Введение

Изотоп плутония
изотоп плутония

Плутоний-239 (239Pu или Pu-239) — это изотоп плутония. Плутоний-239 является основным делящимся изотопом, используемым для производства ядерного оружия, хотя уран-235 также применяется для этих целей. Плутоний-239 также входит в число трех основных изотопов, пригодных для использования в качестве топлива в тепловых ядерных реакторах, наряду с ураном-235 и ураном-233. Период полураспада плутония-239 составляет 24 110 лет.

Плутоний сверхсодержащего

"Суперсортное" ядерное топливо, обладающее меньшей радиоактивностью, используется в первичной ступени ядерного оружия ВМС США вместо обычного плутония, применяемого в авиационных версиях. Термин "суперсорт" в отрасли обозначает плутониевый сплав с исключительно высокой долей 239Pu (>95%) и очень низким содержанием 240Pu – изотопа, склонного к спонтанному делению (см. выше). Такой плутоний производится из топливных стержней, подвергшихся очень короткому облучению, измеряемому в МВт·день/тонна выгорания. Небольшое время облучения ограничивает дополнительный захват нейтронов и, следовательно, накопление других изотопных продуктов, таких как 240Pu, в стержне. Это также значительно удорожает производство, поскольку требуется облучать и перерабатывать гораздо больше стержней для получения заданного количества плутония. Плутоний-240, помимо испускания нейтронов после деления, является источником гамма-излучения и, следовательно, отвечает за значительную часть радиации, испускаемой хранящимся ядерным оружием. Экипажи подводных лодок, находясь в патруле или в порту, постоянно живут и работают в непосредственной близости от ядерного оружия, хранящегося в торпедных отсеках и шахтах ракет, в отличие от ракет ВВС, где время воздействия относительно невелико. Необходимость снижения радиационного воздействия оправдывает дополнительные затраты на высококачественный суперсортный сплав, используемый во многих военно-морских ядерных боеприпасах. Суперсортный плутоний применяется в боеголовках W80.

В ядерных реакторах

В любом действующем ядерном реакторе, содержащем 238U, некоторое количество плутония-239 будет накапливаться в ядерном топливе. В отличие от реакторов, используемых для производства плутония оружейного качества, коммерческие ядерные реакторы обычно работают при высокой степени выгорания, что позволяет значительному количеству плутония накапливаться в облученном ядерном топливе. Плутоний-239 будет присутствовать как в активной зоне реактора во время работы, так и в отработавшем ядерном топливе, которое было извлечено из реактора по окончании срока службы топливной сборки (обычно несколько лет). Отработавшее ядерное топливо обычно содержит около 0,8% плутония-239. Плутоний-239, присутствующий в топливе реактора, может поглощать нейтроны и делиться, подобно урану-235. Поскольку плутоний-239 постоянно образуется в активной зоне реактора во время работы, его использование в качестве ядерного топлива на электростанциях может происходить без переработки отработавшего топлива; плутоний-239 делится в тех же топливных элементах, в которых он производится. Деление плутония-239 обеспечивает более трети всей энергии, вырабатываемой на типичной коммерческой атомной электростанции. Ядерное топливо накапливало бы значительно больше 0,8% плутония-239 в течение срока службы, если бы часть плутония-239 не "сгорала" постоянно в результате деления. Небольшой процент плутония-239 может быть намеренно добавлен в свежее ядерное топливо. Такое топливо называется MOX (смешанное оксидное) топливо, поскольку оно содержит смесь диоксида урана (UO2) и диоксида плутония (PuO2). Добавление плутония-239 снижает необходимость обогащения урана в топливе.

Опасности

Плутоний-239 испускает альфа-частицы, превращаясь в уран-235. Как альфа-излучатель, плутоний-239 не представляет особой опасности как внешний источник радиации, но при проглатывании или вдыхании в виде пыли он крайне опасен и канцерогенен. По оценкам, вдыхание 454 граммов пыли оксида плутония может вызвать рак у двух миллионов человек. Однако, проглоченный плутоний значительно менее опасен, поскольку лишь незначительная его часть всасывается в желудочно-кишечном тракте; 800 мг вряд ли создаст серьезный риск для здоровья с точки зрения радиационного воздействия. Как тяжелый металл, плутоний также химически токсичен. См. также Плутоний#Меры предосторожности. Плутоний оружейного качества (с содержанием 239Pu более 90%) используется для создания ядерного оружия и обладает рядом преимуществ перед другими делящимися материалами для этой цели. Более низкое содержание 239Pu затрудняет или делает невозможным создание надежной конструкции оружия; это связано со спонтанным делением (и, следовательно, образованием нейтронов) нежелательного 240Pu.