حقایقی جالب دربارهٔ یکی از عناصر رادیواکتیو / پلوتونیوم چیست؟

محققان می گویند پلوتونیوم عنصری رادیواکتیو است، اما در نگاه نخست چندان مضر به‌ نظر نمی‌رسد. این عنصر با درخشش نقره‌ای خود، مانند هر فلز دیگری، در تماس با هوا کدر می‌شود.

کد خبر: ۱۳۰۸۶۳۱

تاریخ: ۱۹ دی ۱۴۰۱ - ۰۹:۰۶

تقی حسن زاده، پایگاه خبری دانا، سرویس دانش و فناوری؛  بنابر گفته انجمن جهانی هسته‌ای، حتی خوردن این عنصر هم واقعاً هیچ ضرری ندارد، اگرچه قطعاً توصیه نمی‌شود. اتم‌های پلوتونیوم از طریق فرآیندی به نام «واپاشی آلفا» از هم جدا می‌شوند. آنها ذرات ساخته‌شده از دو نوترون و دو پروتون (در اصل یک هسته هلیوم) را آزاد می‌کنند.

آنها آنقدر حجیم هستند که نمی‌توانند از پوست انسان عبور کنند. پلوتونیوم که به حال خود رها می‌شود، به آرامی تجزیه می‌گردد. اما خطر واقعی زمانی رخ می‌دهد که انسان‌ها در آن دخالت کنند.

ایزوتوپ پلوتونیوم موسوم به پلوتونیوم-۲۳۹ شکافت‌پذیر است، به‌این معنی که می‌تواند یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای را آغاز کند. سازمان ملل آن را به‌عنوان یکی از دو ایزوتوپ رادیواکتیو مورد استفاده برای ساخت بمب اتمی فهرست کرده است.

وقتی یک اتم پلوتونیوم ۲۳۹ را با یک نوترون برخورد بدهید، نوترون‌های بیشتری بیرون می‌ریزند. هنگامی که آن نوترون‌ها به اتم‌های پلوتونیوم ۲۳۹ دیگر برخورد کنند، دوباره همان اتفاق رخ می‌دهد و مقدار زیادی انرژی آزاد می‌شود.

در شرایط مناسب، انرژی حاصل از شکافت هسته‌ای را می‌توان برای همیشه مهار کرد. گرمای آزادشده می‌تواند آب را بجوشاند که سبب تولید بخار می‌گردد و می‌توان از آن برای چرخاندن توربین‌ها استفاده کرد.

بنابر گزارش انجمن جهانی هسته‌ای، یک سوم انرژی تولیدشده توسط نیروگاه‌های هسته‌ای از پلوتونیوم تامین می‌شود.

قدرت پلوتونیوم

ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپی که به اختصار RTG نامیده می‌شود، یک باتری هسته‌ای است این باتری گرمای حاصل از واپاشی پلوتونیوم را جذب می‌کند و با استفاده از سیم‌هایی به نام ترموکوپل آن را به برق تبدیل می‌کند. هنگامی که یک انتهای ترموکوپل گرم ‌شود، در آن جریان شکل می‌گیرد.

ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپی برای رساندن برق به دورافتاده‌ترین مکان‌ها (از فانوس‌های دریایی در خطوط ساحلی خطرناک گرفته تا کاوشگرها در فضای بیرونی) مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما برای ساخت آنها نمی‌توان از هیچ عنصر رادیواکتیو قدیمی استفاده کرد.

ناسا فهرستی دقیق از معیارهای باتری‌های هسته‌ای دارد. در صورت بروز هرگونه حادثه در حین پرتاب، سوخت باید از ایمنی لازم برخوردار باشد. نباید بیش از حد، تابش بتا، گاما یا نوترون آزاد کند؛ چرا که با تجهیزات تداخل پیدا می‌کنند. این سوخت باید پایدار باشد زیرا نباید منفجر شود. باید نیمه‌عمر طولانی داشته باشد؛ زیرا در فضا نمی‌توان باتری عوض کرد. همچنین باید سبک باشد تا بتواند از سکوی پرتاب خارج شود.

انجمن جهانی هسته‌ای می‌گوید که از ۲۹۰۰ ایزوتوپ رادیواکتیو شناخته شده، پلوتونیوم ۲۳۸ یکی از ۲۲  ایزوتوپ مناسب برای این کار است.

کشف پلوتونیوم

پلوتونیوم در جدول تناوبی، عنصر نسبتاً جدیدی به‌شمار می‌رود.

بنابر گفته آزمایشگاه ملی لوس آلاموس در ایالات متحده، دانشمندان نخستین‌بار در طول جنگ جهانی دوم با پلوتونیوم مواجه شدند. در سال ۱۹۴۰، دانشمندان در آزمایشگاه تشعشع برکلی با اورانیوم آزمایش می‌کردند و اتم‌های هیدروژن سنگین را به‌سمت این عنصر شلیک می‌کردند تا ببینند چه اتفاقی می‌افتد.

اورانیوم عنصری رادیواکتیو است و بمباران فوق باعث شد که از هم جدا شود و عنصر رادیواکتیو دیگری به نام «نپتونیم» آزاد شود. این عنصر ناپایدار بود و به عنصر رادیواکتیو ناشناخته دیگری تبدیل شد.

دانشمندان این عنصر را به یاد سیاره پلوتو، پلوتونیوم نامیدند. پتانسیل آن به‌عنوان یک سلاح هسته‌ای بلافاصله آشکار شد و در عرض دو سال تولید فوق محرمانه آن در آزمایشگاه متالورژی شیکاگو آغاز گردید.

موارد استفاده پلوتونیوم

سلاح‌های هسته‌ای

به گفته انجمن سلطنتی شیمی، یک کیلوگرم پلوتونیوم می‌تواند انفجاری معادل ۱۰ هزار تن مواد منفجره شیمیایی ایجاد کند. هدف معاهدات هسته‌ای جلوگیری از استفاده از این سلاح‌های ویرانگر است.

گرم‌کننده‌های فضایی
اجزای الکتریکی موجود در فضاپیما در دماهای خاص بهترین عملکرد را دارند. پلوتونیوم-۲۳۸ هنگام واپاشی گرمای زیادی آزاد می‌کند و به گرم شدن این ابزار ظریف در فضای ژرف کمک می‌کند.

انرژی حرارتی
گرمای حاصل از واپاشی پلوتونیوم را می‌توان جذب کرد و به برق تبدیل کرد. طبق گزارش انجمن جهانی هسته‌ای، یک کیلوگرم پلوتونیوم می‌تواند ۸ میلیون کیلووات‌ساعت برق تولید کند.