Plutonium
Plutoniumin löysivät vuonna 1941 tohtori Glenn T. Seaborg sekä Edwin McMillan, Kennedy ja Wahl Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä sijaitsevan Berkeleyn säteilylaboratorion 60-tuumaisessa syklotronissa uraanin deuteronipommituksella, mutta löytö pidettiin salassa. Se nimettiin Pluto-planeetan mukaan, koska se löydettiin suoraan Neptuniumin jälkeen. (Pluto on Neptunuksen jälkeen seuraava planeetta).
Metalli on ulkonäöltään hopeanhohtoinen ja saa lievästi hapettuneena keltaisen sävyn. Se on kemiallisesti reaktiivinen. Suhteellisen suuri pala plutoniumia on lämpimän tuntuinen alfahajoamisessa vapautuvan energian vuoksi. Suuremmat kappaleet tuottavat riittävästi lämpöä veden kiehumiseen. Metalli liukenee helposti väkevään suolahappoon, jodivetyhappoon tai perkloorihappoon. Metallilla on kuusi allotrooppista muunnosta, joilla on erilaisia kiderakenteita. Näiden tiheydet vaihtelevat välillä 16,00-19,86 g/cm3.
Plutoniumin tärkein isotooppi on 239Pu, jonka puoliintumisaika on 24 200 vuotta. Lyhyen puoliintumisajan vuoksi plutoniumia on luonnossa uraanimalmeissa vain erittäin pieniä pieniä määriä.
Sitä tuotetaan runsaasti ydinreaktoreissa luonnonuraanista: 238U(n, gamma) –> 239U–(beta) –> 239Np–(beta) –> 239Pu. Plutoniumista tunnetaan 15 isotooppia.
Sovellukset
Plutonium on keskeinen halkeamiskelpoinen komponentti nykyaikaisissa ydinaseissa; on huolehdittava siitä, että plutoniumia ei kasaannu kriittistä massaa lähestyviä määriä, joka on plutoniumin määrä, joka synnyttää itsestään ydinreaktion. Vaikka plutoniumia ei ole rajoitettu ulkoisella paineella, kuten ydinaseessa edellytetään, se kuitenkin kuumentaa itseään ja rikkoo rajoittavan ympäristön, jossa se on. Muodolla on merkitystä; tiiviitä muotoja, kuten palloja, on vältettävä.
Plutoniumia voitaisiin käyttää myös säteilyaseiden valmistukseen. Plutoniumin isotooppi 238Pu on alfasäteilijä, jonka puoliintumisaika on 87 vuotta. Näiden ominaisuuksiensa ansiosta se soveltuu hyvin sähköenergian tuottamiseen laitteisiin, joiden on toimittava ilman välitöntä huoltoa ihmiselämää vastaavien ajanjaksojen ajan. Siksi sitä käytetään esimerkiksi Galileo- ja Cassini-avaruusluotainten RTG-generaattoreissa. Plutonium-238:a käytettiin Apollo-14-kuulennolla vuonna 1971 seismisten laitteiden ja muiden Kuuhun jätettyjen laitteiden virransyöttöön, ja sitä käytettiin myös vuonna 1977 laukaistujen kahden Voyager-superaluksen virransyöttöön.
Plutonium-239:ää voidaan käyttää myös polttoaineena uuden sukupolven nopeiden ydinaseiden polttoaineena, joissa poltetaan uraanista ja plutoniumista koostuvaa sekaoksidipolttoainetta (MOX).
Plutonium ympäristössä
Plutoniumia esiintyy luonnostaan pieniä määriä uraanipitoisissa malmeissa. Ihminen tuottaa suurimman osan olemassa olevasta plutoniumista erityisissä ydinreaktoreissa. Sen lisäksi, että plutoniumia esiintyy luonnossa hyvin pieniä määriä, sitä voi joutua ympäristöön myös ydinreaktoreiden, asetuotantolaitosten ja tutkimuslaitosten päästöistä. Merkittävä plutoniumin päästölähde on ydinasekokeet.
Plutoniumin vuosituotanto maailmassa on todennäköisesti yli 50 tonnia, ja varastoissa saattaa olla yli 1 000 tonnia metallia joko pommeina tai metallisauvoina.
Plutoniumin terveysvaikutukset
Plutoniumia kuvataan toisinaan tiedotusvälineissä myrkyllisimmäksi ihmiselle tunnetuksi aineeksi, vaikka alan asiantuntijat ovat yleisesti yhtä mieltä siitä, että tämä ei pidä paikkaansa. Vuoteen 2003 mennessä ei ole vielä ollut yhtään virallisesti plutoniumille altistumisesta johtuvaa ihmiskuolemaa. Luonnossa esiintyvä radium on noin 200 kertaa säteilymyrkyllisempi kuin plutonium, ja jotkin orgaaniset myrkyt, kuten botulismimyrkky, ovat miljardeja kertoja myrkyllisempiä kuin plutonium.
Sen lähettämä alfasäteily ei läpäise ihoa, mutta se voi säteilyttää sisäelimiä, kun plutoniumia hengitetään tai niellään. Erittäin pienet, mikrogramman luokkaa olevat plutoniumhiukkaset voivat aiheuttaa keuhkosyöpää, jos niitä hengitetään keuhkoihin. Huomattavasti suuremmat määrät voivat aiheuttaa akuutin säteilymyrkytyksen ja kuoleman nieltynä tai hengitettynä; toistaiseksi ei kuitenkaan tiedetä, että yksikään ihminen olisi kuollut plutoniumin hengittämiseen tai nauttimiseen, ja monilla ihmisillä on mitattavissa olevia määriä plutoniumia kehossaan. Plutonium on vaarallinen aine, jota on käytetty räjähdysaineissa jo pitkään. Sitä vapautuu ilmakehään pääasiassa ydinaseiden testauksessa ilmakehässä ja onnettomuuksissa aseiden tuotantolaitoksissa. Kun plutonium vapautuu ilmakehään, se putoaa lopulta takaisin maahan ja päätyy maaperään.
Ihmisten altistuminen plutoniumille ei ole todennäköistä, mutta joskus sitä tapahtuu käytön, kuljetuksen tai loppusijoituksen aikana tapahtuvien tahattomien päästöjen seurauksena.
Koska plutoniumissa ei ole gammasäteilyä, terveysvaikutuksia ei todennäköisesti esiinny plutoniumin kanssa työskenneltäessä, ellei sitä hengitetä sisään tai niellä jotenkin.
Jos ihminen hengittää sitä sisään, plutonium voi jäädä keuhkoihin tai siirtyä luihin tai elimiin. Yleensä se pysyy elimistössä pitkään ja altistaa jatkuvasti kehon kudoksia säteilylle. Muutaman vuoden kuluttua tämä voi johtaa syövän kehittymiseen.
Lisäksi plutonium voi vaikuttaa kykyyn vastustaa sairauksia, ja plutoniumin radioaktiivisuus voi aiheuttaa lisääntymishäiriöitä.
Plutoniumin ympäristövaikutukset
Plutoniumia voi joutua pintavesiin radioaktiivisten jätteiden tahattomista päästöistä ja hävittämisestä. Maaperä voi saastua plutoniumilla ydinasekokeiden laskeuman kautta. Plutonium kulkeutuu maaperässä hitaasti alaspäin pohjaveteen.
Kasvit absorboivat pieniä määriä plutoniumia, mutta nämä määrät eivät ole niin suuria, että ne aiheuttaisivat plutoniumin biologista suurentumista ravintoketjussa ylöspäin tai kertymistä eläinten elimistöön.
Takaisin alkuaineiden jaksolliseen järjestelmään.