Плуто́ний-239 (англ. plutonium-239) — радиоактивный нуклид химического элемента плутония с атомным номером 94 и массовым числом 239. Иногда считается входящим в радиоактивное семейство 4n+3, называемое рядом актиния (хотя обычно этот ряд считают начинающимся с природного урана-235, который и возникает при распаде практически отсутствующего в природе плутония-239). Был открыт в 1941 году Гленом Сиборгом, Дж. Кеннеди, Артуром Валем (англ.) и Э. Сегре^[3].

В природе встречается в чрезвычайно малых количествах в урановых рудах. Радиогенный плутоний-239 образуется из урана-238 при захвате нейтронов, возникающих при спонтанном делении урана (²³⁵U и ²³⁸U) и в результате реакций (α, n) на лёгких элементах, входящих в состав руд^[4]; еще одним источником нейтронов является космическое излучение^[5].

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 2,3 ГБк.

Образование и распад

Плутоний-239 образуется в результате следующих распадов:

• β⁻-распад нуклида ²³⁹Np (период полураспада составляет 2,356(3)^[2] суток):

• K-захват, осуществляемый нуклидом ²³⁹Am (период полураспада составляет 11,9(1)^[2] ч):

• α-распад нуклида ²⁴³Cm (период полураспада составляет 29,1(1)^[2] лет):

Распад плутония-239 происходит по следующим направлениям:

• α-распад в ²³⁵U (вероятность 100 %^[2], энергия распада 5 244,51(21) кэВ^[1]):

энергия испускаемых α-частиц

5 105,5 кэВ (в 11,94 % случаев);

5 144,3 кэВ (в 17,11 % случаев);

5 156,59 кэВ (в 70,77 % случаев)^[6].

• Спонтанное деление (вероятность 3,1(6)·10⁻¹⁰ %)^[2];

Получение

Плутоний-239 образуется в любом ядерном реакторе, работающем на природном или малообогащённом уране, содержащем в основном изотоп ²³⁸U, при захвате им избыточных нейтронов. При этом происходят следующие ядерные реакции:

.

Для промышленного получения плутония-239 используют пьюрекс-процесс^[5].

Изомеры

Известен единственный изомер ²³⁹Pu^m со следующими характеристиками^[2]:

• Избыток массы: 48 981,5(18) кэВ
• Энергия возбуждения: 391,584(3) кэВ
• Период полураспада: 193(4) нc
• Спин и чётность ядра: 7/2⁻

Распад изомерного состояния осуществляется путём изомерного перехода в основное состояние.^[2].

Применение

Плутоний-239 используют^[5]:

• в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах на тепловых и особенно на быстрых нейтронах;
• при изготовлении ядерного оружия (критическая масса для голого шара из металлического ²³⁹Pu составляет примерно 10,5^{[источник не указан 562 дня]} кг, для шара в отражателе примерно 5,6 кг);
• используется в качестве исходного вещества для получения трансплутониевых элементов.

См. также

• Изотопы плутония
• Оружейный плутоний

Примечания