Pu-239

Плутоній-239
Кільце чистого, електрорафінованого збройового плутонію (99,96%) Таблиця ізотопів
Загальні відомості
Назва, символ	Плутоній-239,^239Pu
Нейтронів	145
Протонів	94
Властивості ізотопу
Період напіврозпаду	2,411(3)× 10^4 років
Батьківські ізотопи	(β^−)  (ε)  (α)
Продукти розпаду	^235U
Атомна маса	239,0521634(20) а.о.м
Спін	1/2^+
Дефект маси	48 589,9(18) кеВ
Канал розпаду	Енергія розпаду
α-розпад	5,24451(21) МеВ
SF

Плуто́ній-239 — радіоактивний нуклід хімічного елемента плутонію з масовим числом 239. Іноді його відносять до (радіоактивного сімейства) 4n+3, так званого ряду актинію (хоча, як правило, вважають, що цей ряд починається з природного урану-235, який і утворюється при розпаді практично неіснуючого в природі плутонію-239). Відкритий в 1941 році Гленном Сіборгом, Дж. Кеннеді, ^[ru] та Еміліо Сегре.

В природі зустрічається в надзвичайно малих кількостях в уранових рудах. Радіогенний плутоній-239 утворюється з урану-238 при захопленні нейтронів, які виникають при спонтанному поділі урану (235U і 238U) та в результаті реакцій (α, n) на легких елементах, які входять до складу руд; ще одним джерелом нейтронів є космічне випромінювання.

Активність одного грама цього нукліду становить приблизно 2,3 ГБк.

Утворення та розпад

Плутоній-239 утворюється в результаті таких розпадів:

• β⁻-розпад нукліду (період напіврозпаду становить 2,356(3) діб):

${\displaystyle \mathrm {^{239}_{93}Np} \rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};}$

• K-захоплення, здійснюване нуклідом (період напіврозпаду становить 11,9(1) годин):

${\displaystyle \mathrm {^{239}_{95}Am} +e^{-}\rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +{\bar {\nu }}_{e};}$

• α-розпад нукліду (період напіврозпаду становить 29,1(1) років):

${\displaystyle \mathrm {^{243}_{96}Cm} \rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}$

Розпад плутонію-239 відбувається в таких напрямах:

• α-розпад в 235U (ймовірність 100 %, енергія розпаду 5 244,51(21) кеВ):

${\displaystyle \mathrm {^{239}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} ;}$

енергія випромінюваних α-частинок:

5 105,5 кеВ (в 11,94 % випадків);

5 144,3 кеВ (в 17,11 % випадків);

5 156,59 кеВ (в 70,77 % випадків).

• Спонтанний поділ (ймовірність 3,1(6)× 10⁻¹⁰ %);

Отримання

Плутоній-239 утворюється в будь-якому ядерному реакторі, який працює на природному або слабозбагаченому урані, що містить, в основному, ізотоп 238U, при захопленні ним надлишкових нейтронів. При цьому відбуваються такі ядерні реакції:

${\displaystyle \mathrm {\hbox{n}} +{{}^{2}{}_{92}^{38}U}\rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{92}^{39}U} \rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{93}^{39}Np} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}}$

${\displaystyle \mathrm {{}^{2}{}_{93}^{39}Np} \rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{94}^{39}Pu} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}}$.

Для промислового виділення плутонію-239 з опроміненого ядерного палива використовують ^[ru].

Ізомери

Відомий єдиний ізомер 239Pu^m з такими характеристиками:

• Надлишок маси: 48 981,5(18) кеВ
• Енергія збудження: 391,584(3) кеВ
• Період напіврозпаду: 193(4) нc
• Спін та парність ядра: 7/2⁻

Розпад ізомерного стану здійснюється шляхом ізомерного переходу в основний стан..

Використання

Плутоній-239 використовують:

• як ядерне паливо в ядерних реакторах на теплових нейтронах і особливо на швидких нейтронах;
• при виготовленні ядерної зброї (критична маса для голої кулі з металічного 239Pu становить приблизно 10 кг, для кулі у водяному відбивачі приблизно 5,2 кг);
• як вихідна речовина для отримання трансплутонієвих елементів.

Див. також

• Ізотопи плутонію
• Збройовий плутоній

Примітки

1. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // . — 2003. — Vol. 729. — P. 3–128. — Bibcode:2003NuPhA.729....3A. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.(англ.)
2. Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references. // . — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — Bibcode:2003NuPhA.729..337A. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.(англ.)
3. Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — М. : Высшая Школа, 1991. — С. 407.(рос.)
4. Милюкова М. С., Гусев Н. И., Сентюрин И. Г., Скляренко И. С. Аналитическая химия плутония. — М. : «Наука», 1965. — С. 12. — (Аналитическая химия элементов) — 3 400 прим.(рос.)
5. Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М. : Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 50 000 прим. — ISBN 5—85270—039—8.(рос.)
6. Властивості 239Pu на сайті МАГАТЕ (IAEA, International Atomic Energy Agency)^{[недоступне посилання з квітня 2019]}
7. E. D. Clayton, ANOMALIES OF NUCLEAR CRITICALITY, REVISION 6 [ 24 вересня 2015 у Wayback Machine.] // Pacific Northwest Laboratory, February 2010. page 79. «N. THE CRITICALITY OF 239Pu-240Pu METAL MIXTURES»: «The critical mass for 239Pu metal is given as 5.2 and 10 kg for water-reflected and bare spheres, respectively.»(англ.)