Isòtops del plutoni

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

²³⁸Pu

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 reacció (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 tèrmic 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

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

El ²⁴⁰Pu, té una alta ràtio de fissió espontània, elevant la radiació neutrònica de fons del plutoni que el conté. El plutoni es gradua 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 nombre 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 convertir-se en el següent isòtop. Els isòtops de massa parell són materials fèrtils però no físsils i també tenen una baixa probabilitat de captura electrònica; per tant, 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 plutoni 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

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. 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

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 tant 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

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

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

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)
Símbol del núclid	Energia d'excitació			Període de semidesintegració	Espín nuclear	Composició isotòpics representativa (fracció molar)	Rang de variació natural (fracció molar)
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

↑ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri «Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels» (PDF). Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, 41, 4, 4-2004, pàg. 448–456. DOI: 10.3327/jnst.41.448.
↑ ieer.org
↑ «PLUTONIUM ISOTOPIC RESULTS OF KNOWN SAMPLES USING THE SNAP GAMMA SPECTROSCOPY ANALYSIS CODE AND THE ROBWIN SPECTRUM FITTING ROUTINE» (PDF). Arxivat de l'original el 2009-02-25. [Consulta: 19 setembre 2010].

Bibliografia

G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon Masses isotòpiques de l'Ame2003 Atomic Mass Evaluation Arxivat 2008-09-23 a Wayback Machine. by in Nuclear Physics A729 (2003).
Composicions isotòpiques i masses atòmiques estàndard de Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) Arxivat 2008-03-05 a Wayback Machine..
Semivida, espín i dades d'isomers triades d'aquestes fonts:
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005).
- David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes

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

[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» (PDF). Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, 41, 4, 4-2004, pàg. 448–456. DOI: 10.3327/jnst.41.448.

[2] r.org

[3] «PLUTONIUM ISOTOPIC RESULTS OF KNOWN SAMPLES USING THE SNAP GAMMA SPECTROSCOPY ANALYSIS CODE AND THE ROBWIN SPECTRUM FITTING ROUTINE» (PDF). Arxivat de l'original el 2009-02-25. [Consulta: 19 setembre 2010].

[1]

[2]

[3]

Índex de les pàgines dels isòtops dels elements
1 H																	2 He
3 Li	4 Be											5 B	6 C	7 N	8 O	9 F	10 Ne
11 Na	12 Mg											13 Al	14 Si	15 P	16 S	17 Cl	18 Ar
19 K	20 Ca	21 Sc	22 Ti	23 V	24 Cr	25 Mn	26 Fe	27 Co	28 Ni	29 Cu	30 Zn	31 Ga	32 Ge	33 As	34 Se	35 Br	36 Kr
37 Rb	38 Sr	39 Y	40 Zr	41 Nb	42 Mo	43 Tc	44 Ru	45 Rh	46 Pd	47 Ag	48 Cd	49 In	50 Sn	51 Sb	52 Te	53 I	54 Xe
55 Cs	56 Ba	*	72 Hf	73 Ta	74 W	75 Re	76 Os	77 Ir	78 Pt	79 Au	80 Hg	81 Tl	82 Pb	83 Bi	84 Po	85 At	86 Rn
87 Fr	88 Ra	**	104 Rf	105 Db	106 Sg	107 Bh	108 Hs	109 Mt	110 Ds	111 Rg	112 Cn	113 Nh	114 Fl	115 Mc	116 Lv	117 Ts	118 Og

	*	57 La	58 Ce	59 Pr	60 Nd	61 Pm	62 Sm	63 Eu	64 Gd	65 Tb	66 Dy	67 Ho	68 Er	69 Tm	70 Yb	71 Lu
	**	89 Ac	90 Th	91 Pa	92 U	93 Np	94 Pu	95 Am	96 Cm	97 Bk	98 Cf	99 Es	100 Fm	101 Md	102 No	103 Lr

Usos i producció

238Pu

239Pu

240Pu

241Pu

242Pu

243Pu

244Pu