Plutonium is een radioactief, zilvermetaal dat kan worden gebruikt om te creëren of te vernietigen. Hoewel het kort nadat het werd gemaakt voor vernietiging werd gebruikt, wordt het element tegenwoordig voornamelijk gebruikt voor het creëren van energie over de hele wereld.
Plutonium werd voor het eerst geproduceerd en geïsoleerd in 1940 en werd gebruikt om de atoombom "Fat Man" te maken die aan het einde van de Tweede Wereldoorlog, slechts vijf jaar nadat het voor het eerst werd geproduceerd, op Nagasaki werd gedropt, zei Amanda Simson, een assistent-professor van chemische technologie aan de Universiteit van New Haven.
Gewoon de feiten
Dit zijn de eigenschappen van plutonium, volgens het Los Alamos National Laboratory:
- Atoomnummer: 94
- Atoomsymbool: Pu
- Atoomgewicht: 244
- Smeltpunt: 1,184 F (640 C)
- Kookpunt: 5842 F (3228 C)
Ontdekking en geschiedenis
Plutonium werd in 1941 ontdekt door wetenschappers Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan en Arthur C. Wohl aan de University of California, Berkley. De ontdekking vond plaats toen het team uranium-238 bombardeerde met deuteronen die waren versneld in een cyclotron-apparaat, waardoor neptunium-238 en twee vrije neutronen ontstonden. Het neptunium-238 raakte vervolgens door bèta-verval in plutonium-238.
Dit experiment werd pas in 1946, na de Tweede Wereldoorlog, met de rest van de wetenschappelijke gemeenschap gedeeld. Seaborg diende een artikel over hun ontdekking in maart 1941 in bij het tijdschrift Physical Review, maar het papier werd verwijderd toen werd ontdekt dat een isotoop van plutonium, Pu-239, kan worden gebruikt om een atoombom te maken.
Al snel werd Seaborg gestuurd om het Plutonium Production Lab, ook bekend als het Met Lab, aan de Universiteit van Chicago te leiden, volgens het Los Alamos National Laboratory. Het doel van het lab was om plutonium te maken als onderdeel van het Manhattan-project. Het Manhattan-project was een geheime onderneming tijdens de Tweede Wereldoorlog die uitsluitend werkte aan de ontwikkeling van een atoombom.
Op 18 augustus 1942 hadden ze hun eerste grote succes. Ze waren in staat om een sporenhoeveelheid plutonium te maken die zichtbaar was voor het oog. Het was slechts ongeveer 1 microgram. Uit het kleine monster bepaalde de wetenschapper het atoomgewicht van plutonium.
Het Manhattan-project produceerde uiteindelijk voldoende plutonium voor de "Trinity Test". Tijdens de test werd op 16 juli 1945 de eerste atoombom ter wereld, oftewel "The Gadget", in de buurt van Socorro, New Mexico, tot ontploffing gebracht door Los Alamos Laboratory-directeur Robert Oppenheimer en legergeneraal Leslie Groves.
Over de test zei Oppenheimer: 'We wisten dat de wereld niet hetzelfde zou zijn. Een paar mensen lachten, een paar mensen huilden. De meeste mensen zwegen. Ik herinnerde me de regel uit de hindoegeschrift, de Bhagavad-Gita. Vishnu probeert het om de prins ervan te overtuigen dat hij zijn plicht moet doen en indruk op hem moet maken, neemt hij zijn meerarmige gedaante aan en zegt: 'Nu ben ik de dood geworden, de vernietiger van werelden.' Ik veronderstel dat we dat allemaal op de een of andere manier dachten ", aldus de Royal Society of Chemistry.
De explosie had het energie-equivalent van ongeveer 20.000 ton TNT. De eerste atoombom voor oorlogsgebruik viel op Hiroshima, Japan, op 6 augustus 1945. Die atoombom, genaamd "Little Boy", had echter een uraniumkern. De tweede bom, die op 9 augustus 1945 op Nagasaki, Japan, was gevallen, had een plutoniumkern. De 'dikke man', zoals het werd genoemd, versnelde het einde van de Tweede Wereldoorlog.
Eigenschappen van plutonium
Vers bereid plutoniummetaal heeft een zilverachtige heldere kleur maar krijgt een dofgrijze, gele of olijfgroene aanslag als het in de lucht wordt geoxideerd. Het metaal lost snel op in geconcentreerde minerale zuren. Een groot stuk plutonium voelt warm aan door de energie die wordt afgegeven door alfa-verval; grotere stukken kunnen voldoende warmte produceren om water te koken. Bij kamertemperatuur is alfa-vorm plutonium (de meest voorkomende vorm) zo hard en broos als gietijzer. Het kan worden gelegeerd met andere metalen om de bij kamertemperatuur gestabiliseerde deltavorm te vormen, die zacht en ductiel is. In tegenstelling tot de meeste metalen is plutonium geen goede geleider van warmte of elektriciteit. Het heeft een laag smeltpunt en een ongewoon hoog kookpunt.
Plutonium kan legeringen en tussenverbindingen vormen met de meeste andere metalen en verbindingen met een verscheidenheid aan andere elementen. Sommige legeringen hebben supergeleidende eigenschappen en andere worden gebruikt om splijtstofpellets te maken. De verbindingen zijn verkrijgbaar in verschillende kleuren, afhankelijk van de oxidatietoestand en hoe complex verschillende liganden zijn. In waterige oplossing zijn er vijf valance ionische toestanden.
Plutonium vormt, samen met alle andere transuraniumelementen, een radiologisch gevaar en moet worden behandeld met gespecialiseerde apparatuur en voorzorgsmaatregelen. Uit dieronderzoek is gebleken dat enkele milligram plutonium per kilogram weefsel dodelijk zijn.
Bronnen
Plutonium komt over het algemeen niet voor in de natuur. Sporenelementen van plutonium worden aangetroffen in natuurlijk voorkomende uraniumertsen. Hier wordt het gevormd op een manier die lijkt op neptunium: door bestraling van natuurlijk uranium met neutronen gevolgd door bèta-verval.
Maar in de eerste plaats is plutonium een bijproduct van de kernenergie-industrie. Elk jaar wordt er volgens het Los Alamos National Laboratory ongeveer 20 ton plutonium geproduceerd. Gebruikte splijtstof kan ook worden opgewerkt om bruikbaar plutonium te scheiden van andere elementen in de brandstof.
Atmosferische wapentests in de jaren vijftig en zestig lieten volgens de World Nuclear Association tonnen plutonium achter in de atmosfeer van de aarde die er nog steeds is.
Toepassingen
Meestal wordt plutonium niet veel gebruikt. Van de vijf gewone isotopen worden zelfs maar twee van de isotopen van plutonium, plutonium-238 en plutonium-239, voor wat dan ook gebruikt.
Plutonium-238 wordt gebruikt om elektriciteit te maken voor ruimtesondes met behulp van radio-isotoop thermo-elektrische generatoren. Deze generatoren worden ingeschakeld wanneer de sondes niet genoeg zonne-energie kunnen krijgen omdat ze te ver van de zon zijn weggereden. Sommige sondes die plutonium-238 gebruiken, zijn Cassini en Galileo.
Wanneer het voldoende geconcentreerd is, ondergaat plutonium-239 een kettingreactie van splijting. Hierdoor wordt het gebruikt in kernwapens en sommige kernreactoren.
In feite is energie een van de grootste toepassingen van plutonium. Volgens de World Nuclear Association is meer dan een derde van de energie die in de meeste kerncentrales wordt geproduceerd, afkomstig van plutonium. Plutonium is de belangrijkste brandstof in snelle neutronenreactoren.
Wie weet?
Decennia lang vroegen wetenschappers zich af waarom plutonium niet werkte zoals andere metalen in zijn groep. Plutonium is bijvoorbeeld een slechte geleider van elektriciteit en hecht niet aan magneten. Nu hebben onderzoekers ontdekt waar het 'ontbrekende magnetisme' zich heeft verstopt en het heeft te maken met het gekke gedrag van de elektronen in de buitenste schil van het element. In tegenstelling tot andere metalen, die een bepaald aantal elektronen in hun buitenste schil hebben, kan plutonium in gemalen toestand vier, vijf of zes elektronen daar hebben.
Dit fluctuerende aantal elektronen van de buitenste schil verklaart waarom plutonium niet magnetisch is: om een atoom te laten interageren met magneten, moeten de ongepaarde elektronen in de buitenste schil in een magnetisch veld staan.
Plutonium's meest stabiele isotoop, plutonium-244, kan lang meegaan. Het heeft een halfwaardetijd van ongeveer 82 miljoen jaar en vervalt volgens het Jefferson Lab door alfa-verval in uranium-240.
Plutonium is genoemd naar de planeet Pluto. Dit komt omdat het kwam naar Uranium, genoemd naar de planeet Uranus, en naar neptunium, genoemd naar de planeet Neptunus.
Plutonium zendt neutronen, bètadeeltjes en gammastraling uit.
