פלוטוניום

פְּלוּטוֹנְיוּם (Plutonium) הוא יסוד כימי מתכתי רדיואקטיבי מסדרת האקטינידים, שסמלו הכימי Pu ומספרו האטומי 94. היסוד הטרנס-אורני השני ושייך לקבוצת האקטינדים.

הפלוטוניום הוא תוצר לוואי של תהליך ביקוע גרעיני המתרחש בכורים גרעיניים מסוימים ובחלק מפצצות הביקוע הגרעיני, אולם קיים גם באופן טבעי, בכמויות מזעריות. קרוי על שם כוכב הלכת הננסי פלוטו.

כל האיזוטופים של היסוד רדיואקטיביים, ורובם גם פולטים קרינת אלפא חלשה יחסית.

היסטוריה
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- 10-10 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.

יצירת פלוטוניום 
פלוטוניום נוצר כתוצאה מבלעת נויטרון על ידי גרעין של האיזוטופ היציב אורניום-238.

דלק גרעיני עשוי בד"כ מאורניום מועשר ברמה נמוכה או מאורניום טבעי. עיקר הדלק מורכב מהאיזוטופ  אורניום-238, שאינו חומר בקיע. נויטרונים 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 הנויטרונים 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 מהפרוטונים בגרעין הופך לנויטרון. ̟

בבליעת נויטרונים נוספים על ידי גרעין הפלוטוניום יכולים ליצור איזוטופים נוספים של פלוטוניום.

איזוטופים
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).

תכונות ושימושים
הפלוטוניום פולט חום רב, הנובע מקרינת אלפא הנפלטת ממנו. כמתכת, הוא גם מוליך חשמל ומוליך חום.

פלוטוניום יכול לשמש כדלק גרעיני לכורים גרעינים. עקב החום הרב שפולט, משתמשים בפלוטוניום להנעת כלים בחלל.

אמצעי זהירות
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.

קישורים חיצוניים

התכונות הפיזיקליות, הגרעיניות והכימיות של פלוטוניום - באתר המכון למחקר אנרגיה וסביבה IEER

הערות שוליים

יסודות כימיים
אקטינידים
גורמים מסרטנים
יסודות טרנס-אורניים
תוצרי לוואי