Plutonium

Plutonium wurde 1941 von Dr. Glenn T. Seaborg und Edwin McMillan, Kennedy und Wahl durch Deuteronenbeschuss von Uran im 60-Zoll-Zyklotron des Berkeley Radiation Laboratory an der Universität von Kalifornien, Berkeley, entdeckt, aber die Entdeckung wurde geheim gehalten. Es wurde nach dem Planeten Pluto benannt, da es direkt nach dem Neptunium entdeckt wurde. (Pluto ist der nächste Planet nach Neptun).

Das Metall hat ein silbriges Aussehen und nimmt bei leichter Oxidation einen gelben Schimmer an. Es ist chemisch reaktiv. Ein relativ großes Stück Plutonium fühlt sich aufgrund der beim Alphazerfall freigesetzten Energie warm an. Größere Stücke erzeugen genug Wärme, um Wasser zu kochen. Das Metall löst sich leicht in konzentrierter Salzsäure, Iodwasserstoffsäure oder Perchlorsäure auf. Das Metall weist sechs allotrope Modifikationen mit unterschiedlichen Kristallstrukturen auf. Die Dichten dieser variieren von 16,00 bis 19,86 g/cm3.

Das wichtigste Isotop des Plutoniums ist 239Pu mit einer Halbwertszeit von 24.200 Jahren. Wegen seiner kurzen Halbwertszeit kommt Plutonium in der Natur nur in äußerst geringen Spurenmengen in Uranerzen vor.
Es wird in großen Mengen in Kernreaktoren aus Natururan hergestellt: 238U(n, gamma) –> 239U–(beta) –> 239Np–(beta) –> 239Pu. Es sind fünfzehn Isotope des Plutoniums bekannt.

Anwendungen
Plutonium ist ein wichtiger spaltbarer Bestandteil moderner Kernwaffen; es muss darauf geachtet werden, dass sich keine Plutoniummengen ansammeln, die sich der kritischen Masse nähern, d.h. der Menge an Plutonium, die eine Kernreaktion auslöst. Obwohl das Plutonium nicht durch äußeren Druck eingeschlossen ist, wie es für eine Kernwaffe erforderlich ist, wird es sich dennoch selbst erhitzen und die einschließende Umgebung, in der es sich befindet, zerstören. Die Form ist wichtig; kompakte Formen wie Kugeln sind zu vermeiden.

Plutonium könnte auch zur Herstellung radiologischer Waffen verwendet werden. Das Plutoniumisotop 238Pu ist ein Alphastrahler mit einer Halbwertszeit von 87 Jahren. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet es sich gut für die Stromerzeugung in Geräten, die über einen Zeitraum, der in etwa dem eines Menschenlebens entspricht, ohne direkte Wartung funktionieren müssen. Es wird daher in RTGs verwendet, die beispielsweise die Raumsonden Galileo und Cassini antreiben. Plutonium-238 wurde 1971 auf dem Apollo-14-Mondflug verwendet, um seismische Geräte und andere auf dem Mond zurückgelassene Ausrüstungen mit Energie zu versorgen, und es diente auch als Energiequelle für die beiden 1977 gestarteten Voyager-Supersonen.

Plutonium-239 kann auch als Brennstoff in einer neuen Generation von schnellen Kernwaffen verwendet werden, die einen Mischoxidbrennstoff (MOX) aus Uran und Plutonium verbrennen.

Plutonium in der Umwelt

Spurenmengen von Plutonium kommen natürlich in uranhaltigen Erzen vor. Das meiste vorhandene Plutonium wird vom Menschen in speziellen Kernreaktoren hergestellt. Neben dem natürlichen Vorkommen in sehr geringen Mengen kann Plutonium auch durch Freisetzungen aus Kernreaktoren, Waffenproduktionsanlagen und Forschungseinrichtungen in die Umwelt gelangen. Eine wichtige Quelle für die Freisetzung von Plutonium sind Kernwaffentests.
Die jährliche Weltproduktion von Plutonium liegt wahrscheinlich bei über 50 Tonnen, und es lagern möglicherweise mehr als 1.000 Tonnen des Metalls, entweder in Form von Bomben oder Metallstäben.

Gesundheitliche Auswirkungen von Plutonium

Plutonium wird in Medienberichten manchmal als die giftigste Substanz bezeichnet, die dem Menschen bekannt ist, obwohl sich die Experten auf diesem Gebiet einig sind, dass dies nicht stimmt. Bis 2003 gab es noch keinen einzigen Todesfall, der offiziell auf eine Plutoniumexposition zurückgeführt wurde. Natürlich vorkommendes Radium ist etwa 200-mal stärker radiotoxisch als Plutonium, und einige organische Gifte wie Botulismustoxin sind milliardenfach stärker toxisch als Plutonium.
Die von Plutonium ausgehende Alphastrahlung durchdringt die Haut nicht, kann aber innere Organe bestrahlen, wenn Plutonium eingeatmet oder verschluckt wird. Äußerst kleine Plutoniumpartikel in der Größenordnung von Mikrogramm können Lungenkrebs verursachen, wenn sie in die Lunge eingeatmet werden. Erheblich größere Mengen können bei Einnahme oder Inhalation zu akuten Strahlenvergiftungen und zum Tod führen. Bislang ist jedoch kein einziger Mensch an der Einnahme oder Inhalation von Plutonium gestorben, und viele Menschen haben messbare Mengen von Plutonium in ihrem Körper. Plutonium ist ein gefährlicher Stoff, der seit langem in Sprengstoffen verwendet wird. Es wird vor allem bei Atmosphärentests von Kernwaffen und bei Unfällen in Waffenproduktionsstätten in die Atmosphäre freigesetzt. Wenn Plutonium in die Atmosphäre freigesetzt wird, fällt es irgendwann auf die Erde zurück und landet im Boden.
Eine Exposition des Menschen gegenüber Plutonium ist unwahrscheinlich, aber manchmal kommt es zu einer unbeabsichtigten Freisetzung bei der Verwendung, dem Transport oder der Entsorgung.
Da Plutonium keine Gammastrahlung hat, sind gesundheitliche Auswirkungen bei der Arbeit mit Plutonium unwahrscheinlich, es sei denn, es wird eingeatmet oder verschluckt.
Wenn Menschen Plutonium einatmen, kann es in der Lunge verbleiben oder zu den Knochen oder Organen wandern. Im Allgemeinen verbleibt es lange Zeit im Körper und setzt das Körpergewebe kontinuierlich der Strahlung aus. Nach einigen Jahren kann dies zur Entwicklung von Krebs führen.
Außerdem kann Plutonium die Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten beeinträchtigen, und die Radioaktivität von Plutonium kann zu Fortpflanzungsstörungen führen.

Umweltauswirkungen von Plutonium

Plutonium kann durch unbeabsichtigte Freisetzungen und die Entsorgung radioaktiver Abfälle in Oberflächengewässer gelangen. Der Boden kann durch Fallout bei Kernwaffentests mit Plutonium kontaminiert werden. Plutonium bewegt sich im Boden langsam nach unten und gelangt ins Grundwasser.

Pflanzen nehmen geringe Mengen an Plutonium auf, aber diese Mengen sind nicht hoch genug, um eine biologische Vergrößerung des Plutoniums in der Nahrungskette oder eine Anreicherung im Körper von Tieren zu verursachen.

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