Plutonium-240

Plutonium-240 (240Pu nebo Pu-240) je izotop plutonia vznikající záchytem neutronu z 239Pu. Objeveno bylo na základě svého spontánního štěpení v roce 1944 v Los Alamos a mělo význam pro Projekt Manhattan.[1]

240Pu podléhá v malé, ale významné, míře spontánnímu štěpení. Přítomnost 240Pu omezuje využití plutonia v jaderných zbraních, protože neutrony ze spontánního štěpení vyvolávají předčasnou řetězovou reakci, kde uvolněná energie rozptýlí jádro před dosažením úplné imploze.[2][3] Většinovým způsobem přeměny je vyzáření částice alfa za vzniku uranu-236.

Jaderné vlastnosti

62 až 73 % jader 239Pu, která zachytí neutron, se rozštěpí, zbytek vytvoří 240Pu. ČRím déle zůstává jaderné palivo v reaktoru, ím větší je v něm poměrné zastoupení 240Pu.

Izotop 240Pu má podobný účinný průřez pro záchyt tepelných neutronů jako 239Pu (289,5±1,4 oproti 269,3±2,9 barnů),[4][5] ovšem jeho účinný průřez pro štěpení tepelnými neutrony je malý (0,064 barnů). Když 240Pu zachytí neutron, tak je pravděpodobnost přeměny na 241Pu přibližně 4500krát větší než pravděpodobnost štěpení. Izotopy s lichými nukleonovými čísly snadněji zachytí neutron a následně se rozštěpí, než izotopy se sudými nukleonovými čísly, které se tak v reaktoru hromadí.

Jaderné zbraně

Příměsi 240Pu v plutoniových jaderných zbaních jsou komplikací a nejvhodnější je čisté 239Pu,[6] a to z těchto důvodů:

  • 240Pu má velký podíl spontánního štěpení. Každý neutron, který se dostane do nadkritického jádra, může způsobit okamžitý výbuch, a to i před dosažením optimální konfigurace. Přítomnost 240Pu tak snižuje výkonnost těchto zbraní.[6][3]
  • Izotopy za 239Pu vyzařují mnohem více radioaktivního záření, což stěžuje jejich uchovávání.[6] Také uvolňují více tepla, čímž mohou vyvolat fázové změny jádra.[6]

Spontánní štěpení bylo podrobně zkoumáno v projektu Manhattan.[7] Tento jev znemožňoval použití plutonia ve zbraních pistolovitého typu, kde se štěpný materiál do nadkritické hmotnosti dostane za několik millisekund, a vyvolalo potřebu vyvinout implozní zbraně, ve kterých proces trvá mikrosekundy.[8]

I  přesto se přespokládá, že při testu Trinity nečistoty v podobě 240Pu způsobily 12% pravděpodobnost, že bvýbuch nedosáhne maximální síly.[6]

Ke snížení obsahu 240Pu ve zbraňovém plutoniu (méně než 7 % 240Pu) bylo využito jeho přepracování po 90 dnech používání. Tyto rychlé palivové cykly se ukázaly jako nevhodné pro civilní reaktory a obvykle se provádějí pouze v reaktorech určených na výrobu zbraňového plutonia. Plutonium z použitých civiliních reaktorů většinou obsahuje méně než 70 % 239Pu a okolo 26 % 240Pu, se zbytkem tvořeným ostatními izotopy plutonia, což ztěžuje jeho využití ve zbraních.[2][6][9][10] U zbraní vyrobených po 40. letech 20. století ale míra, do které je 240Pu pořekážkou pro výrobu zbraní, je sporná.

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Plutonium-240 na anglické Wikipedii.

  1. ↑ G. W. Farwell. Emilio Segre, Enrico Fermi, Pu-240, and the atomic bomb. [s.l.]: [s.n.], 1990. Dostupné online. 
  2. ↑ a b Sümer Şahin. Remarks On The Plutonium-240 Induced Pre-Ignition Problem In A Nuclear Device. Nuclear Technology. 1981, s. 431–432. Dostupné online. DOI 10.13182/NT81-A32795. 
  3. ↑ a b David Bodansky. Nuclear Energy: Principles, Practices, and Prospects. [s.l.]: Springer Science & Business Media, 2007. ISBN 978-0-387-26931-3. Kapitola Nuclear Bombs, Nuclear Energy, and Terrorism. 
  4. ↑ S. F. Mughabghab. Atlas of neutron resonances : resonance parameters and thermal cross sections Z=1-100. Amsterdam: Elsevier, 2006. ISBN 978-0-08-046106-9. 
  5. ↑ Actinide data: Thermal neutron cross sections, resonance integrals, and Westcott factors [online]. International Atomic Energy Agency [cit. 2016-09-11]. Dostupné online. 
  6. ↑ a b c d e f J. Carson Mark; Frank von Hippel; Edward Lyman. Explosive Properties of Reactor-Grade Plutonium. Science & Global Security. 2009-10-30, s. 170–185. Dostupné online. ISSN 0892-9882. DOI 10.1080/08929880903368690. Bibcode 2009S&GS...17..170M. 
  7. ↑ O. Chamberlain; G. W. Farwell; E. Segrè. Pu-240 and Its Spontaneous Fission. Physical Review. 1954, s. 156. DOI 10.1103/PhysRev.94.156. Bibcode 1954PhRv...94..156C. 
  8. ↑ Lillian Hoddeson. The Discovery of Spontaneous Fission in Plutonium during World War II. Historical Studies in the Physical and Biological Sciences. 1993, s. 279–300. DOI 10.2307/27757700. 
  9. ↑ Sümer Şahin; Jacques Ligou. The Effect of the Spontaneous Fission of Plutonium-240 on the Energy Release in a Nuclear Explosive. Nuclear Technology. 1980, s. 88. Dostupné online. DOI 10.13182/NT80-A17072. 
  10. ↑ Sümer Şahin. The effect of Pu-240 on neutron lifetime in nuclear explosives. Annals of Nuclear Energy. 1978, s. 55–58. DOI 10.1016/0306-4549(78)90104-4. 

Související články

Externí odkazy