Плутоний

Плуто́ний

(лат. Plutonium)

Pu, искусственно полученный радиоактивный химический элемент, атомный номер 94; относится к актиноидам (См. Актиноиды). Открыт в 1940—41 американскими учёными Г. Сиборгом, Э. Макмилланом, Дж. Кеннеди и А. Валем, которые получили изотоп ²³⁸Pu в результате облучения урана ядрами тяжёлого водорода — дейтонами. Назван в честь планеты Плутон, как и предшественники П. в таблице Менделеева — уран и нептуний, названия которых также произошли от планет Урана и Нептуна. Известны изотопы П. с массовыми числами от 232 до 246. Следы изотопов ²⁴⁷Pu и ²⁵⁵Pu обнаружены в пыли, собранной после взрывов термоядерных бомб. Самым долгоживущим изотопом П. является α-радиоактивный ²⁴⁴Pu (период полураспада T_1/2 около 7,5․102 лет). Величины T_1/2 всех изотопов П. много меньше возраста Земли, и поэтому весь первичный П. (существовавший на нашей планете при её формировании) полностью распался. Однако ничтожные количества ²³⁹Pu постоянно образуются при β-распаде ²³⁹Np, который, в свою очередь, возникает при ядерной реакции урана с нейтронами (например, нейтронами космического излучения). Поэтому следы П. обнаружены в урановых рудах.

П. — блестящий белый металл, при температурах от комнатной до 640° С (t_пл) существует в шести аллотропных модификациях. Аллотропные превращения П. сопровождаются скачкообразными изменениями плотности (см. рис.). Уникальная особенность металлического П. состоит в том, что при нагревании от 310 до 480 °С он не расширяется, как другие металлы, а сжимается. Конфигурация трёх внешних электронных оболочек атома Pu 5s²5p⁶5d¹⁰5f⁶6s²6p²7s². Химические свойства П. во многом сходны со свойствами его предшественников в периодической системе — Ураном и нептунием (См. Нептуний). П. образует соединения со степенями окисления от +2 до +7. Известны окислы PuO, Pu₂O₃, PuO₂ и фаза переменного состава Pu₂O₃ — Pu₄O₇. В соединениях с галогенами П. обычно проявляет степень окисления +3, но известны также галогениды PuF₄, PuF₄ и PuCl₄. В растворах П. существует в формах Pu³⁺, Pu⁴⁺, PuO₂⁺ (плутоноил — ион), PuO₂²⁺ (плутонил — ион) и PuO₅^3-, отвечающих степеням окисления от +3 до +7. Указанные ионы (кроме PuO₅^3-) могут находиться в растворе одновременно в равновесии. Ионы П. всех степеней окисления склонны к гидролизу и комплексообразованию.

Из всех изотопов П. наиболее важен α-радиоактивный ²³⁹Pu (T_1/2 = 2,4․10⁴ лет). Ядра ²³⁹Pu способны к цепной реакции деления под действием нейтронов, поэтому ²³⁹Pu можно использовать как источник атомной энергии (энергия, освобождающаяся при расщеплении 1 г ²³⁹Pu, эквивалентна теплоте, выделяющейся при сгорании 4000 кг угля). В СССР первые опыты по получению ²³⁹Pu были начаты в 1943—44 под руководством академиков И. В. Курчатова и В. Г. Хлопина. Впервые П. в СССР был выделен из облученного нейтронами урана в 1945. В предельно сжатые сроки были выполнены обширные исследования свойств П., и в 1949 в СССР начал работать первый завод по радиохимическому выделению П.

Промышленное производство ²³⁹Pu основано на взаимодействии ядер ²³⁸U с нейтронами в ядерных реакторах. Последующее отделение Pu от U, Np и высокорадиоактивных продуктов деления осуществляют радиохимическими методами (соосаждением, экстракцией, ионным обменом и др.). Металлический П. обычно получают восстановлением PuF₃, PuF₄ или PuO₂ парами бария, кальция или лития. Как делящийся материал, ²³⁹Pu используют в атомных реакторах и в атомных и термоядерных бомбах. Изотоп ²³⁸Pu применяют для изготовления атомных электрических батареек, срок службы которых достигает 5 лет и более. Такие батарейки могут применяться, например, в генераторах тока, стимулирующих работу сердца.

Лит.: Бэгли К., Плутоний и его сплавы, пер. с англ., М., 1958; Вдовенко В. М. и Курчатов Б. В., Первый советский плутоний, «Радиохимия», 1968, т. 10, в. 6, с. 696; Плутоний. Справочник, под ред. О. Вика, пер. с англ., т. 1—2, М., 1971—73. См. также лит. при ст. Актиноиды.

С. С. Бердоносов.

Плутоний в организме. П. концентрируется морскими организмами: его коэффициент накопления (т. е. отношение концентраций в организме и во внешней среде) для водорослей составляет 1000—9000, для планктона (смешанного) — около 2300, для моллюсков — до 380, для морских звёзд — около 1000, для мышц, костей, печени и желудка рыб — 5, 570, 200 и 1060 соответственно. Наземные растения усваивают П. главным образом через корневую систему и накапливают его до 0,01% от своей массы. В организме человека П. задерживается преимущественно в скелете и печени, откуда почти не выводится (особенно из костей). Наиболее токсичный ²³⁹Pu вызывает нарушения кроветворения, остеосаркомы, рак лёгких. С 70-х гг. 20 в. доля П. в радиоактивном загрязнении (См. Радиоактивное загрязнение) биосферы возрастает (так, облученность морских беспозвоночных за счёт П. становится больше, чем за счёт ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs).

Лит.: Проблемы токсикологии плутония, М., 1969: Радиоактивные вещества и кожа. (Метаболизм и дезактивация), М., 1972: Uranium, Plutonium, Transplutonis Elements B.—Hdlb.—N. Y., 1973.

Г. Г. Поликарпов.

Изменение плотности металлического плутония при нагревании.