Pu
244.000Plütonyum
Plutonium
Atom bombasının (Fat Man) aktif bileşeni. Uzay araçlarında (Voyager, New Horizons) RTG enerji kaynağı olarak kullanılır.
94
244 g/mol
[Rn] 5f⁶ 7s²
2 | 8 | 18 | 32 | 24 | 8 | 2
1.28
19.816 g/cm³
639.4 °C
3231.8 °C
Glenn T. Seaborg
Glenn Seaborg, Arthur Wahl, Joseph Kennedy ve Edwin McMillan, 1940-1941'de UC Berkeley'de ²³⁸U hedefini döteron bombardımanıyla ²³⁸Pu (β⁻ → ²³⁸Np → ²³⁸Pu) ve ardından ²³⁹Pu sentezledi. Adını Neptün'den sonraki Plüton gezegeni (o dönem 9. gezegen) onuruna aldı. ²³⁹Pu, Manhattan Projesi'nin "Fat Man" bombasının yakıtı oldu (Nagasaki, 9 Ağustos 1945). Seaborg 1951 Nobel Kimya Ödülü'nü McMillan ile paylaştı.
PuO₂
Plütonyum(IV) OksitPu(NO₃)₄
Plütonyum(IV) Nitrat²³⁹Pu nükleer silah: Fat Man (Nagasaki, 1945) ve modern nükleer başlıkların baskın fisil maddesi; kritik kütle ~10 kg (yansıtıcısız), ~5 kg (çelik yansıtıcılı implosyon tasarımı).
²³⁹Pu nükleer yakıt: MOX (karışık oksit; UO₂+PuO₂) yakıt olarak hafif su reaktörlerinde kullanılır; hızlı nötron üreteci reaktörlerde ana yakıt.
²³⁸Pu RTG yakıtı: radyoizotop ısı jeneratörü (RTG); Voyager 1 ve 2, New Horizons, Cassini, Mars Curiosity ve Perseverance roverları; ²³⁸Pu alfa ısısı 0,54 W/g özgül güç; 87,7 yıllık yarı ömrüyle on yıllarca enerji sağlar.
WIPP nükleer atık deposu: Pu içerikli nükleer atığın New Mexico'daki tuz formasyonlarında derin jeolojik depolaması.
Plütonyum son derece toksik ve radyotoksiktir; kemik iliğinde ve karaciğerde birikerek alfa ışımasıyla DNA hasarına yol açar. Pu²⁺ ve Pu³⁺ iyonları demir biyokimyasını taklit eder. "Plütonyum ekonomisi" (reaktörlerde Pu döngüsü) uzun vadeli nükleer atık sorununu ve silah yayılmasını beraberinde getirir.
01
²³⁸Pu enerji yoğunluğu son derece yüksektir (yaklaşık 0,54 W/g); bir Curiosity rover'ının MMRTG'si ~4,8 kg ²³⁸PuO₂ içerir ve başlangıçta ~125 W elektrik, ~2 kW ısı üretir. Bu enerji, milyarlarca kilometre uzaktaki güneş ışığının ulaşamadığı dış güneş sistemi için biçilmiş kaftan.
02
Plütonyumun elektron konfigürasyonu [Rn] 5f⁶ 7s², 5f orbitalleri tam yarı doluyken ek 5f elektronlar için 6d tercihi sıfıra yaklaştığından, Pu hangi konfigürasyonun baskın olduğunu belirlemek açısından aktinit serisinin en karmaşık elementidir; bu yüzden Pu teorik hesaplar için kıyaslama elementidir.
03
Dünyada depolanmış ~500 ton silah sınıfı ve reaktör sınıfı plütonyum mevcuttur; nükleer silahların sökülmesinden geri kazanılan bu Pu'nun yönetimi 21. yüzyılın en büyük nükleer güvenlik meselelerinden birini oluşturmaktadır.
1
Aktinit; elektron dizilimi [Rn] 5f⁶ 7s²; +4 baskın; ²³⁹Pu fisil → nükleer silah; ²³⁸Pu RTG güç kaynağı.
2
Fat Man bombası (Nagasaki, 1945): ²³⁹Pu implosyon tasarımı; MOX reaktör yakıtı; WIPP derin jeolojik atık deposu.