Plutonio-238
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|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Una tableta de dióxido de plutonio-238 (utilizado en RTG ), al rojo vivo debido a la importante liberación de energía en condiciones de aislamiento térmico. | |||||||
| nombre, símbolo | Plutonio-238, 238 Pu | ||||||
| neutrones | 144 | ||||||
| Propiedades de nucleidos | |||||||
| Masa atomica | 238.0495599(20) [1] a. comer. | ||||||
| defecto de masa | 46 164,7(18) [1] k eV | ||||||
| Energía de enlace específica (por nucleón) | 7 568.354(8) [1] keV | ||||||
| Media vida | 87.7(1) [2] años | ||||||
| Productos de descomposición | 234 tu | ||||||
| Isótopos padres |
238 Np ( β − ) 238 Am ( β + ) 242 Cm ( α ) |
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| Spin y paridad del núcleo | 0 + [2] | ||||||
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| Tabla de nucleidos | |||||||
El plutonio-238 ( del inglés plutonium-238 ) es un nucleido radiactivo del elemento químico plutonio con número atómico 94 y número de masa 238. Es el primer isótopo descubierto de plutonio . Fue descubierto en 1940 por Glen Seaborg , J. Kennedy, Arthur Wahl y E. M. Macmillan [3] como resultado del bombardeo de uranio-238 con deuterones [4] :
![{\displaystyle \mathrm {^{238}_{92}U} (\mathrm {d} ,\mathrm {2n} )\mathrm {^{238}_{93}Np} \ {\xrightarrow[{2,117\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 1292\ \mathrm {MeV} }}\ \mathrm {^{238}_{94}Pu} .}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9b2e54aef3029d09ca6feb25dfcadfe160d97bc9)
La vida media del plutonio-238 es de 87,7(1) años . El plutonio-238 es un emisor alfa casi puro. La actividad de un gramo de este nucleido es de aproximadamente 633,7 GBq .
Un gramo de plutonio-238 puro genera aproximadamente 0,567 vatios de potencia .
Formación y decadencia
El plutonio-238 se forma como resultado de las siguientes desintegraciones:
- β - descomposición del nucleido 238 Np (la vida media es 2.117(2) [2] días):
- β + -desintegración del nucleido 238 Am (la vida media es 98(2) [2] min):
- Desintegración α del nucleido 242 Cm (la vida media es 162,8(2) [2] días):
La desintegración del plutonio-238 se produce de las siguientes formas:
- Desintegración α en 234 U (probabilidad ≈100 % [2] , energía de desintegración 5 593,20(19) keV [1] ):
la energía de las partículas α emitidas es de 5456,3 keV (en el 28,98 % de los casos) y de 5499,03 keV (en el 70,91 % de los casos) [5] .
- Fisión espontánea (probabilidad 1.9(1)⋅10 −7 %) [2] ;
Conseguir
El plutonio-238 se forma en cualquier reactor nuclear que funcione con uranio natural o poco enriquecido , que contiene principalmente el isótopo 238 U. En este caso, ocurren las siguientes reacciones nucleares [4] [6] :
![{\mathrm {^{{238}}_{{92}}U}}({\mathrm {n}},{\mathrm {2n}}){\mathrm {^{{237}}_{{92 }}U}}\ {\xrightarrow[ {6,75\ {\mathrm {d}}}]{\beta ^{-}\ 518,6\ {\mathrm {keV}}}}\ {\mathrm { ^{{237}}_{{93}}Np}};](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c97ea6fd946aefbd2b3b2880b5b581f6a581cfe2)
![{\mathrm {^{{235}}_{{92}}U}}({\mathrm {n}},\gamma ){\mathrm {^{{236}}_{{92}}U}} ({\mathrm {n)),\gamma ){\mathrm {^{{237}}_{{92}}U}}\ {\xrightarrow[ {6,75\ {\mathrm {d}}}] {\beta ^{-}\ 518.6\ {\mathrm {keV))))\ {\mathrm {^{{237))_{{93))Np));](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b6d8e726a28ca5796be0c80681b791ee4f0d4a5)
![{\mathrm {^{{237}}_{{93}}Np}}({\mathrm {n}},\gamma ){\mathrm {^{{238}}_{{93}}Np}} \ {\xrightarrow[ {2117\ {\mathrm {d}}}]{\beta ^{-}\ 1292\ {\mathrm {MeV}}}}\ {\mathrm {^{{238}}_{{ 94}}Pu}}.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/00a9754c9f35de06cf8b2d3a443a159fc910256a)
Se obtienen cantidades ponderales de plutonio-238 puro mediante la irradiación con neutrones de neptunio-237 , que, a su vez, se extrae del combustible nuclear gastado [6] .
El precio de un kilogramo de plutonio-238 es de unos 2,5 millones de dólares estadounidenses [7] .
Aplicación
El plutonio-238 se utiliza en fuentes de energía de radioisótopos (por ejemplo, en RTG ) [6] . Previamente (antes de la llegada de las baterías de litio [8] ) se usaban en marcapasos [9] [10] .
Estados Unidos ha utilizado RTG de plutonio-238 en unas 30 naves espaciales de la NASA, incluidas Voyagers y Cassinis . Así, la sonda Cassini contenía tres RTG con 33 kilogramos de dióxido de plutonio- 238, que aseguraban la generación de 870 vatios de potencia eléctrica [11] . Los rovers Curiosity y Perseverance transportan RTG y MMRTG con 4,8 kg de plutonio-238, que proporcionan 125 W de energía eléctrica [12] . Además de la generación eléctrica, los RTG mantienen el equilibrio térmico de las naves espaciales y los rovers con su liberación de calor. Además, en los dispositivos Sojourner , Spirit y Opportunity , se utilizaron fuentes de calor de radioisótopos del tamaño de una celda galvánica de tamaño D para mantener el modo térmico de funcionamiento de los equipos electrónicos, incluidas las computadoras digitales. Asimismo, la sonda atmosférica de la estación interplanetaria automática " Galileo " tenía fuentes de calor similares.
Producción
En los EE. UU., la producción del isótopo plutonio-238 se detuvo en 1988 ( río Savannah ) [13] . En 1992, el Departamento de Energía de EE. UU. firmó un acuerdo de cinco años sobre la compra de un isótopo de Rusia en la cantidad de 10 kg y la posibilidad de aumentar los suministros a no más de 40 kg. En el marco del acuerdo, se celebraron varios contratos, se prorrogó el acuerdo. En 2009, las entregas se interrumpieron debido a la reestructuración de la industria nuclear rusa [14] .
Desde 1993, la mayoría de los RTG de las naves espaciales estadounidenses han estado utilizando un isótopo comprado en Rusia. A partir de 2005, se han comprado aproximadamente 16,5 kg [15] [16] .
En 2009, el Departamento de Energía de EE. UU. solicitó financiación para reiniciar la producción de isótopos en EE . UU . [17] [18] . El costo del proyecto se estimó en 75-90 millones de dólares durante cinco años [19] La financiación del proyecto se divide entre el Departamento de Energía y la NASA [19] . El Congreso le dio a la NASA $ 10 millones cada uno en 2011 y 2012 [19] pero negó la financiación al Departamento de Energía [19] .
En 2013, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (Tennessee) comenzó la producción de plutonio-238 con una capacidad de diseño de 1,5 a 2 kilogramos del isótopo por año [20] [21] [22] .
Véase también
Notas
- ↑ 1 2 3 4 5 Audi G. , Wapstra AH , Thibault C. La evaluación de la masa atómica AME2003 (II). Tablas, gráficos y referencias (inglés) // Física nuclear A . - 2003. - vol. 729 . - Pág. 337-676 . -doi : 10.1016/ j.nuclphysa.2003.11.003 . - .
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH La evaluación NUBASE de las propiedades nucleares y de descomposición // Física nuclear A . - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . -doi : 10.1016/ j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
- ↑ Volkov V. A. , Vonsky E. V., Kuznetsova G. I. Químicos destacados del mundo . - M. : Escuela Superior, 1991. - S. 407 . — 656 pág.
- ↑ 1 2 Milyukova M. S., Gusev N. I., Sentyurin I. G., Sklyarenko I. S. Química analítica del plutonio. - M. : "Nauka", 1965. - S. 7-12. — 454 pág. — (Química analítica de los elementos). - 3400 copias.
- ↑ Propiedades del 238 Pu en la web del OIEA (Agencia Internacional de Energía Atómica) (enlace inaccesible)
- ↑ 1 2 3 Editorial: Knunyants I.L. (Edición jefe). Enciclopedia química: en 5 volúmenes - M .: Bolshaya Rossiiskaya entsiklopediya, 1992. - T. 3. - S. 580-582. — 639 pág. — 50.000 copias. - ISBN 5-85270-039-8.
- ↑ Timoshenko, Alexei . Obama abrió el camino al espacio para los “comerciantes privados” (ruso) , gzt.ru (12 de octubre de 2010). Archivado desde el original el 15 de octubre de 2010. Consultado el 22 de octubre de 2010.
- ↑ http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/dimensions/issue7/pacemaker.html Archivado el 20 de marzo de 2015 en Wayback Machine "Eventualmente, las modernas baterías de iones de litio reemplazaron a las de plutonio. Las baterías de iones de litio todavía se utilizan para alimentar los marcapasos en la actualidad"
- ↑ Marcapasos accionado por plutonio (1974) . Consultado el 29 de agosto de 2012. Archivado desde el original el 22 de agosto de 2011.
- ↑ Datos sobre los marcapasos . Consultado el 29 de agosto de 2012. Archivado desde el original el 18 de marzo de 2021.
- ↑ Plutonio. Archivado el 18 de agosto de 2015 en Wayback Machine World Nuclear Association.
- ↑ Mars rover propulsado por plutonio ruso Archivado el 19 de diciembre de 2014 en Wayback Machine // fuelfix.com , 21 de agosto de 2012
- ↑ Producción Económica de Pu - 238: Estudio de Factibilidad . Centro de Investigaciones Nucleares Espaciales. Fecha de acceso: 19 de marzo de 2013. Archivado desde el original el 2 de julio de 2013.
- ↑ Producción de plutonio-238 para sistemas de energía de radioisótopos de la NASA // Cryptome, Federal Register Volume 78, Number 6 (9 de enero de 2013), [FR Doc No: 2013-00239
- ↑ Preguntas frecuentes sobre los sistemas de energía de radioisótopos (enlace no disponible) . Laboratorio Nacional de Idaho (julio de 2005). Fecha de acceso: 24 de octubre de 2011. Archivado desde el original el 2 de julio de 2013.
- ↑ Proyecto de producción de plutonio-238 (enlace no disponible) . Departamento de Energía (5 de febrero de 2011). Consultado el 2 de julio de 2012. Archivado desde el original el 3 de febrero de 2012.
- ↑ La escasez de plutonio podría detener la exploración espacial . NPR Consultado el 19 de septiembre de 2011. Archivado desde el original el 2 de julio de 2013.
- ↑ Greenfieldboyce, Nell. "El problema del plutonio: ¿Quién paga el combustible espacial?" Archivado el 17 de marzo de 2021 en Wayback Machine NPR , el 8 de noviembre de 2011
- ↑ 1 2 3 4 Wall, Mike La producción de plutonio puede evitar la escasez de combustible para naves espaciales . Space.com (6 de abril de 2012). Fecha de acceso: 2 de julio de 2012. Archivado desde el original el 2 de julio de 2013.
- ↑ RITEG: ¿"corazones" de robots espaciales o armas de terroristas? Archivado el 24 de septiembre de 2015 en Wayback Machine // Voice of America , 27/08/2013
- ↑ La NASA abandonó una fuente de energía nuclear eficiente: el generador termoeléctrico de radioisótopos de Stirling avanzado (ASRG - Generador de radioisótopos de Stirling avanzado) Archivado el 24 de septiembre de 2015 en Wayback Machine // Popular Mechanics, 25 de noviembre de 2013
- ↑ EE. UU. reiniciará la producción de plutonio para la exploración del espacio profundo Archivado el 15 de septiembre de 2015 en Wayback Machine // Universe Today, 20 de marzo de 2013
Enlaces
- Ave Mosher, Timeline: Plutonium-238's Hot and Twisted History Archivado el 26 de febrero de 2014 en Wayback Machine // Wired , 2013-09-19