת אלפא הנפלטת ממנו. כמתכת, הוא גם מוליך חשמל ומוליך חום. פלוטוניום מצוי בגנרטור תרמו גרעיני המותקן בחלליות ורכבי חלל, ומספק להם חשמל למשך זמן ארוך (עשרות שנים). פלוטוניום הוא היסוד המסוכן ביותר בטבלה המחזורית מבחינה רדיולוגית, ושאיפה או בליעה של יותר ממיליונית הגרם יכולה לגרום למחלת הסרטן, ולכן הוא מאוחסן בתנאים מתאימים. מדיה וקבצים בנושא פלוטוניום בוויקישיתוף התכונות הפיזיקליות, הגרעיניות והכימיות של פלוטוניום - באתר המכון למחקר אנרגיה וסביבה IEER פלוטוניום, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) G.T. Seaborg and M.L. Pearlman, J. Am. Chem. Soc. 70 1948, p. 1571 D.F. Peppard, M.H. Studier, M.V. Gergel, G.W. Mason, J.C. Sullivan, J.F. Mech, J. Am. Chem. Soc. 73 1951 p. 2529. Wilcken, K. M., Barrows, T. T., Fifield, L. K., Tims, S. G. and Steier, P., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B, 259 no. 1 2007, p. 727-732