khimie.ru

Сейчас «синтетический» элемент плутоний изучен гораздо лучше, чем обычное железо. Прежде чем объяснить такой, на первый взгляд, странный и парадоксальный факт, сделаем небольшой экскурс в историю.

Мир был охвачен пламенем второй мировой войны. Ожесточенные и жестокие бои шли на суше, в море и воздухе. В это время американские ученые вместе с известными физиками и химиками, которые бежали за океан из охваченной коричневой чумой Европы, день и ночь работали над «Манхэттенским проектом». Это было засекреченное название цикла работ по созданию атомной бомбы. Рассказывают, что, когда радиохимики выделили первый мг гидроксида плутония, его было так мало, что приходилось рассматривать соединение «новорожденного» элемента под микроскопом. И довольно быстро плутоний начали добывать граммами и килограммами. В секретных бумагах «манхэттенского проекта», чтобы сбить с толку и ввести в заблуждение иностранные разведки, плутоний фигурировал под названием «медь». Когда же для каких работ потребовалась медь, в документах появились два слова «медь настоящая». 9 августа 1945 плутониевая бомба «Толстяк» была сброшена на мирный японский город Нагасаки. Так начал свою «анкету» элемент № 94.

Однако плутоний «неутомимо работает» и на мирном фронте. Основным ядерным топливом в современных реакторах на быстрых нейтронах являются керамические материалы па основе диоксида и карбида плутония – РuО₂, и РuС.

Плутоний «рождается» из ядер урана-238, когда последние впитывают нейтроны в активной зоне реактора.

Проблема выделения чистого плутония и отделения его от урана, нептуния и осколков деления побудила химиков заняться всесторонним изучением соединений различных валентных этапов плутония. Уже на сегодня синтезированы и исследованы тысячи соединений плутония почти со всеми элементами периодической системы в широком диапазоне его степеней окисления от +2 до +7. Кстати, соединения семивалентного плутония и нептуния — так называемые перплутонаты и пернеплутонаты впервые синтезированы советскими химиками Н. Н. Кротом и Г. Д. Гельманом.

Вследствие применения плутониевого топлива было исследовано взаимодействие металлического плутония и его соединений с различными материалами, добыто и изучено огромное количество плутониевых сплавов.

Плутоний — достаточно интересный и одновременно странный элемент. Он имеет 13 изотопов с массовыми числами от 232 до 244. Наибольшим «долгожителем» среди них есть плутоний-239, период полураспада которого составляет 24360 лет. Металлический плутоний может находиться в виде шести аллотропных видоизменениях (α-, β-, γ-, δ-, η-, ε-модификации). Плутоний ‒ серебристо-белый, химически активный металл. Интересно, что два аллотропных видоизменения плутония, а именно; β-плутоний (область существования 340-440 °С) и η-плутоний (область существования 465-485 °С) при нагревании не расширяются, а сжимаются. Бруски плутония самые разогреваются благодаря интенсивному радиоактивному распаду. Это позволило применять его в специальных нагревательных и обогревающих устройствах. Особенно много тепла высвобождается в результате распада плутония-238 — почти чистый α-излучатель, причем период его полураспада составляет 90 лет. Этот изотоп все еще достаточно дорог (1г его стоит 1000 долларов), но в будущем он станет значительно дешевле в связи с расширением строительства — пуском в действие реакторов на быстрых нейтронах, в которых «сгорает» уран и «рождается» плутоний.

Поскольку альфа-частицы полностью задерживаются различными материалами, то теплом радиоактивного распада плутония-238 в будущем обогреваться скафандры астронавтов и водолазов.

Накапливать и хранить плутоний и его соединения в больших количествах строго запрещена. Иначе при этом можно легко превысить предел его критической массы, а это приведет до лавинного деления ядер плутония — ядерного взрыва.

В химии, физике, металлургии и в материаловедении плутония посвящены тысячи экспериментальных исследований, сотни монографий. Все это дает основание полагать плутоний наиболее изученным металлом. Научный и практический интерес к нему усиливается с каждым днем.