Плутоний-241

Изотоп плутония

Плутоний-241 (²⁴¹
Пу
или Pu-241 ) — изотоп плутония, образующийся при захвате нейтрона плутонием-240 . Как и некоторые другие изотопы плутония (особенно ²³⁹ Pu), ²⁴¹ Pu является делящимся , с сечением поглощения нейтронов примерно на треть больше, чем у ²³⁹ Pu, и аналогичной вероятностью деления при поглощении нейтронов, около 73%. В случае отсутствия деления захват нейтронов производит плутоний-242 . В целом, изотопы с нечетным числом нейтронов с большей вероятностью поглощают нейтроны и с большей вероятностью подвергаются делению при поглощении нейтронов, чем изотопы с четным числом нейтронов.

Свойства распада

Процесс последовательного захвата нейтронов от ²³⁹ Pu до ²⁴⁵ Cm, ​​включая ²⁴¹ Pu.

Плутоний-241 является бета-излучателем с периодом полураспада 14,3 года, что соответствует распаду около 5% ядер ²⁴¹ Pu в течение одного года. Этот распад имеет Q- значение20,78 ± 0,17 кэВ и среднее значение5,227 ± 0,043 кэВ и не испускает гамма-лучи . ^[1] Чем дольше отработанное ядерное топливо ждет переработки , тем больше ²⁴¹ Pu распадается на америций-241 , который не делится (хотя и делится быстрыми нейтронами ) и является альфа- излучателем с периодом полураспада 432 года; ²⁴¹ Am вносит основной вклад в радиоактивность ядерных отходов в масштабах сотен или тысяч лет. ^{[ требуется ссылка ]} В полностью ионизированном состоянии период полураспада бета-распада ²⁴¹ Pu уменьшается до 4,2 дня, но возможен только связанный бета-распад . ^[2]

Плутоний-241 также имеет редкую ветвь альфа-распада до урана-237 , встречающуюся примерно в 0,002% распадов. При значении Q5,055 ± 0,005 МэВ , он может испускать электроны Оже и сопутствующие рентгеновские лучи, в отличие от процесса бета-распада. ^[1]

Роль в ядерном топливе

Америций имеет более низкую валентность и более низкую электроотрицательность , чем плутоний, нептуний или уран , поэтому в большинстве процессов переработки ядерных материалов америций имеет тенденцию фракционироваться с щелочными продуктами деления — лантаноидами , стронцием , цезием , барием , иттрием — а не с другими актинидами. Поэтому америций не перерабатывается в ядерное топливо, если не прилагаются специальные усилия.

В термическом реакторе 241 ^Am захватывает нейтрон, чтобы стать америцием -242, который быстро становится кюрием -242 (или, в 17,3% случаев, ²⁴² Pu) посредством бета-распада . Как ²⁴² Cm, так и ²⁴² Pu гораздо менее склонны поглощать нейтроны и еще менее склонны к делению; однако ²⁴² Cm является короткоживущим (период полураспада 160 дней) и почти всегда подвергается альфа-распаду до ²³⁸ Pu , а не захватывает еще один нейтрон. Короче говоря, ²⁴¹ Am должен поглотить два нейтрона , прежде чем снова стать делящимся изотопом.

Ссылки

1. Basunia, MS (1 августа 2006 г.). "Ядерные данные для A = 237". Ядерные данные . 107 (8): 2323–2422. doi :10.1016/j.nds.2006.07.001.
2. Takahashi, K.; Boyd, RN; Mathews, GJ; Yokoi, K. (1 октября 1987 г.). «Связанный бета-распад высокоионизированных атомов». Physical Review C. 36 ( 4): 1522–1528. doi :10.1103/PhysRevC.36.1522.
3. Плюс радий (элемент 88). Хотя на самом деле он является субактинидом, он непосредственно предшествует актинию (89) и следует за трехэлементным промежутком нестабильности после полония (84), где ни один нуклид не имеет периода полураспада не менее четырех лет (самый долгоживущий нуклид в промежутке — радон-222 с периодом полураспада менее четырех дней ). Самый долгоживущий изотоп радия, с периодом полураспада 1600 лет, таким образом, заслуживает включения элемента сюда.
4. В частности, из деления урана-235 тепловыми нейтронами , например, в типичном ядерном реакторе .
5. Milsted, J.; Friedman, AM; Stevens, CM (1965). "Период альфа-полураспада берклия-247; новый долгоживущий изомер берклия-248". Nuclear Physics . 71 (2): 299. Bibcode : 1965NucPh..71..299M. doi : 10.1016/0029-5582(65)90719-4.
   «Изотопный анализ выявил вид с массой 248 в постоянном количестве в трех образцах, проанализированных в течение периода около 10 месяцев. Это было приписано изомеру Bk ²⁴⁸ с периодом полураспада более 9 [лет]. Роста Cf ²⁴⁸ обнаружено не было, а нижний предел для периода полураспада β ^{− можно установить на уровне около 10 4} [лет]. Альфа-активности, приписываемой новому изомеру, не обнаружено; период полураспада альфа, вероятно, превышает 300 [лет]».
6. Это самый тяжелый нуклид с периодом полураспада не менее четырех лет до « моря нестабильности ».
7. Исключая « классически стабильные » нуклиды с периодами полураспада, значительно превышающими период полураспада ^232Th ; например, в то время как период полураспада 113mCd составляет всего четырнадцать лет, период полураспада ^{113Cd составляет} восемь квадриллионов лет.