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Plutonium-239 ist ein Plutoniumisotop, das zur Herstellung von Atomwaffen verwendet wird. Plutonium-239 ist zusammen mit Uran-233 und Uran-235 eines der drei Hauptisotope, die als Brennstoff in Kernreaktoren verwendet werden.

Plutonium-239-Kern

Das Plutonium-239-Isotop enthält 145 Neutronen und 94 Protonen.

Plutonium-239-Symbol

Das Symbol für Plutonium-239 wird als 239Pu geschrieben.

Produktion von Plutonium-239

Plutonium-239 wurde ursprünglich zu Beginn des Universums gebildet. Mit einer Halbwertszeit von nur etwa 24.200 Jahren sind natürlich vorkommende Spuren von Plutonium-239 jedoch schwer zu finden. Spuren dieses Metalls entstehen auch heute noch, wenn terrestrisches Uran-238 mit Sonnenstrahlen reagiert. Dieses Metall wird heutzutage jedoch meist künstlich synthetisiert. Plutonium-239 wird aus Uran-238 in Kernreaktoren hergestellt. Diese Reaktion wird im Folgenden beschrieben:

  • Zunächst wird Uran-238 mit einem hochenergetischen Neutron getroffen und unter Absorption eines Neutrons in Uran-239 umgewandelt.
  • Uran-239 wird dann durch Emission eines Elektrons und eines Anti-Neutrinoteilchens durch Beta (β-) Zerfall in Neptunium–239 umgewandelt.Im Endstadium verliert Neptunium-239 ein Elektron und ein Anti-Neutrinoteilchen, um Plutonium-239 zu bilden.

Bild 1 – Plutonium-239
Quelle – en.in: wikipedia.org

Plutonium-239-Eigenschaften

Die Eigenschaften von Plutonium-239 werden im Folgenden beschrieben:

Aussehen

Plutonium-239 ist ein festes Metall mit einer hellen Farbe.

Kritische Masse

Die kritische Masse dieses Metalls für eine gleichmäßige Kugel beträgt 11 kg.

Kritischer Durchmesser

Der kritische Durchmesser von Plutonium-239 für eine gleichmäßige Kugel beträgt 10,2 cm.

Isotopenmasse

Die Isotopenmasse dieses Metalls beträgt 239,0521634 u.

Zerfallsmodus

Plutonium-239 zerfällt durch spontane Spaltung unter Emission von Alphateilchen.

Zerfallsenergie

Während der Zersetzung setzt Plutonium-239 Energie nahe 5,245 MeV frei.

Verzweigungsverhältnis

Einige radioaktive Materialien können durch mehr als eine Methode zersetzt werden. Das Verhältnis zwischen den verschiedenen Arten von Partikeln, die aus einer solchen Zersetzung entstehen, wird als Verzweigungsverhältnis des Materials bezeichnet. Das Verzweigungsverhältnis für Plutonium-239 beträgt 100%.

Tochternuklid

Während der Zersetzung produziert es Uran-235 als Tochternuklid.

Magnetisches Dipolmoment

Magnetisches Dipolmoment misst die magnetische Stärke einer Stromspule oder eines Magneten. In der Radioaktivität sollen die umlaufenden Elektronen eines Atoms ein magnetisches Dipolmoment haben. Das magnetische Dipolmoment von Plutonium-239 beträgt 0,203 µN.

Spezifische Aktivität

Bei der Radioaktivität ist die spezifische Aktivität die Anzahl der Zerfälle pro Sekunde pro Substanzmenge, wobei die Substanzmenge entweder die Masse oder das Volumen der Substanz ist. Es wird mit dem Symbol SA bezeichnet. Das spezifische Gewicht von Plutonium-239 beträgt 2,2966 GBq / g.

Löslichkeit

Die Löslichkeit von Plutonium-239 in Wasser hängt von den vorhandenen organischen Liganden sowie von Redox und pH-Wert des Wassers ab.

Plutonium-239-Halbwertszeit

In der Radioaktivität ist die Halbwertszeit definiert als die Zeitspanne, die eine bestimmte Menge eines radioaktiven Elements, das zersetzt wird, benötigt, um um die Hälfte verringert zu werden. Die Halbwertszeit von Plutonium-239 beträgt 24.200 Jahre.

Plutonium-239 Radioaktiver Zerfall

Der Atomkern von Plutonium-239 ist instabil; es verliert dadurch Energie, um ein stabiles Stadium zu erreichen. Dieser Prozess wird als radioaktiver Zerfall bezeichnet. Plutonium-239 setzt durch radioaktiven Zerfall Energie von etwa 5,245 MeV frei.

Plutonium-239 Zerfallsgleichung

Die folgende Gleichung zeigt die Alpha-Zersetzung von Plutonium-239:

94239Pu → 92235U + 24He

Hier hat der Heliumkern 24He die Ordnungszahl 2 und die Massenzahl 4. Helium bezeichnet hier das Alphateilchen. Daher kann diese Gleichung auch geschrieben werden als

94239Pu → 92235U + α

Plutonium-239 Zerfallskette

Der Zerfallsprozess von Plutonium-239 erzeugt Uran-235 als Tochternuklid. Blei-207 ist das stabile Element, das am Ende dieser Alpha-Zerfallskette entsteht. Die vollständige Zerfallskette wird in der folgenden Reaktion ausgedrückt:

Plutonium-239 → Uran-235 → Thorium-231 → Protactinium-231 → Actinium-227 → Thorium-227 → Radium-233 → Radon-219 → Polonium-215 → Blei-211 → Wismut-211 → Thallium-207 → Blei-207

Plutonium-239 Spaltreaktion

Plutonium-239 unterliegt einer Spaltreaktion, wenn es von schnellen oder langsamen Neutronen beschossen wird. Wenn ein langsames Neutron von diesem Isotop absorbiert wird, erzeugt die Spaltreaktion mehr als zwei Neutronen. Eine kontinuierliche Kettenreaktion wird ausgelöst, wenn eines dieser resultierenden Neutronen einen anderen Plutoniumkern abbaut.

Plutonium-239 Verwendet

Plutonium-239 mit hoher Reinheit kann in großen Mengen hergestellt werden. Aufgrund seiner Eigenschaften wird es in großem Umfang in Kernkraftreaktoren und bei der Herstellung von Atomwaffen eingesetzt. Die verschiedenen Verwendungen von Pu-239 werden im Folgenden diskutiert:Plutonium-239, das aus demontierten Atomwaffen sowie aus Kernreaktoren gewonnen wird, ist eine wichtige Energiequelle zur Stromerzeugung. Knapp 10 Millionen Kilowattstunden Strom produziert ein Kilogramm Pu-239.Fast ein Drittel der Energie, die in einem kommerziellen Atomkraftwerk erzeugt wird, stammt aus Plutoniumspaltungen. Die Spaltreaktion von Plutonium-239 kann in denselben Brennstäben stattfinden, in denen es hergestellt wird.

  • Kleine Portionen Pu-239 können neu hergestelltem Kernbrennstoff zugesetzt werden, um MOX-Brennstoff oder Mischoxidbrennstoff herzustellen, der eine Kombination aus Plutoniumoxid und Uranoxid enthält.Plutonium-239 ist ein wichtiges spaltbares Material, das bei der Herstellung von Atomwaffen verwendet wird. Implosionssysteme werden mit Pu-239 gebaut.
  • Plutonium-239 Kontamination und Gesundheitsrisiken

    Plutonium-239 ist eine gefährliche krebserregende Substanz. Aufgrund vieler Atomexperimente in den letzten 50 Jahren wurden fast 10.000 Kilogramm dieser Substanz in die Atmosphäre freigesetzt. Die Freisetzung von Waffen und anderen zufälligen Freisetzungen hat viele lokale Kontaminationen verursacht. Pu-239 ist schwer zu verfolgen und zu erkennen, sobald es in die Atmosphäre freigesetzt oder im Körper absorbiert wurde.

    Bei Tieren wurde festgestellt, dass eine hohe Exposition gegenüber dieser Substanz Atemwegserkrankungen, eine verkürzte Lebensdauer und sogar Krebs verursacht.

    Pu-239 Alpha-Strahlungseffekte

    Die krebserzeugende Wirkung von Pu-239 beruht auf seiner Alpha (α) -Strahlung. Alphateilchen sind schwerer als die Beta- und Gammateilchen und wandern eine kurze Strecke innerhalb des lebenden Gewebes, während sie wiederholt auf die Gewebe und Zellen in der Nähe treffen.

    Im Körper lagert sich Plutonium-239 meist in Weichteilen, z.B. der Leber, dem Knochenmark, auf Knochenoberflächen sowie anderen nicht verkalkten Knochenbereichen ab.

    Die Gammastrahlung von Plutonium-239 ist schwach; daher ist eine hohe Menge dieser Substanz erforderlich, um Gammastrahlungseffekte zu verursachen.

    Auswirkungen von Pu-239 auf den menschlichen Körper

    Die versehentliche Einnahme des Materials ist recht gering, ebenso wie die damit verbundenen Risiken. Die Hauptgefahr für die Gesundheit durch diese Substanz geht vom Einatmen dieser Substanz aus, die das Gewebe der Bronchien und der Lunge schädigen kann. Es kann auch versehentlich durch Abschürfungen und Schnitte in den Blutkreislauf aufgenommen werden. Ablagerungen von Pu-239 können auf lange Sicht Krebs verursachen.

    Die Halbwertszeit dieser Substanz im Körper hängt davon ab, wo sie abgelagert wird. In der menschlichen Leber hat es eine Halbwertszeit von 20 Jahren und in den Knochen sind es etwa 50 Jahre.Von allen Isotopen von Plutonium ist Plutonium-239 das am weitesten verbreitete. Obwohl es als eine der krebserregendsten aller radioaktiven Substanzen gilt, hat es eine weit verbreitete Verwendung in Kernreaktoren und bei der Stromerzeugung gefunden.

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