Plutonio

Plutonio
94 Pu
Sm ↑ Pu ↓ (Uqh) Tabla periódica neptunio ← plutonio → americio
Apariencia
blanco plateado, empañando a gris oscuro en el aire
Propiedades generales
Nombre, símbolo, número	plutonio, Pu, 94
Pronunciación	/ p l U t oʊ n yo ə m / ploo- TOH -nee-əm
Categoría Elemento	actínidos
Grupo, período, bloque	n / a, 7, F
Peso atómico estándar	(244)
Configuración electrónica	[ Rn ] 5f 6 7s 2 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
Historia
Descubrimiento	Glenn T. Seaborg, Arthur Wahl, Joseph W. Kennedy, Edwin McMillan (1940-1)
Propiedades físicas
Fase	sólido
Densidad (cerca rt)	19.816 g · cm -3
Líquido densidad en mp	16,63 g · cm -3
Punto de fusion	912.5 K , 639,4 ° C, 1182,9 ° F
Punto de ebullicion	3505 K, 3228 ° C, 5842 ° F
Calor de fusión	2.82 kJ · mol -1
El calor de vaporización	333.5 kJ · mol -1
Capacidad calorífica molar	35.5 J · mol -1 · K -1
Presión del vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k en T (K) 1756 1953 2198 2511 2926 3499
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 ( óxido anfótero)
Electronegatividad	1,28 (escala de Pauling)
Energías de ionización	Primero: 584.7 kJ · mol -1
Radio atómico	159 pm
Radio covalente	187 ± 13:00
Miscelánea
Estructura cristalina	monoclínico
Ordenamiento magnético	paramagnético
La resistividad eléctrica	(0 ° C) 1,460 μΩ · m
Conductividad térmica	6.74 W · m -1 · K -1
Expansión térmica	(25 ° C) 46,7 m · m -1 · K -1
Velocidad del sonido	2260 m · s -1
El módulo de Young	96 GPa
Módulo de corte	43 GPa
Relación de Poisson	0.21
Número de registro del CAS	7440-07-5
La mayoría de los isótopos estables
Artículo principal: Los isótopos de plutonio
iso N / A media vida DM DE ( MeV) DP 238 Pu rastro 87.74 y SF 204.66 - α 5.5 234 U 239 Pu 100% 2,41 × 10 4 y SF 207.06 - α 5,157 235 U 240 Pu rastro 6,5 × 10 3 y SF 205.66 - α 5,256 236 U 241 Pu syn 14 y β - 0.02078 241 Am SF 210.83 - 242 Pu rastro 3,73 × 10 5 y SF 209.47 - α 4,984 238 U 244 Pu rastro 8.08 × 10 7 y α 4,666 240 U SF -

El plutonio es un transuránicos radiactivo elemento químico con el símbolo Pu y número atómico 94. Es un actínidos de metal de aspecto plateado-gris que empaña cuando se expone al aire, y formando un recubrimiento opaco cuando oxidada. El elemento normalmente exhibe seis alótropos y cuatro estados de oxidación . Reacciona con carbono , halógenos , nitrógeno , y silicio . Cuando se expone al aire húmedo, forma óxidos y hidruros que amplían la muestra hasta el 70% en volumen, lo que a su vez se descascara como un polvo que puede arder espontáneamente. Es radiactivo y puede acumularse en el huesos. Estas propiedades hacen que el manejo de plutonio peligroso.

El plutonio es el más pesado elemento primordial en virtud de su más estable isótopo, plutonio-244, cuya vida media de unos 80 millones de años es tiempo suficiente para que el elemento que se encuentra en cantidades traza en la naturaleza. El plutonio es principalmente un subproducto de reacciones nucleares en los reactores donde algunos de los neutrones liberados por la fisión proceso de convertir uranio-238 núcleos en plutonio.

Ambos plutonio-239 y plutonio-241 son fisible, lo que significa que pueden sostener un reacción nuclear en cadena, lo que lleva a las aplicaciones en las armas nucleares y reactores nucleares. El plutonio-240 exhibe una alta tasa de fisión espontánea, el aumento de la flujo de neutrones de cualquier muestra que lo contiene. La presencia de plutonio-240 limita la usabilidad de una muestra de armas o combustible del reactor, y determina su grado.

El plutonio-238 tiene una vida media de 88 años y emite partículas alfa. Se trata de una fuente de calor en generadores termoeléctricos de radioisótopos, que se utilizan para alimentar algunos nave espacial. Isótopos de plutonio son caros y poco conveniente para separar, por lo isótopos particulares suelen fabricarse en reactores especializados.

Un equipo dirigido por Glenn T. Seaborg y Edwin McMillan en el Universidad de California, Berkeley laboratorio primera sintetiza plutonio en 1940 bombardeando de uranio-238 con deuterones. Trazas de plutonio Posteriormente se descubrieron en la naturaleza. La producción de plutonio en cantidades útiles para la primera vez fue una parte importante de la Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial , que desarrolló las primeras bombas atómicas. La primera prueba nuclear, " Trinidad "(julio de 1945), y la segunda bomba atómica usada para destruir una ciudad ( Nagasaki, Japón, en agosto de 1945), " Fat Man ", ambos tenían núcleos de plutonio-239. Experimentos de radiación Humanos estudian plutonio se llevaron a cabo sin consentimiento informado, y varios accidentes de criticidad, algunos mortales, se produjeron durante y después de la guerra. Eliminación de residuos de plutonio de centrales nucleares y armas nucleares desmanteladas construidos durante la Guerra Fría es un proliferación nuclear y la preocupación medioambiental. Otras fuentes de plutonio en el medio ambiente son consecuencias de numerosas pruebas nucleares que ofrece el exterior (ahora prohibido).

Características

Propiedades físicas

El plutonio, como la mayoría de los metales, tiene un aspecto plateado brillante al principio, al igual que el níquel , pero oxida muy rápidamente a un gris opaco, aunque amarillo y verde oliva también se informó. En sala de plutonio temperatura está en su forma α (alfa). Esto, la forma estructural más común del elemento ( alótropo ), es casi tan duro y quebradizo como fundición gris a menos que sea aleado con otros metales para que sea blanda y dúctil. A diferencia de la mayoría de los metales, no es un buen conductor de calor o electricidad. Tiene un bajo punto de fusión (640 ° C) y un inusualmente alto punto de ebullición (3228 ° C).

Desintegración alfa, la liberación de una alta energía de helio núcleo, es la forma más común de la desintegración radiactiva del plutonio. Una masa de 5 kg de Pu ²³⁹ contiene alrededor de 12,5 x 10 ²⁴ átomos. Con una vida media de 24.100 años, aproximadamente 11,5 × 10 ¹² de sus átomos de decaer cada segundo mediante la emisión de un 5,157 Partícula alfa MeV. Esto equivale a 9,68 vatios de potencia. El calor producido por la desaceleración de estas partículas alfa hace que sea caliente al tacto.

La resistividad es una medida de la fuerza con un material opone al flujo de corriente eléctrica. La resistividad de plutonio a temperatura ambiente es muy alta para un metal, y se pone aún más alto con temperaturas más bajas, lo cual es inusual para los metales. Esta tendencia se mantiene a 100 K , por debajo del cual la resistividad disminuye rápidamente para las muestras frescas. Resistividad a continuación, comienza a aumentar con el tiempo a alrededor de 20 K debido a daño por radiación, con la tasa de dictado por la composición isotópica de la muestra.

Debido a la auto-irradiación, una muestra de fatigas de plutonio lo largo de su estructura cristalina, es decir, la disposición ordenada de sus átomos se altera por la radiación con el tiempo. Auto-irradiación también puede conducir a recocido que contrarresta algunos efectos de la fatiga a medida que aumenta la temperatura por encima de 100 K.

A diferencia de la mayoría de materiales, el plutonio aumentos en la densidad cuando se derrite, por 2,5%, pero el metal líquido exhibe una disminución lineal en la densidad con la temperatura. Cerca del punto de fusión, el plutonio líquido tiene también muy alto la viscosidad y la tensión superficial en comparación con otros metales.

Alótropos

El plutonio tiene seis alótropos a presión ambiente: alfa (α), beta (β), gamma (γ), delta (δ), primos delta (δ '), y épsilon (ε)

El plutonio tiene normalmente seis alótropos y forma séptima (zeta, ζ) a alta temperatura dentro de un rango de presión limitada. Estos alótropos, que son diferentes modificaciones o formas de un elemento estructural, tienen muy similar energías internas pero significativamente diferentes densidades y estructuras cristalinas. Esto hace que el plutonio muy sensible a cambios en la temperatura, la presión, o la química, y permite cambios de volumen dramáticos siguientes transiciones de fase de una forma alotrópica a otro. Las densidades de los diferentes alótropos varían de 16,00 g / cm ³ a 19,86 g / cm ^3.

La presencia de estos muchos alótropos hace el mecanizado de plutonio muy difícil, ya que cambia de estado muy fácilmente. Por ejemplo, existe la forma α a temperatura ambiente en plutonio no aleado. Tiene características similares a mecanizado hierro fundido, pero los cambios en el plástico y la forma β maleable (beta) a temperaturas ligeramente más altas. Las razones para el diagrama de fase complicada no se entienden por completo. La forma α tiene una baja simetría estructura monoclínica, de ahí su fragilidad, tracción, compresión, y la mala conductividad térmica.

Plutonio en forma δ existe normalmente en el rango de 310 ° C a 452 ° C, pero es estable a temperatura ambiente cuando aleado con un pequeño porcentaje de galio , aluminio , o de cerio , mejorando la trabajabilidad y permitiendo que sea soldada . La forma de delta tiene carácter metálico más típico, y es más o menos tan fuerte y maleable como el aluminio. En las armas de fisión, el explosivo ondas de choque que se utilizan para comprimir un núcleo de plutonio también causar una transición de la fase de plutonio delta habitual a la forma alfa más densa, lo que ayuda significativamente a lograr supercriticidad. La fase ε, la más alta alótropo sólido temperatura, exhibe anormalmente alta atómica auto-difusión en comparación con otros elementos.

Fisión nuclear

Un anillo de de grado de armas 99,96% de plutonio electrorefined pura, suficiente para una núcleo bomba. El anillo pesa 5,3 kg, es ca. 11 cm de diámetro y su forma ayuda con seguridad-criticidad.

El plutonio es un radiactiva actínidos de metal cuyo isótopo , plutonio-239, es uno de los tres primaria isótopos fisionables ( de uranio-233 y de uranio-235 son los otros dos); plutonio-241 es también altamente fisionable. Para ser considerado fisible, de un isótopo núcleo atómico debe ser capaz de separar o de fisión al ser golpeado por un frenar neutrones moviéndose y liberar suficientes neutrones adicionales para mantener el reacción nuclear en cadena por la división de más núcleos.

Pure plutonio-239 puede tener una factor de multiplicación (k _eff) mayor que uno, lo que significa que si el metal está presente en cantidad suficiente y con una geometría apropiada (por ejemplo, una esfera de tamaño suficiente), se puede formar una masa crítica. Durante la fisión, una fracción de la la energía, que tiene un núcleo de unión juntos, se libera como una gran cantidad de energía electromagnética y cinética (la mayor parte de este último transformarse rápidamente a la energía térmica). La fisión de un kilogramo de plutonio-239 puede producir una explosión equivalente a 21.000 toneladas de TNT. Es esta energía la que hace que el plutonio-239 útil en armas nucleares y reactores.

La presencia del isótopo plutonio-240 en una muestra limita su potencial bomba nuclear, como el plutonio-240 tiene una relativamente alta tasa de fisión espontánea (~ 440 fisiones por segundo por gramo-más de 1000 neutrones por segundo por gramo), elevando los niveles de fondo de neutrones y aumentando así el riesgo de predetonation. El plutonio se identifica como sea armas-grado, grado de combustible, o para uso en reactores de potencia basado en el porcentaje de plutonio-240 que contiene. Plutonio enriquecido contiene menos del 7% de plutonio-240. Plutonio de combustible contiene de 7% a menos del 19%, y en reactores de potencia contiene 19% o más de plutonio-240. Plutonio Supergrade, con menos de 4% de plutonio-240, se utiliza en Armas de la marina americana almacenan en la proximidad de los buques y tripulaciones de los submarinos, debido a su radiactividad baja. El isótopo plutonio-238 no es fisible pero puede experimentar la fisión nuclear fácilmente con neutrones rápidos, así como desintegración alfa.

Isótopos y síntesis

El uranio-plutonio y de uranio-torio cadenas

Veinte isótopos radiactivos de plutonio se han caracterizado. El de más larga vida son plutonio-244, con una vida media de 80,8 millones años, el plutonio-242, con una vida media de 373.300 años, y el plutonio-239, con una vida media de 24.110 años. Todos los isótopos radiactivos restante tienen vidas medias que son menos de 7.000 años. Este elemento también tiene ocho estados metaestables, aunque ninguno es estable y todos tienen una vida media de menos de un segundo.

Los isótopos de plutonio en rango número de masa de 228 a 247. La primaria modos de desintegración de isótopos con números de masa menor que el isótopo más estable, el plutonio-244, son fisión espontánea y emisión α, principalmente la formación de uranio (92 protones ) y el neptunio (93 protones) los isótopos como productos de desintegración (despreciando la amplia gama de núcleos hijos creados por los procesos de fisión). El modo de desintegración principal para isótopos con números de masa mayores que el plutonio-244 es emisión β, la mayoría de la formación de americio (95 protones) los isótopos como productos de desintegración. El plutonio-241 es el isótopo padre de la serie de desintegración neptunio, decayendo al americio-241 a través de β o emisión de electrones.

El plutonio-238 y 239 son los isótopos más ampliamente sintetizados. El plutonio-239 se sintetizó a través de la siguiente reacción usando uranio (U) y neutrones (n) a través de la desintegración beta (β ^-) con el neptunio (Np) como un producto intermedio:

Los neutrones de la fisión del uranio-235 son capturado por uranio-238 núcleos para formar uranio-239; un desintegración beta convierte un neutrón en un protón para formar Np-239 (vida media de 2,36 días) y otro desintegración beta forma de plutonio-239. Los trabajadores en la Proyecto Aleaciones Tube había predicho esta reacción teóricamente en 1940.

El plutonio-238 se sintetizó mediante el bombardeo de uranio-238 con deuterones (D, los núcleos de pesada de hidrógeno ) en la siguiente reacción:

En este proceso, un deuteron golpear uranio-238 produce dos neutrones y neptunio-238, que se desintegra espontáneamente mediante la emisión de partículas beta negativas para formar plutonio-238.

Decay propiedades de calor y de fisión

Los isótopos del plutonio sufren decaimiento radiactivo, que produce el calor de desintegración. Los diferentes isótopos producen diferentes cantidades de calor por unidad de masa. El calor de desintegración aparece normalmente como vatios / kilogramo, o milivatios / gramo. En caso de piezas más grandes de plutonio (por ejemplo, un pozo de arma) y la eliminación de calor inadecuada el autocalentamiento resultante puede ser significativo. Todos los isótopos producen gamma débil en decadencia.

Americio-241, el producto de desintegración del plutonio-241, tiene un medio de vida de 430 años, 1.2 fisiones espontáneas por gramo por segundo, y el calor de desintegración de 114 vatios por kilogramo. Como su descomposición produce rayos gamma de alta penetración, su presencia en plutonio, determinado por la concentración original de plutonio-241 y la edad de la muestra, aumenta la exposición a la radiación de las estructuras circundantes y personal.

Los compuestos y la química

Varios estados de oxidación de plutonio en solución

A temperatura ambiente, el plutonio puro es de color plateado, pero gana un empañar cuando se oxida. El elemento de muestra cuatro iónicos comunes estados de oxidación en solución acuosa y una rara uno:

• Pu (III), como Pu ³⁺ (azul lavanda)
• Pu (IV), como Pu ⁴⁺ (marrón amarillo)
• Pu (V), como PuO +
  2 (rosa claro)
• Pu (VI), como PuO 2+
  2 (naranja rosa)
• Pu (VII), como PuO 3-
  5 (verde), el ion heptavalente es rara

El color mostrado por las soluciones de plutonio depende tanto el estado de oxidación y de la naturaleza del ácido aniónico . Es el anión del ácido que influye en el grado de átomos de complejos-how se conectan a un átomo central de la especie de plutonio.

Plutonio metálico se produce por reacción de tetrafluoruro de plutonio con bario , calcio o litio a 1200 ° C. Es atacado por ácidos , oxígeno , y de vapor pero no por álcalis y se disuelve fácilmente en concentrado clorhídrico , yodhídrico y perclórico. El metal fundido se debe mantener en una vacío o una atmósfera inerte para evitar la reacción con el aire. A 135 ° C el metal se inflama en el aire y va a explotar si se colocan en tetracloruro de carbono .

Plutonio piroforicidad puede hacer que se vea como una brasa encendida bajo ciertas condiciones.

Veinte microgramos de hidróxido de plutonio puro.

El plutonio es un metal reactivo. En aire húmedo o húmedo de argón , el metal se oxida rápidamente, produciendo una mezcla de óxidos y hidruros. Si el metal está expuesto el tiempo suficiente para una cantidad limitada de vapor de agua, un recubrimiento de superficie de polvo de PuO ₂ se forma. También es formada hidruro de plutonio, pero un exceso de vapor de agua forma sólo PuO _2.

Con este recubrimiento, el metal es pirofórico, lo que significa que puede incendiarse espontáneamente, por lo plutonio metal generalmente se maneja en una atmósfera inerte, seco de nitrógeno o argón. Oxygen retarda los efectos de la humedad y actúa como una agente de pasivación.

El plutonio muestra enormes y reversibles, las velocidades de reacción con hidrógeno puro, formando hidruro de plutonio. También reacciona fácilmente con el oxígeno, formando PuO y PuO _2, así como óxidos intermedios; óxido de plutonio se llena el 40% más de volumen que el plutonio metal. El plutonio da lugar a compuestos como Pux ₃ donde X puede ser F, Cl, Br o I cuando reacciona con los halógenos ; PUF ₄ también se ve. Se observan los siguientes oxihaluros: PuOCl, PuOBr y Puoi. Se va a reaccionar con el carbono para formar pUC, de nitrógeno para formar PuN y de silicio para formar pusi _2.

Crisoles utilizados para contener plutonio deben ser capaces de soportar su fuertemente propiedades reductoras. Los metales refractarios tales como tantalio y tungsteno junto con los óxidos más estables, boruros, carburos, nitruros y siliciuros pueden tolerar esto. De fusión en una horno de arco eléctrico se puede utilizar para producir pequeños lingotes de metal sin la necesidad de un crisol.

El cerio se utiliza como un simulador química de plutonio para el desarrollo de la contención, extracción, y otras tecnologías.

Estructura electrónica

El plutonio es un elemento en el que el Electrones 5f son la frontera de transición entre deslocalizada y localizada; por lo que es considerado como uno de los elementos más complejos. El comportamiento anómalo de plutonio es causada por su estructura electrónica. La diferencia de energía entre las subcapas 6d y 5F es muy baja. El tamaño de la concha 5f es justo lo suficiente para permitir que los electrones para formar enlaces dentro de la red, en el límite entre muy localizada y comportamiento de unión. La proximidad de los niveles de energía da lugar a múltiples configuraciones electrónicas de bajo consumo de energía con niveles cercanos a la igualdad. Esto conduce a competir 5f ⁿ 7s ² y 5f ^n-1 7s ² 6d ¹ configuraciones, lo que provoca la complejidad de su comportamiento químico. La naturaleza altamente direccional de orbitales 5f es responsable de los enlaces covalentes direccionales en moléculas y complejos de plutonio.

Aleaciones

Puede formar plutonio aleaciones y compuestos intermedios con la mayoría de los otros metales. Las excepciones incluyen litio , sodio , potasio , rubidio y cesio de los metales alcalinos ; y de magnesio , calcio , estroncio y bario de los metales alcalinotérreos ; y europio y de iterbio de la metales de tierras raras. Excepciones parciales incluyen los metales refractarios de cromo , molibdeno , niobio , tántalo , y tungsteno , que son solubles en plutonio líquido, pero insoluble o sólo ligeramente soluble en plutonio sólido. galio , aluminio , americio , escandio y cerio pueden estabilizar la fase δ del plutonio de la temperatura ambiente. silicio , indio , zinc y zirconio permiten la formación del estado metaestable δ cuando se enfría rápidamente. Altas cantidades de hafnio , holmio y talio también permite que conserva algo de la fase δ a temperatura ambiente. neptunio es el único elemento que puede estabilizar la fase α a temperaturas más altas.

Aleaciones de plutonio se pueden producir mediante la adición de un metal fundido a plutonio. Si el metal de aleación es suficientemente reductora, el plutonio se puede añadir en forma de óxidos o haluros. Las aleaciones de fase δ plutonio-galio y plutonio-aluminio se fabrican añadiendo plutonio (III) de fluoruro de galio o aluminio fundido, que tiene la ventaja de evitar tratar directamente con el metal de plutonio altamente reactivo.

• El plutonio-galio se utiliza para estabilizar la fase δ de plutonio, evitando la fase α y cuestiones conexas-α δ. Su uso principal es en fosos de implosión armas nucleares.
• El plutonio-aluminio es una alternativa a la aleación Pu-Ga. Era el elemento inicial consideró para la estabilización de fase δ, pero su tendencia a reaccionar con las partículas alfa y liberar neutrones reduce su facilidad de uso para los hoyos de armas nucleares. Aleación de plutonio-aluminio puede también ser utilizado como un componente de combustible nuclear.
• Aleación de plutonio-galio-cobalto (PuCoGa ₅₎ es una superconductor no convencional, que muestra la superconductividad por debajo de 18,5 kelvin , un orden de magnitud más alto que el más alto entre sistemas de fermiones pesados, y tiene gran corriente crítica.
• Aleación de plutonio-zirconio se puede utilizar como combustible nuclear.
• El plutonio-cerio y el plutonio-cerio-cobalto aleaciones se utilizan como combustibles nucleares.
• El plutonio-uranio, con alrededor de 15 a 30 mol.% De plutonio, se puede utilizar como combustible nuclear para los reactores reproductores rápidos. Su naturaleza pirofórica y alta susceptibilidad a la corrosión hasta el punto de auto-ignición o desintegrarse después de la exposición al aire requieren de aleación con otros componentes. La adición de aluminio, carbono o cobre no mejoró las tasas de desintegración notablemente, aleaciones de circonio y hierro tienen mejor resistencia a la corrosión, pero que se desintegran en varios meses en el aire también. La adición de titanio y / o circonio aumenta significativamente el punto de fusión de la aleación.
• El plutonio-uranio-titanio y el plutonio-uranio-zirconio fueron investigados para su uso como combustibles nucleares. La adición del tercer elemento aumenta la resistencia a la corrosión, reduce la inflamabilidad, y mejora la ductilidad, fabricabilidad, la fuerza, y la expansión térmica. Plutonio-uranio-molibdeno tiene la mejor resistencia a la corrosión, la formación de una película protectora de óxidos, pero de titanio y circonio son los preferidos para razones de física.
• Torio-uranio-plutonio fue investigado como combustible nuclear para los reactores reproductores rápidos.

Aparición

Cantidades traza de al menos tres isótopos de plutonio (plutonio-238, 239, y 244) se pueden encontrar en la naturaleza. Pequeños rastros de plutonio-239, unos pocos partes por billón, y su productos de desintegración se encuentran naturalmente en algunos minerales concentrados de uranio, como el reactor de fisión nuclear natural en Oklo, Gabón . La proporción de plutonio-239 al uranio en el Depósito de uranio de Cigar Lake mina oscila entre 2,4 × 10 ^-12 a 44 × 10 ^-12. Incluso cantidades pequeñas de primordial plutonio-244 produce de forma natural debido a su relativamente larga vida media de alrededor de 80 millones de años. Estas cantidades de trazas de ²³⁹ Pu se originan de la siguiente manera: En raras ocasiones, ²³⁸ U experimenta la fisión espontánea, y en el proceso, el núcleo emite uno o dos neutrones libres con algo de energía cinética. Cuando uno de estos neutrones golpea el núcleo de otro átomo de U ^238, que es absorbida por el átomo, que se convierte en ²³⁹ U. Con una vida media relativamente corta, U-239 decae a neptunio -239 ⁽²³⁹ Np), y luego ²³⁹ Np se desintegra en ²³⁹ Pu.

Dado que el isótopo de vida relativamente larga plutonio-240 se produce en el cadena de desintegración del plutonio-244 también debe estar presente, aunque 10.000 veces más raro aún. Por último, en extremo pequeñas cantidades de plutonio-238, atribuidos a la increíblemente raro doble desintegración beta de uranio-238, se han encontrado en las muestras de uranio natural.

Trazas de plutonio se encuentran generalmente en el cuerpo humano debido a la atmosférica y 550 bajo el agua pruebas nucleares que se han llevado a cabo, ya un pequeño número de grandes accidentes nucleares. La mayoría de los ensayos nucleares atmosférica y bajo el agua se detuvo mediante la Comprobación de la limitación del Tratado de Prohibición en 1963, que fue firmado y ratificado por el Estados Unidos , el Reino Unido , la Unión Soviética y otras naciones. Atmosférica pruebas de armas nucleares continuado desde 1963 por las naciones que no son tratados incluyeron las de China, ( bomba atómica de prueba por encima de la Desierto de Gobi en 1964, prueba de la bomba de hidrógeno en 1967, y las pruebas complementarias en), y Francia (pruebas tan recientemente como en la década de 1980). Debido a que está fabricado deliberadamente para armas nucleares y reactores nucleares, el plutonio-239 es el isótopo más abundante del plutonio, con diferencia.

Historia

Descubrimiento

Enrico Fermi y un equipo de científicos de la Universidad de Roma informó que habían descubierto el elemento 94 en 1934. Fermi llamó el elemento hesperium y lo mencionó en su discurso del Premio Nobel en 1938. La muestra fue en realidad una mezcla de bario , criptón , y otros elementos, pero esto no se sabía en ese momento porque la fisión nuclear no se había descubierto todavía.

El avance con plutonio fue en el Cavendish Laboratory, Cambridge por Egon Bretscher y Norman Feather. Se dieron cuenta de que un reactor de neutrones lentos alimentado con uranio sería teóricamente producir cantidades sustanciales de plutonio-239 como un subproducto. Esto se debe a los U-238 absorbe neutrones lentos y forma un nuevo isótopo U-239. El núcleo del nuevo isótopo emite rápidamente un electrón a través la desintegración beta producir un nuevo elemento con una masa de 239 y un número atómico de 93. núcleo de este elemento a continuación, también emite un electrón y se convierte en un nuevo elemento de masa 239, pero con un número atómico 94 y una mayor vida media. Bretscher y Feather mostró motivos teóricamente factibles que el elemento 94 sería fácilmente 'fisionable' por ambas neutrones lentos y rápidos, y tenía la ventaja añadida de ser químicamente diferentes de uranio, y podrían ser fácilmente separada de ella.

Este nuevo desarrollo también se confirmó en el trabajo independiente por Edwin M. McMillan y Philip Abelson en Berkeley Laboratory radiación también en 1940. Nicholas kémmer del equipo de Cambridge propuso los nombres neptunio para el nuevo elemento 93 y plutonio para 94 por analogía con los planetas exteriores Neptuno y Plutón más allá de Urano (el uranio siendo elemento 92). Los estadounidenses sugirieron fortuitamente los mismos nombres.

Glenn T. Seaborg y su equipo de Berkeley fueron los primeros en producir plutonio.

Plutonio (en concreto, el plutonio-238) se produjo por primera vez y aislado el 14 de diciembre de 1940, e identificó químicamente el 23 de febrero de 1941, por el Dr. Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, JW Kennedy, y CA Wahl por deuterón bombardeo de uranio en 60 pulgadas (150 cm) ciclotrón en el Universidad de California, Berkeley. En el experimento de 1940, el neptunio -238 fue creado directamente por el bombardeo, pero decayó por emisión beta con una vida media de un poco más de dos días, lo que indicó la formación de elemento 94.

Un artículo que documenta el descubrimiento fue preparado por el equipo y se envía a la revista Physical Review en marzo de 1941. El documento fue retirado antes de la publicación después de que el descubrimiento de que un isótopo del elemento nuevo (plutonio-239) podría experimentar la fisión nuclear de forma que pueda ser útil en una bomba atómica . La publicación se retrasó hasta un año después del final de la Segunda Guerra Mundial debido a preocupaciones de seguridad.

Edwin McMillan había nombrado recientemente el primer elemento transuranium después de que el planeta Neptuno y sugirió que el elemento 94, siendo el siguiente elemento de la serie, se llama así por lo que entonces se consideraba la siguiente planeta, Plutón . Seaborg consideró originalmente el nombre "plutium", pero luego pensó que no sonaba tan bueno como "plutonio". Eligió las letras "Pu" como una broma, que pasaron sin previo aviso en la tabla periódica. Los nombres alternativos considerados por Seaborg y otros eran "ultimium" o "extremium" debido a la creencia errónea de que habían encontrado el último posible elemento en la tabla periódica .

Las primeras investigaciones

Se encontró que la química básica de plutonio para parecerse uranio después de unos meses de estudio inicial. Las primeras investigaciones se continuó en el secreto Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago. El 18 de agosto de 1942, se aisló una cantidad traza de este elemento y se mide por primera vez. Cerca de 50 microgramos de plutonio-239 en combinación con productos de fisión de uranio y se produjo y se aisló sólo alrededor de 1 microgramo. Este procedimiento permitió a los químicos para determinar el peso atómico del nuevo elemento.

En noviembre de 1943 algunos trifluoruro de plutonio se redujo para crear la primera muestra de plutonio metal: unos pocos microgramos de perlas metálicas. Plutonio Enough fue producido para que sea el primer elemento sintéticamente hecho para ser visible a simple vista.

También se estudiaron las propiedades nucleares de plutonio-239; investigadores encontraron que cuando es golpeado por un neutrón se rompe (fisiones) por la liberación de más neutrones y energía. Estos neutrones pueden golpear otros átomos de plutonio-239 y así sucesivamente en una velocidad exponencial reacción en cadena. Esto puede resultar en una explosión lo suficientemente grande como para destruir una ciudad si lo suficiente del isótopo se concentra para formar una masa crítica.

La producción durante el Proyecto Manhattan

Durante la Segunda Guerra Mundial, el gobierno de Estados Unidos estableció el Proyecto Manhattan, que se encarga de desarrollar una bomba atómica. Los tres sitios principales de investigación y producción del proyecto fueron la instalación de producción de plutonio en lo que hoy es el Hanford Site, el instalaciones de enriquecimiento de uranio de Oak Ridge, Tennessee, y el laboratorio de investigación y diseño de armas, ahora conocido como Laboratorio Nacional de Los Álamos.

El Hanford Cara Reactor B en construcción-el primer reactor de plutonio-producción.

El primer reactor de producción que hizo plutonio-239 fue el Reactor de Grafito X-10. Se puso en línea en 1943 y fue construido en una instalación en Oak Ridge que más tarde se convirtió en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge.

El 5 de abril de 1944, Emilio Segrè en Los Alamos recibió la primera muestra de plutonio producido por el reactor de Oak Ridge. Dentro de los diez días, se descubrió que el plutonio reactor de raza tenía una mayor concentración del isótopo plutonio-240 que el plutonio ciclotrón producida. El plutonio-240 tiene un alto tasa de fisión espontánea, elevar el nivel general de fondo de neutrones de la muestra de plutonio. El original de tipo cañón arma de plutonio, cuyo nombre en código " Thin Man ", tuvo que ser abandonada como resultado, el aumento del número de neutrones espontáneos significaba que pre-detonación nuclear (un fiasco) sería probable.

El esfuerzo de diseño de armas de plutonio entero en Los Alamos pronto se cambió por el dispositivo de implosión más complicado, con nombre en código " Fat Man ". Con un arma de implosión, un sólido (o, en diseños posteriores, hueco) esfera de plutonio se comprime a una alta densidad con lentes una explosivos tarea técnicamente más difícil que el diseño simple de tipo cañón, pero necesario para utilizar el plutonio para armas. ( El uranio enriquecido, por el contrario, se puede utilizar con cualquiera de los métodos).

La construcción de la Hanford Reactor B, el primer reactor nuclear de tamaño industrial a los efectos de la producción material, se completó en marzo de 1945. B Reactor produce el material fisible para las armas de plutonio utilizado durante la Segunda Guerra Mundial. B, D y F fueron los reactores iniciales construidos en Hanford, y seis reactores de plutonio productoras adicionales se construyeron más tarde en el sitio.

En 2004, un seguro fue descubierto durante las excavaciones de una fosa de enterramiento en el Instalaciones nucleares de Hanford. Dentro de la caja había varios artículos, incluyendo una botella grande de vidrio que contiene una suspensión blanquecina que se identificó posteriormente como la muestra más antigua de plutonio de uso militar sabe que existen. El análisis isotópico por Pacific Northwest National Laboratory indicó que el plutonio en la botella fue fabricado en la X-10 al reactor Oak Ridge durante 1944.

Trinidad y Fat Man bombas atómicas

Debido a la presencia de plutonio-240 en plutonio reactor de raza, el diseño implosión fue desarrollado para el " Fat Man "y" Trinity armas "

La primera prueba de la bomba atómica, con nombre en código "Trinidad" y detonada el 16 de julio de 1945, cerca de Alamogordo, Nuevo México, utiliza plutonio como material fisible. El diseño de implosión " gadget ", ya que el dispositivo de Trinidad era el nombre clave, usa lentes de explosivos convencionales para comprimir una esfera de plutonio en una masa supercrítica, que fue una lluvia de forma simultánea con los neutrones de la "Urchin", un iniciador hecho de polonio y el berilio ( fuente de neutrones: (Α, n) reacción). Juntos, estos aseguraron una reacción en cadena fuera de control y explosión. El arma total pesaba más de 4 toneladas, a pesar de que utiliza sólo 6,2 kg de plutonio en su núcleo.Alrededor del 20% del plutonio utilizado en el arma Trinidad se sometió a la fisión, lo que resulta en una explosión con una energía equivalente a aproximadamente 20.000toneladas de TNT.

Un diseño idéntico se utilizó en el "Fat Man "bomba atómica lanzada sobreNagasaki,Japón, el 9 de agosto de 1945, matando a 70.000 personas e hiriendo a otras 100.000. El " Poco bomba Boy "lanzada sobreHiroshima tres días antes utilizado, no plutonio uranio-235 . Japón capituló el 15 de agosto al general Douglas MacArthur.Sólo después del anuncio de las primeras bombas atómicas fue la existencia de plutonio hecho público.

El uso de la Guerra Fría y de los residuos

Las grandes reservas de plutonio para armas fueron construidas por tanto la Unión Soviética y el de Estados Unidos durante la Guerra Fría . Los reactores estadounidenses en Hanford y el Sitio río Savannah en Carolina del Sur produjeron 103 toneladas, y un estimado de 170 toneladas de plutonio de grado militar se produjo en la URSS. Cada año cerca de 20 toneladas del elemento aún se produce como un subproducto de la energía nuclear industria. Tanto como 1.000 toneladas de plutonio pueden estar en almacenamiento con más de 200 toneladas de que, o bien en el interior o extraídos de las armas nucleares. SIPRI estima que el plutonio mundo arsenal en 2007 como alrededor de 500 toneladas, divididas en partes iguales entre el arma y las poblaciones civiles.

Diseño del túnel de almacenamiento de residuos propuesto para eldepósito de desechos nucleares de Yucca Mountain

Desde el fin de la Guerra Fría estas reservas se han convertido en un foco de preocupaciones sobre la proliferación nuclear. En los EE.UU., algunos de plutonio extraído de las armas nucleares desmanteladas se funde para formar troncos de cristal de óxido de plutonio que pesan dos toneladas. El vidrio está hecho de borosilicatos mezclados con cadmio y gadolinio . Se planifican Estos registros para ser encerrado en acero inoxidable y almacenado hasta un 4 km (2 millas) bajo tierra en las perforaciones que se llenan de back- hormigón. A partir de 2008, la única instalación en los EE.UU. que estaba programado para almacenar el plutonio en este así fue la Yucca Mountain, que es alrededor de 100 millas (160 kilómetros) al noreste de Las Vegas, Nevada . La oposición local y estatal para este plan retrasó esfuerzos para almacenar los residuos nucleares en Yucca Mountain. En marzo de 2010, el Departamento de Energía retiró su solicitud de licencia para el repositorio de Yucca Mountain "con prejuicio" y la financiación eliminado de la Oficina de Gestión de Residuos Radiactivos Civil, que había logrado el sitio Yucca Mountain por 25 años, de cancelar el programa.

Los experimentos médicos

Durante y después del final de la Segunda Guerra Mundial, los científicos que trabajan en el Proyecto Manhattan y otros proyectos de investigación de armas nucleares a cabo estudios sobre los efectos de plutonio en animales de laboratorio y seres humanos. Los estudios en animales encontraron que unos pocos miligramos de plutonio por kilogramo de tejido es una dosis letal.

En el caso de los seres humanos, esto implicó la inyección de soluciones que contiene (por lo general) cinco microgramos de plutonio en los pacientes del hospital que se cree que sea una enfermedad terminal, o para tener una esperanza de vida de menos de diez años, ya sea debido a la edad o la condición de la enfermedad crónica. Esto se redujo a un microgramo en julio de 1945 después de los estudios en animales han encontrado que la forma de plutonio distribuye en sí en los huesos era más peligroso que el radio .

Dieciocho sujetos de prueba humanos fueron inyectados con plutonio sin consentimiento informado. Se utilizaron las pruebas para crear herramientas de diagnóstico para determinar la absorción de plutonio en el cuerpo con el fin de desarrollar las normas de seguridad para trabajar con plutonio.

El episodio es ahora considerado como una grave violación de la ética médica y del juramento hipocrático. Comentaristas más simpáticas han señalado que si bien era definitivamente una brecha en la confianza y la ética, "los efectos de las inyecciones de plutonio no eran tan perjudicial para los sujetos como las noticias temprano pintadas, ni eran tan intrascendente como muchos científicos, entonces y ahora , creer ".

Aplicaciones

Explosivos

La bomba atómica lanzada sobre Nagasaki, Japón en 1945 tenía un núcleo de plutonio.

El isótopo plutonio-239 es un componente clave en fisible armas nucleares , debido a su facilidad de la fisión y la disponibilidad. Que encierra de la bomba de plutonio en boxes en un pisón (una capa opcional de material denso) disminuye la cantidad de plutonio necesario para alcanzar la masa crítica por lo que refleja los neutrones que escapan de nuevo en el núcleo de plutonio. Esto reduce la cantidad de plutonio necesario para alcanzar la criticidad de 16 kg a 10 kg, que es una esfera con un diámetro de aproximadamente 10 centímetros (4 in). Esta masa crítica es alrededor de un tercio de la de uranio-235.

El " Fat Man "bombas de plutonio de tipo producidos en elProyecto Manhattan utilizan compresión explosivo de plutonio para obtener densidades significativamente más altos de lo normal, en combinación con una fuente de neutrones central para comenzar la reacción y aumentar la eficiencia. Por lo tanto se necesitan sólo 6,2 kg de plutonio para unexplosivo rendimiento equivalente a 20 kilotones de TNT. (Ver también diseño de armas nucleares.) Hipotéticamente, tan sólo 4 kg de plutonio-y tal vez incluso menos se podría utilizar para hacer una sola bomba atómica utilizando diseños de montaje muy sofisticados.

Combustible de óxido mixto

El combustible nuclear gastado de normales los reactores de agua ligera contiene plutonio, pero es una mezcla de plutonio-242, 240, 239 y 238. La mezcla no está suficientemente enriquecido para armas nucleares eficientes, pero puede utilizarse una vez como MOX combustible. Accidental causas de captura de neutrones la cantidad de plutonio-242 y 240 a crecer cada vez que el plutonio se irradia en un reactor con baja velocidad de neutrones "térmicos", de modo que después de que el segundo ciclo, el plutonio sólo puede ser consumido por reactores de neutrones rápidos. Si reactores de neutrones rápidos no están disponibles (el caso normal), el exceso de plutonio generalmente se desecha, y forma el componente de más larga vida de los residuos nucleares. El deseo de consumir este plutonio y otros combustibles transuránicos y reducir la radiotoxicidad de los residuos es la razón habitual ingenieros nucleares dan para hacer reactores de neutrones rápidos.

El proceso químico más común, PUREX ( P lutonium- UR anium EX tracción) reprocesa combustible nuclear gastado para extraer el plutonio y el uranio que se puede utilizar para formar un óxido mixto " de combustible MOX "para su reutilización en los reactores nucleares. Plutonio de grado se puede agregar a la mezcla de combustibles. Combustible MOX se utiliza en reactores de agua ligera y se compone de 60 kg de plutonio por tonelada de combustible; después de cuatro años, tres cuartas partes del plutonio se quema (transformado en otros elementos). reactores reproductores están diseñados específicamente para crear más material fisionable de la que consumen.

Combustible MOX ha estado en uso desde la década de 1980 y es ampliamente utilizado en Europa. En septiembre de 2000, los Estados Unidos y la Federación de Rusia firmaron un Contrato de Gestión de plutonio y Disposición por la cual cada uno de acuerdo en disponer de 34 toneladas de plutonio de uso militar. La Departamento de Energía de Estados Unidos planea vender 34 toneladas de plutonio de uso militar en los Estados Unidos antes del final de 2019 mediante la conversión del plutonio a un combustible MOX para ser utilizado en los reactores nucleares comerciales.

Combustible MOX mejora quemado total. Una barra de combustible se reprocesa después de tres años de uso para eliminar los productos de desecho, que para entonces representan el 3% del peso total de las barras. Cualquier isótopos de uranio o plutonio producidos durante esos tres años son izquierda y la barra se remonta a la producción. La presencia de hasta el 1% de galio por masa en el grado arma aleación de plutonio tiene el potencial de interferir con el funcionamiento a largo plazo de un reactor de agua ligera.

El plutonio recuperado de combustible de reactor gastado plantea un menos significativo peligro de proliferación, debido a la contaminación excesiva con no fisionable plutonio-240 y el plutonio-242. La separación de los isótopos no es factible. Un reactor dedicado operando en muy bajo grado de quemado (por lo tanto, la exposición mínima de recién formado Pu-239 a los neutrones adicionales que hace que se transforma en isótopos más pesados ​​de plutonio) se requiere generalmente para producir material adecuado para su uso en eficientes armas nucleares . Mientras que el plutonio 'armamento' se define para contener por lo menos el 92% de plutonio-239 (del total de plutonio), los Estados Unidos han logrado detonar un dispositivo bajo-20NDS utilizando plutonio se cree que contiene sólo alrededor de 85% de plutonio-239, llamado "combustible de grado 'plutonio. El plutonio 'grado reactor' producido por un ciclo de quemado LWR regulares normalmente contiene menos de 60% ​​de Pu-239, con hasta un 30% parasitaria Pu-240 / Pu-242, y de 10 a 15% fisible Pu-241. No se sabe si un dispositivo que utiliza plutonio obtenido a partir de residuos nuclear civil reprocesado puede ser detonado, sin embargo, un dispositivo de este tipo hipotéticamente podría esfumarse y difundir material radiactivo en una amplia zona urbana. La OIEA clasifica conservadora plutonio de todos los vectores isotópicas como "uso directo" de material, es decir, "los materiales nucleares que puede ser utilizado para la fabricación de componentes explosivos nucleares sin transmutación o mayor enriquecimiento".

²⁴¹AmRecientemente se ha sugerido para su uso como un agente desnaturalizante en las barras de combustible del reactor de plutonio para limitar aún más su potencial de proliferación.

Precauciones

Toxicidad

Los isótopos y compuestos de plutonio son radiactivos y se acumulan en médula ósea. la contaminación por óxido de plutonio ha resultado de los desastres nucleares e incidentes radiactivos, incluidos accidentes nucleares militares donde las armas nucleares han quemado. Los estudios sobre los efectos de estos lanzamientos más pequeños, así como de la enfermedad generalizada envenenamiento por radiación y la muerte después de los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki, han proporcionado información considerable en relación con los peligros, los síntomas y el pronóstico de envenenamiento por radiación, que en el caso de la japoneses Hibakusha / sobrevivientes fue en gran parte no relacionada con la exposición directa de plutonio.

Durante la desintegración del plutonio, tres tipos de radiación son liberados alfa, beta y gamma. La radiación alfa puede viajar a una corta distancia y no puede viajar a través de la capa externa, muerto de la piel humana. La radiación beta puede penetrar la piel humana, pero no puede ir todo el camino a través del cuerpo. La radiación gamma puede ir todo el camino a través del cuerpo. Alfa, beta y radiación gamma son todas las formas de radiación ionizante. cualquier exposición aguda o largo plazo conlleva el peligro de que los resultados de salud graves, como la enfermedad por radiación, daños genéticos, cáncer y muerte. El peligro aumenta con la cantidad de exposición.

A pesar de que la radiación alfa no puede penetrar la piel, ingerido o inhalado plutonio hace irradiar órganos internos. La esqueleto, donde se absorbe el plutonio y el hígado, donde se recoge y se concentra, se encuentran en riesgo. El plutonio no se absorbe en el cuerpo de manera eficiente cuando se ingiere; Sólo el 0,04% de óxido de plutonio se absorbe después de la ingestión. El plutonio absorbida por el cuerpo se excreta muy lentamente, con una semivida biológica de 200 años. El plutonio sólo pasa lentamente a través de las membranas celulares y los límites intestinales, por lo que la absorción por ingestión y la incorporación a la estructura ósea procede muy lentamente.

El plutonio es más peligroso cuando se inhala que cuando se ingiere. El riesgo de cáncer de pulmón aumenta una vez que el total de radiación equivalente dosis de plutonio inhalado excede 400 mSv. El Departamento de Energía de Estados Unidos estima que el riesgo de cáncer de toda la vida de la inhalación de partículas de plutonio 5000, cada uno de aproximadamente 3 micras de ancho, que es del 1% sobre el fondo estadounidense promedio. La ingestión o inhalación de grandes cantidades puede causar aguda intoxicación por radiación y la muerte; ningún ser humano se sabe que han muerto a causa de la inhalación o ingestión de plutonio, y muchas personas tienen cantidades medibles de plutonio en sus cuerpos. El peligro de inhalación es de aproximadamente 23.000 veces mayor que la del uranio de grado de armas, el riesgo de ingestión aproximadamente 130.000 veces mayor.

El " partícula teoría caliente "en el que una partícula de polvo de plutonio irradia una mancha localizada de tejido pulmonar ha sido probado y falsos tales partículas son más móviles que se pensaba y la toxicidad no aumenta sensiblemente debido a la forma de partículas.

Cuando se inhala, el plutonio puede pasar al torrente sanguíneo. Una vez en el torrente sanguíneo, el plutonio se mueve todo el cuerpo y en los huesos, el hígado u otros órganos del cuerpo. El plutonio que llega a los órganos del cuerpo en general, permanece en el cuerpo durante décadas y continúa para exponer el tejido que rodea a la radiación y por lo tanto puede causar cáncer.

Una cita comúnmente citado por Ralph Nader, establece que una libra de polvo de plutonio extendido a la atmósfera sería suficiente para matar a 8 mil millones de personas. Sin embargo, los cálculos muestran que una libra de plutonio podría matar a no más de 2 millones de personas por inhalación. Esto hace que la toxicidad de plutonio más o menos equivalente a la de gas nervioso.

Varias poblaciones de personas que han estado expuestos al plutonio polvo (por ejemplo, las personas que viven a favor del viento de sitios de prueba de Nevada, los sobrevivientes de Nagasaki, los trabajadores de las instalaciones nucleares, y los pacientes con enfermedades terminales "" inyectados con Pu en 1945-1946 para estudiar el metabolismo Pu) han sido seguido cuidadosamente y analizado. Estos estudios generalmente no muestran toxicidad especialmente alto plutonio o resultados de cáncer inducido por plutonio, como Albert Stevens que sobrevivió en la vejez después de haber sido inyectada con plutonio. "Había unos 25 trabajadores del Laboratorio Nacional de Los Álamos que inhalaron una considerable cantidad de polvo de plutonio durante la década de 1940, de acuerdo con la teoría en caliente de partículas, cada uno de ellos tiene una probabilidad del 99,5% de estar muerto de cáncer de pulmón por ahora, pero tiene no habido un solo cáncer de pulmón entre ellos ".

El plutonio tiene un sabor metálico.

Potencial de criticidad

Una esfera de plutonio simulada rodeado de neutrones que reflejabloques de carburo de tungsteno en una recreación de 1945 El experimento de Harry Daghlian

Problemas de toxicidad a un lado, se debe tener cuidado para evitar la acumulación de cantidades de plutonio que se aproximan a la masa crítica, en particular debido a la masa crítica de plutonio es sólo un tercio de la del uranio-235. Una masa crítica de plutonio emite cantidades letales de neutrones y rayos gamma. plutonio en solución es más probable que se forme una masa crítica de la forma sólida debido a la moderación por el hidrógeno en agua.

Accidentes de criticidad se han producido en el pasado, algunos de ellos con consecuencias letales. El manejo descuidado de ladrillos de carburo de tungsteno en torno a un 6,2 kg de plutonio esfera dio lugar a una dosis letal de radiación en Los Alamos, el 21 de agosto de 1945, cuando el científico Harry K. Daghlian, Jr. recibió una dosis estimada en 5,1 Sievert (510 rem) y murió 25 días más tarde. Nueve meses más tarde, otro científico de Los Alamos, Louis Slotin, murió a causa de un accidente similar que implica un reflector de berilio y el mismo núcleo de plutonio (el llamado " núcleo demonio ") que había solicitado previamente la vida de Daghlian. Estos incidentes fueron ficcionalizadas en la película de 1989 Creadores de sombras .

En diciembre de 1958, durante un proceso de purificación de plutonio en Los Alamos, se formó una masa crítica en un recipiente de mezcla, lo que resultó en la muerte de un operador químico llamadoCecil Kelley. Otro accidentes nucleares han ocurrido en laUnión Soviética,Japón, elReino Unidosy muchos otros países.

Inflamabilidad

Plutonio metálico es un peligro de incendio, especialmente si el material se divide finamente. En un ambiente húmedo, el plutonio forma hidruros en su superficie, que son pirofóricos y pueden inflamarse en el aire a temperatura ambiente. El plutonio se expande hasta un 70% en volumen, ya que se oxida y por lo tanto puede romper su contenedor. La radiactividad de los materiales de combustión es un peligro adicional. arena óxido de magnesio es probablemente el material más eficaz para la extinción de un incendio plutonio. Se enfría el material en combustión, que actúa como un disipador de calor, y también bloquea el oxígeno. Precauciones especiales son necesarios para almacenar o manejar plutonio en cualquier forma; generalmente una seco se requiere atmósfera de gas inerte.

Transporte

Aire

Los reglamentos de transporte aéreo del Gobierno de EE.UU. permiten el transporte de plutonio por vía aérea, con sujeción a las restricciones a otras materias peligrosas transportadas en el mismo vuelo, requisitos de embalaje y la estiba en la parte más posterior de la aeronave.

En 2012 los medios de comunicación revelaron que el plutonio se ha volado de Noruega sobre comerciales aerolíneas-alrededor de pasajeros cada año, incluyendo una vez en 2011. Reglamentos permiten un avión para transportar a 15 gramos de material fisionable. Dicho transporte de plutonio está exenta de problemas, según un asesor principal ( seniorrådgiver ) al Statens strålevern.