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 | ||||
| ||||
Plutonium-239 of 239Pu, voor het gemak bij reactievergelijkingen ook geschreven , 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 uraan-233 en uraan-235, ingezet worden als brandstof in kernreactoren.
![{\displaystyle {{\vphantom {A}}_{\hphantom {94}}^{\hphantom {239}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{94}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {239}}}\mathrm {Pu} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6ce1a6f99365937bdeafc84ea696815c50ad6e68)
Vorming
[bewerken | brontekst bewerken]Plutonium-239 kan ontstaan door radioactief verval van neptunium-239, americium-239 of curium-243.
![{\displaystyle {{\mathrm {^{~239}_{93}Np} }{}\mathrel {\longrightarrow } {}{\mathrm {^{~239}_{94}Pu} }{}+{}{\mathrm {e^{\text{-}}} }{}+{}{\bar {\nu }}{\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{e}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d44257b33391e994c3171ece2da1911de421814b)
![{\displaystyle {{\mathrm {^{~239}_{95}Am} }{}\mathrel {\longrightarrow } {}{\mathrm {^{~239}_{94}Pu} }{}+{}{\mathrm {e^{+}} }{}+{}{\mathrm {\nu } }{\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{e}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a0a75a79639e02e4b0a5ea176d9317e2994df012)
![{\displaystyle {{\mathrm {^{~243}_{96}Cm} }{}\mathrel {\longrightarrow } {}{\mathrm {^{~239}_{94}Pu} }{}+{}\,{\vphantom {A}}_{\hphantom {2}}^{\hphantom {4}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{2}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {4}}}\mathrm {\alpha } }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e2d9f6a659c412b2cbfe1ccbe5c52f681a0b7a0e)
Het wordt geproduceerd uitgaande van uraan-238. Neutronen worden afgeschoten op uraan-238-kernen, waardoor uraan-239 ontstaat. Dit proces verloopt zeer vlot.
![{\displaystyle {{\vphantom {A}}_{\hphantom {92}}^{\hphantom {238}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{92}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {238}}}\mathrm {U} {}+{}{\vphantom {A}}_{\hphantom {0}}^{\hphantom {1}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{0}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {1}}}\mathrm {n} {}\mathrel {\longrightarrow } {}{\vphantom {A}}_{\hphantom {92}}^{\hphantom {239}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{92}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {239}}}\mathrm {U} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1ca59f70e5f862f3a7f4b4fd6e115639a5bd022c)
Het ontstane uraan-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:
- (23,5 min)
- (2,4 dagen)
![{\displaystyle {{\mathrm {^{~239}_{92}U} }{}\mathrel {\longrightarrow } {}{\mathrm {^{~239}_{93}Np} }{}+{}{\mathrm {e^{\text{-}}} }{}+{}{\bar {\nu }}{\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{e}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8eb8241461dbd75c4f3109eadb9c16bb7fcef4c1)
De splijtactiviteit van plutonium-239 is evenwel zeer laag, zodat zelfs na lange neutronenbestraling van uraan-238 het ontstane plutonium-239 gemengd zit met een grote hoeveelheid uraan-238 (en enkele andere isotopen van uraan), 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 uraan-235 in een reactor komen twee of drie neutronen vrij, die door uraan-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 uraan-235:
![{\displaystyle {{\mathrm {^{~239}_{94}Pu} }{}\mathrel {\longrightarrow } {}{\mathrm {^{~235}_{92}U} }{}+{}\,{\vphantom {A}}_{\hphantom {2}}^{\hphantom {4}}{\mkern {-1.5mu}}{\vphantom {A}}_{{\vphantom {2}}{\llap {\smash[{t}]{2}}}}^{{\smash[{t}]{\vphantom {2}}}{\llap {4}}}\mathrm {\alpha } }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5c3cba18c699eb96589385f3fa4255da289d992f)
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 uraan-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.
- (en) Wolfram Alpha
- (en) Periodic table
· 
· 