Оксид плутония (IV) - Plutonium(IV) oxide

Оксид плутония (IV)
Модель элементарной ячейки, шара и стержня оксида плутония (IV)
Имена
Название ИЮПАК
Оксид плутония (IV)
Систематическое название ИЮПАК
Оксид плутония (4+)
Другие имена
Диоксид плутония
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.031.840 Отредактируйте это в Викиданных
Характеристики
О2Пу
Молярная масса276 г · моль−1
ВнешностьТемно-желтые кристаллы
Плотность11,5 г см−3
Температура плавления 2744 ° С (4971 ° F, 3017 К)
Точка кипения 2800 ° С (5,070 ° F, 3070 К)
Структура
Флюорит (кубический), cF12
FM3м, №225
Тетраэдр (O2−); кубический (PuIV)
Опасности
Главный опасностиРадиоактивный
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгорания негорючий
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Оксид плутония (IV) это химическое соединение с формула PuO2. Это твердое вещество с высокой температурой плавления является основным соединением плутоний. Его цвет может варьироваться от желтого до оливково-зеленого, в зависимости от размера частиц, температуры и метода производства.[1]

Структура

PuO2 кристаллизуется в флюорит мотив, с Пу4+ центры организованы в гранецентрированная кубическая массив и оксидные ионы, занимающие тетраэдрические дырки.[2] PuO2 обязана своей полезностью в качестве ядерного топлива тому факту, что вакансии в октаэдрических отверстиях оставляют место для продуктов деления. При делении ядра один атом плутония распадается на два. Вакансия октаэдрических отверстий обеспечивает место для нового продукта и позволяет PuO2 монолит для сохранения структурной целостности.[нужна цитата ]

Характеристики

Диоксид плутония - это стабильный керамический материал с чрезвычайно низкой растворимостью в воде и высокой температурой плавления (2744 ° C). Температура плавления была повышена в 2011 году на несколько сотен градусов на основании данных исследований быстрого лазерного плавления, позволяющих избежать загрязнения любым материалом контейнера.[3]

Из-за радиоактивного альфа-распад плутония, PuO2 теплый на ощупь. Как и все плутоний соединений, подлежит контролю в соответствии с Договор о нераспространении ядерного оружия.

Синтез

Металлический плутоний самопроизвольно окисляется до PuO2 в атмосфере кислорода. Диоксид плутония в основном производится прокаливание оксалата плутония (IV), Pu (C2О4)2· 6H2O, при 300 ° C. Оксалат плутония получают во время переработка ядерного топлива, поскольку плутоний растворяется в HNO3/ HF.[4] Диоксид плутония можно также извлечь из реакторы-размножители с расплавом солей добавлением карбоната натрия к топливной соли после удаления из соли оставшегося урана в виде его гексафторида.

Приложения

Гранула PuO2 светится от распада изотопа плутония-238, который он содержит

PuO2, вместе с UO2, используется в МОКС-топливо за ядерные реакторы. Диоксид плутония-238 используется в качестве топлива для нескольких космических кораблей дальнего космоса, таких как Кассини, Вояджер, Галилео и Новые горизонты Плутона а также в Любопытство Марс 2020 Упорство вездеходы на Марс. Изотоп распадается, испуская α-частицы, которые затем выделяют тепло (см. радиоизотопный термоэлектрический генератор ). Высказывались опасения, что случайное возвращение в атмосферу Земли с орбиты может привести к поломке и / или возгоранию космического корабля, что приведет к рассеянию плутония либо по большому участку поверхности планеты, либо к в верхних слоях атмосферы. Однако, хотя по крайней мере два космических корабля с PuO2 РИТЭГи повторно вошли в атмосферу Земли и сгорели (Nimbus B-1 в мае 1968 г. и Аполлон-13 Лунный модуль в апреле 1970 г.),[5][6] РИТЭГи обоих космических кораблей выдержали вход в атмосферу и не пострадали от удара, и ни в одном случае не было отмечено загрязнения окружающей среды; в любом случае, с середины 1960-х годов РИТЭГи проектировались таким образом, чтобы они оставались неповрежденными в случае входа в атмосферу и удара после неудачного запуска в 1964 году. Транзит 5-БН-3 (находившийся на борту металлический плутоний-РИТЭГ раннего поколения распался при входе в атмосферу, и радиоактивный материал рассеялся в атмосферу к северу от Мадагаскар, что побудило модернизировать все американские РИТЭГи, которые в то время использовались или находились в разработке).[7]

Физик Питер Циммерман, следуя предложению Тед Тейлор, продемонстрировал, что малодоходный (1-килотонна ) ядерное оружие относительно легко можно сделать из оксида плутония.[8] Бомба из оксида плутония имела бы значительно больший критическая масса чем тот, который сделан из металлического плутония (почти в три раза больше, даже с оксидом с максимальной кристаллической плотностью; если бы оксид был в форме порошка, как это часто встречается, критическая масса была бы намного выше), как из-за более низкой плотности плутония в PuO2 по сравнению с металлическим плутонием и добавленной инертной массой содержащегося кислорода.[9]

Токсикология

Смотрите также: Плутоний § Токсичность

Поведение оксида плутония в организме зависит от способа его приема. Поскольку он нерастворим, при попадании внутрь очень большой процент его довольно быстро выводится из организма с выделениями.[10]В виде частиц оксид плутония с размером частиц менее 10 микрометров (0,01 мм)[11] токсичен при вдыхании из-за его альфа-излучения.[12]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Обработка азотной кислоты». Лос-Аламосская лаборатория.
  2. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов. Оксфорд: Pergamon Press. п. 1471. ISBN  978-0-08-022057-4.
  3. ^ De Bruycker, F .; Boboridis, K .; Pöml, P .; Eloirdi, R .; Konings, R. J. M .; Манара, Д. (2011). "Поведение при плавлении диоксида плутония: исследование лазерного нагрева". Журнал ядерных материалов. 416 (1–2): 166–172. Bibcode:2011JNuM..416..166D. Дои:10.1016 / j.jnucmat.2010.11.030.
  4. ^ Джеффри А. Каталенич Майкл Р. Хартман Роберт С. О’Брайен Стивен Д. Хау (февраль 2013 г.). «Изготовление микросфер из оксида церия и оксида урана для применения в космической ядерной энергетике» (PDF). Труды по ядерным и новейшим космическим технологиям, 2013 г.: 2.
  5. ^ А. Анджело мл. И Д. Буден (1985). Космическая ядерная энергетика. Издательство Кригер. ISBN  0-89464-000-3.
  6. ^ «Общие соображения безопасности» (Конспекты лекций в формате PDF). Институт технологии термоядерного синтеза, Университет Висконсина-Мэдисона. Весна 2000 г.
  7. ^ «Транзит». Энциклопедия Astronautica. Получено 2013-05-07.
  8. ^ Майкл Сингер; Дэвид Вейр и Барбара Ньюман Кэнфилд (26 ноября 1979 г.). «Ядерный кошмар: сбылись худшие опасения Америки». New York Magazine.
  9. ^ Сублет, Кэри. «4.1 Элементы конструкции оружия деления». Архив ядерного оружия. 4.1.7.1.2.1 Оксид плутония. Получено 20 октября 2017. Критическая масса реакторного плутония составляет около 13,9 кг (неотраженный) или 6,1 кг (10 см естественного U) при плотности 19,4. Таким образом, прессованный порошок с плотностью 8 будет иметь критическую массу, которая в (19,4 / 8) ^ 2 раза выше: 82 кг (неотраженный) и 36 кг (отраженный), не считая веса кислорода (который добавляет еще 14 кг). %). При сжатии до кристаллической плотности эти значения падают до 40 кг и 17,5 кг.
  10. ^ Комиссия по ядерному регулированию США, Информационный бюллетень по плутонию (по состоянию на 29 ноября 2013 г.)
  11. ^ Мировое ядерное общество, Плутоний (по состоянию на 29 ноября 2013 г.)
  12. ^ «Токсикологический профиль плутония» (PDF). Министерство здравоохранения и социальных служб США. 2007-09-27. Получено 2009-04-23.

внешняя ссылка