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Plutonio-239 è un isotopo del plutonio utilizzato per la fabbricazione di armi nucleari. Il plutonio-239, insieme all’uranio-233 e all’uranio-235, è uno dei tre isotopi principali utilizzati come combustibile nei reattori nucleari.

Plutonio-239 Nucleo

Ci sono 145 neutroni e 94 protoni nell’isotopo Plutonio-239.

Plutonio-239 Simbolo

Il simbolo che denota Plutonio-239 è scritto come 239Pu.

La produzione di Plutonio-239

Il Plutonio-239 fu originariamente formato all’inizio dell’universo. Tuttavia, avendo un’emivita di solo circa 24.200 anni, è difficile trovare tracce naturali di Plutonio-239. Tracce di questo metallo si formano ancora in questi giorni quando l’uranio-238 terrestre reagisce con i raggi del sole. Tuttavia, questo metallo al giorno d’oggi è per lo più sintetizzato artificialmente. Il plutonio – 239 è prodotto dall’Uranio-238 nei reattori nucleari. Questa reazione è descritta di seguito:

  • In primo luogo, l’Uranio-238 viene colpito con un neutrone ad alta energia e viene convertito in Uranio-239 con l’assorbimento di un neutrone.
  • L’uranio-239 viene poi trasformato in Nettunio-239 dall’emissione di un elettrone e di una particella anti-neutrino attraverso il decadimento beta (β–).
  • Nella fase finale, il Nettunio-239 perde un elettrone e una particella anti-neutrino per formare Plutonio-239.

Immagine 1 – Plutonio-239
Fonte – it.wikipedia.org

Plutonio-239 Proprietà

Le proprietà del Plutonio-239 sono descritte di seguito:

Aspetto

Il plutonio-239 è un metallo solido con un colore brillante.

Massa critica

La massa critica di questo metallo per una sfera uniforme è di 11 kg.

Diametro critico

Il diametro critico del plutonio-239 per una sfera uniforme è di 10,2 cm.

Massa isotopica

La massa isotopica di questo metallo è 239,0521634 u.

Modalità di decadimento

Il plutonio-239 decade attraverso la fissione spontanea mentre emette particelle alfa.

Energia di decadimento

Durante la decomposizione, il Plutonio-239 rilascia energia vicina a 5,245 MeV.

Rapporto di ramificazione

Alcuni materiali radioattivi possono subire la decomposizione con più di un metodo. Il rapporto tra i diversi tipi di particelle prodotte da tale decomposizione è chiamato rapporto di ramificazione del materiale. Il rapporto di ramificazione per plutonio-239 è del 100%.

Nuclide figlia

Durante la decomposizione, produce Uranio-235 come nuclide figlia.

Momento di dipolo magnetico

Momento di dipolo magnetico misura la forza magnetica di una bobina di corrente o di un magnete. Nella radioattività, si dice che gli elettroni orbitanti di un atomo abbiano un momento di dipolo magnetico. Il momento di dipolo magnetico del plutonio-239 è 0,203 µN.

Attività specifica

Nella radioattività, l’attività specifica è il numero di decadimenti al secondo per quantità di sostanza, dove la quantità di sostanza è la massa o il volume della sostanza. È indicato dal simbolo SA. Il peso specifico del plutonio-239 è 2,2966 GBq / g.

Solubilità

La solubilità del Plutonio-239 in acqua dipende dai ligandi organici presenti, nonché dal redox e dal pH dell’acqua.

Plutonio-239 Emivita

Nella radioattività, l’emivita è definita come il periodo di tempo impiegato da una certa quantità di un elemento radioattivo in decomposizione da diminuire della metà. L’emivita del plutonio-239 è di 24.200 anni.

Plutonio-239 Decadimento radioattivo

Il nucleo atomico del Plutonio-239 è instabile; perde quindi energia per raggiungere uno stadio stabile. Questo processo è noto come decadimento radioattivo. Il plutonio-239 rilascia energia di circa 5.245 MeV attraverso il decadimento radioattivo.

Plutonio-239 Equazione di decadimento

La seguente equazione mostra la decomposizione alfa di Plutonio-239:

94239Pu → 92235U + 24He

Qui il nucleo di elio 24He ha il numero atomico 2 e il numero di massa 4. L’elio qui denota la particella alfa. Quindi questa equazione può anche essere scritta come

94239Pu → 92235U + α

Catena di decadimento del plutonio-239

Il processo di decadimento del Plutonio-239 produce Uranio-235 come nuclide figlia. Lead-207 è l’elemento stabile prodotto alla fine di questa catena di decadimento alfa. La completa catena di decadimento è espressa nella seguente reazione:

il Plutonio-239 → Uranio-235 → Torio-231 → Protactinio-231 → Attinio-227 → Torio-227 → Radio-233 → Radon-219 → Polonio-215 → Piombo-211 → Bismuto-211 → Tallio-207 → Piombo-207

il Plutonio-239 Reazione di Fissione

il Plutonio-239 subisce la reazione di fissione quando si è bombardati da velocità o rallentare i neutroni. Quando un neutrone lento viene assorbito da questo isotopo, la reazione fissile produce più di due neutroni. Una reazione a catena continua è iniziata nel caso in cui uno di questi neutroni risultanti rompe un altro nucleo di plutonio.

Il plutonio-239 utilizza

Il plutonio-239 con alti livelli di purezza può essere prodotto in grandi quantità. Grazie alle sue proprietà, è ampiamente utilizzato nei reattori nucleari e nella produzione di armi nucleari. I vari usi del Pu-239 sono discussi di seguito:

  • Il plutonio-239 raccolto da armi nucleari smontate e da reattori nucleari è un’importante fonte di energia per generare elettricità. Quasi circa 10 milioni di kilowattora di elettricità sono prodotti da un chilogrammo di Pu-239.
  • Quasi un terzo dell’energia prodotta in una centrale atomica commerciale proviene da fissioni di plutonio. La reazione di fissione del plutonio-239 può essere tenuta nelle stesse barre di combustibile in cui viene prodotta.
  • Piccole porzioni di Pu-239 possono essere aggiunte al combustibile nucleare di nuova fabbricazione per produrre combustibile MOX o combustibile ad ossido misto, che contiene una combinazione di ossido di plutonio e ossido di uranio.
  • Il plutonio-239 è un importante materiale fissile utilizzato nella produzione di armi nucleari. I sistemi di implosione sono costruiti utilizzando Pu-239.

Plutonio-239 Contaminazione e rischi per la salute

Il plutonio-239 è una sostanza cancerogena pericolosa. A causa di molti esperimenti nucleari negli ultimi 50 anni, quasi 10.000 chilogrammi di questa sostanza sono stati rilasciati nell’atmosfera. Il rilascio di armi e altri rilasci accidentali hanno causato molte contaminazioni locali. Pu-239 è difficile da monitorare e rilevare una volta che viene rilasciato nell’atmosfera o è stato assorbito nel corpo.

Negli animali, è stato riscontrato che un’elevata esposizione a questa sostanza causa malattie del tratto respiratorio, diminuzione della durata della vita e persino cancro.

Pu-239 Alpha Radiation Effects

L’effetto cancerogeno di Pu-239 deriva dalla sua radiazione alfa (α). Le particelle alfa sono più pesanti delle particelle beta e gamma e viaggiano a breve distanza all’interno del tessuto vivente mentre colpiscono ripetutamente i tessuti e le cellule vicine.

All’interno del corpo, il Plutonio-239 si deposita principalmente nei tessuti molli, ad esempio nel fegato, nel midollo osseo, sulle superfici ossee e in altre aree ossee non calcificate.

La radiazione gamma di Plutonio-239 è debole; quindi è necessaria un’alta quantità di questa sostanza per causare effetti di radiazione gamma.

Pu-239 Effetti nel corpo umano

L’ingestione accidentale del materiale è piuttosto bassa così come i rischi ad esso associati. Il principale pericolo per la salute di questa sostanza deriva dall’inalazione di questa sostanza che può causare danni ai tessuti dei bronchi e dei polmoni. Può anche essere assorbito accidentalmente nel flusso sanguigno attraverso abrasioni e tagli. I depositi di Pu-239 possono infine causare il cancro a lungo termine.

L’emivita di questa sostanza nel corpo varia a seconda di dove viene depositata. Nel fegato umano, ha un’emivita di 20 anni e nelle ossa è di circa 50 anni.

Di tutti gli isotopi del plutonio, il Plutonio-239 è quello più utilizzato. Sebbene sia considerato uno dei più cancerogeni di tutte le sostanze radioattive, ha trovato un uso diffuso nei reattori nucleari e nella generazione di elettricità.

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