Plutonium

Plutonium werd in 1941 ontdekt door Dr. Glenn T. Seaborg en Edwin McMillan, Kennedy, en Wahl door deuteron-bombardement van uranium in het 60-inch cyclotron van het Berkeley Radiation Laboratory van de University of California, Berkeley, maar de ontdekking werd geheim gehouden. Het werd vernoemd naar de planeet Pluto, omdat het direct na Neptunium werd ontdekt. (Pluto is de volgende planeet na Neptunus).

Het metaal ziet er zilverachtig uit en krijgt een gele aanslag als het licht geoxideerd wordt. Het is chemisch reactief. Een relatief groot stuk plutonium voelt warm aan door de energie die vrijkomt bij het alfaverval. Grotere stukken produceren genoeg hitte om water te laten koken. Het metaal lost gemakkelijk op in geconcentreerd zoutzuur, waterstofjoodzuur, of perchloorzuur. Het metaal vertoont zes allotrope modificaties met verschillende kristallijne structuren. De dichtheden hiervan variëren van 16,00 tot 19,86 g/cm3.

De belangrijkste isotoop van plutonium is 239Pu, met een halveringstijd van 24.200 jaar. Vanwege de korte halveringstijd komen er van nature slechts uiterst kleine sporen van plutonium voor in uraniumertsen.
Het wordt in kernreactoren in grote hoeveelheden geproduceerd uit natuurlijk uranium: 238U(n, gamma) –> 239U–(beta) –> 239Np–(beta) –> 239Pu. Er zijn vijftien isotopen van plutonium bekend.

Toepassingen
Plutonium is een belangrijke splijtbare component in moderne kernwapens; er moet voor worden gezorgd dat er geen hoeveelheden plutonium worden opgehoopt die de kritische massa benaderen, de hoeveelheid plutonium die zelf een kernreactie zal opwekken. Hoewel het niet door uitwendige druk wordt opgesloten, zoals voor een kernwapen is vereist, zal het toch zichzelf verhitten en de opsluitende omgeving waarin het zich bevindt, verbreken. De vorm is relevant; compacte vormen zoals bollen moeten worden vermeden.

Plutonium zou ook kunnen worden gebruikt voor de vervaardiging van radiologische wapens. De plutoniumisotoop 238Pu is een alfastraler met een halveringstijd van 87 jaar. Deze eigenschappen maken het zeer geschikt voor de opwekking van elektrische energie voor apparaten die zonder direct onderhoud moeten functioneren gedurende een periode die ongeveer overeenkomt met een mensenleven. Het wordt daarom gebruikt in RTG’s, zoals die voor de aandrijving van de ruimtesondes Galileo en Cassini. Plutonium-238 werd gebruikt tijdens de maanvlucht van de Apollo-14 in 1971 om seismische apparatuur en andere op de maan achtergebleven apparatuur van energie te voorzien, en het was ook de energiebron van de twee Voyager-supercraft die in 1977 werden gelanceerd.

Plutonium-239 kan ook worden gebruikt als brandstof in een nieuwe generatie fast-breeder kernwapens, die een gemengd-oxide (MOX) brandstof verbranden die bestaat uit uranium en plutonium.

Plutonium in het milieu

Trace hoeveelheden plutonium worden van nature gevonden in uranium-rijke ertsen. De mens produceert het meeste van het bestaande plutonium, in speciale kernreactoren. Behalve dat plutonium van nature in zeer kleine hoeveelheden aanwezig is, kan het ook in het milieu terechtkomen door het vrijkomen van plutonium uit kernreactoren, wapenproductie-installaties en onderzoeksfaciliteiten. Een belangrijke bron van het vrijkomen van plutonium zijn kernwapenproeven.
De jaarlijkse wereldproduktie van plutonium bedraagt waarschijnlijk meer dan 50 ton en er is wellicht meer dan 1.000 ton metaal in opslag, hetzij als bommen, hetzij als metalen staven.

Gezondheidseffecten van plutonium

Plutonium wordt in de media soms omschreven als de giftigste stof die de mens kent, hoewel deskundigen het er algemeen over eens zijn dat dit onjuist is. Tot op heden (2003) is er nog geen enkel menselijk sterfgeval officieel toegeschreven aan blootstelling aan plutonium. Natuurlijk voorkomend radium is ongeveer 200 keer radiotoxischer dan plutonium, en sommige organische toxinen zoals Botulisme toxine zijn miljarden keren toxischer dan plutonium.
De alfastraling die het uitzendt dringt niet door de huid, maar kan inwendige organen bestralen wanneer plutonium wordt ingeademd of ingeslikt. Uiterst kleine plutoniumdeeltjes in de orde van microgrammen kunnen longkanker veroorzaken als ze in de longen worden ingeademd. Aanzienlijk grotere hoeveelheden kunnen acute stralingsvergiftiging en de dood veroorzaken als zij worden ingeslikt of ingeademd; tot dusver is echter geen mens bekend die is gestorven door het inademen of inslikken van plutonium en veel mensen hebben meetbare hoeveelheden plutonium in hun lichaam. Plutonium is een gevaarlijke stof die al lange tijd in explosieven wordt gebruikt. Het komt vooral vrij in de atmosfeer door atmosferische proeven met kernwapens en door ongelukken op wapenproductieplaatsen. Wanneer plutonium in de atmosfeer vrijkomt, valt het uiteindelijk terug op aarde en komt het in de bodem terecht.
Blootstelling van mensen aan plutonium is niet waarschijnlijk, maar soms gebeurt het als gevolg van accidenteel vrijkomen tijdens gebruik, vervoer of verwijdering.
Omdat plutonium geen gammastraling heeft, zijn gezondheidseffecten bij het werken met plutonium niet waarschijnlijk, tenzij het op de een of andere manier wordt ingeademd of ingeslikt.
Wanneer mensen het inademen, kan het plutonium in de longen blijven of zich verplaatsen naar de botten of organen. Over het algemeen blijft het lang in het lichaam en stelt het lichaamsweefsel voortdurend bloot aan straling. Na enkele jaren kan dit leiden tot het ontstaan van kanker.
Daarnaast kan plutonium het vermogen om ziektes te weerstaan aantasten en kan de radioactiviteit van plutonium reproductief falen veroorzaken.

Milieu-effecten van plutonium

Plutonium kan in het oppervlaktewater terechtkomen als gevolg van het per ongeluk vrijkomen van plutonium en het opruimen van radioactief afval. De bodem kan met plutonium besmet raken door neerslag tijdens kernwapentests. Plutonium verplaatst zich in de bodem langzaam naar beneden, naar het grondwater.

Planten absorberen lage concentraties plutonium, maar deze concentraties zijn niet hoog genoeg om te leiden tot biovergroting van plutonium in de voedselketen, of ophoping in het lichaam van dieren.

Terug naar het periodiek systeem der elementen.