Плутонијум (94Pu) је вештачки елемент, осим у траговима као резултат уранијумовог неутронског захвата, и због тога стандардна атомска маса не може бити дата. Као сваки вештачки елемент, нема стабилних изотопа. Синтетисан је знатно пре него што је пронађен у природи, први изотоп синтетисан је био 238Pu 1940. године. Карактеризовано је двадесет радиоизотопа. Најстабилнији су плутонијум-244 са временом полураспада од 80,8 милиона година, плутонијум-242 са временом полураспада од 373.300 година и плутонијум-239 са временом полураспада од 24.110 година, Сви остали радиоактивни изотопи имају времена полураспада од мање од 7.000 година. Овај елемент такође има 8 изомера; сви имају времена полураспада мање од једне секунде.

Главни изотопи плутонијума +Главни изотопи плутонијума (94Pu)ИзотопРаспадРаспростањеностВреме полураспадаНачинПроизвод238Puтраг87.74 ySF–α234U239Puтраг2.41×104 ySF–α235U240Puтраг6500 ySF–α236U241Puсинтетички 14 yβ−241AmSF–242Puсинтетички3.73×105 ySF–α238U244Puтраг8.08×107 yα240USF–

Списак изотопа ИзотопZNИзотопска маса(Da)Време полураспадаНачин распадаПроизводРаспрострањеностЕнергија побуђености228Pu94134228,03874(3)1.1(+20−5) sα (99,9%)224Uсинтетичкиβ+ (0,1%)228Np229Pu94135229,04015(6)120(50) sα225Uсинтетички230Pu94136230,039650(16)1,70(17) minα226Uсинтетичкиβ+ (rare)230Np231Pu94137231,041101(28)8,6(5) minβ+231Npсинтетичкиα (rare)227U232Pu94138232,041187(19)33,7(5) minEC (89%)232Npсинтетичкиα (11%)228U233Pu94139233,04300(5)20,9(4) minβ+ (99,88%)233Npсинтетичкиα (0,12%)229U234Pu94140234,043317(7)8,8(1) hEC (94%)234Npсинтетичкиα (6%)230U235Pu94141235,045286(22)25,3(5) minβ+ (99,99%)235Npсинтетичкиα (0,0027%)231U236Pu94142236,0460580(24)2,858(8) yα232UсинтетичкиSF (1,37×10−7%)(разни)CD (2×10−12%)208Pb28Mgβ+β+ (ретко)236U237Pu94143237,0484097(24)45,2(1) dEC237Npсинтетичкиα (0,0042%)233U237m1Pu145,544(10)2 keV180(20) msIT237Puсинтетички237m2Pu2900(250) keV1,1(1) µsсинтетички238Pu94144238,0495599(20)87,7(1) yα234UТрагSF (1,9×10−7%)(разни)CD (1,4×10−14%)206Hg 32SiCD (6×10−15%)180Yb 30Mg 28Mg239Pu94145239,0521634(20)2,411(3)×104 yα235UTрагSF (3,1×10−10%)(разни)239m1Pu391,584(3) keV193(4) nsсинтетички239m2Pu3100(200) keV7,5(10) µsсинтетички240Pu94146240,0538135(20)6,561(7)×103 yα236UТрагSF (5,7×10−6%)(разни)CD (1,3×10−13%)206Hg 34Si241Pu94147241,0568515(20)14,290(6) yβ− (99,99%)241Amсинтетичкиα (0,00245%)237USF (2,4×10−14%)(разни)241m1Pu161,6(1) keV0,88(5) µsсинтетички241m2Pu2200(200) keV21(3) µsсинтетички242Pu94148242,0587426(20)3,75(2)×105 yα238UсинтетичкиSF (5,5×10−4%)(rразни)243Pu94149243,062003(3)4,956(3) hβ−243Amсинтетички243mPu383,6(4) keV330(30) nsсинтетички244Pu94150244,064204(5)8,00(9)×107 yα (99,88%)240UTрагSF (0,123%)(разни)β−β− (7,3×10−9%)244Cm245Pu94151245,067747(15)10,5(1) hβ−245Amсинтетички246Pu94152246,070205(16)10,84(2) dβ−246mAmсинтетички247Pu94153247,07407(32)#2,27(23) dβ−247Amсинтетички

Значајни изотопи

Плутонијум-238 има време полураспада 87,74 године и емијуте алфа честице. Чист 238Pu који се користи у термоелектричним генераторима који напајају неке свемирске летелице добија се електронским захватом нептунијума-237 . Плутонијум-239 је најзначајнији изотоп плутонијума, са временом полураспада 24.100 година. 239Pu и 241Pu су фисилни, што значи да њихова језгра могу да се раздвоје спорим бомбардовањем неутронима, том приликом испуштају енергију, гама радијацију и више неутрона. Из тог разлога могу да се користе да одржавају нуклеарну ланчану реакцију, која омогућава примену у нуклеарним оружијима и нуклеарним реакторима. 239Pu је синтетисан изразавањем уранијума-238 неутронима. Даљим неутронским захватом се добијају узастопно тежи изотопи. Плутонијум-240 има високу стопу спонтане фисије. Плутонијум се категоризује по проценту 240Pu: квалитета за оружије (<7%), квалитета за гориво (7–19%), квалитета за реакторе (> 19%). Плутонијум-241је фисилан, али такође се распада бета распадом у америцијум-241. Плутонијум-242 није фисилан, нијеје знатно фертилан(захтева 3 неутрона да буду захваћена како би постао фисилан) има дуже време полураспада него било који лакши изотоп Плутонијум-244 је најстабилнији изотоп плутонијума, са временом плураспада од 80 милиона година.Не производи се често јер 243Pu има кратко време плураспада.

Производња и употреба 239Pu, фисилни изотоп који је друго најкоришћеније нуклеарно гориво после уранијума-235, и најкоришћенији у фисијском делу нуклеарних оружија, производи се из уранијума-238 неутронским хватањем праћеним са два бета израчивања. мини|Гранула плутонијума-238, која светли од своје сопствене топлоте, користи се за термоелектричне генераторе. 240Pu, 241Pu, и 242Pu се производе даљим неутронским хватањем. Изотопи непарне масе 239Pu и 241Pu имају 3/4 шансе да прођу кроз фисију при захвату неутрона и 1/4 шансу да постану следећи тежи изотоп. Изотопи парне масе су фертилни и имају знатно мање стопе неутронског захвата.

Полуживот 241Pu има 14 година и има нешто веће пресеке термичких неутрона од 239Pu и за фисију и за апсорпцију. Док се нуклеарно гориво користи у реактору, језгро од 241Pu је вероватније да ће се цепати или да зароби неутрон, него да пропадне. 241Pu представља значајан део фисије у гориву термичког реактора које се користи већ неко време. Међутим, у истрошеном нуклеарном гориву које се брзо не подвргне преради нуклеарне обраде, већ се хлади годинама након употребе, већи део или већи део 241Pu ће бета пропасти на америциум-241, један од мањих актинида, јак алфа емитер и тешко га је употребити у термичким реакторима.

242Pu има посебно низак пресек за хватање термичких неутрона; и потребне су три апсорпције неутрона да би постали још један дељиви изотоп (куријум-245 или 241Pu) и фисија. Чак и тада, постоји шанса да један од ова два дељива изотопа неће успети да се дели, али уместо тога, апсорбује четврти неутрон, постајући куријум-246 (на путу ка још тежим актинидима попут калифорнијског, који је неутронски емитир спонтаном дељењем и тешко га је ручка) или опет постаје 242Pu; па је средњи број неутрона апсорбираних пре фисије чак већи од 3. Стога је 242Pu посебно неприкладан за рециклирање у термичком реактору и боље би се користио у бржем реактору. Међутим, низак пресек 242Pu значи да ће се релативно мало тога претворити током једног циклуса у термичком реактору. Полуживот 242Pu-а је око 15 пута дужи од полуживота 239Pu; стога је 1/15 радиоактиван и није један од већих који доприноси радиоактивности нуклеарног отпада. Емисија гама зрака 242Pu је такође слабија од оне других изотопа.

Полуживот 243Pu је само 5 сати, а бета пропада до америциума-243. Пошто 243Pu има мало могућности за хватање додатног неутрона пре распада, циклус нуклеарног горива не даје дуговечну 244Pu у значајној количини.

238Pu се обично не производи у толико великим количинама нуклеарним горивним циклусом, али неки се производе из нептунијума-237 хватањем неутрона (ова реакција се такође може користити са пречишћеним нептунијумом да би се произвео 238Pu релативно без других изотопа плутонијума за употребу у радиоизотопској термоелектричној енергији генератори), реакцијом (н, 2н) брзих неутрона на 239Pu или алфа распадом куријума-242, која настаје хватањем неутрона из 241Am. Има значајан термички пресек неутрона за фисију, али је вероватније да ће заробити неутрон и постати 239Pu.

240Pu као препрека нуклеарном оружију Плутонијум-240 пролази кроз спонтану фисију као секундарни начин распада, малом али значајном стопом. Присуство 240Pu ограхичава његову употребу у нуклеарном оружију, јер неутрони из спонтане фисије започињу прерану ланчану реакцију, која доводи до тога да се језгро измести и онемогућава потпуну имплозију.

Референце

Категорија:Изотопи