Plutonium-238

Plutonium-238
Plutonium isotop

Isotopbord
Generell
Symbol Pu
nøytroner 144
protoner 94
Nukliddata
halvt liv 87,7 år
Overordnede isotoper 242 Cm ( a ) 238 Np ( ß – ) 238 Am ( ß + )
Forfallsprodukter Uran-234
Atommasse 238u _
snurre rundt 0
Desintegrasjonsmåte og energi
Alfa-forfall 5.593
Andre
Radioactive.svg
Radioisotop
Se også: Isotoper av Plutonium

Plutonium -238 (også kjent som Pu-238 eller 238 Pu ) er en radioaktiv isotop av plutonium som har en halveringstid på 87,7 år. Det er en sterk alfa-emitter og – i motsetning til andre isotoper av plutonium – sender den ikke ut store mengder stråling. Dette gjør den egnet for bruk i radioisotop termoelektriske generatorer (RTGs) og radioisotopvarmere - ett gram plutonium-238 genererer omtrent 0,5 watt termisk kraft.

Historie

Det var den første isotopen av plutonium som ble oppdaget. Den ble syntetisert av Glenn Seaborg og samarbeidspartnere i 1941 ved å bombardere uranium-238 med deuteroner , og skape neptunium-238, som deretter forfaller til plutonium-238. Plutonium-238 henfaller til uran-234 og videre langs forfallskjeden til bly - 206.

Produksjon

Plutoniumreaktorer laget av brukt kjernebrensel inneholder flere isotoper. Pu-238 står for bare én eller to prosent, men kan være ansvarlig for mye av den kortsiktige forfallsvarmen på grunn av dens korte halveringstid i forhold til andre plutoniumisotoper.

Rent plutonium-238 fremstilles ved bestråling av neptunium - 237, et av de mindre aktinidene , som kan gjenvinnes under reprosessering av brukt kjernebrensel , eller ved bestråling av americium [ 1 ] i en reaktor. I begge tilfeller gjennomgår målene kjemisk behandling, inkludert oppløsning i salpetersyre for å trekke ut plutonium-238. En prøve på 100 kg lettvannsreaktorbrensel ( LWR ) som har vært bestrålt i tre år inneholder bare ca. 700 gram neptunium-237, og neptuniumet må ekstraheres selektivt. Betydelige mengder ren Pu-238 kan også produseres i en thoriumbrenselsyklus . [ 2 ]

Applikasjoner

Hovedanvendelsen av Pu-238 er som varmekilde i radioisotop termoelektriske generatorer (RTG).

RTG-teknologi ble først utviklet av Los Alamos National Laboratory for å drive pacemakere . Av de 250 plutoniumdrevne pacemakerne produsert av Medtronic, var tjueto fortsatt i drift etter tjuefem år, en prestasjon ingen batteridrevet pacemaker kunne oppnå. [ 3 ]

Den samme RTG-kraftteknologien har blitt brukt i romsonder som Voyager 1 og 2 , Cassini–Huygens og New Horizons , og i andre enheter, som Mars Science Laboratory , for langsiktig kjernekraftproduksjon. [ 4 ]

Forsyning til USA

USA sluttet å produsere plutonium-238 i store mengder i 1988, [ 5 ] Siden 1993 har alle Pu-238 brukt i amerikanske romfartøyer blitt kjøpt fra Russland . I alt er det kjøpt inn 16,5 kilo, men Russland produserer ikke lenger plutonium-238 og det ser ut til at dets egen forsyning begynner å bli lav. [ 6 ]​ [ 7 ]

I 2009 ba det amerikanske energidepartementet (DOE) om finansiering for å starte produksjonen på nytt i landet. [ 8 ] [ 9 ] Det er anslått at restart av produksjonen vil koste mellom 75 og 90 millioner dollar over fem år. [ 10 ] Siden DOE ville være ansvarlig for å produsere NASAs plutonium-238 , ønsker de to byråene å dele kostnadene ved å starte produksjonen på nytt. [ 10 ] Kongressen ga NASA noen av de forespurte pengene, 10 millioner dollar i 2011 og det samme i 2012. [ 10 ] Den amerikanske kongressen avviste DOEs finansieringsforespørsel for tre år på rad. [ 10 ] I 2013 ble det avtalt at NASA skulle gi all finansiering til produksjonen av Pu-238. [ 11 ]

Mellom 1,5 kg og 2,0 kg ville bli produsert per år for å støtte NASAs robotvitenskapelige oppdrag, men hvis fremtidige menneskelige oppdrag krever plutonium-238, ville mye mer måtte produseres. [ 10 ] Den avanserte testreaktoren ved Idaho National Laboratory og High Flux Isotope Reactor ved Oak Ridge National Laboratory blir sett på som potensielle produsenter. [ 7 ]

Se også

Referanser

  1. ^ "Prosess for å produsere ultraren ... - Google-patenter" . Google.com . Hentet 19. september 2011 . 
  2. ^ "NASA trenger Pu-238 nå. Det medisinske fellesskapet trenger isotoper nå» (PDF) . Thorium Energy Alliance . Arkivert fra originalen 21. september 2013 . Hentet 24. februar 2015 . 
  3. ↑ Kathy DeLucas; Jim Foxx; Robert Nance (1. kvartal 2005). "Fra varmekilder til hjertekilder: Los Alamos laget materiale for plutoniumdrevne pumper" . Actinide Research Quarterly . Los Alamos nasjonale laboratorium . Hentet 2012-01-23 . 
  4. ↑ Alexandra Witze, Kjernekraft: NASA søker desperat etter plutonium og har 35 kg 238 Pu til å drive sine romfartsoppdrag – men det vil ikke komme så langt. , Nature , 25. november 2014
  5. ↑ Steven D. Howe, Douglas Crawford, Jorge Navarro, Terry Ring. "Økonomisk produksjon av Pu-238: Mulighetsstudie" . Senter for romatomforskning . Hentet 19. mars 2013 . 
  6. ^ "Vanlige spørsmål om radioisotopkraftsystemer" . Idaho NationalLaboratory . juli 2005. Arkivert fra originalen 4. februar 2012 . Hentet 24. februar 2015 . 
  7. ^ a b "Plutonium-238 produksjonsprosjekt" . Energidepartementet. 5. februar 2011. Arkivert fra originalen 3. februar 2012 . Hentet 2. juli 2012 . 
  8. ^ "Plutoniummangel kan stoppe romutforskningen" . NPR . Hentet 24. februar 2015 . 
  9. ↑ Greenfieldboyce, Nell. "Plutonium-problemet: Hvem betaler for romdrivstoff?" NPR , 8. november 2011.
  10. ↑ abcde Wall , Mike ( 6. april 2012). "Plutoniumproduksjon kan avverge drivstoffmangel for romfartøy" . Space.com . Hentet 2. juli 2012 . 
  11. ↑ Matteo Emanuelli (24. april 2013). "NASA vil betale hele kostnaden for Pu-238-produksjonen" . Space Safety Magazine . Hentet 11. februar 2015 . 

Eksterne lenker