Plutonium är en radioaktiv silvermetall som kan användas för att skapa eller förstöra. Medan det användes för förstörelse strax efter det gjordes, används elementet idag mest för att skapa energi över hela världen.
Plutonium producerades och isolerades först 1940 och användes för att göra den "feta mannen" atombomben som släpptes på Nagasaki i slutet av andra världskriget, bara fem år efter att den först producerades, säger Amanda Simson, biträdande professor i kemiteknik vid University of New Haven.
Bara fakta
Här är egenskaperna för plutonium, enligt Los Alamos National Laboratory:
- Atomnummer: 94
- Atomisk symbol: Pu
- Atomvikt: 244
- Smältpunkt: 1 184 F (640 C)
- Kokpunkt: 5 842 F (3 228 C)
Upptäckt & historia
Plutonium upptäcktes 1941 av forskarna Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan och Arthur C. Wohl vid University of California, Berkley. Upptäckten inträffade när teamet bombarderade uran-238 med deuteroner som hade påskyndats i en cyklotronanordning, vilket skapade neptunium-238 och två fria neutroner. Neptunium-238 förföll sedan till plutonium-238 genom beta-sönderfall.
Detta experiment delades inte med resten av det vetenskapliga samfundet förrän 1946, efter andra världskriget. Seaborg lämnade ett papper om deras upptäckt till tidskriften Physical Review i mars 1941, men papperet togs bort när det upptäcktes att en isotop av plutonium, Pu-239, kan användas för att skapa en atombombe.
Snart skickades Seaborg för att leda Plutonium Production Lab, även känt som Met Lab, vid University of Chicago, enligt Los Alamos National Laboratory. Syftet med laboratoriet var att skapa plutonium som en del av Manhattan-projektet. Manhattan-projektet var ett hemligt företag under andra världskriget som uteslutande arbetade för att utveckla en atombomb.
Den 18 augusti 1942 fick de sin första stora framgång. De kunde skapa en spårmängd plutonium som var synligt för ögat. Det motsvarade bara cirka 1 mikrogram. Från det lilla provet bestämde forskaren plutoniums atomvikt.
Manhattan-projektet producerade så småningom tillräckligt med plutonium för "Trinity Test." Under testet exploderade världens första atombomben, eller "The Gadget", nära Socorro, New Mexico, den 16 juli 1945 av Los Alamos Laboratory chef Robert Oppenheimer och arméns general Leslie Groves.
Av testet sa Oppenheimer, "Vi visste att världen inte skulle vara densamma. Några människor skrattade, några människor grät. De flesta tysta. Jag kom ihåg linjen från den hinduiska skriften, Bhagavad-Gita. Vishnu försöker att övertyga prinsen om att han skulle göra sin plikt och att imponera på honom tar på sig sin mångarmade form och säger: "Nu har jag blivit döden, världens förstörare." Jag antar att vi alla trodde det på ett eller annat sätt, enligt Royal Society of Chemistry.
Explosionen hade energiekvivalenterna på cirka 20 000 ton TNT. Den första atombomben för krigsbruk tappade på Hiroshima, Japan, den 6 augusti 1945. Atombomben, kallad "Little Boy", hade dock en urankärna. Den andra bomben, som tappades på Nagasaki, Japan, den 9 augusti 1945, hade en plutoniumkärna. Den "feta mannen", som den kallades, påskyndade slutet av andra världskriget.
Egenskaper hos plutonium
Nylagad plutoniummetall har en silvrig ljusa färg men tar på sig en tråkig grå, gul eller olivgrön lackering när den oxideras i luften. Metallen upplöses snabbt i koncentrerade mineralsyror. En stor bit plutonium känns varm vid beröringen på grund av energin som avges av alfa-förfall; större bitar kan producera tillräckligt med värme för att koka vatten. Vid rumstemperatur är alfaformat plutonium (den vanligaste formen) lika hårt och sprött som gjutjärn. Det kan legeras med andra metaller för att bilda den rumstemperaturstabila deltaformen, som är mjuk och mjuk. Till skillnad från de flesta metaller är plutonium inte en god ledare för värme eller elektricitet. Den har en låg smältpunkt och en ovanligt hög kokpunkt.
Plutonium kan bilda legeringar och mellanliggande föreningar med de flesta andra metaller och föreningar med en mängd andra element. Vissa legeringar har supraledande förmågor och andra används för att tillverka kärnbränslepellets. Dess föreningar finns i olika färger, beroende på oxidationstillståndet och hur komplexa olika ligander är. I vattenlösning finns det fem valansjonstillstånd.
Plutonium är tillsammans med alla andra transuranelement en radiologisk fara och måste hanteras med specialutrustning och försiktighetsåtgärder. Djurstudier har funnit att några milligram plutonium per kilo vävnad är dödliga.
Källor
Plutonium finns i allmänhet inte i naturen. Spårelement av plutonium finns i naturligt förekommande uranmalmer. Här bildas det på ett sätt som liknar neptunium: genom bestrålning av naturligt uran med neutroner följt av beta-sönderfall.
Men främst är plutonium en biprodukt från kärnkraftsindustrin. Varje år produceras cirka 20 ton plutonium, enligt Los Alamos National Laboratory. Användt kärnbränsle kan också bearbetas för att separera användbart plutonium från andra element i bränslet.
Testning av atmosfäriska vapen på 1950- och 1960-talet lämnade massor av plutonium i jordens atmosfär som fortfarande finns där idag, enligt World Nuclear Association.
Användningsområden
För det mesta används inte plutonium för mycket. Faktum är att av de fem vanliga isotoperna används bara två av plutoniums isotoper, plutonium-238 och plutonium-239, för allt alls.
Plutonium-238 används för att göra elektricitet för rumsonder med radioisotop termoelektriska generatorer. Dessa generatorer slås på när sonderna inte kan få tillräckligt med solenergi eftersom de har rest för långt bort från solen. Vissa sonder som använder plutonium-238 är Cassini och Galileo.
När den är tillräckligt koncentrerad genomgår plutonium-239 en fissionskedjereaktion. På grund av detta används det i kärnvapen och i vissa kärnreaktorer.
Faktum är att en av de största användningarna för plutonium är energi. Enligt World Nuclear Association kommer över en tredjedel av energin som produceras i de flesta kärnkraftverk från plutonium. Plutonium är huvudbränslet i snabba neutronreaktorer.
Vem visste?
I decennier undrade forskare varför plutonium inte agerade som andra metaller i sin grupp. Till exempel är plutonium en dålig ledare av elektricitet och den håller sig inte vid magneter. Nu har forskare räknat ut var dess "saknade magnetism" har gömt sig och det har att göra med elektronernas galna beteende i elementets yttre skal. Till skillnad från andra metaller, som har ett bestämt antal elektroner i sina yttre skal, kan plutonium i jordtillstånd ha fyra, fem eller sex elektroner där.
Detta fluktuerande antal yttre skalelektroner förklarar varför plutonium inte är magnetiskt: För att en atom ska interagera med magneter måste de oparade elektronerna i dess yttre skal ställa sig i ett magnetfält.
Plutoniums mest stabila isotop, plutonium-244, kan pågå länge. Det har en halveringstid på cirka 82 miljoner år och förfaller till uran-240 genom alfa-förfall, enligt Jefferson Lab.
Plutonium fick sitt namn efter planeten Pluto. Detta beror på att det kom efter Uranium, som fick sitt namn efter planeten Uranus, och neptunium, som fick sitt namn efter planeten Neptune.
Plutonium avger neutroner, beta-partiklar och gammastrålar.
