प्लूटोनियम के समस्थानिक: Difference between revisions

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== एक्टिनाइड्स बनाम विखंडन उत्पाद ==
== एक्टिनाइड्स बनाम विखंडन उत्पाद ==
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Latest revision as of 20:36, 23 June 2023

Isotopes of plutonium (94Pu)
Main isotopes[1] Decay
abun­dance half-life (t1/2) mode pro­duct
238Pu trace 87.7 y[2] α 234U
SF –
239Pu trace 2.411×104 y α 235U
SF –
240Pu trace 6.561×103 y α 236U
SF –
241Pu synth 14.329 y β− 241Am
α 237U
SF –
242Pu synth 3.75×105 y α 238U
SF –
244Pu trace 81.3×106 y α 240U
SF –
β−β− 244Cm

प्लूटोनियम (94Pu) एक कृत्रिम तत्व है, यूरेनियम द्वारा न्यूट्रॉन ग्रहण से उत्पन्न ट्रेस मात्रा को त्यागकर, और इस प्रकार एक मानक परमाणु भार नहीं दिया जा सकता है। सभी कृत्रिम तत्वों की तरह, इसका कोई स्थिर समस्थानिक नहीं है। यह प्रकृति में पाए जाने से बहुत पहले संश्लेषित किया गया था, पहला समस्‍थानिक 238Pu 1940 में संश्लेषित किया गया था। बीस प्लूटोनियम रेडियो समस्‍थानिक की विशेषता बताई गई है। सबसे स्थिर प्लूटोनियम -244 80.8 मिलियन वर्षों की अर्द्ध-आयु के साथ, प्लूटोनियम -242 373,300 वर्षों की अर्द्ध-आयु के साथ, और प्लूटोनियम -239 24,110 वर्षों की अर्द्ध-आयु के साथ हैं। शेष सभी रेडियोधर्मी समस्थानिकों का अर्द्ध-आयु 7,000 वर्ष से कम है। इस तत्व की आठ मेटा अवस्थाएँ भी हैं; सभी का अर्ध-जीवन एक सेकंड से भी कम है।

परमाणु भार में प्लूटोनियम के समस्थानिक 228.0387 u (228Pu) से 247.074 u (247Pu) तक होते हैं। सबसे स्थिर समस्‍थानिक, 244Pu, से पहले प्राथमिक क्षय मोड, सहज विखंडन और अल्फा उत्सर्जन हैं; प्राथमिक मोड के पश्चात बीटा उत्सर्जन होता है। 244Pu से पहले के प्राथमिक क्षय उत्पादो यूरेनियम और नेपच्यूनियम के समस्थानिक हैं (विखंडन उत्पादो पर विचार नहीं करते हैं), और प्राथमिक क्षय उत्पादों के पश्चात अमेरिका के समस्थानिक हैं।

List of isotopes

Nuclide
[n 1] 		Z N Isotopic mass (Da)
[n 2][n 3] 		Half-life
 Decay
mode
[n 4] 		Daughter
isotope
[n 5][n 6] 		Spin and
parity
[n 7][n 8] 		Isotopic
abundance
Excitation energy
228Pu 94 134 228.03874(3) 1.1+20
−5 s 		α (99.9%) 224U 0+
β+ (.1%) 228Np
229Pu 94 135 229.04015(6) 120(50) s α 225U 3/2+#
230Pu 94 136 230.039650(16) 1.70(17) min α 226U 0+
β+ (rare) 230Np
231Pu 94 137 231.041101(28) 8.6(5) min β+ 231Np 3/2+#
α (rare) 227U
232Pu 94 138 232.041187(19) 33.7(5) min EC (89%) 232Np 0+
α (11%) 228U
233Pu 94 139 233.04300(5) 20.9(4) min β+ (99.88%) 233Np 5/2+#
α (.12%) 229U
234Pu 94 140 234.043317(7) 8.8(1) h EC (94%) 234Np 0+
α (6%) 230U
235Pu 94 141 235.045286(22) 25.3(5) min β+ (99.99%) 235Np (5/2+)
α (.0027%) 231U
236Pu 94 142 236.0460580(24) 2.858(8) y α 232U 0+
SF (1.37×10−7%) (various)
CD (2×10−12%) 208Pb
28Mg
237Pu 94 143 237.0484097(24) 45.2(1) d EC 237Np 7/2−
α (.0042%) 233U
237m1Pu 145.544(10)2 keV 180(20) ms IT 237Pu 1/2+
237m2Pu 2900(250) keV 1.1(1) μs
238Pu 94 144 238.0495599(20) 87.7(1) y α 234U 0+ Trace[n 9]
SF (1.9×10−7%) (various)
CD (1.4×10−14%) 206Hg
32Si
CD (6×10−15%) 180Yb
30Mg
28Mg
239Pu[n 10][n 11] 94 145 239.0521634(20) 2.411(3)×104 y α 235U 1/2+ Trace[n 12]
SF (3.1×10−10%) (various)
239m1Pu 391.584(3) keV 193(4) ns 7/2−
239m2Pu 3100(200) keV 7.5(10) μs (5/2+)
240Pu 94 146 240.0538135(20) 6.561(7)×103 y α 236U 0+ Trace[n 13]
SF (5.7×10−6%) (various)
CD (1.3×10−13%) 206Hg
34Si
241Pu[n 10] 94 147 241.0568515(20) 14.290(6) y β− (99.99%) 241Am 5/2+
α (.00245%) 237U
SF (2.4×10−14%) (various)
241m1Pu 161.6(1) keV 0.88(5) μs 1/2+
241m2Pu 2200(200) keV 21(3) μs
242Pu 94 148 242.0587426(20) 3.75(2)×105 y α 238U 0+
SF (5.5×10−4%) (various)
243Pu[n 10] 94 149 243.062003(3) 4.956(3) h β− 243Am 7/2+
243mPu 383.6(4) keV 330(30) ns (1/2+)
244Pu 94 150 244.064204(5) 8.00(9)×107 y α (99.88%) 240U 0+ Trace[n 14]
SF (.123%) (various)
β−β− (7.3×10−9%) 244Cm
245Pu 94 151 245.067747(15) 10.5(1) h β− 245Am (9/2−)
246Pu 94 152 246.070205(16) 10.84(2) d β− 246mAm 0+
247Pu 94 153 247.07407(32)# 2.27(23) d β− 247Am 1/2+#
This table header & footer:
  1. ↑ mPu – Excited nuclear isomer.
  2. ↑ ( ) – Uncertainty (1σ) is given in concise form in parentheses after the corresponding last digits.
  3. ↑ # – Atomic mass marked #: value and uncertainty derived not from purely experimental data, but at least partly from trends from the Mass Surface (TMS).
  4. ↑ Modes of decay:
    CD: Cluster decay
    EC: Electron capture
    IT: Isomeric transition
    SF: Spontaneous fission
  5. ↑ Bold italics symbol as daughter – Daughter product is nearly stable.
  6. ↑ Bold symbol as daughter – Daughter product is stable.
  7. ↑ ( ) spin value – Indicates spin with weak assignment arguments.
  8. ↑ # – Values marked # are not purely derived from experimental data, but at least partly from trends of neighboring nuclides (TNN).
  9. ↑ Double beta decay product of 238U
  10. ↑ 10.0 10.1 10.2 fissile nuclide
  11. ↑ Most useful isotope for nuclear weapons
  12. ↑ Neutron capture product of 238U
  13. ↑ Intermediate decay product of 244Pu
  14. ↑ Interstellar, some may also be primordial but such claims are disputed







एक्टिनाइड्स बनाम विखंडन उत्पाद

Actinides and fission products by half-life
Actinides[3] by decay chain Half-life
range (a) 		Fission products of 235U by yield[4]
4n 4n + 1 4n + 2 4n + 3 4.5–7% 0.04–1.25% <0.001%
228Ra№ 4–6 a 155Euþ
244Cmƒ 241Puƒ 250Cf 227Ac№ 10–29 a 90Sr 85Kr 113mCdþ
232Uƒ 238Puƒ 243Cmƒ 29–97 a 137Cs 151Smþ 121mSn
248Bk[5] 249Cfƒ 242mAmƒ 141–351 a

No fission products have a half-life in the range of 100 a–210 ka ...

241Amƒ 251Cfƒ[6] 430–900 a
226Ra№ 247Bk 1.3–1.6 ka
240Pu 229Th 246Cmƒ 243Amƒ 4.7–7.4 ka
245Cmƒ 250Cm 8.3–8.5 ka
239Puƒ 24.1 ka
230Th№ 231Pa№ 32–76 ka
236Npƒ 233Uƒ 234U№ 150–250 ka 99Tc₡ 126Sn
248Cm 242Pu 327–375 ka 79Se₡
1.53 Ma 93Zr
237Npƒ 2.1–6.5 Ma 135Cs₡ 107Pd
236U 247Cmƒ 15–24 Ma 129I₡
244Pu 80 Ma

... nor beyond 15.7 Ma[7]

232Th№ 238U№ 235Uƒ№ 0.7–14.1 Ga

उल्लेखनीय समस्थानिक

  • प्लूटोनियम -238 की अर्द्ध-आयु 87.74 वर्ष होती है[8] और यह अल्फा कणों का उत्सर्जन करता है। रेडियोसमस्‍थानिक थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के लिए शुद्ध 238Pu, जो कुछ अंतरिक्ष यान को नेप्टुनियम-237 पर न्यूट्रॉन ग्रहण द्वारा निर्मित किया जाता है, लेकिन खर्च किए गए परमाणु ईंधन से प्लूटोनियम में कुछ प्रतिशत 238Pu, 237Np से उत्पन्न, 242Cm, का अल्फा क्षय, या (एन,2एन) प्रतिक्रियाएँ हो सकती हैं।
  • प्लूटोनियम -239 वर्षों 24,100 के अर्ध-आयु के साथ प्लूटोनियम[citation needed] का सबसे महत्वपूर्ण समस्थानिक है। 239Pu और 241Pu विखंडनीय हैं, जिसका अर्थ है कि उनके परमाणुओं के नाभिक धीमी गति से चलने वाले न्यूट्रॉन तापमान द्वारा बमबारी करके, ऊर्जा जारी करने, गामा विकिरण और अधिक न्यूट्रॉन विकिरण करके परमाणु विखंडन कर सकते हैं। इसलिए यह परमाणु शृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रख सकता है, जिससे परमाणु हथियारो और परमाणु रिएक्टरों में अनुप्रयोग हो सकते हैं। 239Pu को परमाणु रिएक्टर में न्यूट्रॉन के साथ यूरेनियम-238 को विकिरणित करके संश्लेषित किया जाता है, फिर ईंधन के परमाणु पुनर्संसाधन के माध्यम से पुनर्प्राप्त किया जाता है। इसके अतिरिक्त न्यूट्रॉन ग्रहण क्रमिक रूप से भारी समस्थानिक उत्पन करता है।
  • प्लूटोनियम -240 में सहज विखंडन की उच्च दर होती है, जो प्लूटोनियम युक्त पृष्ठभूमि न्यूट्रॉन विकिरण को बढ़ाता है। प्लूटोनियम को 240Pu: हथियार ग्रेड (<7%), ईंधन ग्रेड (7-19%) और रिएक्टर ग्रेड (> 19%) के अनुपात में वर्गीकृत किया गया है। निचले ग्रेड परमाणु हथियारों और तापीय रिएक्टरों के लिए कम अनुकूल हैं, लेकिन तेजी से रिएक्टरों को ईंधन दे सकते हैं।
  • प्लूटोनियम 241- विखंडनीय है, लेकिन बीटा 14 साल के आधे जीवन के साथ अमेरिकियम -241 में भी क्षय हो जाता है।
  • प्लूटोनियम -242 विखंडनीय नहीं है, बहुत प्रचुर नहीं है (फटकर टुकड़े टुकड़े हो हो जाने योग्य बनने के लिए 3 और न्यूट्रॉन ग्रहण की आवश्यकता होती है), इसमें कम न्यूट्रॉन ग्रहण न्यूट्रॉन क्रॉस-सेक्शन होता है, और किसी भी हल्के समस्थानिक की तुलना में लंबा अर्ध-आयु होता है।
  • प्लूटोनियम -244 प्लूटोनियम का सबसे स्थिर समस्थानिक है, जिसकी अर्ध-आयु प्राय 80 मिलियन वर्ष है। यह परमाणु रिएक्टरों में महत्वपूर्ण रूप से उत्पादित नहीं होता है क्योंकि 243Pu का अर्ध-आयु छोटा होता है, लेकिन कुछ परमाणु विस्फोटों में उत्पन्न होता है। प्लूटोनियम-244 इंटरस्टेलर स्पेस में पाया गया है[9] और किसी भी गैर मौलिक विकिरण समस्थानिक का दूसरा सबसे लंबा अर्ध-आयु है।

उत्पादन और उपयोग

प्लूटोनियम -238 की एक गोली, अपनी ही गर्मी से चमकती है, जिसका उपयोग रेडियोसमस्‍थानिक थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के लिए किया जाता है।
के बीच परमाणु संचारण प्रवाह 238Pu और 244Cm जल रिएक्टर में सेमी.[10]
संक्रमण की गति दिखाई नहीं देती है और न्यूक्लाइड द्वारा बहुत भिन्न होती है।
245Cm–248Cm नगण्य क्षय के साथ दीर्घजीवी होते हैं।

239Pu, एक विखंडनीय समस्‍थानिक है जो यूरेनियम-235 के पश्चात परमाणु रिएक्टरों में दूसरा सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला परमाणु ईंधन है, और परमाणु हथियारों के परमाणु विखंडन वाले भाग में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला ईंधन है, यूरेनियम -238 से न्यूट्रॉन ग्रहण द्वारा दो बीटा क्षय के पश्चात उत्पन्न होता है।

240Pu, 241Pu, और 242Pu आगे न्यूट्रॉन ग्रहण द्वारा निर्मित होते हैं। विषम-द्रव्यमान समस्थानिक 239Pu और 241Pu में [तापीय न्यूट्रॉन] को पकड़ने पर विखंडन होने की लगभग 3/4 संभावना होती है और न्यूट्रॉन को बनाए रखने और अगला भारी समस्थानिक बनने की लगभग 1/4 संभावना होती है। सम-द्रव्यमान समस्थानिक उर्वर सामग्री हैं, लेकिन विखंडनीय नहीं हैं और न्यूट्रॉन ग्रहण की कम समग्र संभावना (न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन की अवधारणा) भी है; इसलिए, वे तापीय रिएक्टर में उपयोग किए जाने वाले परमाणु ईंधन में जमा होते हैं, जो आज प्राय सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का डिज़ाइन है। एमओएक्स ईंधन में तापीय रिएक्टरों में दूसरी बार उपयोग किए गए प्लूटोनियम में, 240Pu सबसे सामान्य समस्थानिक भी हो सकता है। सभी प्लूटोनियम समस्थानिक और अन्य एक्टिनाइड्स, चूंकि, तेज न्यूट्रॉन के साथ विखंडनीय हैं। 240Pu में एक मध्यम तापीय न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन होता है, जिससे कि तापीय रिएक्टर में 241Pu उत्पादन 239Pu उत्पादन जितना बड़ा हो जाता है।

241Pu की अर्ध-आयु 14 वर्ष है, और विखंडन और अवशोषण दोनों के लिए 239Pu की तुलना में थोड़ा अधिक तापीय न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन है। जबकि एक रिएक्टर में परमाणु ईंधन का उपयोग किया जा रहा है, 241Pu नाभिक के विखंडन या न्यूट्रॉन को क्षय करने की तुलना में अधिक होने की संभावना है। 241Pu तापीय रिएक्टर ईंधन में विखंडन के एक महत्वपूर्ण अनुपात के लिए उत्तरदायी है जिसका उपयोग कुछ समय के लिए किया गया है। चूंकि, खर्च किए गए परमाणु ईंधन में जो जल्दी से परमाणु पुनर्संसाधन से नहीं गुजरता है, बल्कि इसके अतिरिक्त उपयोग के पश्चात वर्षों तक ठंडा रहता है, 241Pu बीटा क्षय से अमेरिकियम-241, लघु एक्टिनाइड्स में से एक, एक मजबूत अल्फा उत्सर्जक, और तापीय रिएक्टरों में उपयोग करना दुष्कर होगा।

तापीय न्यूट्रॉन कैप्चर के लिए 242Pu का क्रॉस सेक्शन विशेष रूप से कम है; और एक अन्य विखंडनीय समस्थानिक (या तो क्यूरियम-245 या 241Pu) और विखंडन बनने के लिए तीन न्यूट्रॉन अवशोषण की आवश्यकता होती है। फिर भी, एक मौका है कि उन दो विखंडनीय समस्थानिकों में से कोई भी विखंडन करने में विफल रहेगा, बल्कि एक चौथे न्यूट्रॉन को अवशोषित करेगा, क्यूरियम -246 (कलिफ़ोरनियम जैसे भारी एक्टिनाइड्स के रास्ते पर, जो सहज विखंडन द्वारा एक न्यूट्रॉन उत्सर्जक है और संभालना कठिन है) या फिर से 242Pu बनना; इसलिए विखंडन से पहले अवशोषित न्यूट्रॉनों की औसत संख्या 3 से भी अधिक है। इसलिए, 242Pu एक तापीय रिएक्टर में पुनर्चक्रण के लिए विशेष रूप से अनुपयुक्त है और एक तेज रिएक्टर में इसका बेहतर उपयोग किया जाएगा जहां इसे सीधे विखंडित किया जा सकता है। चूंकि, 242Pu's के कम क्रॉस सेक्शन का तात्पर्य है कि इसका अपेक्षाकृत कम भाग तापीय रिएक्टर में एक चक्र के समय रूपांतरित होगा। 242Pu's की अर्ध-आयु 239Pu's की अर्ध-आयु इसे प्राय 15 गुना अधिक है; इसलिए, यह रेडियोधर्मी के रूप में 1/15 है और परमाणु अपशिष्ट रेडियोधर्मिता के बड़े योगदानकर्ताओं में से एक नहीं है। 242Pu's का गामा किरण उत्सर्जन भी अन्य समस्थानिकों की तुलना में कमजोर है।[11]

243Pu का आधा जीवन केवल 5 घंटे का होता है, बीटा क्षय से अमेरिकियम-243। क्योंकि 243Pu के पास क्षय से पहले एक अतिरिक्त न्यूट्रॉन को पकड़ने का बहुत कम अवसर है, परमाणु ईंधन चक्र लंबे समय तक चलने वाले 244Pu का महत्वपूर्ण मात्रा में उत्पादन नहीं करता है।

238Pu सामान्य रूप से परमाणु ईंधन चक्र द्वारा बड़ी मात्रा में उत्पादित नहीं होता है, लेकिन कुछ न्यूट्रॉन ग्रहण द्वारा नेप्च्यूनियम -237 से उत्पन्न होते है (इस प्रतिक्रिया का उपयोग शुद्ध नेप्च्यूनियम के साथ भी किया जा सकता है जिससे कि 238Pu अपेक्षाकृत अन्य प्लूटोनियम समस्थानिकों का उत्पादन रेडियोसमस्‍थानिक थर्मोइलेक्ट्रिक में उपयोग के लिए किया जा सके।), 239Pu पर तेज न्यूट्रॉन की (n,2n) प्रतिक्रिया से, या क्यूरियम-242 के अल्फा क्षय द्वारा, जो 241Am से न्यूट्रॉन ग्रहण द्वारा निर्मित होता है। इसमें विखंडन के लिए महत्वपूर्ण तापीय न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन है, लेकिन न्यूट्रॉन को ग्रहण और 239Pu बनने की संभावना अधिक है।

प्लूटोनियम-240, -241 और -242

239Pu के लिए विखंडन क्रॉस सेक्शन (भौतिकी) तापीय न्यूट्रॉन के लिए 747.9 बार्न (यूनिट) है, जबकि सक्रियण क्रॉस सेक्शन 270.7 बार्न है (अनुपात प्रत्येक 4 न्यूट्रॉन ग्रहण के लिए 11 विखंडन का अनुमान लगाता है)। उच्च प्लूटोनियम समस्थानिक तब बनते हैं जब यूरेनियम ईंधन का लंबे समय तक उपयोग किया जाता है। उच्च बर्नअप उपयोग किए गए ईंधन के लिए, उच्च प्लूटोनियम समस्थानिकों की सांद्रता कम जले ईंधन की तुलना में अधिक होगी जिसे हथियार ग्रेड प्लूटोनियम प्राप्त करने के लिए पुन: संसाधित किया जाता है।

238U से 240Pu, 241Pu और 242Pu का गठन
समस्‍थानिक तापीय न्यूट्रॉन

क्रॉस सेक्शन[12]
(बर्न)

क्षय

प्रकार

अर्ध-आयु
अधिकृत करना विखंडन
238U 2.683 0.000 α 4.468 x 109 वर्ष
239U 20.57 14.11 β− 23.45 मिनट
239Np 77.03 – β− 2.356 दिन
239Pu 270.7 747.9 α 24,110 वर्ष
240Pu 287.5 0.064 α 6,561 वर्ष
241Pu 363.0 1012 β− 14.325 वर्ष
242Pu 19.16 0.001 α 373,300 वर्ष


प्लूटोनियम-239

Main article: प्लूटोनियम -239

प्लूटोनियम -239 परमाणु हथियारों के उत्पादन और कुछ परमाणु रिएक्टरों में ऊर्जा के स्रोत के रूप में उपयोग की जाने वाली तीन विखंडनीय सामग्रियों में से एक है। अन्य विखंडनीय पदार्थ यूरेनियम-235 और यूरेनियम-233 हैं। प्लूटोनियम-239 वास्तव में प्रकृति में उपस्थित नहीं है। इसे परमाणु रिएक्टर में यूरेनियम-238 की न्यूट्रॉन से बमबारी करके बनाया गया है। अधिकांश रिएक्टर ईंधन में यूरेनियम-238 मात्रा में उपस्थित है; इसलिए इन रिएक्टरों में प्लूटोनियम-239 लगातार बनाया जाता है। चूँकि प्लूटोनियम-239 स्वयं ऊर्जा जारी करने के लिए न्यूट्रॉन द्वारा विभाजित किया जा सकता है, प्लूटोनियम-239 परमाणु रिएक्टर में ऊर्जा उत्पादन का एक भाग प्रदान करता है।

238U से 239Pu का गठन[13]
तत्व समस्थानिक तापीय न्यूट्रॉन ग्रहण

क्रॉस सेक्शन (बर्न)

तापीय न्यूट्रॉन विखंडन

क्रॉस सेक्शन (बर्न)

क्षय मोड अर्ध-आयु
U 238 2.68 5·10−6 α 4.47 x 109 वर्ष
U 239 22 15 β− 23 मिनट
Np 239 30 1 β− 2.36 दिन
Pu 239 271 750 α 24,110 वर्ष


प्लूटोनियम-238

Main article: प्लूटोनियम -238

सामान्य प्लूटोनियम उत्पादक रिएक्टरों के प्लूटोनियम में 238Pu की कम मात्रा होती है। हालाँकि, समस्थानिक पृथक्करण किसी अन्य विधि की तुलना में काफी महंगा होगा:जब एक 235U परमाणु एक न्यूट्रॉन को पकड़ता है, तो यह 236U की उत्तेजित अवस्था में परिवर्तित हो जाता है। उत्तेजित 236U नाभिकों में से कुछ विखंडन से गुजरते हैं, लेकिन कुछ गामा विकिरण उत्सर्जित करके 236U की मूल अवस्था में क्षय हो जाते हैं। आगे न्यूट्रॉन ग्रहण 237U बनाता है, जिसकी अर्द्ध-आयु 7 दिनों की होती है और इस प्रकार जल्दी से 237Np तक क्षय हो जाता है।चूंकि प्राय सभी नेप्च्यूनियम इस तरह से उत्पादित होते हैं या समस्‍थानिक होते हैं जो जल्दी से क्षय हो जाते हैं, नेप्टुनियम के रासायनिक पृथक्करण से प्राय शुद्ध 237Np प्राप्त होता है। इस रासायनिक पृथक्करण के पश्चात, 237Np को फिर से रिएक्टर न्यूट्रॉन द्वारा 238Np में परिवर्तित करने के लिए विकिरणित किया जाता है, जो 2 दिनों के आधे जीवन के साथ 238Pu में क्षय हो जाता है।

235U से 238Pu का गठन
तत्व समस्थानिक तापीय न्यूट्रॉन

क्रॉस सेक्शन

क्षय मोड अर्ध-आयु
U 235 99 α 703,800,000 वर्ष
U 236 5.3 α 23,420,000 वर्ष
U 237 — β− 6.75 दिन
Np 237 165 (ग्रहण) α 2,144,000 वर्ष
Np 238 — β− 2.11 दिन
Pu 238 — α 87.7 वर्ष


प्लूटोनियम-240 परमाणु हथियारों के लिए एक बाधा के रूप में

प्लूटोनियम-240 एक छोटी लेकिन महत्वपूर्ण दर (5.8×10−6%) पर द्वितीयक क्षय मोड के रूप में सहज विखंडन से गुजरता है।[1] 240Pu की उपस्थिति परमाणु बम में प्लूटोनियम के उपयोग को सीमित करती है, क्योंकि स्वतः सहज विखंडन से न्यूट्रॉन प्रवाह समय से पहले श्रृंखला प्रतिक्रिया प्रारंभ कर देता है, जिससे ऊर्जा का शीघ्र विमोचन होता है जो भौतिक रूप से पूर्ण अंतःस्फोट तक पहुंचने से पहले कोर को फैला देता है। यह अधिकांश कोर को श्रृंखला अभिक्रिया में भाग लेने से रोकता है और बम की शक्ति को कम करता है।

प्राय 90% 239Pu से अधिक वाले प्लूटोनियम को हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम कहा जाता है; वाणिज्यिक बिजली रिएक्टरों से खर्च किए गए परमाणु ईंधन से प्लूटोनियम में सामान्यतः कम से कम 20% 240Pu होता है और इसे रिएक्टर-ग्रेड प्लूटोनियम कहा जाता है। चूंकि, आधुनिक परमाणु हथियार फ्यूजन बूस्टिंग का उपयोग करते हैं, जो प्रीटोनेशन समस्या को कम करता है; यदि पिट (परमाणु हथियार) एक किलोटन के एक अंश का भी ड्यूटेरियम-ट्रिटियम संलयन प्रारंभ करने के लिए पर्याप्त है, तो न्यूट्रॉन के परिणामस्वरूप फटने से दसियों किलोटन की उपज सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त प्लूटोनियम का विखंडन होगा।

240Pu के कारण संदूषण के कारण प्लूटोनियम हथियारों को अंतःस्फोट विधि का उपयोग करना चाहिए। सैद्धांतिक रूप से, शुद्ध 239Pu का उपयोग बंदूक की तरह के परमाणु हथियार में किया जा सकता है, लेकिन शुद्धता के इस स्तर को प्राप्त करना निषेधात्मक रूप से कठिन है। प्लूटोनियम-240 संदूषण परमाणु हथियारों के अभिकल्पना के लिए मिश्रित वरदान सिद्ध करना हुआ है। चूंकि इसने मैनहट्टन परियोजना के समय विलंब और सिरदर्द उत्पन किया क्योंकि अंतःस्फोट प्रौद्योगिकी विकसित करने की आवश्यकता थी, वही कठिनाइयाँ वर्तमान में परमाणु प्रसार के लिए एक अड़चन हैं। बंदूक के प्रकार के हथियारों की तुलना में अंतःस्फोट उपकरण भी स्वाभाविक रूप से अधिक कुशल और आकस्मिक विस्फोट के लिए कम प्रवण होते हैं।

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.
  2. ↑ Magurno & Pearlstein 1981, pp. 835 ff.
  3. ↑ Plus radium (element 88). While actually a sub-actinide, it immediately precedes actinium (89) and follows a three-element gap of instability after polonium (84) where no nuclides have half-lives of at least four years (the longest-lived nuclide in the gap is radon-222 with a half life of less than four days). Radium's longest lived isotope, at 1,600 years, thus merits the element's inclusion here.
  4. ↑ Specifically from thermal neutron fission of uranium-235, e.g. in a typical nuclear reactor.
  5. ↑ Milsted, J.; Friedman, A. M.; Stevens, C. M. (1965). "The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248". Nuclear Physics. 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4.
    "The isotopic analyses disclosed a species of mass 248 in constant abundance in three samples analysed over a period of about 10 months. This was ascribed to an isomer of Bk248 with a half-life greater than 9 [years]. No growth of Cf248 was detected, and a lower limit for the β− half-life can be set at about 104 [years]. No alpha activity attributable to the new isomer has been detected; the alpha half-life is probably greater than 300 [years]."
  6. ↑ This is the heaviest nuclide with a half-life of at least four years before the "sea of instability".
  7. ↑ Excluding those "classically stable" nuclides with half-lives significantly in excess of 232Th; e.g., while 113mCd has a half-life of only fourteen years, that of 113Cd is nearly eight quadrillion years.
  8. ↑ Makhijani, Arjun; Seth, Anita (July 1997). "रिएक्टर ईंधन के रूप में हथियार प्लूटोनियम का उपयोग" (PDF). Energy and Security. Takoma Park, MD: Institute for Energy and Environmental Research. Retrieved 4 July 2016.
  9. ↑ Wallner, A.; Faestermann, T.; Feige, J.; Feldstein, C.; Knie, K.; Korschinek, G.; Kutschera, W.; Ofan, A.; Paul, M.; Quinto, F.; Rugel, G.; Steier, P. (2015). "Abundance of live 244Pu in deep-sea reservoirs on Earth points to rarity of actinide nucleosynthesis". Nature Communications. 6: 5956. arXiv:1509.08054. Bibcode:2015NatCo...6.5956W. doi:10.1038/ncomms6956. ISSN 2041-1723. PMC 4309418. PMID 25601158.
  10. ↑ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (April 2004). "Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels". Journal of Nuclear Science and Technology. 41 (4): 448–456. doi:10.3327/jnst.41.448.
  11. ↑ "स्नैप गामा स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण कोड और रॉबिन स्पेक्ट्रम फिटिंग रूटीन का उपयोग करके ज्ञात नमूनों के प्लूटोनियम समस्थानिक परिणाम" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2017-08-13. Retrieved 2013-03-15.
  12. ↑ National Nuclear Data Center Interactive Chart of Nuclides Archived 2011-07-21 at the Wayback Machine
  13. ↑ Miner 1968, p. 541
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