Плутоний

Определение "Плутоний" в Большой Советской Энциклопедии

Металлический плутоний. Изменение плотности при нагревании

Плутоний (лат. Plutonium), Pu, искусственно полученный радиоактивный химический элемент, атомный номер 94; относится к актиноидам. Открыт в 1940—41 американскими учёными Г. Сиборгом, Э. Макмилланом, Дж. Кеннеди и А. Валем, которые получили изотоп ²³⁸Pu в результате облучения урана ядрами тяжёлого водорода — дейтонами. Назван в честь планеты Плутон, как и предшественники Плутоний в таблице Менделеева — уран и нептуний, названия которых также произошли от планет Урана и Нептуна. Известны изотопы Плутоний с массовыми числами от 232 до 246. Следы изотопов ²⁴⁷Pu и ²⁵⁵Pu обнаружены в пыли, собранной после взрывов термоядерных бомб. Самым долгоживущим изотопом Плутоний является a-радиоактивный ²⁴⁴Pu (период полураспада T_1/2 около 7,5×102 лет). Величины T_1/2 всех изотопов Плутоний много меньше возраста Земли, и поэтому весь первичный Плутоний (существовавший на нашей планете при её формировании) полностью распался. Однако ничтожные количества ²³⁹Pu постоянно образуются при b-распаде ²³⁹Np, который, в свою очередь, возникает при ядерной реакции урана с нейтронами (например, нейтронами космического излучения). Поэтому следы Плутоний обнаружены в урановых рудах.

Плутоний — блестящий белый металл, при температурах от комнатной до 640° С (t_пл) существует в шести аллотропных модификациях. Аллотропные превращения Плутоний сопровождаются скачкообразными изменениями плотности (см. рис.). Уникальная особенность металлического Плутоний состоит в том, что при нагревании от 310 до 480 °С он не расширяется, как другие металлы, а сжимается. Конфигурация трёх внешних электронных оболочек атома Pu 5s²5p⁶5d¹⁰5f⁶6s²6p²7s². Химические свойства Плутоний во многом сходны со свойствами его предшественников в периодической системе — ураном и нептунием. Плутоний образует соединения со степенями окисления от +2 до +7. Известны окислы PuO, Pu₂O₃, PuO₂ и фаза переменного состава Pu₂O₃ — Pu₄O₇. В соединениях с галогенами Плутоний обычно проявляет степень окисления +3, но известны также галогениды PuF₄, PuF₄ и PuCl₄. В растворах Плутоний существует в формах Pu³⁺, Pu⁴⁺, PuO₂⁺ (плутоноил — ион), PuO₂²⁺ (плутонил — ион) и PuO₅^3-, отвечающих степеням окисления от +3 до +7. Указанные ионы (кроме PuO₅^3-) могут находиться в растворе одновременно в равновесии. Ионы Плутоний всех степеней окисления склонны к гидролизу и комплексообразованию.

Из всех изотопов Плутоний наиболее важен a-радиоактивный ²³⁹Pu (T_1/2 = 2,4×10⁴ лет). Ядра ²³⁹Pu способны к цепной реакции деления под действием нейтронов, поэтому ²³⁹Pu можно использовать как источник атомной энергии (энергия, освобождающаяся при расщеплении 1 г ²³⁹Pu, эквивалентна теплоте, выделяющейся при сгорании 4000 кг угля). В СССР первые опыты по получению ²³⁹Pu были начаты в 1943—44 под руководством академиков И. В. Курчатова и В. Г. Хлопина. Впервые Плутоний в СССР был выделен из облученного нейтронами урана в 1945. В предельно сжатые сроки были выполнены обширные исследования свойств Плутоний, и в 1949 в СССР начал работать первый завод по радиохимическому выделению Плутоний

Промышленное производство ²³⁹Pu основано на взаимодействии ядер ²³⁸U с нейтронами в ядерных реакторах. Последующее отделение Pu от U, Np и высокорадиоактивных продуктов деления осуществляют радиохимическими методами (соосаждением, экстракцией, ионным обменом и др.). Металлический Плутоний обычно получают восстановлением PuF₃, PuF₄ или PuO₂ парами бария, кальция или лития. Как делящийся материал, ²³⁹Pu используют в атомных реакторах и в атомных и термоядерных бомбах. Изотоп ²³⁸Pu применяют для изготовления атомных электрических батареек, срок службы которых достигает 5 лет и более. Такие батарейки могут применяться, например, в генераторах тока, стимулирующих работу сердца.

Лит.: Бэгли К., Плутоний и его сплавы, пер. с англ., М., 1958; Вдовенко В. М. и Курчатов Б. В., Первый советский плутоний, «Радиохимия», 1968, т. 10, в. 6, с. 696; Плутоний. Справочник, под ред. О. Вика, пер. с англ., т. 1—2, М., 1971—73. См. также лит. при ст. Актиноиды.
  С. С. Бердоносов.
 

  Плутоний в организме. Плутоний концентрируется морскими организмами: его коэффициент накопления (т. е. отношение концентраций в организме и во внешней среде) для водорослей составляет 1000—9000, для планктона (смешанного) — около 2300, для моллюсков — до 380, для морских звёзд — около 1000, для мышц, костей, печени и желудка рыб — 5, 570, 200 и 1060 соответственно. Наземные растения усваивают Плутоний главным образом через корневую систему и накапливают его до 0,01% от своей массы. В организме человека Плутоний задерживается преимущественно в скелете и печени, откуда почти не выводится (особенно из костей). Наиболее токсичный ²³⁹Pu вызывает нарушения кроветворения, остеосаркомы, рак лёгких. С 70-х гг. 20 в. доля Плутоний в радиоактивном загрязнении биосферы возрастает (так, облученность морских беспозвоночных за счёт Плутоний становится больше, чем за счёт ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs).

Лит.: Проблемы токсикологии плутония, М., 1969: Радиоактивные вещества и кожа. (Метаболизм и дезактивация), М., 1972: Uranium, Plutonium, Transplutonis Elements B.—Hdlb.—N. Y., 1973.
  Г. Г. Поликарпов.