ไอโซโทปของพลูโทเนียม

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

พลูโทเนียม (Pu) ไม่มีไอโซโทปที่เสถียร จึงไม่มีมวลอะตอมพื้นฐาน

รูปแบบการสลาย[แก้]

ยี่สิบไอโซโทปกัมมันตรังสีพลูโทเนียมต่างก็มีลักษณะเฉพาะตัว Pu-244 เสถียรที่สุด มีครึ่งชีวิต 80.8 ล้านปี Pu-242 มีครึ่งชีวิต 373,300 ปี และ Pu-239 มีครึ่งชีวิต 24,110 ปี ส่วนไอโซโทปกัมมันตรังสีที่เหลือมีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 7,000 ปี พลูโทเนียมมีสถานะเมตา(meta state) 8 สถานะซึ่งไม่มีความเสถียรเลย (ทั้งหมดมีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 1 วินาที)

ไอโซโทปของพลูโทเนียมมีน้ำหนักอะตอมราวๆ 228.0387 u (Pu-228) จนถึง 247.074 u (Pu-247) ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดคือ Pu-244 มีการสลายตัวโดยฟิชชันเกิดเองและให้รังสีแอลฟาต่อมาจะให้รังสีบีตา Pu-244 จะกลายเป็นไอโซโทปยูเรเนียมและเนปจูเนียม และไอโซโทปอเมริเซียมในกระบวนการหลังรวมทั้งผลิตผลฟิชชันที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิชชัน

การสร้างและการใช้งาน[แก้]

ก้อนพลูโทเนียม-238 ที่เรืองแสงขึ้นเอง ใช้สำหรับเครื่องผลิตไฟฟ้าด้วยความร้อนจากไอโซโทปรังสี

Pu-239 เป็นวัสดุฟิสไซล์ ใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์มากเป็นอันดับสองในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รองจาก U-235 และใช้เป็นเชื้อเพลงมากที่สุดในส่วนฟิชชันของอาวุธนิวเคลียร์ การสร้าง Pu-239 ทำได้จาก U-238 โดยการจับยึดนิวตรอนโดยตามด้วยการสลายให้อนุภาคบีตา 2 ครั้ง

\mathrm{^{238}_{\ 92}U\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow \ ^{239}_{\ 92}U\ \xrightarrow[23.5 \ min]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 93}Np\ \xrightarrow[2.3565 \ d]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 94}Pu}

Pu-240, Pu-241, Pu-242 สามารถสร้างขึ้นจากการจับยึดนิวตรอน ไอโซโทปมวลคี่ Pu-239 และ Pu-241 มีโอกาสประมาณ 3/4 ของฟิชชันบนการจับยึดของนิวตรอนความร้อนและมีโอกาสประมาณ 1/4 ที่จะจับยึดนิวตรอนไว้ได้และเปลี่ยนเป็นไอโซปอื่น ไอโซปโทปมวลคู่เป็นวัสดุต้นกำเนิดไม่ได้เป็นวัสดุฟิสไซล์และมีความเป็นไปได้โดยรวมของการยึดจับนิวตรอน (ภาคตัดขวาง) ต่ำกว่า เพราะฉะนั้นไอโซปโทปเหล่านี้จึงมีแนวโน้มเกิดการสะสมในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์อุณหภาพที่อยู่ในทุกๆโรงผลิตไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ในปัจจุบัน ในพลูโทเนียมที่มีการนำกลับมาใช้ใหม่ในอย่างเครื่องปฏิกรณ์อุณหภาพอย่างเชื้อเพลิงMOX ก็มี Pu-240 เป็นไอโซโทปที่เป็นองค์ประกอบส่วนมาก พลูโทเนียมทุกไอโซโทปและแอกทิไนด์อื่นๆสามารถเกิดฟิชชันได้ด้วยนิวตรอนเร็ว Pu-240 มีการดูดซับนิวตรอนความร้อนปานกลางในภาคตัดขวาง การเกิดขึ้นของ Pu-241 ในเครื่องปฏิกรณ์อุณหภาพเป็นส่วนสำคัญที่มากพอๆกับการสร้าง Pu-239

Pu-241 มีครึ่งชีวิต 14 ปี และมีนิวตรอนความร้อนปานมากกว่า Pu-239 เล็กน้อยในภาคตัดขวาง ทั้งในการเกิดฟิชชันและการดูดซับ ในเชื้อเพลิงเครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียส Pu - 241 มีแนวโน้มที่จะเกิดฟิชชันหรือจับยึดนิวตรอนมากกว่าจะสลายตัว บางครั้งก็มีการใช้ Pu - 241 ตามสัดส่วนเฉพาะของการฟิชชันในเชื้อเพลิงเครื่องปฏิกรณ์อุณหภาพ อย่างไรก็ตาม ในกากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ไม่ได้ผ่านกระบวนการนำสารกัมมันตภาพรังสีมาใช้ใหม่ในทันที แต่ใช้การระบายความร้อนเป็นเวลาหนึ่งปีหลังจากใช้ Pu-241 โดยมากหรือทั้งหมดจะสลายให้อนุภาคบีตาไปเป็นอะเมริเซียม -241 ซึ่งมีการแผ่อนุภาคแอลฟาออกมากสูงมากและยากต่อการนำไปใช้ในเครื่องปฏิกรณ์อุณหภาพ


Pu-243 มีครึ่งชีวิตเพียง 5 ชั่วโมง ก่อนที่จะสลายให้อนุภาคบีตาไปเป็นอะเมริเซียม-243 เพราะ Pu-243 มีโอกาสน้อยมากที่จะจับและเพิ่มนิวตรอนก่อนที่จะสลาย วัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จึงไม่สร้าง Pu-244 ที่อยู่ได้นานที่สุดในปริมาณมาก

Pu-238 ไม่ได้เป็นผลิตภัณฑ์ปกติที่ผลิตเป็นจำนวนมากในวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ แต่ส่วนหนึ่งที่ผลิตจากเนปทูเนียม-237 โดยการจับยึดนิวตรอน (ปฏิกิริยานี้สามารถใช้ร่วมกับเนปทูเนียมบริสุทธิ์ในการผลิต Pu-238 ที่ค่อนข้างจะเป็นอิสระจากไอโซโทปอื่นๆของพลูโทเนียมอีกด้วย สำหรับใช้ในเครื่องผลิตไฟฟ้าด้วยความร้อนจากไอโซโทปรังสี) โดย (n, 2n) ปฏิกิริยาของนิวตรอนเร็วใน Pu - 239 หรือโดยการสลายให้อนุภาคแอลฟาของคูเรียม-242 ซึ่งถูกสร้างโดยจับยึดนิวตรอนจาก Am-241 มันมีนิวตรอนความร้อนตัดตามขวางที่สำคัญสำหรับการฟิชชัน แต่ก็มีแนวโน้มที่จะจับยึดนิวตรอนและกลายเป็น Pu-239.


อ้างอิง[แก้]