Isòtops del plutoni

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

El Plutoni (Pu) no té cap isòtop estable. S'han caracteritzat 20 radioisòtops, els més estables dels quals són el 244Pu amb un període de semidesintegració de 80,8 milions d'anys, el 242Pu amb un període de semidesintegració de 373.300 anys i el 239Pu amb un període de semidesintegració de 24.110 anys. La resta d'isòtops radioactius tenen períodes de semidesintegració menors als 7.000 anys. Aquest element també té vuit isòmers nuclears tot i que tots ells tenen períodes de semidesintegració menor a un segon. Els isòtops de plutoni varien en massa atòmica de les 228,0387 u del 228Pu fins als 247,074 u del 247Pu. El mode de desintegració primari abans de l'isòtop més estable, el 244Pu, és emissió alfa i fissió espontània; després és l'emissió beta. El producte de desintegració abans del 244Pu són isòtops de l'urani i el neptuni (descartant l'àmplia varietat de nuclis fills creats en processos de fissió), i els productes després del 244Pu són isòtops de l'americi.

Usos i producció[modifica | modifica el codi]

una boleta de 238Pu, brillant sota la seva pròpia llum, s'usa en generadors termoelèctrics per radioisòtops.
Corrent de Transmutació entre el 238Pu i el 244Cm a un reactor d'aigua lleugera.[1]No es mostra la velocitat de transmutació que varia substancialment segons el núclid. Tant el 245 com el 248Cm són de vida llarga i amb desintegració despreciable.

238Pu[modifica | modifica el codi]

El 238Pu no es produeix normalment en grans quantitats en el cicle de combustible nuclear, però se'n produeix una mica per captura neutrònica des del 237Np (aquesta reacció també es pot usar amb neptuni purificat per produir 238Pu relativament lliure d'altres isòtops de plutoni per usar-lo en generadors termoelèctrics per radioisòtops, per la reacción (n,2n) de neutrons ràpids sobre el 239Pu, o per emissió alfa del 242Cu produït per captura neutrònica del 241Am. Té una secció transversal de neutró tèrimic significativa per fissió, però és més probable que capturi un neutró i es converteixi en 239Pu. El 238Pu té un període de semidesintegració de 87,74 anys[2] i emet partícules alfa. El 238Pu pur per generadors termoelèctrics per radioisòtops que alimenta transbordadors espacials es produeix per captura neutrònica del 237Np però el plutoni provinent del combustible nuclear usat pot contenir un petit percentatge de 238Pu, provinent del 237Np, per emissió alfa del 242Cm, o reaccions (n,2n).

239Pu[modifica | modifica el codi]

El 239Pu, és l'isòtop més important del plutoni, amb un període de semidesintegració de 24.100 anys. És un isòtop físsil, és a dir, que el nucli dels seus àtoms pot trencar-se quan es bombardeja amb neutrons tèrmics de moviment lent, alliberant energia, radiació gamma i més neutrons. Per tant pot mantenir una reacció nuclear en cadena, utilitzable en armes nuclears i reactors nuclears. És el segon isòtop físsil més usat en combustible nuclear després de l'235U, i el més usat en les armes nuclears de fissió nuclear, es produeix a partir de l'238U per captura neutrònica seguida de dues emissions beta.

240Pu[modifica | modifica el codi]

El 240Pu, té una alta ràtio de fissió espontània, elevant la radiació neutrònica de fons del plutoni que el conté. El plutoni es grada per la proporció de 240Pu: en armes (< 7%), en combustible (7-19%) i en reactors (>19%). Les gradacions més baixes són menys apropiades per a armes nuclears i reactors tèrmics però pot donar energia a reactors ràpids. El 240Pu no és físsil, però és un material fèrtil com el 238U. El 241Pui el 242Pu es produeixen per captura neutrònica posterior. Els isòtops de número senar de massa 239Pu i 241Pu tenen una probabilitat de ¾ de fissió nuclear en capturar un neutró tèrmic i sobre ¼ de mantenir el neutró i combertir-se en el següent isòtop. Els isòtops de massa parell són materials fèrtils però no físsils i també tenen una baixa propabilitat de captura electrònica; pertant, tendeixen a acumular-se en combustible nuclear usat en reaccions tèrmiques. En el plutoni usat per segona vegada en reaccions tèrmiques, el 240Pu pot arribar a ser l'isòtop més comú. Tots els isòtops del plotoni i altres actínids, això no obstant, són físsils amb neutrons ràpids. El 240Pu té una moderada secció transversal d'absorció de neutrons tèrmics, per tant la producció de 241Puen reactors tèrmics és una fracció tan significativa com la producció de 239Pu.

241Pu[modifica | modifica el codi]

El 241Pu, és físsil tot i que també té emissió beta. Té un període de semidesintegració de 14 anys, i té una secció transversal de neutró tèrmic lleugerament més alta que el El 239Pu tant per a la fissió com per a l'absorció. Mentre s'usa el combustible nuclear en un reactor és més probable que un nucli de 239Pu emprengui una fissió o una captura electrònica que una desintegració. El 241Pu compta amb una significativa proporció de fissió en combustible de reactor tèrmic usat durant un període de temps. Això no obstant, en combustibles nuclears usats que no pateixen processos nuclears ràpidament sinó que es refreden durant anys després del seu ús, la majoria del 241Pu es desintegrarà per emissió beta a americi-241, un dels actínids menors, fort emissor alfa i de difícil ús en reactors. .

242Pu[modifica | modifica el codi]

El 242Pu no és físsil, i no és molt fèrtil (requereix més de 3 captures neutròniques per a convertir-se en físsil, té una particularment baixa secció transversal per a la captura de neutrons tèrmics; i pren quatre absorcions de neutrons per a convertir-se en un altre isòtop físsil (245Cu o 241Pu) i fissionar. Inclús llavors, hi ha la possibilitat que qualsevol dels dos isòtop fallés en la fissió i absorbís un quart neutró, convertint-se en 246Cu (com actínids més pesats com el californi, un emissor de neutrons per fissió espontània difícil de manejar) o convertir-se en 242Pu una altra vegada; de manera que el nombre mitjà de neutrons absorbits abans de la fissió és fins i tot superior a 4. Per tant, el 242Pu no és apropiat per al reciclatge en un reactor tèrmic i seria millor el seu ús en reactors ràpids on podria fissionar directament. Això no obstant, la baixa secció transversal del 242Pu significa que una poca quantitat es podrà transmutar durant un cicle en un reactor tèrmic. El 242Pu té un període de semidesintegració quasi 15 vegades el del 239Pu, per tantm és 1/15 tan radioactiu i no és un dels contribuidors més grans a la radioactivitat dels residus nuclears. Les emissions de raigs gamma del 242Pu són també més febles que les dels altres isòtops. .[3]

243Pu[modifica | modifica el codi]

El 243Pu té un període de semidesintegració de tan sols 5 hores, es desintegra per emissió beta a 243Pu a 243Am. Com el 243Pu té poques oportunitats de capturar un neutró addicional abans de la desintegració, el cicle de combustible nuclear no produeix isòtop d'extremadament llarg període de semidesintegració 244Pu en quantitat significativa.

244Pu[modifica | modifica el codi]

El 244Pu és l'isòtop més estable del plutoni, amb un període de semidesintegració d'uns 80 milions d'anys, prou llarg com per a trobar-se'n a la natura. No es produeix significativament en reactors nuclears perquè el 243Pu té un curt període de semidesintegració, però se'n produeix una mica en explosions nuclears.

Taula[modifica | modifica el codi]

Els valors marcats amb # no estan derivats únicament de dades experimentals, sinó que en part es basen en tendències sistemàtiques. Els espins amb arguments d'assignació febles es troben entre parèntesis. Les incerteses es troben en forma concisa entre parèntesis després dels últims dígits corresponents. Els valors d'incertesa indiquen una desviació estàndard, tret de la composició isotòpica i la massa atòmica estàndard de la IUPAC, que utilitzen incerteses expandides.

Símbol del
núclid
Z(p) N(n)  
massa isotòpica(u)
 
Període de semidesintegració Espín nuclear Composició isotòpics representativa
(fracció molar)
Rang de variació natural
(fracció molar)
Energia d'excitació
228Pu 94 134 228.03874(3) 1.1(+20-5) s 0+
229Pu 94 135 229.04015(6) 120(50) s 3/2+#
230Pu 94 136 230.039650(16) 1.70(17) min 0+
231Pu 94 137 231.041101(28) 8.6(5) min 3/2+#
232Pu 94 138 232.041187(19) 33.7(5) min 0+
233Pu 94 139 233.04300(5) 20.9(4) min 5/2+#
234Pu 94 140 234.043317(7) 8.8(1) h 0+
235Pu 94 141 235.045286(22) 25.3(5) min (5/2+)
236Pu 94 142 236.0460580(24) 2.858(8) a 0+
237Pu 94 143 237.0484097(24) 45.2(1) d 7/2-
237m1Pu 145.544(10) keV 180(20) ms 1/2+
237m2Pu 2900(250) keV 1.1(1) µs
238Pu 94 144 238.0495599(20) 87.7(1) a 0+
239Pu 94 145 239.0521634(20) 24.11(3)E+3 a 1/2+
239m1Pu 391.584(3) keV 193(4) ns 7/2-
239m2Pu 3100(200) keV 7.5(10) µs (5/2+)
240Pu 94 146 240.0538135(20) 6561(7) a 0+
241Pu 94 147 241.0568515(20) 14.290(6) a 5/2+
241m1Pu 161.6(1) keV 0.88(5) µs 1/2+
241m2Pu 2200(200) keV 21(3) µs
242Pu 94 148 242.0587426(20) 3.75(2)E+5 a 0+
243Pu 94 149 243.062003(3) 4.956(3) h 7/2+
243mPu 383.6(4) keV 330(30) ns (1/2+)
244Pu 94 150 244.064204(5) 8.00(9)E+7 a 0+
245Pu 94 151 245.067747(15) 10.5(1) h (9/2-)
246Pu 94 152 246.070205(16) 10.84(2) d 0+
247Pu 94 153 247.07407(32)# 2.27(23) d 1/2+#


Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri. «Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels». Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, 41, 4, abril 2004, pàg. 448–456. DOI: 10.3327/jnst.41.448.
  2. ieer.org
  3. «PLUTONIUM ISOTOPIC RESULTS OF KNOWN SAMPLES USING THE SNAP GAMMA SPECTROSCOPY ANALYSIS CODE AND THE ROBWIN SPECTRUM FITTING ROUTINE» (PDF).

Bibliografia[modifica | modifica el codi]


Index de pàgines d'isòtops · Taula de núclids
Isòtop més lleuger Isòtop actual Isòtop més pesant
Isòtops del neptuni Isòtops del plutoni Isòtops de l'americi