Plutonium-239

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Plutonium-239
Ring bestaande uit 99,96% zuiver 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
Massa-overschot 48,589877 MeV
Vervalgegevens
Type verval alfaverval
Halveringstijd 24.125 jaar
Vervalenergie 5,24451 MeV
Vervalproduct uranium-235
Isotopen van plutonium
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde
Natuurkunde

Plutonium-239 of 239Pu is een onstabiele 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]

Plutonium-239 kan ontstaan door radioactief verval van neptunium-239, americium-239 of curium-243. Het wordt geproduceerd uitgaande van uranium-238. Neutronen worden afgeschoten op uranium-238-kernen, waardoor uranium-239 ontstaat. Dit proces verloopt zeer vlot. 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:

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]

Zowel de gunstige 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 2 tot 3 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]

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

De halveringstijd bedraagt 24.125 jaar.

Toepassing als kernbrandstof[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.