Fakten Über Plutonium

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Eigenschaften, quellen und verwendungen des elements plutonium.

Plutonium ist ein radioaktives Silbermetall, das zum Erzeugen oder Zerstören verwendet werden kann. Während es kurz nach seiner Herstellung zum Zerstören verwendet wurde, wird es heute meistens zur Erzeugung von Energie in der ganzen Welt verwendet.

Plutonium wurde erstmals im Jahr 1940 hergestellt und isoliert und wurde verwendet, um die Atombombe "Fat Man" herzustellen, die am Ende des Zweiten Weltkriegs auf Nagasaki abgeworfen wurde, nur fünf Jahre nach ihrer Herstellung, sagte Amanda Simson, Assistenzprofessorin Chemieingenieurwesen an der University of New Haven.

Nur die Fakten

Hier sind die Eigenschaften von Plutonium gemäß dem Los Alamos National Laboratory:

  • Ordnungszahl: 94
  • Atomisches Symbol: Pu
  • Atomgewicht: 244
  • Schmelzpunkt: 640° C
  • Siedepunkt: 3.228° C

Entdeckung & Geschichte

Plutonium wurde 1941 von den Wissenschaftlern Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan und Arthur C. Wohl an der University of California, Berkley, entdeckt. Die Entdeckung fand statt, als das Team Uran-238 mit Deuteronen beschoss, die in einem Zyklotrongerät beschleunigt worden waren, wodurch Neptunium-238 und zwei freie Neutronen gebildet wurden. Das Neptunium-238 zerfiel dann durch Betazerfall in Plutonium-238.

Dieses Experiment wurde erst 1946 nach dem Zweiten Weltkrieg mit dem Rest der wissenschaftlichen Gemeinschaft geteilt. Seaborg reichte im März 1941 ein Papier über ihre Entdeckung an die Zeitschrift Physical Review ein, das jedoch entfernt wurde, als entdeckt wurde, dass ein Plutonium-Isotop, Pu-239, zur Herstellung einer Atombombe verwendet werden kann.

Bald darauf wurde Seaborg an die Universität von Chicago geschickt, um das Plutonium Production Lab, auch bekannt als Met Lab, laut dem Los Alamos National Laboratory zu leiten. Ziel des Labors war es, Plutonium als Teil des Manhattan-Projekts zu schaffen. Das Manhattan-Projekt war während des Zweiten Weltkriegs ein geheimes Unterfangen, bei dem ausschließlich an der Entwicklung einer Atombombe gearbeitet wurde.

Am 18. August 1942 hatten sie ihren ersten großen Erfolg. Sie konnten eine Spurenmenge von Plutonium erzeugen, die für das Auge sichtbar war. Es entsprach nur etwa 1 Mikrogramm. Aus der winzigen Probe ermittelte der Wissenschaftler das Atomgewicht von Plutonium.

Das Manhattan-Projekt produzierte schließlich ausreichend Plutonium für den "Trinity-Test". Während des Tests wurde am 16. Juli 1945 die erste Atombombe der Welt oder das "The Gadget" in der Nähe von Socorro, New Mexico, vom Direktor des Los Alamos Laboratory, Robert Oppenheimer, und dem Armeegeneral Leslie Groves explodiert.

Von dem Test sagte Oppenheimer: "Wir wussten, dass die Welt nicht die gleiche sein würde. Ein paar Leute lachten, ein paar Leute weinten. Die meisten Leute schwiegen. Ich erinnerte mich an die Linie aus der Hindu-Schrift, der Bhagavad-Gita. Vishnu versucht es Um den Prinzen davon zu überzeugen, dass er seine Pflicht tun und ihn beeindrucken soll, nimmt er seine mehrarmige Form an und sagt: "Jetzt bin ich der Tod geworden, der Zerstörer der Welten." Ich nehme an, wir dachten alle, auf die eine oder andere Weise ", so die Royal Society of Chemistry.

Die Explosion hatte ein Energieäquivalent von ungefähr 20.000 Tonnen TNT. Die erste Atombombe im Kriegseinsatz fiel am 6. August 1945 in Hiroshima, Japan, nieder. Diese Atombombe mit dem Namen "Little Boy" hatte jedoch einen Urankern. Die zweite Bombe, die am 9. August 1945 in Nagasaki, Japan, abgeworfen wurde, hatte einen Plutoniumkern. Der "Fat Man", wie er genannt wurde, beeilte sich, das Ende des Zweiten Weltkriegs zu beschleunigen.

Eigenschaften von Plutonium

Frisch zubereitetes Plutoniummetall hat eine silbrig helle Farbe, verfärbt sich jedoch bei der Oxidation an der Luft matt grau, gelb oder olivgrün. Das Metall löst sich schnell in konzentrierten Mineralsäuren auf. Ein großes Stück Plutonium fühlt sich warm an, aufgrund der Energie, die durch den Alpha-Zerfall abgegeben wird. größere Stücke können genug Wärme produzieren, um Wasser zu kochen. Bei Raumtemperatur ist Alpha-Plutonium (die häufigste Form) so hart und spröde wie Gusseisen. Es kann mit anderen Metallen legiert werden, um die bei Raumtemperatur stabilisierte Delta-Form zu bilden, die weich und duktil ist. Im Gegensatz zu den meisten Metallen ist Plutonium kein guter Wärme- oder Stromleiter. Es hat einen niedrigen Schmelzpunkt und einen ungewöhnlich hohen Siedepunkt.

Plutonium kann Legierungen und Zwischenverbindungen mit den meisten anderen Metallen und Verbindungen mit einer Vielzahl anderer Elemente bilden. Einige Legierungen haben supraleitende Eigenschaften und andere werden zur Herstellung von Kernbrennstoffpellets verwendet. Seine Verbindungen sind in verschiedenen Farben erhältlich, je nach Oxidationszustand und Komplexität der verschiedenen Liganden. In wässriger Lösung gibt es fünf Valenzionenzustände.

Plutonium ist zusammen mit allen anderen Transuranium-Elementen eine radiologische Gefahr und muss mit speziellen Geräten und Vorsichtsmaßnahmen behandelt werden. Tierstudien haben ergeben, dass einige Milligramm Plutonium pro Kilogramm Gewebe tödlich sind.

Quellen

Plutonium wird im Allgemeinen nicht in der Natur gefunden. Spurenelemente von Plutonium finden sich in natürlich vorkommenden Uranerzen. Hier wird es ähnlich wie Neptunium gebildet: durch Bestrahlung von natürlichem Uran mit Neutronen, gefolgt von Betazerfall.

In erster Linie ist Plutonium jedoch ein Nebenprodukt der Atomkraftindustrie. Laut dem Los Alamos National Laboratory werden jedes Jahr rund 20 Tonnen Plutonium produziert. Verbrauchter Kernbrennstoff kann auch wiederaufbereitet werden, um verwendbares Plutonium von anderen Elementen im Brennstoff zu trennen.

Atmosphärische Waffentests in den 1950er und 1960er Jahren ließen laut der World Nuclear Association tonnenweise Plutonium in der noch heute vorhandenen Erdatmosphäre zurück.

Verwendet

In den meisten Fällen wird Plutonium nicht viel verwendet.Tatsächlich werden von den fünf üblichen Isotopen nur zwei der Plutoniumsisotope Plutonium-238 und Plutonium-239 für alles verwendet.

Plutonium-238 wird zur Erzeugung von Strom für Weltraumsonden mit thermoelektrischen Radioisotop-Generatoren verwendet. Diese Generatoren werden eingeschaltet, wenn die Sonden nicht genug Sonnenenergie erhalten, weil sie zu weit von der Sonne entfernt sind. Einige Sonden, die Plutonium-238 verwenden, sind Cassini und Galileo.

Wenn genug konzentriert, unterliegt Plutonium-239 einer Spaltkettenreaktion. Aus diesem Grund wird es in Atomwaffen und einigen Atomreaktoren eingesetzt.

Tatsächlich ist Energie eine der größten Anwendungen für Plutonium. Nach Angaben der World Nuclear Association stammt mehr als ein Drittel der in den meisten Kernkraftwerken erzeugten Energie aus Plutonium. Plutonium ist der Hauptbrennstoff in schnellen Neutronenreaktoren.

Wer wusste?

Seit Jahrzehnten fragen sich die Wissenschaftler, warum sich Plutonium in seiner Gruppe nicht wie andere Metalle verhält. Beispielsweise ist Plutonium ein schlechter Stromleiter und haftet nicht an Magneten. Nun haben die Forscher herausgefunden, wo sich ihr "fehlender Magnetismus" versteckt hat, und es hat mit dem verrückten Verhalten der Elektronen in der äußeren Hülle des Elements zu tun. Im Gegensatz zu anderen Metallen, die eine bestimmte Anzahl von Elektronen in ihren äußeren Schalen haben, kann Plutonium im Grundzustand vier, fünf oder sechs Elektronen enthalten.

Diese schwankende Anzahl von Elektronen der äußeren Hülle erklärt, warum Plutonium nicht magnetisch ist: Damit ein Atom mit Magneten interagieren kann, müssen sich die ungepaarten Elektronen in ihrer äußeren Hülle in einem Magnetfeld ausrichten. [Lesen Sie mehr über den fehlenden Magnetismus von Plutonium]

Plutoniums stabilstes Isotop, Plutonium-244, kann lange Zeit halten. Es hat eine Halbwertszeit von etwa 82 Millionen Jahren und zerfällt durch Alphazerfall in Uran-240, so das Jefferson Lab.

Plutonium wurde nach dem Planeten Pluto benannt. Dies liegt daran, dass es nach Uran, das nach dem Planeten Uranus benannt wurde, und nach Neptunium, das nach dem Planeten Neptun benannt wurde, kam.

Plutonium emittiert Neutronen, Betateilchen und Gammastrahlen.

Zusätzliche Ressourcen

  • US-amerikanische Nuklearregulierungskommission: Hintergrundinformationen zu Plutonium
  • NASA: Was ist Plutonium-238?
  • Zentren für Krankheitsbekämpfung und Prävention: Plutonium Radioisotope Brief


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