Plutonium là một kim loại bạc phóng xạ, có thể được sử dụng để tạo hoặc phá hủy. Mặc dù nó đã được sử dụng để phá hủy ngay sau khi nó được tạo ra, ngày nay, nguyên tố này được sử dụng chủ yếu để tạo ra năng lượng trên toàn thế giới.
Plutonium được sản xuất và cô lập lần đầu tiên vào năm 1940 và được sử dụng để chế tạo bom nguyên tử "Fat Man" được thả xuống Nagasaki vào cuối Thế chiến II, chỉ năm năm sau khi nó được sản xuất lần đầu tiên, Amanda Simson, giáo sư trợ lý của kỹ thuật hóa học tại Đại học New Haven.
Chỉ sự thật
Dưới đây là các tính chất của plutonium, theo Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos:
- Số nguyên tử: 94
- Biểu tượng nguyên tử: Pu
- Trọng lượng nguyên tử: 244
- Điểm nóng chảy: 1.184 F (640 C)
- Điểm sôi: 5,842 F (3,288 C)
Khám phá & lịch sử
Plutonium được phát hiện vào năm 1941 bởi các nhà khoa học Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan và Arthur C. Wohl tại Đại học California, Berkley. Phát hiện này xảy ra khi nhóm nghiên cứu bắn phá uranium-238 bằng các deuteron đã được tăng tốc trong một thiết bị cyclotron, tạo ra neptunium-238 và hai neutron tự do. Neptunium-238 sau đó phân rã thành plutonium-238 thông qua phân rã beta.
Thí nghiệm này không được chia sẻ với phần còn lại của cộng đồng khoa học cho đến năm 1946, sau Thế chiến II. Seaborg đã gửi một bài báo về khám phá của họ lên tạp chí Vật lý Đánh giá vào tháng 3 năm 1941, nhưng bài báo đã bị xóa khi phát hiện ra rằng một đồng vị của plutoni, Pu-239, có thể được sử dụng để tạo ra một quả bom nguyên tử.
Ngay sau đó, Seaborg đã được gửi đến để lãnh đạo Phòng thí nghiệm sản xuất Plutonium, còn được gọi là Phòng thí nghiệm Met, tại Đại học Chicago, theo Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos. Mục đích của phòng thí nghiệm là tạo ra plutonium như một phần của Dự án Manhattan. Dự án Manhattan là một liên doanh bí mật trong Thế chiến II, hoạt động độc quyền để phát triển một quả bom nguyên tử.
Vào ngày 18 tháng 8 năm 1942, họ đã có thành công lớn đầu tiên. Họ đã có thể tạo ra một lượng plutonium có thể nhìn thấy bằng mắt. Nó chỉ bằng khoảng 1 microgam. Từ mẫu nhỏ, nhà khoa học đã xác định trọng lượng nguyên tử của plutoni.
Dự án Manhattan cuối cùng đã sản xuất đủ plutonium cho "Thử nghiệm Trinity". Trong quá trình thử nghiệm, quả bom nguyên tử đầu tiên trên thế giới, hay "Tiện ích", đã phát nổ gần Socorro, New Mexico, vào ngày 16/7/1945, bởi giám đốc Phòng thí nghiệm của Los Alamos, Robert Oppenheimer và Tướng quân đội Leslie Groves.
Trong bài kiểm tra, Oppenheimer nói: "Chúng tôi biết thế giới sẽ không giống nhau. Một vài người đã cười, một vài người đã khóc. Hầu hết mọi người đều im lặng. Tôi nhớ dòng từ kinh điển của Ấn Độ giáo, Bhagavad-Gita. để thuyết phục Hoàng tử rằng anh ta nên thực hiện nghĩa vụ của mình và gây ấn tượng với anh ta bằng hình thức đa vũ trang của mình và nói, 'Bây giờ tôi trở thành Thần chết, kẻ hủy diệt thế giới.' Tôi cho rằng tất cả chúng ta đều nghĩ rằng, bằng cách này hay cách khác, "theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia.
Vụ nổ có năng lượng tương đương khoảng 20.000 tấn TNT. Quả bom nguyên tử sử dụng chiến tranh đầu tiên được thả xuống thành phố Hiroshima, Nhật Bản vào ngày 6 tháng 8 năm 1945. Tuy nhiên, quả bom nguyên tử đó có tên là "Cậu bé" có lõi uranium. Quả bom thứ hai, thả xuống Nagasaki, Nhật Bản, vào ngày 9 tháng 8 năm 1945, có lõi plutonium. "Fat Man", như tên gọi của nó, đã thúc đẩy sự kết thúc của Thế chiến II.
Tính chất của plutoni
Kim loại plutoni mới được chuẩn bị có màu sáng bạc nhưng có màu xám xỉn, vàng hoặc xanh ô liu khi bị oxy hóa trong không khí. Kim loại nhanh chóng hòa tan trong axit khoáng tập trung. Một mảnh lớn của plutoni cảm thấy ấm khi chạm vào vì năng lượng được cung cấp bởi sự phân rã alpha; miếng lớn hơn có thể tạo ra đủ nhiệt để đun sôi nước. Ở nhiệt độ phòng, plutoni dạng alpha (dạng phổ biến nhất) cũng cứng và giòn như gang. Nó có thể được hợp kim với các kim loại khác để tạo thành dạng delta ổn định nhiệt độ phòng, mềm và dễ uốn. Không giống như hầu hết các kim loại, plutonium không phải là chất dẫn nhiệt hoặc điện tốt. Nó có điểm nóng chảy thấp và điểm sôi cao bất thường.
Plutonium có thể tạo thành hợp kim và các hợp chất trung gian với hầu hết các kim loại khác, và các hợp chất với nhiều loại nguyên tố khác. Một số hợp kim có khả năng siêu dẫn và một số khác được sử dụng để chế tạo các viên nhiên liệu hạt nhân. Các hợp chất của nó có nhiều màu sắc khác nhau, tùy thuộc vào trạng thái oxy hóa và mức độ phức tạp của các phối tử khác nhau. Trong dung dịch nước có năm trạng thái ion hóa trị.
Plutonium, cùng với tất cả các nguyên tố transuranium khác, là một mối nguy hiểm phóng xạ và phải được xử lý bằng các thiết bị chuyên dụng và biện pháp phòng ngừa. Các nghiên cứu trên động vật đã phát hiện ra rằng một vài miligam plutoni trên mỗi kg mô là gây chết người.
Nguồn
Plutonium thường không được tìm thấy trong tự nhiên. Các nguyên tố vi lượng của plutonium được tìm thấy trong quặng urani tự nhiên. Ở đây, nó được hình thành theo cách tương tự như neptunium: bằng cách chiếu xạ urani tự nhiên bằng neutron theo sau là phân rã beta.
Tuy nhiên, chủ yếu, plutonium là sản phẩm phụ của ngành điện hạt nhân. Mỗi năm, khoảng 20 tấn plutonium được sản xuất, theo Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos. Nhiên liệu hạt nhân đã được sử dụng cũng có thể được xử lý lại để tách plutoni có thể sử dụng khỏi các nguyên tố khác trong nhiên liệu.
Thử nghiệm vũ khí khí quyển trong những năm 1950 và 1960 đã để lại hàng tấn plutoni trong bầu khí quyển của Trái đất vẫn còn tồn tại đến ngày nay, theo Hiệp hội Hạt nhân Thế giới.
Công dụng
Đối với hầu hết các phần, plutonium không được sử dụng nhiều. Trên thực tế, trong số năm đồng vị phổ biến, chỉ có hai đồng vị của plutoni, plutonium-238 và plutonium-239, được sử dụng cho mọi thứ.
Plutonium-238 được sử dụng để sản xuất điện cho các tàu thăm dò không gian sử dụng máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ. Những máy phát điện này được bật khi các đầu dò không thể có đủ năng lượng mặt trời vì chúng đã đi quá xa mặt trời. Một số tàu thăm dò sử dụng plutonium-238 là Cassini và Galileo.
Khi tập trung đủ, plutoni-239 trải qua phản ứng chuỗi phân hạch. Bởi vì điều này, nó được sử dụng trong vũ khí hạt nhân và một số lò phản ứng hạt nhân.
Trên thực tế, một trong những ứng dụng lớn nhất của plutoni là năng lượng. Theo Hiệp hội hạt nhân thế giới, hơn một phần ba năng lượng được sản xuất trong hầu hết các nhà máy điện hạt nhân đến từ plutonium. Plutonium là nhiên liệu chính trong các lò phản ứng neutron nhanh.
Ai biết?
Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã tự hỏi tại sao plutoni không hoạt động như các kim loại khác trong nhóm. Ví dụ, plutonium là một chất dẫn điện kém và nó không dính vào nam châm. Bây giờ các nhà nghiên cứu đã tìm ra nơi "từ tính bị mất" của nó đã được ẩn giấu và nó có liên quan đến hành vi lập dị của các electron trong lớp vỏ ngoài của nguyên tố. Không giống như các kim loại khác, có số lượng electron đặt trong lớp vỏ ngoài của chúng, khi ở trạng thái cơ bản, plutoni có thể có bốn, năm hoặc sáu electron ở đó.
Số lượng điện tử lớp vỏ dao động này giải thích tại sao plutoni không có từ tính: Để một nguyên tử tương tác với nam châm, các electron chưa ghép cặp ở lớp vỏ ngoài của nó phải xếp thành một từ trường.
Đồng vị ổn định nhất của Plutonium, plutonium-244, có thể tồn tại lâu dài. Nó có chu kỳ bán rã khoảng 82 triệu năm và phân rã thành uranium-240 thông qua phân rã alpha, theo Phòng thí nghiệm Jefferson.
Plutonium được đặt theo tên của hành tinh, Sao Diêm Vương. Điều này là do nó được đặt theo Uranium, được đặt theo tên của hành tinh Uranus và neptunium, được đặt theo tên của hành tinh Hải vương tinh.
Plutonium phát ra neutron, hạt beta và tia gamma.
