Techniklexikon

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  mit Deuteronen von 16 MeV entsteht , das in  (Alphastrahler; Halbwertszeit 87,7 Jahre) zerfällt:

Das Isotop  wird auch durch Beschuss von  mit Neutronen erhalten:

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

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  ist spaltbar, d.h. es unterliegt bei der Bestrahlung mit langsamen Neutronen einer Kettenreaktion.  dient als Muttersubstanz zur Herstellung von  (Alphastrahler; Halbwertszeit: 3,763 × 10⁵ Jahre) und  (Alphastrahler; Halbwertszeit: 8,26 × 10⁷ Jahre) durch Neutronenbestrahlung:

Plutonium 1: Wichtige Isotope.

Isotop	bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Natürliche Häufigkeit [%]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Atommasse	Halbwertszeit T1 / 2
239Pu	0	239,052157	2,411 × 104 a
242Pu	0	242,058737	3,76 × 105 a
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 244Pu	bottom:solid black 1.0pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 0	bottom:solid black 1.0pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 244,064199	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 8,2 × 107 a

 

Plutonium 2: Allgemeine, chemische und festkörperphysikalische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> relative Atommasse (12C = 12,0000) [g mol-1]	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 244
Dichte [g cm-3]	19,84
Molvolumen [cm3]	12,3
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Oxidationszahlen	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> II-VII

 

Plutonium 3: Thermische und elektromagnetische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Siedetemperatur [K]	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 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
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> spezifische magnetische Suszeptibilität [10-8 kg-1 m3]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>     3,17

 

Plutonium 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Termsymbol	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 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
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Einfangquerschnitt für thermische Neutronen (244Pu) [barn]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>    1,7