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Plutonium

(ehem. Symbol Pu). Kommt in der Natur in sehr kleinen Mengen in Uranmineralien (Uran) vor. Es ist ein sog. Transuran, von dem es zahlreiche künstlich hergestellte Isotope gibt. In Atomkraftwerken ist das spaltbare Pu 239 in den Brennelementen enthalten und kann durch Wiederaufarbeitung zurückgewonnen werden. P. ist eine der giftigsten Substanzen auf der Erde mit einer Halbwertszeit (Radioaktivität) von 24000 Jahren. Als Radionuklid (Nu-klid) sendet es Alphastrahlung (Ionisierende Strahlung) aus. Gebunden an kleinste Schwebeteilchen (Aerosole) kann es eingeatmet werden; schon weniger als 1 Millionstel Gramm Pu kann Lungenkrebs hervorrufen. Chemie, Physikalische Chemie, Pu, Element der Gruppe der Actinoide des Periodensystems, ein Transuran-Element, Ordnungszahl 94. Plutonium besitzt die Elektronenkonfiguration [Rn]5f67s2 und ist radioaktiv. Bis jetzt sind 15 Isotope bekannt (Tab. 1). Plutonium wird durch künstliche Elementumwandlung aus Uran und Neptunium hergestellt. Durch Beschuss von Plutonium mit Deuteronen von 16 MeV entsteht Plutonium, das in Plutonium (Alphastrahler; Halbwertszeit 87,7 Jahre) zerfällt:

Plutonium

Das Isotop Plutonium wird auch durch Beschuss von Plutonium mit Neutronen erhalten:

Plutonium

Die Energie, die beim radioaktiven Zerfall des Plutonium-Isotops Plutonium in das Uran-Isotop Plutonium frei wird, dient technisch zur Versorgung von Raumsatelliten und Herzschrittmachern. Das langlebige Plutonium-Isotop Plutonium (Alphastrahler; Halbwertszeit: 2,411 × 104 Jahre) entsteht als Folgeprodukt bei der Bestrahlung von Uran Plutonium mit Neutronen im Brutreaktor:

Plutonium

In einem Brutreaktor ist die Energieausbeute 50-60mal höher als in einem Kernreaktor. Bei einer Leistung von 1000 MW wird täglich ein kg Plutonium produziert, das durch Lösungsmittelextraktion (Purex-Prozess) vom Uran abgetrennt wird. Das Isotop Plutonium ist spaltbar, d.h. es unterliegt bei der Bestrahlung mit langsamen Neutronen einer Kettenreaktion. Plutonium dient als Muttersubstanz zur Herstellung von Plutonium (Alphastrahler; Halbwertszeit: 3,763 × 105 Jahre) und Plutonium (Alphastrahler; Halbwertszeit: 8,26 × 107 Jahre) durch Neutronenbestrahlung:

Plutonium

Plutonium 1: Wichtige Isotope.

Isotop

Natürliche Häufigkeit [%]

Atommasse

Halbwertszeit T1 / 2

239Pu

0

239,052157

2,411 × 104 a

242Pu

0

242,058737

3,76 × 105 a

244Pu

0

244,064199

8,2 × 107 a

 

Plutonium 2: Allgemeine, chemische und festkörperphysikalische Eigenschaften.

relative Atommasse (12C = 12,0000) [g mol-1]

244

Dichte [g cm-3]

  19,84

Molvolumen [cm3]

  12,3

Oxidationszahlen

II-VII

 

Plutonium 3: Thermische und elektromagnetische Eigenschaften.

Siedetemperatur [K]

3205

Schmelztemperatur [K]

  914

Siedeenthalpie [kJ mol-1]

  343,5

Schmelzenthalpie [kJ mol-1]

     2,8

Wärmeleitfähigkeit [W m-1 K-1]

     6,74

thermischer Längenausdehungskoeffizient [10-6 K-1]

  55

spezifischer Widerstand [10-8 W m]

 146

spezifische magnetische Suszeptibilität [10-8 kg-1 m3]

    3,17

 

Plutonium 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

Termsymbol

7F0

1. Ionisierungsenergie [eV]

   5,85

Elektronegativität (Pauling)

   1,28

effektive Kernladung (Slater)

   1,65

Ionenradius (Pu3+) [nm]

   0,108

Atomradius (a-Modifikation) [nm]

   0,151

Kernspin (239Pu)

 +1 / 2

magnetisches Moment (239Pu) [mK]

   0,203

Einfangquerschnitt für thermische Neutronen (244Pu) [barn]

   1,7

 

 

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