Plutonium-239

Plutonium-239
	Ring bestaande uit 99,96% zuiver plutonium-239
Algemeen
Element	plutonium (Pu)
Nuclide	239Pu
Aantal protonen	94
Aantal neutronen	145
Nuclidische gegevens
Nuclidenmassa	239,052163381 u
Spin	1/2+
Bindingsenergie	7,560311 MeV
Massaoverschot	48,589877 MeV
Afwijking	48,589877 MeV
Vervalgegevens
Type verval	alfaverval
Halveringstijd	24.125 jaar
Vervalenergie	5,24451 MeV
Vervalproduct	uranium-235
Isotopen van plutonium
Portaal	Scheikunde ; Natuurkunde

Plutonium-239 of ²³⁹Pu, voor het gemak bij reactievergelijkingen ook geschreven ${\ce {^{239}_{94}Pu}}$ , is een instabiele radioactieve isotoop van plutonium, een actinide. De isotoop komt van nature niet op Aarde voor. Plutonium-239 wordt gebruikt in kernwapens en kan, net als uranium-233 en uranium-235, ingezet worden als brandstof in kernreactoren.

Vorming[bewerken | brontekst bewerken]

Plutonium-239 kan ontstaan door radioactief verval van neptunium-239, americium-239 of curium-243.

{\ce {{^{239}_{93}Np}->{^{239}_{94}Pu}+{e^{-}}+{\bar {\nu }}_{e}}}

{\ce {{^{239}_{95}Am}->{^{239}_{94}Pu}+{e^{+}}+{\nu }_{e}}}

{\ce {{^{243}_{96}Cm}->{^{239}_{94}Pu}+\,_{2}^{4}\alpha }}

Het wordt geproduceerd uitgaande van uranium-238. Neutronen worden afgeschoten op uranium-238-kernen, waardoor uranium-239 ontstaat. Dit proces verloopt zeer vlot.

{\ce {^238_92U + ^1_0n -> ^239_92U}}

Het ontstane uranium-239 is zeer onstabiel (halveringstijd van ongeveer 23,5 minuten) en vervalt via dubbel β⁻-verval tot plutonium-239. Dit verval verloopt via neptunium-239:

{\ce {{^{239}_{92}U}->{^{239}_{93}Np}+{e^{-}}+{\bar {\nu }}_{e}}}

(23,5 min)

{\ce {{^{239}_{93}Np}->{^{239}_{94}Pu}+{e^{-}}+{\bar {\nu }}_{e}}}

(2,4 dagen)

De splijtactiviteit van plutonium-239 is evenwel zeer laag, zodat zelfs na lange neutronenbestraling van uranium-238 het ontstane plutonium-239 gemengd zit met een grote hoeveelheid uranium-238 (en enkele andere isotopen van uranium), zuurstof en splijtproducten. Enkel na dagen van bestraling kan het plutonium-239 op chemische wijze afgescheiden worden van de rest van het mengsel (extractie met salpeterzuur), zodat het zuivere metaal kan verkregen worden.

Kernsplijting en nucleaire eigenschappen[bewerken | brontekst bewerken]

Zowel zijn nucleaire eigenschappen als het feit dat het mogelijk is om relatief goedkoop grote hoeveelheden plutonium-239 te produceren maken de isotoop een geschikte kandidaat voor toepassing in kernwapens en als kernbrandstof. Bij de kernsplijting van uranium-235 in een reactor komen twee of drie neutronen vrij, die door uranium-238 geabsorbeerd kunnen worden. Daarbij ontstaat, naast andere isotopen, plutonium-239, dat eveneens neutronen kan absorberen.

Van alle nucleaire brandstoffen bezit plutonium-239 de kleinste kritische massa: ongeveer 11 kg.

Radioactief verval[bewerken | brontekst bewerken]

Plutonium-239 vervalt onder uitzending van alfastraling naar de radio-isotoop uranium-235:

{\ce {{^{239}_{94}Pu}->{^{235}_{92}U}+\,_{2}^{4}\alpha }}

De halveringstijd bedraagt 24.125 jaar.

Toepassing als kernbrandstof[bewerken | brontekst bewerken]

Plutonium-239 wordt onder de vorm van plutonium(IV)oxide gebruikt als zogenaamde MOX-brandstof (mixed oxide-brandstof) in kernreactoren. De toevoeging van plutonium-239 zorgt ervoor dat er aanzienlijk minder nood is aan verrijkt uranium in de brandstofstaven. De reden hiervoor is dat plutonium-239 tegelijkertijd gevormd en verbruikt wordt in de brandstofstaven; immers, door neutronenabsorptie van uranium-238 ontstaat uiteindelijk toch opnieuw plutonium-239. De kernsplijting van plutonium-239 levert ongeveer een derde van de totale energie die opgewekt wordt in een commerciële kernreactorinstallatie.

Bronnen, noten en/of referenties

(en) Wolfram Alpha
(en) Periodic table