Plutonium

Portaal Scheikunde
Chemisch element

Een ring van plutonium
Naam	Plutonium
Latijn
Symbool	Pu
Atoomnummer	94
Soort	actinide metaal
Kleur	zilverwit, dof tot donkergrijs in de lucht
Smeltpunt	639,4 ^oC
Kookpunt	3228 ^oC

Plutonium is een chemisch element met als symbool Pu en atoomnummer 94 van het Periodiek Systeem in de scheikunde. Het is een duur, zeldzaam en giftig metaal.

De actinoïde, ook wel actinide serie omvat de 15 metallische chemische elementen met atoomnummers 89-103, (actinium tot Lawrencium). De actinoïde serie kreeg zijn naam van het eerste element in de serie, actinium. Het (informele) chemische symbool An wordt gebruikt in algemene discussies over actinoïde chemie om te verwijzen naar een actinoïde.

Plutonium is een typisch metaal. het heeft een zilverachtige kleur (maar verkleuren in de lucht), een relatief hoge dichtheid en plasticiteit (kneedbaarheid). Het kan worden gesneden met een mes. Net als de andere actiniden is plutonium radioactief en zal dus ook radioactief afval geven. Het is pyrofoor, vooral wanneer het fijn verdeeld is, dat wil zeggen dat het spontaan ontbrandt bij reactie met lucht bij kamertemperatuur.

Voorkomen

Het is een zogeheten actinide metaal met een zilvergrijze uiterlijk dat dof wordt bij blootstelling aan lucht en vormt een doffe deklaag door oxidatie ("roest"). Het reageert met koolstof, halogenen, stikstof, silicium en waterstof. Het is radioactief en kan zich ophopen in botten, wat de omgang met plutonium gevaarlijk maakt.

Plutonium is het element met het hoogste atoomnummer dat in kleine hoeveelheden in de natuur voorkomt. Deze worden gevonden bij uranium afzettingen.

Plutonium is ongeveer net zo hard en bros als grijs gietijzer, tenzij het is gelegeerd met andere metalen om het zacht en taai te maken. In tegenstelling tot de meeste metalen is het geen goede geleider van warmte of elektriciteit. In gelegeerde vorm wordt het gebruikt als splijtstof in kernreactoren.

Geschiedenis

Plutonium werd voor het eerst synthetisch geproduceerd (kunstmatig gemaakt door het splitsen van uranium) en geïsoleerd (apart gekregen) eind 1940 en begin 1941 in het 1,5 meter lange cyclotron (deeltjesversneller) aan de University of California, Berkeley. Plutonium is vernoemd naar de dwergplaneet Pluto, die destijds nog als een planeet werd gezien. Geheimhouding in oorlogstijd noodzaakte het team van de Universiteit van Californië om hun ontdekking pas in 1948 te kunnen publiceren.

Het voor het eerst produceren van plutonium in bruikbare hoeveelheden was een belangrijk onderdeel van het Manhattan-project tijdens de Tweede Wereldoorlog, dat de eerste atoombommen ontwikkelde. The Fat Man bommen, gebruikt in de Trinity kernproef in juli 1945, en gebruikt bij het bombarderen van Nagasaki (Japan) op 9 augustus 1945 had plutonium kernen.

De meeste kernproeven in de atmosfeer en onder water werden stopgezet door het Limited Test Ban-verdrag in 1963 (onder andere ondertekend door Amerika en Rusland).

De aanwezigheid van plutonium is eigenlijk een steeds groter wordend probleem. Het moet gezien worden als kern- of radioactief afval dat op een veilige manier moet worden opgeborgen.

Het Amerikaanse ministerie van Energie werkt eraan om (voor eind 2019 was dat 34 ton) plutonium van wapenkwaliteit in de Verenigde Staten te verwijderen door het plutonium om te zetten in een zogeheten MOX-brandstof voor gebruik in commerciële kernreactoren.

Gebruik

Verschillende plutonium-typen zijn zoals dat heet splijtbaar, wat betekent dat ze een nucleaire kettingreactie in stand kunnen houden, wat leidt tot toepassingen in kernwapens en kernreactoren.

Het is een warmtebron in radio-isotoop thermo-elektrische generatoren (een nucleaire batterij), die worden gebruikt om sommige ruimtevaartuigen van stroom te voorzien. Zogeheten Plutoniumisotopen zijn duur en lastig te scheiden, dus bepaalde isotopen worden meestal gemaakt in gespecialiseerde reactoren.

Plutonium is ook met succes gebruikt in een nucleaire batterij voor het aandrijven van kunstmatige pacemakers (voor het op gang houden van een menselijk hart). Deze worden tegenwoordig niet meer gebruikt.

Biologie

Tijdens en na het einde van de Tweede Wereldoorlog hebben wetenschappers die aan het Manhattan Project en andere kernwapen-onderzoeks-projecten werkten, studies uitgevoerd naar de effecten van plutonium op proefdieren en mensen. Dierstudies hebben uitgewezen dat een paar milligram plutonium per kilogram weefsel genoeg voor een dodelijke dosis is.

Er zijn twee aspecten aan de schadelijke effecten van plutonium: de radioactiviteit en de gif-effecten van zware metalen. Zowel acute (meteen) als langdurige blootstelling brengt het gevaar met zich mee van ernstige gezondheidseffecten, waaronder stralingsziekte, genetische schade (misvormingen bij nakomelingen), kanker en overlijden. Plutonium is gevaarlijker bij inademing dan bij inname.

Omdat met plutonium vervuild koelwater vanuit de kerncentrales in de oceanen terecht kan komen (door ongelukken of menselijke fouten), heeft dat ook effect op de daar levende dieren.

Veiligheid

Plutonium is giftig en kan organen beschadigen
Plutonium in poedervorm is brandbaar
Vanwege de radioactiviteit is het slecht voor het milieu
Plutonium is radioactief

Toepassingen

De gele Fat Man (plutonium) en Litle Boy (uranium) kernbommen (modellen) die op Japan werden geworpen.
Kerncentrale Borssele (provincie Zeeland) gebruikt o.a. MOX brandstof