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플루토늄

Plutonium
이 기사는 화학 원소에 관한 것이다.기타 용도는 플루토늄(동음이의)을 참조한다.
팔라듐, 플래티넘 또는 폴로늄과 혼동하지 마십시오.
플루토늄, Pu
Two shiny pellets of plutonium of about 3 cm in diameter
플루토늄
발음/plu-to-ni-m/ (ploo-TOH-nee-µm)
동소체플루토늄 동소체 참조
외모은백색, 공기 중에 짙은 회색으로 변색되는
질량수[244]
주기율표의 플루토늄
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 카본 질소 산소 불소 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브롬 크립톤
루비듐 스트론튬 이트륨 지르코늄 니오브 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루루 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마리움 유로피움 가돌리늄 터비움 디스프로슘 홀뮴 엘비움 툴륨 이터비움 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 퀴륨 베르켈륨 칼리포늄 아인스타이늄 페르미움 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 러더포디움 두브늄 시보르기움 보리움 하시움 마이트네리움 다름슈타디움 뢴트제늄 코페르니슘 니혼리움 플레로비움 모스코비움 리버모리움 테네신 오가네손
SM
↑
푸
↓
(우코)
넵투늄 ← 플루토늄 → 아메리슘
원자 번호 (Z)94
그룹.그룹 n/a
기간7주기
블록 f-블록
전자 구성[Rn] 5f6 7s2
셸당 전자 수2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
물리 속성
단계 STP에서단단한
녹는점912.5K(639.4°C, 1182.9°F)
비등점3505 K (3228 °C, 5842 °F)
밀도 (근처)19.85 g/cm3 (239Pu)[1]
액상일 때(로)16.63 g/cm3
융해열2.82 kJ/mol
기화열333.5 kJ/mol
몰 열용량35.5 J/(mol·K)
증기압
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에서 1756 1953 2198 2511 2926 3499
★★★★★★★★★★★★★★」+2, +3, +4, +5, +6, +7, +8(양극성 산화물)
전기 스케일:1 폴 1 1: 1.28
  • 번째: 첫 58: 584.7kJ/mol
경험적: 159 pm
187±1pm
Color lines in a spectral range
플루토늄 스펙트럼 라인
★★★★★★★★★★★★★」
Monoclinic crystal structure for plutonium
★★2260 m/s
★★★ (에서) 46.7 µm/(mkK) (25 °CΩ)
W 6.74 W/(mkK)
Ω (에서) 1.460 µm (0 °C Ω)
young96 GPa
43 GPa
0.21
CAS ®7440-07-5
★★★
★★★명왕성의 이름을 딴 왜성
★★★글렌 T. 시보그, 아서 월, 조지프 W. 케네디, 에드윈 맥밀런(1940-1941)
플루토늄의 주요 동위원소
★★★★★ (t1/2)
238푸 y 87.74 인치 SF –
234U
239푸 2.41×104 y –
235U
240푸 6500년 –
236U
241푸 y 14 인치 β− 241암
–
242푸 3.73×105 y –
238U
244푸 8.08×107 y 240U
–
: 플루토늄

플루토늄은 기호가 Pu이고 원자 번호는 94인 방사성 화학 원소이다.은회색의 액티니드 금속으로 공기에 노출되면 변색되고 산화되면 칙칙한 코팅이 형성됩니다.이 원소는 보통 6개의 동소체와 4개의 산화 상태를 보인다.그것은 탄소, 할로겐, 질소, 실리콘, 수소와 반응한다.습한 공기에 노출되면 산화물과 하이드라이드를 형성하여 시료를 최대 70%까지 팽창시키고, 이는 다시 발화성 분말로 박리됩니다.방사성 물질로 뼈에 축적될 수 있어 플루토늄 취급이 위험하다.

플루토늄은 1940년 말과 1941년 초에 캘리포니아 버클리 대학의 1.5미터(60인치) 사이클로트론에서 우라늄-238의 듀테론 폭격에 의해 처음으로 합성 생산되고 분리되었다.먼저, 넵투늄-238(반감기 2.1일)이 합성되었고, 이후 베타 붕괴되어 원자 번호 94와 원자 무게 238(반감기 88년)의 새로운 원소가 형성되었다.우라늄은 행성 천왕성과 넵투늄의 이름을 따왔기 때문에 94번 원소는 당시 행성으로 여겨졌던 명왕성의 이름을 따왔다.전시의 비밀 때문에 캘리포니아 대학 팀은 1948년까지 그 발견을 발표하지 못했다.

플루토늄은 자연에서 가장 높은 원자 번호를 가진 원소이다.우라늄-238이 다른 우라늄-238 원자의 붕괴로 방출된 중성자를 포착할 때 천연 우라늄-238 퇴적물에서 미량이 발생한다.

플루토늄-239와 플루토늄-241은 모두 핵분열성이기 때문에 핵 연쇄반응을 지속할 수 있어 핵무기와 원자로에 응용할 수 있다.플루토늄-240은 높은 자연 핵분열 속도를 나타내며, 플루토늄-240을 포함하는 시료의 중성자속도를 높인다.플루토늄-240의 존재는 무기에 대한 플루토늄 샘플의 사용성 또는 원자로 연료로서의 품질을 제한하며 플루토늄-240의 비율은 플루토늄-240의 등급(무기 등급, 연료 등급 또는 원자로 등급)을 결정한다.플루토늄-238은 반감기가 87.7년이고 알파 입자를 방출한다.그것은 방사성 동위원소 열전 발전기의 열원으로, 일부 우주선에 전력을 공급하는데 사용된다.플루토늄 동위원소는 비싸고 분리하기가 불편하기 때문에 특정 동위원소는 보통 특수 원자로에서 제조된다.

처음으로 유용한 양의 플루토늄을 생산하는 것은 최초의 원자폭탄을 개발한 2차 세계대전 동안 맨해튼 프로젝트의 주요 부분이었다.1945년 7월 트리니티 핵실험과 1945년 8월 나가사키 폭격에 사용된 팻맨 폭탄은 플루토늄 핵을 가지고 있었다.플루토늄을 연구하는 인간 방사선 실험은 사전 동의 없이 이루어졌고, 전쟁 후에 몇 번의 임계 사고가 발생했고, 일부는 치명적이기도 했다.냉전시대에 건설된 핵발전소와 해체된 핵무기에서 나오는 플루토늄 폐기물의 처리는 핵 확산과 환경 문제이다.환경 내 플루토늄의 다른 공급원은 현재 금지된 수많은 지상 핵실험의 낙진이다.

★★★

대부분의 금속과 마찬가지로 플루토늄은 처음에는 니켈처럼 밝은 은빛을 띠지만 노란색과 올리브 그린도 보고되지만 [2][3]매우 빨리 산화되어 칙칙한 회색으로 변한다.상온에서 플루토늄은 α(알파) 형태이다.이 원소의 가장 일반적인 구조적 형태(알로트로프)인 이 원소는 다른 금속과 합금되어 부드럽고 연성이 되지 않는 한 회색 주철만큼 단단하고 부서지기 쉽습니다.대부분의 금속과 달리, 그것은 열이나 전기의 좋은 전도체가 아니다.녹는점(640°C, 1,184°F)이 낮고 끓는점(3,228°C, 5,842°F)[2]이 비정상적으로 높습니다.이는 플루토늄이 액체로 존재하는 광범위한 온도(폭 2,500 켈빈 이상)를 제공하지만, 이 범위는 모든 악티니드나 금속 [4]중에서 가장 크지는 않다.산화물에 비해 낮은 녹는점과 토종 금속의 반응성으로 인해 플루토늄 산화물은 핵분열 원자로 연료(MOX-연료)와 같은 용도에 적합한 형태가 된다.

고에너지 헬륨 핵의 방출인 알파 붕괴는 [5]플루토늄의 가장 일반적인 방사성 붕괴 형태이다.5kg의 Pu 질량은 약 12.5×10개의24 원자를 포함하고 있다.반감기가 24,100년인 원자의 약 11.5×10은12 5.157MeV 알파 입자를 방출하여 매초 부패한다.이는 9.68와트의 전력에 해당합니다.이러한 알파 입자의 감속으로 인해 발생하는 열은 [6][7]만지면 따뜻해집니다.238
훨씬 짧은 반감기로 인해 Pu는 훨씬 더 높은 온도까지 가열되며 외부 난방이나 냉각 없이 방치할 경우 흑체 방사선으로 붉게 달아오릅니다.이 열은 방사성 동위원소 열전 발전기에 사용되었습니다(아래 참조).

저항률은 물질이 전류 흐름에 얼마나 강하게 반대하는지 나타내는 척도입니다.상온에서 플루토늄의 저항률은 금속치고는 매우 높고, 온도가 낮을수록 더 높아지는데,[8] 이는 금속치고는 드문 현상이다.이러한 추세는 100K까지 지속되며, 이 이하에서는 신규 [8]샘플의 저항률이 급격히 감소합니다.시간이 지남에 따라 방사선 손상으로 인해 약 20K에서 [8]시료의 동위원소 구성에 따라 저항률이 증가하기 시작합니다.

자기 조사 때문에 결정 구조 전체에 걸쳐 플루토늄 피지 샘플이 존재하는데, 이는 원자의 질서 있는 배열이 시간이 [9]지남에 따라 방사선에 의해 흐트러짐을 의미한다.또한 자기 방사선은 [10]온도가 100K 이상으로 상승함에 따라 피로 효과의 일부를 상쇄하는 아닐링으로 이어질 수 있습니다.

플루토늄은 대부분의 물질과 달리 녹으면 밀도가 2.5% 증가하지만 액체 금속은 [8]온도에 따라 밀도가 선형적으로 감소한다.녹는점 근처에서 액체 플루토늄은 다른 [9]금속에 비해 점도와 표면 장력이 매우 높다.

주요 기사:플루토늄 동소체
A graph showing change in density with increasing temperature upon sequential phase transitions between alpha, beta, gamma, delta, delta' and epsilon phases
플루토늄은 주변 압력에서 알파(α), 베타(β), 감마(δ), 델타(δ), 델타 프라임(δ'), 엡실론(δ)[11]의 6가지 동소체를 가진다.

플루토늄은 보통 6개의 동소체를 가지고 있으며 제한된 압력 [11]범위 내에서 고온에서 7번째(제타, δ)를 형성한다.이러한 동소체는 서로 다른 구조적 변형이나 형태의 원소를 가지고 있으며 내부 에너지는 매우 유사하지만 밀도와 결정 구조는 상당히 다양합니다.이것은 플루토늄을 온도, 압력 또는 화학의 변화에 매우 민감하게 만들고, 한 동소체 형태에서 다른 [9]동소체 형태로의 상 전이에 따른 급격한 체적 변화를 가능하게 합니다.다른 동소체의 밀도는 16.00g/cm에서3 19.86g/[12]cm까지3 다양하다.

이 많은 동소체의 존재는 플루토늄의 가공을 매우 어렵게 만듭니다. 플루토늄은 상태가 매우 쉽게 변하기 때문입니다.예를 들어 α형은 상온에서 무합금 플루토늄으로 존재한다.주철과 유사한 가공 특성을 가지지만 약간 높은 [13]온도에서 플라스틱 및 가단성 β(베타) 형태로 변화합니다.복잡한 위상도의 이유는 완전히 이해되지 않았다.α 형태는 저대칭 단사정계 구조를 가지고 있기 때문에 취약성, 강도, 압축성 및 열전도율이 [11]낮다.

γ(델타) 형태의 플루토늄은 보통 310°C~452°C 범위에 존재하지만 갈륨, 알루미늄 또는 세륨을 소량 합금할 경우 상온에서 안정되어 작업성을 향상시키고 [13]용접이 가능하다.δ 형태는 보다 전형적인 금속 특성을 가지고 있으며,[11] 대략 알루미늄만큼 강하고 유연합니다.핵분열 무기에서 플루토늄 핵을 압축하는 데 사용되는 폭발 충격파는 또한 일반적인 δ상 플루토늄에서 고밀도 α 형태로의 전환을 야기하여 [14]초임계 도달에 상당한 도움을 줄 것이다.가장 높은 온도 고체 동소체인 δ상은 다른 [9]원소에 비해 비정상적으로 높은 원자 자기확산을 보인다.

cylinder of Pu metal
무기 등급 99.96%의 순수 전기 정제 플루토늄으로 폭탄 코어 하나에 충분합니다.링의 무게는 5.3kg, 지름은 약 11cm이며 모양은 중요도 안전에 도움이 됩니다.

플루토늄은 방사성 악티니드 금속으로, 그 동위원소인 플루토늄-239는 3개의 1차 핵분열 동위원소(우라늄-233과 우라늄-235가 나머지 2개) 중 하나이며 플루토늄-241도 고핵분열 동위원소이다.핵분열로 간주되기 위해서는 동위원소의 원자핵이 느리게 움직이는 중성자에 부딪혔을 때 분열하거나 핵분열할 수 있어야 하며 추가 [15]핵분열을 통해 핵 연쇄 반응을 지속할 수 있는 충분한 양의 추가 중성자를 방출할 수 있어야 한다.

순수 플루토늄-239는 1보다 큰 증배율(keff)을 가질 수 있다. 즉, 금속이 충분한 양으로 적절한 형상(예: 충분한 크기의 구)을 가지고 있으면 임계 [16]질량을 형성할 수 있다.핵분열 동안, 핵을 함께 고정시키는 핵결합 에너지의 일부는 많은 양의 전자기 및 운동 에너지로 방출된다.플루토늄-239 1kg의 핵분열은 TNT 2만1000t(8만8000GJ)에 해당하는 폭발을 일으킬 수 있다.이 에너지가 플루토늄-239를 [6]핵무기와 원자로에 유용하게 만든다.

플루토늄-240은 상대적으로 높은 자발 핵분열 속도(g당 초당 약 440 fibrations, [17]g당 중성자 1,000개 이상)를 가지므로 샘플에 동위원소 플루토늄-240의 존재는 핵폭탄 잠재성을 제한하고, 따라서 배경 중성자 수준이 상승하여 프레데톤화의 [18]위험이 증가한다.플루토늄은 무기 등급, 연료 등급 또는 원자로 등급 중 하나로 식별된다.무기급 플루토늄은 7% 미만의 플루토늄-240을 함유하고 있다.연료급 플루토늄은 7%에서 19% 미만으로, 동력원자로급은 19% 이상의 플루토늄-240을 함유하고 있다.플루토늄-240의 4% 미만인 슈퍼그레이드 플루토늄은 방사능이 [19]낮아 미 해군의 함정 및 잠수함 승무원 근처에 보관된 무기에 사용된다.플루토늄-238 동위원소는 핵분열은 아니지만 빠른 중성자와 알파 [6]붕괴로 쉽게 핵분열을 겪을 수 있다.모든 플루토늄 동위원소는 베타 붕괴 여부에 관계없이 하나 이상의 중성자 흡수를 가진 핵분열성 물질로 "증식"될 수 있다.이것은 플루토늄의 비분열성 동위원소를 비옥한 물질로 만든다.

와

A diagram illustrating the interconversions between various isotopes of uranium, thorium, protactinium and plutonium
및 사슬
주요 기사:플루토늄 동위 원소

플루토늄의 방사성 동위원소 20개가 특징지어졌다.최장수 플루토늄-244는 8080만 년, 플루토늄-242는 373,300 년, 플루토늄-239는 24,110 년이다.나머지 방사성 동위원소들은 모두 7,000년 미만의 반감기를 가지고 있다.또한 이 원소는 8개의 준안정 상태를 가지지만 모두 [5]반감기가 1초 미만입니다.

알려진 플루토늄 동위원소는 질량 수가 228에서 247 사이이다.가장 안정적인 동위원소인 플루토늄-244보다 질량수가 낮은 동위원소의 1차 붕괴 모드는 자발적 핵분열과 알파 방출이며, 대부분 붕괴 생성물로 우라늄(92 양성자)과 넵투늄(93 양성자) 동위원소를 형성한다(분열 과정에 의해 생성된 광범위한 딸핵을 무시한다).플루토늄-244보다 질량수가 큰 동위원소의 1차 붕괴 모드는 베타 방출이며, 대부분 붕괴 생성물로 아메리슘(95 양성자) 동위원소를 형성한다.플루토늄-241은 넵투늄 붕괴 계열의 모체 동위원소로 베타 [5][20]방출을 통해 아메리슘-241로 붕괴한다.

플루토늄-238과 239는 가장 널리 합성된 [6]동위원소이다.플루토늄-239는 넵투늄(Np)을 [21]매개로 베타 붕괴(β−)를 통해 우라늄(U)과 중성자(n)를 사용하여 다음과 같은 반응을 통해 합성된다.

우라늄-235의 핵분열로 인한 중성자는 우라늄-238 핵에 의해 포획되어 우라늄-239를 형성하고, 베타 붕괴는 중성자를 양성자로 변환하여 넵투늄-239를 [22]형성한다(반감기 2.36일).브리티시 튜브 알로이 프로젝트에서 일하는 에곤 브레처는 이론적으로 1940년에 [23]이 반응을 예측했다.

플루토늄-238은 우라늄-238에 중수소(D, 중수소의 핵)를 충돌시켜 다음과 같은 [24]반응으로 합성된다.

이 과정에서 중수소가 우라늄-238에 충돌하면 중성자 2개와 넵투늄-238이 생성되고, 넵투늄-238은 음의 베타 입자를 방출해 플루토늄-238을 [25]형성한다.플루토늄-238은 넵투늄-237의 [26]중성자 조사에 의해서도 생산될 수 있다.

및 핵분열

플루토늄 동위원소는 방사성 붕괴를 일으켜 붕괴열을 발생시킨다.동위원소마다 질량당 열량이 다르다.붕괴열은 보통 와트/kg 또는 밀리 와트/그램으로 표시됩니다.더 큰 플루토늄 조각(예: 무기 저장고)과 불충분한 열 제거에서는 결과적으로 발생하는 자기 발열이 상당할 수 있다.

플루토늄[27] 동위원소 붕괴열
반감기(년) 붕괴열(W/kg) 자발 핵분열 중성자(1/(g·s)) ★★
238푸 알파 투 유 87.74 560 2600 매우 높은 부패열.소량이라도 상당한 자기 발열을 일으킬 수 있습니다.방사성 동위원소 열전 발전기에 사용됩니다.
239푸 알파 투 유 24100 1.9 0.022 ★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
240푸 알파 대 U, 자연 핵분열 6560 6.8 910 Pu 동위원소 샘플의 주요 불순물.플루토늄 등급은 보통 Pu의 백분율로 표시된다.높은 자발적 핵분열을 방해하는 요소들이 핵무기에 사용된다.
241푸 베타 마이너스, Am으로 14.4 4.2 0.049 1까24-241번지 오래된 샘플에서는 그 축적이 방사선 위험을 나타냅니다.
242푸 알파 투 유 376000 0.1 1700 238U 알파 붕괴를 통해 242Pu가 썩;또한 자발 핵 분열에 의해 썩는다

화합물과 chemistry화합물 및 화학

Five fluids in glass test tubes: violet, Pu(III); dark brown, Pu(IV)HClO4; light purple, Pu(V); light brown, Pu(VI); dark green, Pu(VII)
플루토늄의solution플루토늄의해결책의다양한 산화 상태의 다양한 산화 상태.

실온에서, 순수한 플루토늄은 은색이지만 산화된 tarnish을 얻는다.[28]요소 수용액에 4가지 공통된 이온 산화의 주와 희귀한 하나:[12]표시합니다.

  • Pu(3세), Pu3+( 파란 색 라벤더)로.
  • Pu(IV), Pu4+(황토색)로.
  • Pu(V), PuO+2(박홍)[노트 1].
  • Pu(6세), PuO2+2(분홍색 오렌지)로.
  • Pu(7세), PuO3−5(녹색)—the 칠 원자가의 이온은 드물다.

플루토늄 용액에 의해 나타나는 색상은 산화 상태와 산 [30]음이온의 성질에 따라 달라집니다.플루토늄 종의 복잡한 정도(원자가 중심 원자에 어떻게 연결되는가)에 영향을 미치는 것은 산성 음이온입니다.또한 플루토늄의 공식 +2 산화 상태는 복합체 [K(2.2-cryptand)] [PuCpθII],3 Cpθ = CH53(SiMe3)2[31]에 알려져 있다.

휘발성 사산화 [32]PuO에서도
4 +8 산화 상태가 가능하다.PuO는
4 FeO와 유사한
4 환원 메커니즘을 통해 쉽게 분해되지만 알칼리성 용액과 [33][32]클로로포름에서 안정화시킬 수 있다.

금속 플루토늄은 사불화 플루토늄과 바륨, 칼슘 또는 리튬을 1200°[34]C에서 반응시켜 생산된다.금속성 플루토늄은 산, 산소, 증기의 공격을 받지만 알칼리의 공격을 받지 않으며 농축 염산,[35] 요오드산 및 과염소산에 쉽게 용해된다.녹은 금속은 [13]공기와 반응하지 않도록 진공 또는 불활성 분위기에 보관해야 합니다.135°C에서 금속은 공기 중에 점화되며 사염화탄소 [36]안에 넣으면 폭발합니다.

Black block of Pu with red spots on top and yellow powder around it
플루토늄의 발열성은 특정 조건 하에서 그것을 불타는 불처럼 보이게 할 수 있다.
Glass vial of brownish-white snow-like precipitation of plutonium hydroxide
수산화물

플루토늄은 반응성 금속이다.습한 공기 또는 습한 아르곤에서 금속은 산화물과 하이드라이드의 [2]혼합물을 생성하면서 빠르게 산화됩니다.금속이 제한된 양의 수증기에 충분히 노출되면 PuO의2 분말 표면 코팅이 [2]형성된다.또한 플루토늄 수소화물이 형성되지만 과도한 수증기는 [35]PuO만2 형성한다.

플루토늄은 플루토늄 수소화물을 [9]형성하면서 순수 수소와 가역적인 반응 속도를 보여줍니다.또한 산소와 쉽게 반응하여 중간 산화물뿐만 아니라2 PuO와 PuO를 형성합니다. 플루토늄 산화물은 플루토늄 금속보다 40% 더 많은 부피를 차지합니다.금속은 할로겐과 반응하여 일반식3 PuX의 화합물을 생성하며, 여기서 X는 F, Cl, Br 또는 I일 수 있으며 PuF도4 볼 수 있습니다.PuOCL, PuOBR 및 PuOI의 옥시할라이드가 관찰됩니다.탄소와 반응하여 PuC, 질소가 PuN, 실리콘이 PuSi를 [12][36]형성합니다2.

플루토늄 복합체의 유기 금속 화학은 유기 액티니드 종에 대해 전형적이다. 유기 플루토늄 화합물의 특징적인 예는 플루토노세이다.[22][37]계산화학방법은 플루토늄-배위자 [9][37]결합의 강화된 공유가 특성을 나타낸다.

플루토늄, 플루토늄의 수소화물 및 PuO와 같은23 특정 산화물의 분말은 발화성이며, 이는 주위 온도에서 자연 발화할 수 있으며, 따라서 질소나 아르곤의 비활성 건조한 대기에서 처리된다는 것을 의미합니다.벌크 플루토늄은 400°C 이상으로 가열될 때만 발화한다.PuO는23 자연적으로 가열되어 건조한 공기에서는 안정적이지만 [38]가열되면 수증기와 반응하는 PuO로 변한다2.

플루토늄을 담는 도가니는 그 강한 감소 특성을 견딜 수 있어야 한다.탄탈과 텅스텐과 같은 내화 금속과 보다 안정적인 산화물, 붕화물, 탄화물, 질화물 및 규소도 이를 견딜 수 있습니다.전기 아크로에서 용융하면 [13]도가니 없이도 금속의 작은 덩어리를 만들 수 있습니다.

세륨은 원자로 건물, 추출 및 기타 [39]기술 개발을 위한 플루토늄의 화학 시뮬레이션제로 사용된다.

플루토늄은 5f 전자가 비국재화 및 국재화 사이의 전이 경계인 원소이므로 가장 복잡한 원소 [40]중 하나로 간주됩니다.플루토늄의 변칙적인 동작은 플루토늄의 전자 구조 때문이다.6d 서브셸과 5f 서브셸의 에너지 차이는 매우 낮습니다.5f 껍데기의 크기는 전자가 국부적 행동과 결합 행동 사이의 바로 경계에서 격자 내에서 결합을 형성하기에 충분합니다.에너지 레벨의 근접성은 에너지 레벨이 거의 동일한 여러 저에너지 전자 구성으로 이어집니다.이로 인해 5f7sn2 및 5f6d7sn−112 구성이 경합하게 되어 화학적 거동이 복잡해집니다.5f 궤도의 높은 방향성은 플루토늄 [9]분자와 복합체의 방향성 공유 결합을 담당한다.

합금

플루토늄은 대부분의 다른 금속들과 합금과 중간 화합물을 형성할 수 있다.알칼리 금속의 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐 및 세슘, 알칼리 토류 금속의 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 및 바륨, 희토류 [35]금속의 유로피움과 이터튬은 예외입니다.부분적인 예외로는 액체 플루토늄에는 용해되지만 고체 [35]플루토늄에는 용해되지 않거나 약간만 용해되는 내화금속 크롬, 몰리브덴, 니오브, 탄탈 및 텅스텐이 포함된다.갈륨, 알루미늄, 아메리슘, 스칸듐, 세륨은 상온에서 플루토늄의 δ상을 안정시킬 수 있다.실리콘, 인듐, 아연 및 지르코늄은 급속 냉각 시 준안정 δ 상태를 형성할 수 있다.또한 하프늄, 홀뮴, 탈륨의 양이 많아 상온에서 δ상을 일정 부분 유지할 수 있다.넵투늄은 고온에서 [9]α상을 안정시킬 수 있는 유일한 원소이다.

플루토늄 합금은 용해된 플루토늄에 금속을 첨가함으로써 생산될 수 있다.합금 금속이 충분히 환원되면 플루토늄을 산화물 또는 할로겐화물 형태로 첨가할 수 있다.γ상 플루토늄-갈륨 및 플루토늄-알루미늄 합금은 용해된 갈륨 또는 알루미늄에 플루토늄(II) 불소를 첨가하여 생산되며, 매우 반응성이 높은 플루토늄 [41]금속과 직접 접촉하는 것을 피할 수 있는 장점이 있다.

  • 플루토늄 갈륨은 α상 및 α상 관련 문제를 회피하고 플루토늄의 γ상 안정화에 사용된다.그것의 주된 용도는 폭발하는 핵무기 [42]구덩이에 있다.
  • 플루토늄-알루미늄은 Pu-Ga 합금의 대체물이다.원래 δ상 안정화를 위해 고려된 원소였지만 알파 입자와 반응하여 중성자를 방출하는 경향이 있어 핵무기 구덩이에 대한 사용성을 감소시킨다.플루토늄-알루미늄 합금은 핵연료 [43]성분으로도 사용될 수 있다.
  • 플루토늄-갈륨-코발트 합금(PuCoGa5)은 18.5K 미만의 초전도체로, 무거운 페르미온 시스템 사이의 가장 높은 크기보다 훨씬 높고 임계 전류가 크다.[40][44]
  • 플루토늄-지르코늄 합금은 [45]핵연료로 사용될 수 있다.
  • 핵연료로는 플루토늄-세륨 및 플루토늄-세륨-코발트 합금이 사용된다.[46]
  • 플루토늄-우라늄, 약 15-30몰.고속 증식로용 핵연료로 사용될 수 있는 플루토늄 비율.공기에 노출되면 스스로 점화되거나 분해될 정도로 부식되기 쉽기 때문에 다른 구성 요소와의 합금이 필요합니다.알루미늄, 탄소 또는 구리를 첨가해도 분해 속도가 현저하게 개선되지는 않으며, 지르코늄 및 철 합금은 내식성이 더 뛰어나지만 공기 중에서도 수개월 내에 분해됩니다.티타늄 및/또는 지르코늄을 첨가하면 [47]합금의 융점이 현저하게 증가한다.
  • 플루토늄-우라늄-티타늄과 플루토늄-우라늄-지르코늄은 핵연료로 사용하기 위해 조사되었다.세 번째 요소를 추가하면 내식성이 향상되고 가연성이 감소하며 연성, 제작성, 강도 및 열팽창성이 향상됩니다.플루토늄-우라늄-몰리브덴은 산화물의 보호막을 형성하여 내식성이 가장 뛰어나지만 물리적인 이유로 [47]티타늄과 지르코늄이 선호됩니다.
  • 토륨-우라늄-플루토늄은 고속 증식로의 [47]핵연료로 조사되었다.

발생.

퀘스타콘 박물관에 전시된 플루토늄 금속 샘플

미량의 플루토늄-238, 플루토늄-239, 플루토늄-240, 플루토늄-244가 자연에서 발견된다.가봉 옥로의 천연 핵분열 원자로와 같은 [49]농축 우라늄 [48]광석에는 플루토늄-239의 작은 흔적과 그 붕괴 생성물이 자연적으로 발견된다.시가 레이크 광산의 우라늄 매장량에서 플루토늄-239 대 우라늄의 비율은 2.4×10에서−12 [50]44×10−12 사이이다.이러한 미량의 Pu는 다음과 같은 방식으로 발생하는데, 드문 경우지만 U는 자발적인 핵분열을 겪으며, 그 과정에서 핵은 운동에너지를 가진 자유 중성자 한두 개를 방출한다.이들 중성자 중 하나가 다른 U 원자의 핵에 부딪히면 원자에 흡수돼 U가 된다.반감기가 비교적 짧으면 U는 Np로 분해돼 [51][52]Pu가 된다.마지막으로 천연 우라늄 [53]샘플에서 극소량의 플루토늄-238이 검출된 것은 극히 드문 우라늄-238의 이중 베타 붕괴 때문이다.

플루토늄-244는 반감기가 약 8000만 년으로 비교적 길기 때문에 초기 핵종으로서 자연적으로 발생한다는 주장이 제기되었지만 초기 발견 보고는 [54]확인되지 않았다.하지만, 그것의 긴 반감기는 그것이 [55]멸종하기 전에 태양계를 가로질러 순환을 보장했고, 실제로, 멸종된 Pu의 자발적 핵분열의 증거가 [56]운석에서 발견되었다.초기 태양계에서 Pu의 존재는 오늘날 Th(알파 붕괴 경로에서) 또는 제논 동위원소(자연 핵분열에서)의 초과로 나타나기 때문에 확인되었다.토륨과 플루토늄의 화학작용이 상당히 유사하기 때문에(둘 다 4가자) 토륨의 초과는 플루토늄의 [57]딸로 형성되었다는 강력한 증거가 될 수 없기 때문에 후자가 일반적으로 더 유용하다.244Pu과 초신성과 중성자 별 충돌의 r-process에서만 생산된다; 때 핵 이 사건에서 높은 속도로 지구에 도달하는데 튀어 나온다, 244Pu 혼자 초우라늄 핵종들 사이에서 그리고 살아 있는 성간 244의 따라서 작은 흔적은 충분히 반감기는 여행에서 살아남기 위해 모든 초우라늄 핵의 가장 긴 반감기를 가지고 있다.플루토늄이 있깊은 해저에서 발견됐어요Pu는 또한 Pu의 붕괴 사슬에서 발생하기 때문에, 비록 더 작은 [58]양이지만, 세속적인 평형에서도 존재해야 한다.

플루토늄의 미세한 흔적은 보통 550회의 대기 및 수중 핵실험과 소수의 대형 원전 [36]사고로 인해 인체에서 발견된다.대부분의 대기권 및 수중 핵실험은 1963년 미국, 영국, 소련이 서명한 제한적 핵실험 금지 조약에 의해 중단되었다.프랑스는 1974년까지 대기권 핵실험을 계속하고 중국은 1980년까지 대기권 핵실험을 계속한다.이후의 모든 핵실험은 [59]지하에서 실시되었다.

역사

검출

엔리코 페르미와 로마 대학의 과학자 팀은 1934년에 [60]94번 원소를 발견했다고 보고했다.페르미는 이 [61]원소를 헤스페륨이라고 불렀고 1938년 그의 노벨 강연에서 그것을 언급했다.샘플에는 핵분열 생성물, 주로 바륨과 [62]크립톤이 포함되어 있었다.1938년 독일에서 오토 한과 프리츠 스트라스만에 의해 발견된 핵분열은 [63]당시에는 알려지지 않았다.

Elderly Seaborg in a suit
글렌 T. 버클리 대학의 Seaborg와 그의 팀은 플루토늄을 최초로 생산했다.

플루토늄(구체적으로는 플루토늄-238)은 1940년 12월부터 1941년 2월 사이에 글렌 T에 의해 생산, 분리, 화학적으로 식별되었다. 시보그, 에드윈 맥밀란, 에밀리오 세그레, 조셉 W. 케네디, 아서 월이 [64][65][66]버클리 캘리포니아 대학 버클리 방사선 연구소의 60인치(150cm) 사이클로트론에서 우라늄 중입자 폭격을 가했다.넵투늄-238은 폭격에 의해 직접 생성되었지만 베타 방출에 의해 붕괴되었고, 반감기는 2일이 조금 넘었으며,[36] 이는 94원소의 형성을 나타낸다.첫 번째 폭격은 1940년 12월 14일에 일어났고, 새로운 원소는 1941년 [65]2월 23일에서 24일 밤에 산화를 통해 처음 확인되었다.

이 발견을 기록한 논문은 연구팀에 의해 준비돼 1941년 [36]3월 Physical Review 저널에 보내졌으나 보안상의 [67]문제로 제2차 세계대전이 끝난 후 1년으로 출판이 미뤄졌다.캠브리지의 Cavendish 연구소에서 Egon Bretcher와 Norman Feather는 우라늄을 연료로 하는 느린 중성자 원자로가 이론적으로 상당한 양의 플루토늄-239를 부산물로 생산할 수 있다는 것을 깨달았다.그들은 94번 원소가 핵분열성이라는 것을 계산했고, 우라늄과 화학적으로 다르다는 추가적인 이점을 가지고 있었으며,[23] 쉽게 분리될 수 있었다.

맥밀런은 최근 해왕성의 이름을 딴 최초의 초우라늄 원소인 넵투늄을 넵투늄으로 명명했으며, 이 시리즈의 다음 원소인 94번 원소는 그 당시 다음 행성으로 여겨졌던 [6][note 2]명왕성의 이름을 따서 명명할 것을 제안했다.케임브리지 대학의 니콜라스 켐머는 버클리 팀과 [23]같은 논리를 바탕으로 독자적으로 같은 이름을 제안했다.Seaborg는 원래 "플루튬"이라는 이름을 고려했지만 나중에 "플루토늄"[69]만큼 좋지 않다고 생각했습니다.그는 특히 역겨운 냄새를 나타내는 삽입어 "PU"를 언급하며 농담으로 "Pu"자를 골랐는데, 이것은 [note 3]주기율표에 예고 없이 통과되었다.Seaborg와 다른 사람들에 의해 고려된 다른 이름들은 주기율표에서 [71]마지막으로 가능한 원소를 발견했다는 잘못된 믿음 때문에 "울티뮴" 또는 "엑스트렘"이었다.

한과 스트라스만, 그리고 독립적으로 쿠르트 스타크는 베를린에서 초우라늄 원소를 연구하고 있었다.한과 스트라스만은 플루토늄-239가 핵분열성이어야 한다는 것을 알고 있었을 것이다.그러나 그들은 강한 중성자원을 가지고 있지 않았다.93번 원소는 1942년 스타크뿐만 아니라 한과 스트라스만에 의해 보고되었다.한 교수팀은 94번 원소를 찾지 않았는데, 아마도 그들이 처음 93번 원소를 발견했을 때 맥밀런과 애벨슨이 분리하는데 성공하지 못한 것에 실망했기 때문일 것이다.그러나 한 박사팀은 현재 파리에서 더 강한 사이클로트론에 접근할 수 있었기 때문에 극소량(수 베크렐)[72]이지만 시도했다면 플루토늄을 검출할 수 있었을 것이다.

초기 연구

왜행성 플루토늄은 플루토늄의 이름을 따왔다.

플루토늄의 화학 작용은 몇 달간의 [36]초기 연구 후에 우라늄과 유사하다는 것이 밝혀졌다.시카고 대학의 비밀 금속 연구소에서 초기 연구가 계속되었다.1942년 8월 20일, 이 원소의 미량이 처음으로 분리 측정되었다.우라늄과 핵분열 생성물을 합친 플루토늄-239는 약 50마이크로그램이 생산되었고,[48][73] 단 1마이크로그램만이 분리되었다.이 과정을 통해 화학자들은 새로운 원소의 [74][note 4]원자량을 측정할 수 있었다.1942년 12월 2일, 시카고 대학의 스태그 필드 서쪽 그랜드 스탠드 아래의 라켓 코트에서 엔리코 페르미가 이끄는 연구원들은 CP-1로 알려진 흑연과 우라늄 더미에서 최초의 자급자족 연쇄 반응을 달성했다.CP-1의 운영에서 얻은 이론적 정보를 사용하여, DuPont는 X-10으로 알려진 공랭 실험용 원자로와 Oak Ridge에 시험적인 화학 분리 시설을 건설했다.글렌 T가 개발한 방법을 사용한 분리 시설입니다.시보그와 메트랩 연구팀은 X-10 원자로에서 조사된 우라늄에서 플루토늄을 제거했다.CP-1의 정보는 핸포드용 수냉 플루토늄 생산 원자로를 설계하는 Met Lab 과학자들에게도 유용했다.그 [75]장소는 1943년 중반에 착공되었다.

1943년 11월, 일부 플루토늄 삼불화물은 플루토늄 금속의 첫 샘플인 몇 마이크로그램의 금속 [48]구슬을 만들기 위해 감소되었다.육안으로 볼 수 있는 최초의 인공 [76]원소가 될 만큼 충분한 양의 플루토늄이 생산되었다.

플루토늄-239의 핵 특성도 연구됐다. 연구자들은 중성자가 중성자와 에너지를 더 많이 방출함으로써 중성자가 중성자와 충돌할 때 분열된다는 것을 발견했다.이 중성자들은 기하급수적으로 빠른 연쇄 반응으로 플루토늄-239 등의 다른 원자와 충돌할 수 있다.이것은 임계 [36]질량을 형성할 수 있을 만큼 동위원소가 농축되면 도시를 파괴할 만큼 큰 폭발을 일으킬 수 있다.

연구 초기 단계에서, 동물들은 방사성 물질이 건강에 미치는 영향을 연구하기 위해 사용되었다.이러한 연구는 1944년 버클리 방사능 연구소의 캘리포니아 대학에서 시작되었고 조셉 해밀턴에 의해 수행되었다.해밀턴은 플루토늄이 노출 모드(구강 섭취, 흡입, 피부를 통한 흡수), 유지율 및 플루토늄이 조직에 고정되고 다양한 장기에 분포되는 방법에 대한 질문에 대한 답변을 찾고 있었다.해밀턴은 플루토늄-239 화합물의 수용성 마이크로그램 부분을 다른 원자가 상태와 플루토늄을 도입하는 다른 방법(구강, 정맥 등)을 사용하여 쥐에게 투여하기 시작했습니다.결국, 시카고의 연구소는 또한 쥐, 토끼, 물고기, 그리고 심지어 개 같은 다른 동물들을 이용하여 자체 플루토늄 주입 실험을 했다.버클리 대학과 시카고 대학의 연구 결과는 플루토늄의 생리학적 거동이 라듐과 크게 다르다는 것을 보여주었다.가장 놀라운 결과는 간과 뼈의 "적극 대사" 부분에 플루토늄이 상당히 축적되었다는 것이다.또한 배설물의 플루토늄 제거율은 동물 종별로 5배까지 차이가 났다.이러한 변화는 인간의 [77]비율을 추정하는 것을 극도로 어렵게 만들었다.

맨해튼 프로젝트 중 생산

제2차 세계대전 중 미국 정부는 원자폭탄 개발 임무를 띤 맨해튼 프로젝트를 설립했다.이 프로젝트의 세 개의 주요 연구 및 생산 장소는 현재의 핸포드 사이트의 플루토늄 생산 시설, 테네시 오크 리지의 우라늄 농축 시설, 그리고 현재 로스 알라모스 국립 [78]연구소로 알려진 무기 연구 및 설계 실험실이었다.

Tall square industrial room seen from above. Its cement walls have metal ladders and meshes, and a dozen people work on the floor.
Hanford B 원자로는 건설 중에 있다 - 최초의 플루토늄 생산 원자로
Aerial shot of Hanford
핸포드 현장은 국내 고준위 방사성 폐기물의 3분의 2에 해당한다.1960년 1월 컬럼비아 강을 따라 핸포드 사이트에 원자로가 강둑에 늘어서 있다.

플루토늄-239를 만든 최초의 생산용 원자로는 X-10 흑연 원자로였다.그것은 1943년에 온라인에 접속되어 나중에 오크리지 국립 [36][note 5]연구소가 되는 오크리지에 있는 시설에서 지어졌다.

1944년 1월, 근로자들은 200-서쪽에 위치한 최초의 화학 분리 건물인 T 공장의 기초를 닦았다.T공장과 200-West의 자매시설인 U공장은 모두 10월까지 완공되었다.(U Plant는 맨하탄 프로젝트 기간 동안 훈련용으로만 사용되었습니다.)동부 200번지 B공장의 분리 건물은 1945년 2월에 완공되었다.200-동부로 계획된 두 번째 시설은 취소되었다.건축 인부들에 의해 퀸 메리(Queen Marys)라는 별명이 붙은 이 분리형 건물은 길이 800피트, 폭 65피트, 높이 80피트의 협곡 같은 구조물로 40개의 공정 풀을 포함하고 있었습니다.이 내부는 7피트 높이의 콘크리트 차폐물 뒤에 있는 작업자들이 위쪽 갤러리에서 TV 모니터와 잠망경을 통해 원격 제어 장비를 조작하는 섬뜩한 품질을 가지고 있었다.프로세스 풀의 거대한 콘크리트 뚜껑에도 방사선 피폭에 대한 예방조치가 필요했고 발전소 [75]설계의 모든 측면에 영향을 미쳤다.

1944년 4월 5일 로스앨러모스의 에밀리오 세그레는 [80]오크리지로부터 원자로에서 생산된 플루토늄의 첫 샘플을 받았다.열흘 만에 그는 원자로에서 자란 플루토늄이 사이클로트론에서 생산된 플루토늄보다 더 높은 동위원소 플루토늄-240을 가지고 있다는 것을 발견했다.플루토늄-240은 높은 자발적 핵분열률을 가지고 있어 플루토늄 [81]샘플의 전체 배경 중성자 수준을 높인다.코드명 "씬 맨"으로 명명된 원래의 총형 플루토늄 무기는 그 결과 폐기되어야 했다. 즉, 자발적 중성자의 수가 증가했다는 것은 핵 사전 폭발([82]휘저어짐) 가능성이 높다는 것을 의미한다.

로스 알라모스의 플루토늄 무기 설계 작업은 곧 코드명 "팻 맨"으로 명명된 보다 복잡한 폭발 장치로 바뀌었다.내폭 무기로 플루토늄은 폭발 렌즈로 고밀도로 압축되는데, 이는 단순한 총기 형태 설계보다 기술적으로 더 어려운 작업이지만 플루토늄을 무기 용도로 사용하는 데 필요하다.반면 농축 우라늄은 두 [82]가지 방법으로 사용할 수 있다.

소재 생산을 목적으로 한 최초의 산업용 원자로인 핸포드 B 원자로의 건설은 1945년 3월에 완료되었다.B 원자로는 [note 6]제2차 세계대전 당시 사용된 플루토늄 무기의 핵분열성 물질을 생산했다. B, D, F는 핸포드에 건설된 초기 원자로였고, 이후 [85]6개의 플루토늄 생산 원자로가 추가로 건설되었다.

1945년 1월 말까지, 고도로 정제된 플루토늄은 완성된 화학 격리 건물에서 더 농축되어 남은 불순물을 성공적으로 제거했다.로스 알라모스는 2월 2일 핸포드로부터 첫 플루토늄을 공급받았다.전쟁이 끝날 때까지 폭탄에 사용할 충분한 플루토늄을 생산할 수 있을지는 아직 확실하지 않지만, 핸포드는 1945년 초에 가동되었다.대령으로부터 겨우 2년이 지났다.프랭클린 마티아스는 처음에 콜롬비아 [75]강둑에 임시 본부를 세웠다.

러시아의 핸포드와 마야크에 있는 플루토늄 생산 공장인 케이트 브라운에 따르면, 40년 동안 "두 곳 모두 체르노빌 참사에서 배출된 양의 두 배인 2억 퀴리 이상의 방사성 동위원소를 주변 환경에 방출했다."[86]수년간 이 방사능 오염의 대부분은 정상 운전의 일부였지만, 예기치 못한 사고가 발생했고, 오염이 [86]수그러들지 않고 계속되었기 때문에 공장 경영진은 이 사실을 비밀로 유지했다.

2004년에는 핸포드 핵시설 매몰구 굴착 과정에서 금고가 발견됐다.금고 안에는 흰색이 도는 슬러리가 담긴 대형 유리병을 포함한 다양한 물품들이 들어 있었는데, 그 후 이 병은 현존하는 것으로 알려진 가장 오래된 무기급 플루토늄 샘플로 확인되었다.Pacific Northwest National Laboratory에 의한 동위원소 분석에 따르면 병 속의 플루토늄은 1944년 [87][88][89]오크 리지의 X-10 흑연 원자로에서 제조된 것으로 나타났다.

트리니티 앤드 팻 맨 원자폭탄

Two diagrams of weapon assembly. Top: "gun-type assembly method" — an elliptical shell encloses conventional chemical explosives on the left, whose detonation pushes sub-critical pieces of uranium-235 together on the right. Bottom: "implosion assembly method" — a spherical shell encloses eight high-explosive charges which upon detonation compress a plutonium charge in the core.
원자로에서 생산된 플루토늄에 플루토늄-240이 존재하기 때문에, "팻맨"과 "트리니티" 무기에 대한 내폭 설계가 개발되었다.

1945년 7월 16일 뉴멕시코주 알라모고르도 인근에서 코드네임 "트리니티"로 명명된 최초의 원자폭탄 실험은 플루토늄을 핵분열성 [48]물질로 사용했다.트리니티 장치의 코드명인 "가젯"의 내폭설계는 플루토늄 구를 초임계 질량으로 압축하기 위해 기존의 폭발렌즈를 사용했으며, 동시에 폴로늄과 베릴륨(중성자 선원: (α, n) 반응)[36]으로 만들어진 개시제인 "어킨"의 중성자를 쏟아냈다.이 두 가지가 합쳐져 연쇄반응과 폭발이 일어났다.전체 무기의 무게는 4톤이 넘었지만 [90]핵에 사용된 플루토늄은 6.2kg에 불과했다.트리니티 무기에 사용된 플루토늄의 약 20%가 핵분열을 겪었고, 그 결과 [91][note 7]TNT 약 2만 톤의 에너지와 맞먹는 폭발이 일어났다.

1945년 8월 9일 일본 나가사키에 투하된 '팻맨' 원자폭탄에도 같은 디자인이 적용돼 [93]3만5000~4만 명이 사망하고 나가사키 전쟁 생산량의 68~80%가 파괴됐다.최초의 원자폭탄이 발표된 후에야 맨하탄 프로젝트의 Smyth [94]Report에 의해 대중에게 알려진 플루토늄의 존재와 이름이었다.

냉전의 사용 및 폐기물

다음 항목도 참조하십시오.원자로급 플루토늄

냉전 기간 동안 소련과 미국이 대량으로 비축한 무기급 플루토늄을 대량으로 비축했다.사우스캐롤라이나주 핸포드와 사바나 리버 사이트의 미국 원자로는 103톤을 [95]생산했으며, 소련에서는 [96][note 8]170톤 가량의 군사용 플루토늄이 생산되었다.매년 약 20톤의 원소가 원자력 [12]산업의 부산물로 여전히 생산된다.최대 1000톤의 플루토늄이 200톤 이상의 플루토늄을 내부에 저장하거나 [36]핵무기로부터 추출할 수 있다.SIPRI는 2007년 세계 플루토늄 비축량을 약 500톤으로 추산했으며, 이는 무기와 민간 [98]재고로 균등하게 나누었다.

Rocky Flats Plants의 방사능 오염은 주로 1957년과 1969년에 발생한 두 가지 주요 플루토늄 화재에서 비롯되었다.1952년부터 1992년까지 발전소의 가동 수명 동안 훨씬 낮은 농도의 방사성 동위원소가 방출되었다.발전소에서 불어오는 우세한 바람은 남쪽과 동쪽으로 덴버 북서쪽의 인구 밀집 지역으로 공기의 오염을 운반했다.화재로 인한 플루토늄과 다른 원천에 의한 덴버 지역의 오염은 1970년대까지 공개적으로 보고되지 않았다.Edward Martell이 공동 집필한 1972년 연구에 따르면 "덴버의 인구밀도가 더 높은 지역에서는 지표면 토양의 Pu 오염 수준이 몇 배 떨어져 있다"며 "로키플랫스 발전소 바로 동쪽의 플루토늄 오염은 핵실험의 수백 배에 이른다"[99]고 한다.암비오의 칼 존슨이 지적한 바와 같이, "덴버 지역에서 많은 인구가 발전소에서 플루토늄 및 기타 방사성 핵종에 피폭된 것은 [100]1953년으로 거슬러 올라간다."록키 플랫스 공장의 무기 생산은 1989년 연방수사국(FBI)과 EPA의 합동 공습과 수년간의 항의로 중단됐다.그 후 공장은 폐쇄되었고 건물들은 파괴되었고 [101]현장에서 완전히 제거되었다.

미국에서는 해체된 핵무기에서 추출된 일부 플루토늄을 녹여 2t [36]무게의 플루토늄 산화물 유리 통나무를 만든다.이 유리는 붕규산염과 카드뮴,[note 9] 가돌리늄을 혼합한 것이다.이러한 통나무는 스테인리스강으로 포장되어 콘크리트로 [36]다시 채워질 보어 구멍에 지하 4km(2mi)까지 저장될 예정입니다.미국은 [102]네바다주 라스베이거스에서 북동쪽으로 약 160km 떨어진 유카산 핵폐기물 저장고에 플루토늄을 이런 방식으로 저장할 계획이었다.

2009년 3월 5일, 스티븐 추 에너지 장관은 상원 청문회에서 "유카산 부지는 더 이상 원자로 폐기물을 저장하는 옵션으로 간주되지 않았다"[103]고 말했다.1999년부터 군용 핵폐기물이 뉴멕시코의 폐기물 격리 시범공장에 매장되고 있다.

2010년 1월 29일자 대통령 비망록에서, 오바마 대통령은 미국의 핵 [104]미래에 관한 블루 리본 위원회를 설립했다.위원회는 최종 보고서에서 다음을 [105]포함한 포괄적인 전략 개발을 위한 권고안을 제시했다.

"제안 #1: 미국은 사용후 연료와 고준위 핵폐기물의 안전한 처리를 위해 하나 이상의 영구적인 심층 지질 시설을 시기적절하게 개발할 수 있는 통합 핵폐기물 관리 프로그램을 수행해야 한다."[105]

의학 실험

다음 항목도 참조하십시오.인간 방사선 실험과 앨버트 스티븐스

제2차 세계대전 중과 후에 맨해튼 프로젝트와 다른 핵무기 연구 프로젝트에서 일하는 과학자들은 실험 동물과 실험 [106]대상자에 대한 플루토늄의 영향에 대한 연구를 수행했다.동물 연구는 조직의 kg당 몇 밀리그램의 플루토늄이 [107]치사량이라는 것을 발견했다.

인간 피험자의 경우, 여기에는 5마이크로그램의 플루토늄을 포함한 용액을 말기 질환 또는 연령 또는 만성 질환 상태로 [106]인해 10년 미만인 것으로 생각되는 병원 환자에게 주입하는 작업이 포함되었다.이것은 플루토늄이 뼈에 분포하는 방식이 [107]라듐보다 더 위험하다는 동물 연구 결과가 나온 후 1945년 7월에 1마이크로그램으로 줄였다.아일린 웰섬은 대부분의 실험 대상자들은 가난하고, 힘이 없고,[108] 병들었다고 말한다.

1945년부터 1947년까지 18명의 실험 대상자들에게 사전 동의 없이 플루토늄을 주입했다.이 실험은 [106]플루토늄으로 작업하기 위한 안전 기준을 개발하기 위해 플루토늄의 체내 흡수를 결정하기 위한 진단 도구를 만드는 데 사용되었다.에브 케이드는 1945년 4월 10일 테네시주 [109][110]오크리지에서 4.7마이크로그램의 플루토늄을 주입하는 의학 실험에 마음이 내키지 않았다.이 실험은 Harold [111]Hodge의 감독하에 이루어졌다.미국 원자력 위원회와 맨해튼 프로젝트에 의해 지시된 다른 실험들은 1970년대까지 계속되었다.'플루토늄 파일'은 비밀 프로그램 대상자들의 일생을 기록하는데, 관련자들의 이름을 일일이 밝히고 과학자들과 의사들이 비밀리에 수행한 윤리와 의학적 연구를 논의한다.그 사건은 이제 의학 윤리와 히포크라테스 [112]선서의 심각한 위반으로 간주되고 있다.

정부는 1993년 빌 클린턴 대통령이 정책 변경을 지시하고 관련 기록을 공개하기 전까지 방사능 사고 대부분을 은폐했다.그 결과, 대통령 직속 방사선 실험 자문 위원회가 조사를 실시해, 플루토늄에 관한 연구 자료의 대부분을 밝혀냈다.위원회는 "잘못이 저질러졌다"는 논란이 많은 1995년 보고서를 발표했지만,[108] 그것을 저지른 사람들을 비난하지는 않았다.

적용들

폭발물

Photo of an atomic explosion mushroom cloud with a gray stem and white cap
1945년 일본 나가사키에 투하된 원자폭탄은 플루토늄 핵을 가지고 있었다.

동위원소 플루토늄-239는 핵분열이 용이하고 가용성이 뛰어나 핵무기의 핵심 핵분열 성분이다.폭탄의 플루토늄 피트를 탬퍼(고밀도 물질의 선택적 층)로 둘러싸면 탈출하는 중성자를 플루토늄 코어로 반사시켜 임계 질량에 도달하는 데 필요한 플루토늄 양을 줄일 수 있다.이것은 임계치에 도달하는 데 필요한 플루토늄의 양을 16kg에서 직경 약 10cm(4인치)[113]의 구인 10kg으로 줄인다.이 임계 질량은 우라늄-235의 [6]3분의 1 수준이다.

팻맨 플루토늄 폭탄은 정상보다 훨씬 높은 밀도를 얻기 위해 플루토늄을 폭발적으로 압축했으며, 반응을 시작하고 효율성을 높이기 위해 중앙 중성자 선원과 결합했다.따라서 TNT [91][114]20kt에 해당하는 폭발적 생산량에 필요한 플루토늄은 6.2kg에 불과했다.가정하건대, 아주 정교한 조립 [114]설계를 사용하여 하나의 원자 폭탄을 만드는 데 사용될 수 있는 플루토늄은 4kg에 불과할 수도 있고 그보다 적을 수도 있다.

혼합 산화물 연료

주요 기사:핵재처리

일반 경수로의 사용후 핵연료에는 플루토늄이 함유되어 있지만 플루토늄-242, 240, 239, 238이 혼합되어 있다.이 혼합물은 효율적인 핵무기에 충분히 농축되지 않았지만 MOX [115]연료로 한 번 사용할 수 있다.우발적인 중성자 포획은 플루토늄-242와 240의 양이 원자로에서 저속 "열" 중성자로 조사될 때마다 증가하므로, 두 번째 사이클 이후 플루토늄은 고속 중성자로에서만 소비될 수 있다.고속 중성자 원자로를 사용할 수 없는 경우(통상적인 경우) 초과 플루토늄은 폐기되며 핵폐기물의 가장 긴 수명 성분 중 하나를 형성한다.이 플루토늄과 다른 초우라늄 연료를 소비하고 폐기물의 방사능 독성을 줄이려는 욕구가 원자력 엔지니어가 고속 중성자 [116]원자로를 만드는 일반적인 이유이다.

가장 일반적인 화학적 과정인 PUREX(플루토늄-)사용후 핵연료를 재처리하여 플루토늄과 우라늄을 추출한다.이 연료는 원자로에서 재사용할 혼합산화물(MOX) 연료를 형성하는데 사용될 수 있다.무기급 플루토늄을 혼합 연료에 첨가할 수 있다.MOX 연료는 경수로에 사용되며 연료 톤당 60kg의 플루토늄으로 구성됩니다. 4년 후 플루토늄의 3/4이 연소됩니다(다른 [36]원소로 변환됩니다).증식로는 [117]소비량보다 더 많은 핵분열성 물질을 생성하도록 특별히 설계되었다.

MOX 연료는 1980년대부터 사용되었으며 유럽에서 [115]널리 사용되고 있습니다.2000년 9월 미국과 러시아 연방은 각각 34톤의 무기급 [118]플루토늄을 폐기하기로 합의한 플루토늄 관리 및 폐기협정에 서명했다.미 에너지부는 2019년 말까지 34t의 무기급 플루토늄을 상업용 [118]원자로에 사용할 MOX 연료로 전환해 미국에 폐기할 계획이다.

MOX 연료는 총 연소율을 향상시킵니다.연료봉은 3년 사용 후 재처리되어 폐기물을 제거하는데 이때까지 전체 로드 [36]중량의 3%를 차지합니다.이 3년 동안 생산된 우라늄이나 플루토늄 동위원소는 모두 남아서 로드는 다시 [note 10]생산에 들어간다.무기급 플루토늄 합금에 질량당 갈륨이 1%까지 존재하면 [119]경수로의 장기 가동을 방해할 가능성이 있다.

사용후 원자로 연료에서 회수된 플루토늄은 비분열성 플루토늄-240 및 플루토늄-242에 의한 과도한 오염으로 인해 증식 위험이 거의 없다.동위원소의 분리는 불가능하다.매우 낮은 연소율로 작동하는 전용 원자로(따라서 새로 형성된 플루토늄-239를 더 무거운 플루토늄 동위원소로 변환시키는 추가 중성자에 대한 최소한의 노출)는 효율적인 핵무기에 적합한 물질을 생산하기 위해 일반적으로 필요하다."무기급" 플루토늄은 (전체 플루토늄의) 최소 92%의 플루토늄-239를 포함하는 것으로 정의된 반면, 미국은 약 85%의 [120]플루토늄-239를 포함하는 것으로 알려진 플루토늄을 사용하여 20Kt 미만의 장치를 폭발시키는 데 성공했다.정기적인 LWR 연소 사이클에 의해 생성되는 "리액터급" 플루토늄은 일반적으로 60% 미만의 Pu-239와 최대 30%의 기생 Pu-240/Pu-242 및 10–15%[120]의 핵분열성 Pu-241을 함유하고 있다.재처리된 민간 핵폐기물에서 얻은 플루토늄을 사용하는 장치가 폭발할 수 있을지는 알려지지 않았지만, 그러한 장치는 가정적으로 흐릿해지고 큰 도시 지역에 방사성 물질을 확산시킬 수 있다.IAEA는 모든 동위원소 벡터의 플루토늄을 보수적으로 "직접 사용" 물질, 즉 "변환이나 추가 농축 없이 핵폭발 성분 제조에 사용할 수 있는 핵물질"[120]로 분류한다.

전원 및 열원

Glowing cylinder of plutonium oxide standing in a circular pit
PuO의2 빛나는 실린더
Glowing graphite cube containing plutonium-238 oxide
큐리오시티 로버의 PuO2 방사성 동위원소 열전 발생기

플루토늄-238의 반감기는 87.74년이다.[121]낮은 수준의 감마선/광자와 자발적 중성자선/입자로 [122]많은 양의 열에너지를 방출한다.알파 이미터로서 고에너지 방사선과 저투과성을 조합하여 최소한의 차폐를 필요로 합니다.종이는 플루토늄-238에 의해 방출되는 알파 입자에 대해 차폐하기 위해 사용될 수 있다.동위원소 1kg은 약 570와트의 [6][122]열을 발생시킬 수 있다.

이러한 특성은 인간의 수명에 가까운 시간 동안 직접 유지 보수 없이 작동해야 하는 장치의 전력 발전에 매우 적합합니다.따라서 카시니,[123] 보이저, 갈릴레오 및 뉴호라이즌스[124] 우주 탐사선, 큐리오시티와 인티어런스(화성 2020) 화성 탐사선 등 방사성 동위원소 열전 발전기와 방사성 동위원소 히터 유닛에 사용된다.

쌍둥이 보이저 우주선은 1977년에 발사되었으며, 각각 500와트의 플루토늄 동력원을 포함하고 있다.30년이 넘는 시간이 지난 지금도 각 소스는 각각 300와트의 전력을 생산하고 있으며, 이는 [126]각 우주선의 작동을 제한적으로 허용한다.1969년 [36]아폴로 12호를 시작으로 5개의 아폴로 달 표면 실험 패키지에 동력을 실어주는 같은 기술의 이전 버전.

플루토늄-238은 인공 심장 박동기를 작동시켜 반복 [127][128]수술의 위험을 줄이는 데도 성공적으로 사용되어 왔다.그것은 리튬 기반의 1차 전지로 대체되었지만,[129] 2003년 현재 미국에서는 50에서 100개의 플루토늄으로 구동되는 심장 박동기가 여전히 살아 있는 환자에게 이식되어 작동하고 있다.2007년 말까지 플루토늄으로 구동되는 심장 박동기의 수는 9개로 [130]줄어들 것으로 보고되었다.플루토늄-238은 스쿠버 [131]다이빙에 보충 열을 공급하는 방법으로 연구되었다.연구 [36]목적의 중성자 생성에는 베릴륨이 혼합된 플루토늄-238이 사용된다.

주의사항

참고 항목: 환경 내 플루토늄

독성

플루토늄의 유해성에는 방사능과 중금속 독극물 효과라는 두 가지 측면이 있다.플루토늄의 동위원소와 화합물은 방사성 물질로 골수에 축적된다.플루토늄 산화물에 의한 오염은 핵 재해와 핵무기가 [132]연소된 군사 핵 사고를 포함한 방사능 사고로 인해 발생했다.히로시마와 나가사키 원폭 투하 후 확산된 방사능 중독 질병과 사망에 대한 연구로 방사능 중독의 위험성, 증상 및 예후에 대한 상당한 정보가 제공되었으며, 일본인 생존자의 경우 대부분 관련이 없었다.플루토늄 [133]노출을 지시합니다.

플루토늄이 붕괴되는 동안 알파, 베타, 감마 등 세 가지 유형의 이온화 방사선이 방출된다.급성 또는 장기 노출은 방사선 질환, 유전적 손상, 암 및 사망을 포함한 심각한 건강 결과의 위험을 수반합니다.노출의 [36]양에 따라 위험이 증가합니다.알파 방사선은 단지 짧은 거리만 이동할 수 있고 인간의 피부 바깥의 죽은 층을 통과할 수 없습니다.베타 방사선은 사람의 피부를 관통할 수 있지만, 몸 전체를 관통할 수는 없다.감마선은 [134]몸 전체를 통과할 수 있다.알파 방사선이 피부에 침투할 수 없지만, 섭취하거나 흡입한 플루토늄은 내부 [36]장기에 방사선을 조사한다.흡입된 플루토늄에 의해 생성된 알파 입자가 유럽 원자력 [135]종사자 집단에서 폐암을 일으키는 것으로 밝혀졌다.플루토늄이 축적되는 골격과 플루토늄이 모여 농축되는 간이 위험에 [35]처했다.플루토늄은 섭취 시 체내에 효율적으로 흡수되지 않으며,[36] 섭취 후 0.04%의 플루토늄 산화물만 흡수된다.몸에 흡수된 플루토늄은 매우 천천히 배출되며 생물학적 반감기는 200년이다.[136]플루토늄은 세포막과 장 경계를 천천히 통과하기 때문에 섭취에 의한 흡수와 뼈 구조로의 통합은 매우 [137][138]느리게 진행됩니다.도널드 매스틱은 실수로 소량의 염화 플루토늄(III)을 삼켰는데, 염화 플루토늄은 이후 30년 동안 검출될 수 있었지만 부작용은 [139]없는 것으로 보였다.

플루토늄은 섭취할 때보다 흡입할 때 더 위험하다.흡입 플루토늄의 총 방사선량이 400 mSv를 [140]초과하면 폐암의 위험이 증가한다.미국 에너지부는 각각 폭이 약 3µm인 5,000개의 플루토늄 입자를 흡입할 경우 평생 발암 위험이 미국 백그라운드 [141]평균의 1%에 달할 것으로 추정하고 있다.다량의 섭취나 흡입은 급성 방사선 중독과 사망의 원인이 될 수 있다.그러나 플루토늄을 흡입하거나 섭취하여 사망한 사람은 없는 것으로 알려져 있으며,[120] 많은 사람들이 체내에 측정 가능한 양의 플루토늄을 가지고 있다.

플루토늄 먼지 입자가 폐조직의 국부적인 지점을 조사한다는 "뜨거운 입자" 이론은 주류 연구에서 뒷받침되지 않는다. 그러한 입자는 당초 생각했던 것보다 더 이동성이 높고 입자 형태로 [137]인해 독성이 측정 가능하게 증가하지는 않는다.플루토늄을 흡입하면 혈류로 들어갈 수 있다.일단 혈류에 들어가면, 플루토늄은 몸 전체와 뼈, 간, 또는 다른 신체 기관으로 이동한다.신체 장기에 도달하는 플루토늄은 일반적으로 수십 년 동안 체내에 머무르며 주변 조직을 방사선에 노출시키고 따라서 [142]암을 유발할 수 있다.

랄프 네이더가 흔히 인용한 말에 따르면 대기 중으로 퍼진 플루토늄 먼지 1파운드는 80억 명의 [143]목숨을 앗아갈 수 있을 것이라고 한다.이는 일반적으로 인정되는 방사선 독성의 무임계 선형 모델의 반대자인 버나드 코헨에 의해 논쟁되었다.코헨은 플루토늄 1파운드가 흡입으로 200만 명 이상의 사망자를 내지 못할 것으로 추정해 플루토늄의 독성은 신경가스와 거의 [144]맞먹는다.

플루토늄 먼지에 피폭된 사람들(예: 네바다 시험장의 바람 아래 사는 사람들, 나가사키 생존자, 원자력 시설 근로자, 1945-46년 Pu 대사를 연구하기 위해 Pu를 주입한 "말기 질환자" 환자)의 여러 모집단을 주의 깊게 추적하고 분석하였다.코헨 박사는 플루토늄 주입 [137]후 노년까지 생존한 앨버트 스티븐스 등의 사례를 들어 이 연구들이 플루토늄 독성의 높은 추정치와 일치하지 않는다고 밝혔다.1940년대 로스앨러모스 국립연구소에서 상당한 양의 플루토늄 먼지를 흡입한 근로자는 약 25명이었다.열입자 이론에 따르면 이들은 각각 폐암으로 사망할 확률이 99.5%에 달하지만 이들 [144][145]중 폐암은 단 한 명도 없었다.

해양 독성

사람에게서 플루토늄의 독성을 조사하는 것은 해양 시스템의 동물에 미치는 영향을 보는 것만큼 중요하다.플루토늄은 폐기물을 버리거나 원자력발전소에서 실수로 유출돼 해양환경에 유입되는 것으로 알려져 있다.해양 환경에서 가장 높은 농도의 플루토늄이 퇴적물에서 발견되지만, 플루토늄의 복잡한 생물 지구 화학적 순환은 플루토늄이 다른 모든 [146]구획에서도 발견된다는 것을 의미한다.예를 들어, 영양 주기에 도움을 주는 다양한 동물성 플랑크톤 종은 매일 그 원소를 소비할 것이다.동물성 플랑크톤에 의해 섭취된 플루토늄이 완전히 배출되기 때문에 그들의 배변은 지표수에서 [147]플루토늄을 청소하는 데 매우 중요한 메커니즘이 된다.그러나 대형 유기체의 포식 때문에 쓰러진 동물성 플랑크톤은 플루토늄을 어류로 전달하는 매개체가 될 수 있다.

소비 외에도, 물고기는 전 세계에 분포되어 있는 지리적 분포에 의해 플루토늄에 노출될 수도 있다.한 연구는 초우라늄 원소(플루토늄-238, 플루토늄-239, 플루토늄-240)가 체르노빌 제외 구역(CEZ)에 사는 다양한 어류에 미치는 영향을 조사했다.그 결과 CEZ의 여성 농어 비율은 [148]생식선의 성숙에 실패 또는 지연을 보였다.비슷한 연구에서 대구, 광어, [146]청어의 호흡기와 소화기에 플루토늄이 대량 축적된 것을 발견했다.

플루토늄 독성은 핵폐기물 지역에 있는 물고기의 유충에게 해롭다.발달하지 않은 알은 이러한 폐기물 지역에서 원소에 노출되는 발달된 성어보다 더 높은 위험을 가지고 있다.오크리지 국립연구소는 플루토늄 동위원소를 함유한 용액에서 사육된 잉어와 민어 배아가 부화하지 않았다고 밝혔다. 부화한 알은 대조군 [149]배아와 비교했을 때 상당한 이상을 보였다.더 높은 농도의 플루토늄이 이 원소에 노출된 해양 동물군에 문제를 일으키는 것으로 밝혀졌습니다.

중요도 가능성

A stack of square metal plates with a side about 10 inches. In the 3-inch hole in the top plate there is a gray metal ball simulating Pu.
해리 다글리안 1945년 실험 재현으로 중성자 반사 텅스텐 탄화물 블록으로 둘러싸인 플루토늄 구체

특히 플루토늄의 임계 질량이 우라늄-235의 [6]3분의 1밖에 되지 않기 때문에 임계 질량에 근접하는 플루토늄의 양이 축적되지 않도록 주의해야 한다.임계 질량의 플루토늄은 치사량의 중성자와 감마선을 [150]방출한다.용액 속의 플루토늄은 물 [dubious – discuss][12]속의 수소에 의한 조절로 인해 고체 형태보다 임계 질량을 형성할 가능성이 높다.

임계 사고는 과거에 일어난 적이 있으며, 그 중 일부는 치명적인 결과를 초래합니다.1945년 8월 21일 과학자 해리 다글리언이 5.1시버트(510렘)로 추정되는 용량을 받고 25일 후 사망했을 [151][152]때 6.2kg의 플루토늄 구체 주변의 텅스텐 탄화물 벽돌을 부주의하게 다루어 치명적인 방사선량을 얻었다.9개월 후, 또 다른 로스앨러모스 과학자 루이스 슬로틴은 베릴륨 반사체와 [153]다글리안과 같은 플루토늄 코어(일명 데몬 코어)와 관련된 유사한 사고로 사망했다.

1958년 12월 로스앨러모스에서 플루토늄을 정제하는 과정에서 혼합용기에 임계 덩어리가 형성되어 화학자 세실 켈리가 사망했다.다른 원전 사고들은 소련, 일본, 미국, 그리고 많은 다른 [154]나라들에서 일어났다.

가연성

금속성 플루토늄은 특히 물질이 미세하게 분할되어 있는 경우 화재의 위험이 있습니다.습한 환경에서 플루토늄은 표면에 수소화물을 형성하는데, 이는 발화성이며 상온에서 공기 중에 발화할 수 있습니다.플루토늄은 산화하면서 부피가 최대 70%까지 팽창해 용기가 [38]깨질 수 있다.연소 물질의 방사능은 추가적인 위험입니다.산화마그네슘 모래는 플루토늄 화재를 진압하는 데 가장 효과적인 물질일 것이다.연소 물질을 냉각시켜 히트 싱크 역할을 하며 산소를 차단합니다.어떤 형태로든 플루토늄을 저장하거나 취급하려면 특별한 주의가 필요합니다. 일반적으로 건조한 불활성 가스 분위기가 필요합니다.[38][note 11]

교통.

육지와 바다

플루토늄의 통상적인 수송은 밀봉된 포장의 보다 안정적인 플루토늄 산화물을 통해 이루어진다.일반적인 운송은 하나의 보호된 선적 컨테이너를 운반하는 하나의 트럭으로 구성되어 있으며, 총 중량이 80kg에서 200kg의 플루토늄 산화물을 포함한 다수의 패키지를 적재합니다.해상 운송은 여러 개의 컨테이너로 구성될 수 있으며, 각 컨테이너에는 밀봉된 [156]패키지가 들어 있습니다.미국 원자력규제위원회는 함유량이 [157]0.74TBq(20퀴리)의 방사능을 초과할 경우 분말 대신 고체여야 한다고 규정하고 있다.2016년, 태평양 원자력 운송 회사의 태평양[158] 백로와 태평양 왜가리는 331 kg (730파운드)의 플루토늄을 사우스 [159][160]캐롤라이나 주 사바나 리버에 있는 미국 정부 시설로 운송했습니다.

항공사

미국 정부의 항공 운송 규정에서는 항공기를 통한 플루토늄 운송을 허용하고 있으며, 동일한 비행으로 운반되는 다른 위험 물질, 포장 요건 및 항공기의 [161]맨 뒷부분 보관에 대한 제한을 받습니다.

2012년 언론은 2011년 [162]한 차례를 포함하여 2년에 한 번꼴로 노르웨이에서 민간 여객 항공사를 통해 플루토늄이 날아갔다고 밝혔다.규정상 비행기는 15그램의 핵분열성 [162]물질을 운반할 수 있다.Statens strölevern의 [162]선임고문에 따르면 이러한 플루토늄 수송은 문제가 없다.

메모들

각주

  1. ^ PuO+
    2     이온은 용액이 불안정하여 Pu와 PuO로2+
    2 불균형이4+ 발생합니다. 그러면 Pu는4+ 나머지+
    2     PuO를 PuO로2+
    2 산화시켜 Pu로3+ 환원합니다.    따라서 PuO+
    2     수용액은 시간이 지남에 따라 Pu와 PuO의2+
    2 혼합물로3+ 변한다.    UO도+
    2 같은 [29]이유로 불안정합니다.
  2. ^ 누군가가 원소의 이름을 "플루토늄"이라고 제안한 것은 이번이 처음이 아니다.바륨이 발견된 지 10년 후, 캠브리지 대학의 한 교수는 바륨이 무겁지 않기 때문에 "플루토늄"으로 이름을 바꾸자고 제안했다.그는 전기분해라는 비교적 새로운 기술에 의해 만들어졌기 때문에, 그것의 이름은 불을 의미해야 한다고 추론했다.그래서 그는 로마 지하세계의 신 [68]명왕성의 이름을 따서 지으라고 제안했다.
  3. ^ 한 기사에서 언급했듯이, Seaborg가 강연에서 준 정보를 언급하며: "기호에 대한 명백한 선택은 Pl이었을 것이지만, Seaborg는 아이가 뭔가 나쁜 냄새를 맡았을 때 '피유!'라고 외치는 말처럼 Pu에게 제안했습니다.시보그는 이 제안에 대해 많은 비난을 받을 것으로 생각했지만 명명위원회는 아무 [70]말 없이 이 기호를 받아들였다."
  4. ^ 플루토늄의 첫 분리가 이뤄진 조지 허버트 존스 연구소 405호는 1967년 5월 미국 국립역사기념물로 지정됐다.
  5. ^ 맨해튼 프로젝트 기간 동안, 플루토늄은 종종 간단히 "49"로 불렸는데, 숫자 4는 94의 마지막 자리(플루토늄의 원자 번호), 9는 [79]핵폭탄에 사용되는 무기급 핵분열성 동위원소인 플루토늄-239의 마지막 자리였다.
  6. ^ 미국기계공학회(ASME)는 1976년 [83]9월 B 원자로를 국립역사기계공학기념물로 제정했다.2008년 8월, B 원자로는 미국 국립역사기념물로 [84]지정되었다.
  7. ^ 효율 계산은 플루토늄-239(또는 우라늄-235) 1kg의 파열이 약 17kt의 에너지 방출을 초래하고, 20kt의 [92]수율을 생산하기 위해 실제로 공급된 1.2kg의 플루토늄을 어림잡는다는 사실에 기초한다.
  8. ^ 이 플루토늄의 대부분은 텔러-울람 설계를 채택한 일종의 열핵 무기의 핵분열 코어를 만드는 데 사용되었다.소위 '수소 폭탄'이라고 불리는 이 핵무기들은 핵분열 폭탄을 사용하여 중수소 동위원소의 핵융합을 유발한다.핵분열 전용 [97]장치의 수천 톤의 TNT와 비교하여 파괴 수율은 일반적으로 수백만 톤의 TNT 당량이다.
  9. ^ 가돌리늄 지르코늄 산화물(GdZrO
    2
    2
    7    )은 플루토늄을 최대 3000만 [97]년 동안 저장할 수 있기 때문에 연구되어 왔다.
  10. ^ 사용후 핵연료봉 내 플루토늄 분해: 플루토늄-239(~58%), 240(24%), 241(11%), 242(5%), 238(2%)[97]
  11. ^ 1969년 [155]콜로라도주 볼더 인근의 록키플랫플랜트에서 플루토늄에 의한 대규모 화재가 있었다.

인용문

  1. ^ 원자량과 원자량으로 계산됩니다.16개의 원자를 포함하는 단위 전지의 부피는 319.96 입방 †이다.이것은 (1.66053906660×10g−24/dalton×239.0521634 daltons/atom×16 atoms/16 atoms/unit cells)/(319.96 o3/unit cells×10cc−24/O3) 또는 19.85 g/cc의 Pu 밀도를 나타낸다Siegfried S. Hecker (2000). "Plutonium and its alloys: from atoms to microstructure" (PDF). Los Alamos Science. 26: 331..
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