Плуто́ний-238 () — радиоактивный нуклид химического элемента плутония с атомным номером 94 и массовым числом 238. Является первым открытым изотопом плутония. Был открыт в 1940 году Гленом Сиборгом, Дж. Кеннеди, Артуром Валем и Э. М. Макмилланом в результате бомбардировки урана-238 дейтронами:
Период полураспада плутония-238 составляет . Плутоний-238 является практически чистым альфа-излучателем. Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно (17,1 кюри).
Один грамм чистого плутония-238 генерирует приблизительно 0,567 Вт мощности.
Образование и распад Плутоний-238 образуется в результате следующих распадов: β−-распад нуклида 238Np (период полураспада составляет 2,117(2) суток):
β+-распад нуклида 238Am (период полураспада составляет 98(2) мин):
α-распад нуклида 242Cm (период полураспада составляет 162,8(2) суток):
Распад плутония-238 происходит по следующим направлениям: α-распад в 234U (вероятность ≈100 %, энергия распада 5 593,20(19) кэВ):
энергия испускаемых α-частиц 5 456,3 кэВ (в 28,98 % случаев) и 5 499,03 кэВ (в 70,91 % случаев)Свойства 238Pu на сайте МАГАТЭ (IAEA, International Atomic Energy Agency). Спонтанное деление (вероятность 1,9(1) %);
Получение Плутоний-238 образуется в любом ядерном реакторе, работающем на природном или малообогащённом уране, содержащем в основном изотоп 238U. При этом происходят следующие ядерные реакции:
Весовые количества чистого плутония-238 получают путём облучения нейтронами нептуния-237, который, в свою очередь, добывают из отработанного ядерного топлива.
Цена одного килограмма плутония-238 составляет примерно 2,5 млн долларов США.
Применение Плутоний-238 используют в радиоизотопных источниках энергии (например, в РИТЭГах). Ранее (до появления литиевых батарейhttp://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/dimensions/issue7/pacemaker.html «Eventually, modern lithium-ion batteries replaced the plutonium ones. Lithium-ion batteries are still used to power pacemakers today») использовались в кардиостимуляторах.
США использовали РИТЭГ-и с плутонием-238 на примерно 30 космических аппаратах НАСА, включая «Вояджеры» и «Кассини». Так, космический аппарат «Кассини» содержал три РИТЭГ-а с 33 килограммами диоксида плутония-238, которые обеспечивали генерацию 870 ватт электрической мощностиPlutonium. World Nuclear Association.. Марсоходы «Кьюриосити» и "Персеверанс" несут РИТЭГ-и MMRTG с плутония-238, обеспечивающие 125 Вт электрической мощностиMars rover fueled by Russian plutonium // fuelfix.com, August 21, 2012. Кроме электрической генерации, РИТЭГ-и своим тепловыделением поддерживают тепловой баланс космических аппаратов и роверов. Также, в аппаратах "Соджорнер", "Спирит" и "Опортьюнити" использовались радиоизотопные источники тепла размером с гальванический элемент типоразмера D для поддержания теплового режима работы электронной аппаратуры, в том числе и цифровых вычислительных машин. Также, атмосферный зонд автоматической межпланетной станции "Галилео" обладал подобными источниками тепла.
Производство В США производство изотопа плутония-238 было остановлено в 1988 году (Саванна Ривер). Министерство энергетики США подписало в 1992 году пятилетний договор о покупке изотопа у России в объёме 10 кг и возможностью увеличения поставок не более чем до 40 кг. В рамках договора заключалось несколько контрактов, соглашение продлевалось. В 2009 году поставки были прерваны из-за реструктуризации российской ядерной промышленностиPlutonium-238 Production for NASA Radioisotope Power Systems // Cryptome, Federal Register Volume 78, Number 6 (January 9, 2013), [FR Doc No: 2013-00239.
Начиная с 1993 года, большинство РИТЭГов на американских космических аппаратах используют изотоп, приобретаемый у России. По состоянию на 2005 год было закуплено примерно .
В 2009 Министерство энергетики США запросило финансирование на возобновление производства изотопа на территории СШАGreenfieldboyce, Nell. «The Plutonium Problem: Who Pays For Space Fuel?» NPR, 8 November 2011. Стоимость проекта оценивалась в 75—90 миллионов долларов за пять лет Финансирование проекта разделено между Министерством энергетики и NASA. Конгресс предоставил NASA по 10 миллионов в 2011 и 2012 годах, но отказал в финансировании Министерству энергетики.
В 2013 году Национальная лаборатория Оук-Ридж (штат Теннеси) начала производство плутония-238 с проектной мощностью в 1,5—2 килограмма изотопа в годРИТЭГ: «сердца» космических роботов, или оружие террористов? // Голос Америки, 27.08.2013NASA отказалось от эффективного ядерного источника энергии — усовершенствованного радиоизотопного термоэлектрического генератора Стирлинга (ASRG — Advanced Stirling Radioisotope Generator) // Популярная механика, 25 ноября 2013U.S. To Restart Plutonium Production for Deep Space Exploration // Universe Today, March 20, 2013.
См. также Изотопы плутония
Примечания
Ссылки Ave Mosher, Timeline: Plutonium-238′s Hot and Twisted History // Wired, 2013-09-19
Категория:Изотопы плутония