פלוטוניום הוא מתכת כסף רדיואקטיבית שניתן להשתמש בה ליצירה או הרס. אמנם הוא שימש להשמדה זמן קצר לאחר היצירה, אך כיום האלמנט משמש בעיקר ליצירת אנרגיה ברחבי העולם.
פלוטוניום הופק ובודד לראשונה בשנת 1940 והיה בשימוש לייצור פצצת האטום "האדם השמן" שהוטלה על נגסאקי בסוף מלחמת העולם השנייה, חמש שנים בלבד לאחר היצירה לראשונה, אמרה אמנדה סימסון, פרופסור לעוזר הנדסה כימית באוניברסיטת ניו הייבן.
רק העובדות
להלן המאפיינים של פלוטוניום, על פי המעבדה הלאומית של לוס אלמוס:
- מספר אטומי: 94
- סמל אטומי: פו
- משקל אטומי: 244
- נקודת התכה: 1,184 F (640 צלזיוס)
- נקודת רתיחה: 5,842 F (3,228 צלזיוס)
גילוי והיסטוריה
פלוטוניום התגלה בשנת 1941 על ידי המדענים ג'וזף וו קנדי, גלן ט. סייבורג, אדוארד מקמילן וארתור סי ווהל מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי. התגלית התרחשה כאשר הצוות הפציץ אורניום -238 באמצעות דיאוטרונים שהאיצו במכשיר ציקלוטרון, שיצר נפטוניום -238 ושני נויטרונים חופשיים. הנפטוניום -238 התפרק אז לפלוטוניום -238 דרך ריקבון בטא.
ניסוי זה לא היה שותף עם שאר הקהילה המדעית עד שנת 1946, לאחר מלחמת העולם השנייה. סייבורג הגיש מאמר על גילוים לכתב העת Physical Review במארס 1941, אך העיתון הוסר כאשר התגלה כי איזוטופ של פלוטוניום, Pu-239, עשוי לשמש ליצירת פצצה אטומית.
עד מהרה נשלח סייבורג להוביל את מעבדת ייצור פלוטוניום, המכונה גם מעבדת Met, באוניברסיטת שיקגו, על פי המעבדה הלאומית של לוס אלמוס. מטרת המעבדה הייתה ליצור פלוטוניום כחלק מפרויקט מנהטן. פרויקט מנהטן היה מיזם סודי במהלך מלחמת העולם השנייה שפעל אך ורק לפיתוח פצצת אטום.
ב- 18 באוגוסט 1942 הייתה להם ההצלחה הגדולה הראשונה שלהם. הם הצליחו ליצור כמות עקבות של פלוטוניום שהיה גלוי לעין. זה היה שווה רק בסביבות מיקרוגל. מהמדגם הזעיר קבע המדען את המשקל האטומי של פלוטוניום.
פרויקט מנהטן ייצר בסופו של דבר פלוטוניום מספיק ל"מבחן השילוש הקדוש ". במהלך הבדיקה, פצצת האטום הראשונה בעולם, או "הגאדג'ט", התפוצצה סמוך לסוקורו, ניו מקסיקו, ב- 16 ביולי 1945, על ידי מנהל המעבדה של לוס אלמוס רוברט אופנהיימר וגנרל הצבא לסלי גרובס.
מהבדיקה אמר אופנהיימר, "ידענו שהעולם לא יהיה זהה. כמה אנשים צחקו, כמה אנשים בכו. רוב האנשים שתקו. זכרתי את השורה מהכתב ההינדי, הבהבד-גיטה. וישנו מנסה לשכנע את הנסיך שהוא צריך לעשות את חובתו ולהרשים אותו לובש את צורתו הרב-חמושה ואומר, "עכשיו אני הפכתי למוות, משמיד העולמות." אני מניח שכולנו חשבנו כך, כך או אחרת, "על פי החברה המלכותית לכימיה.
לפיצוץ היה שווה אנרגיה של כ- 20,000 טון TNT. הפצצה האטומית הראשונה שהשתמשה במלחמה נפלה על הירושימה, יפן, ב- 6 באוגוסט 1945. פצצת האטום, שכונתה "הילד הקטן", הייתה עם זאת ליבת אורניום. לפצצה השנייה שהוטלה על נגסאקי, יפן, ב- 9 באוגוסט 1945, היה גרעין פלוטוניום. "האדם השמן", כפי שכונה, החיש את סיום מלחמת העולם השנייה.
מאפייני פלוטוניום
מתכת פלוטוניום שהוכנה טרי היא בעלת צבע בהיר כסוף אך מקבלת כתם ירוק אפור, צהוב או זית כהה כשהוא מחומצן באוויר. המתכת מתמוססת במהירות בחומצות מינרליות מרוכזות. חתיכת פלוטוניום גדולה מרגישה חמה למגע בגלל האנרגיה שמופיעה על ידי ריקבון אלפא; חתיכות גדולות יותר יכולות לייצר מספיק חום כדי להרתיח מים. בטמפרטורת החדר פלוטוניום בצורת אלפא (הצורה הנפוצה ביותר) הוא קשה ושברירי כמו ברזל יצוק. ניתן לסגסוגתו במתכות אחרות ליצירת צורת הדלתא המוצבת בטמפרטורת החדר, שהיא רכה ושמיכה. בניגוד לרוב המתכות, פלוטוניום אינו מוליך טוב של חום או חשמל. יש לו נקודת התכה נמוכה ונקודת רתיחה גבוהה במיוחד.
פלוטוניום יכול ליצור סגסוגות ותרכובות ביניים עם רוב המתכות האחרות, ותרכובות עם מגוון אלמנטים אחרים. יש סגסוגות בעלות יכולות מוליכות ואחרות משמשות לייצור כדורי דלק גרעיניים. תרכובותיה מגיעות במגוון צבעים, תלוי במצב החמצון וכמה מורכבות הליגנדים השונים. בתמיסה מימית ישנם חמישה מצבים יוניים בעלי איזון.
פלוטוניום, יחד עם כל שאר האלמנטים הטרנס-אורניום, מהווה סכנה רדיולוגית ויש לטפל בה עם ציוד מיוחד ואמצעי זהירות. מחקרים בבעלי חיים מצאו שכמה מיליגרם פלוטוניום לקילוגרם של רקמות הם קטלניים.
מקורות
פלוטוניום בדרך כלל לא נמצא בטבע. יסודות קורט של פלוטוניום נמצאים בעפרות אורניום באופן טבעי. כאן הוא נוצר באופן הדומה לנפטוניום: על ידי הקרנה של אורניום טבעי עם נויטרונים ואחריו ריקבון בטא.
אולם בעיקר, פלוטוניום הוא תוצר לוואי של תעשיית הכוח הגרעיני. על פי המעבדה הלאומית של לוס אלמוס מיוצרים בכל שנה כ -20 טונות פלוטוניום. ניתן לעבד מחדש דלק גרעיני שהוצא כדי להפריד בין פלוטוניום שמיש לבין אלמנטים אחרים בדלק.
בדיקת נשק אטמוספרי בשנות החמישים והשישים הותירה טונות פלוטוניום באטמוספירה של כדור הארץ שנמצאת שם עד היום, על פי האיגוד הגרעיני העולמי.
שימושים
לרוב, פלוטוניום אינו משמש הרבה. למעשה, מתוך חמש האיזוטופים הנפוצים, רק שניים מהאיזוטופים של פלוטוניום, פלוטוניום -238 ופלוטוניום -239, משמשים לכל דבר.
פלוטוניום -238 משמש לייצור חשמל לבדיקות חלל באמצעות גנרטורים תרמו-אלקטרוניים רדיואוטופיים. גנרטורים אלה מופעלים כאשר הבדיקות אינן יכולות להשיג מספיק כוח סולרי מכיוון שהן נסעו רחוק מדי מהשמש. כמה בדיקות שמשתמשות בפלוטוניום -238 הם קאסיני וגלילאו.
כשהוא מרוכז מספיק, פלוטוניום -223 עובר תגובה בשרשרת ביקוע. בגלל זה הוא משמש בכלי נשק גרעיניים ובכורים כורים גרעיניים.
למעשה, אחד השימושים הגדולים ביותר לפלוטוניום הוא אנרגיה. על פי נתוני האיגוד הגרעיני העולמי, למעלה משליש מהאנרגיה המיוצרת ברוב תחנות הכוח הגרעינית מגיעה מפלוטוניום. פלוטוניום הוא הדלק העיקרי בכורים נייטרונים מהירים.
מי ידע?
במשך עשרות שנים תהו המדענים מדוע פלוטוניום אינו פועל כמו מתכות אחרות בקבוצה שלו. למשל, פלוטוניום הוא מוליך חשמל לקוי והוא לא נדבק במגנטים. כעת החוקרים הבינו היכן הסתתר "המגנטיות החסרה" שלה וזה קשור להתנהגות המטורפת של האלקטרונים במעטפת החיצונית של היסוד. בניגוד למתכות אחרות, שיש להן מספר מוגדר של אלקטרונים בקליפות החיצוניות שלהן, כאשר במצב קרקעי, לפלוטוניום יכולים להיות שם ארבעה, חמישה או שישה אלקטרונים.
המספר המתנודד הזה של אלקטרונים עם מעטפת חיצונית מסביר מדוע פלוטוניום אינו מגנטי: על מנת שהאטום יעבור אינטראקציה עם מגנטים, האלקטרונים הלא מותאמים במעטפת החיצונית שלו חייבים להתיישר בשדה מגנטי.
האיזוטופ הכי יציב של פלוטוניום, פלוטוניום -244, יכול להימשך זמן רב. יש לו מחצית חיים של כ- 82 מיליון שנה ומתפרק לאורניום -240 דרך ריקבון אלפא, על פי מעבדת ג'פרסון.
פלוטוניום נקרא על שם כוכב הלכת פלוטו. הסיבה לכך היא שהגיעה בעקבות אורניום, אשר נקרא על שם כוכב הלכת אורנוס, ונפטוניום, אשר נקרא על שם כוכב הלכת נפטון.
פלוטוניום פולט נויטרונים, חלקיקי בטא וקרני גאמה.
