پاورپوینت بمب اتم

     U
   اورانیم ( Uranium ) :

کشف این عنصر توسط Martin Klaproth و در سال 1789 در آلمان رخ داد و اسم این عنصر از نام سیاره اورانوس برگرفته شده است . شیشه های رنگی زرد شامل 1 درصد اکسید اورانیم هستند. این عنصردر سنگ معدن اورانیم (پیچبلانت) موجود است و اولین بار در سال 1789 جداسازی شد. این فلز در سال 1841 توسط Peligot از واکنش کلرید بی آب با فلز پتاسیم به دست آمد. اورانیم عنصر نایابی نیست این عنصر امروزه فراوانتر از جیوه، آنیتموان، نقره، کادمیم، مولیبدن و آرسنیک می باشد. این عنصر به فراوانی در کانیهای پیچبلاند، اورانیتیت، کارنوتیت، اوتونیت،اورانوفان و توبرنیت وجود دارد. همچنین اورانیم در سنگهای فسفاته، لیگنیت، مونازیت وجود دارد. اورانیم از واکنش هالید اورانیم با عناصر آلکالی و یا از واکنش اکسید اورانیم با آلومینیم یا کلسیم یا کربن در درجه حرارت بالا به دست می آید. این فلز می تواند از الکترولیز ترکیبات KUF5 یا UF4 در محلول CaCl2 و NaClحاصل شود. اورانیم با خلوص بالا می تواند از تجزیه هالید اورانیم با رشته های داغ حاصل شود. اورانیم دارای 3 ساختار کریستالوگرافی آلفا، بتا و گاما می باشد. اورانیم عنصری سنگین به رنگ سفید نقره ای و در زمانی که خیلی ریز شود آتش گیر است. این عنصر کمی نرمتر از فولاد است. این عنصر مفتول پذیر و چکش خوار و اندکی پارامغناطیس است. این عنصر در هوا با یک لایه اکسید پوشیده می شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر اورانیم :
عدد اتمی: 92 جرم اتمی: 238.0289 نقطه ذوب: C° 1135 نقطه جوش : C° 3815 شعاع اتمی : pm 156 ظرفیت: 3، 4، 5 و 6 رنگ: خاکستری متالیک حالت استاندارد: جامد رادیواکتیو نام گروه: آکتنید انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 686.4 شکل الکترونی: Rn5f36d17s2 شعاع یونی : Å 0.52 الکترونگاتیوی: 1.38 حالت اکسیداسیون: 3، 4، 5 و 6 دانسیته: 19.05 گرمای فروپاشی : Kj/mol 6.12 گرمای تبخیر : Kj/mol 417 گرمای ویژه: J/g Ko 0.12 دوره تناوبی:7

ایزوتوپ های اورانیوم
عنصر اورانیوم ، چهار ایزوتوپ دارد که فقط دو ایزوتوپ آن به علت داشتن نیمه عمر نسبتا بالا در طبیعت و در ‏سنگ معدن یافت می شوند. این دو ایزوتوپ عبارتند از 235U و 238U که در هر دو 92 پروتون ‏وجود دارد ولی اولی 143 و دومی 146 نوترون دارد. ‏ اختلاف این دو فقط وجود 3 نوترون اضافی در ایزوتوپ سنگین است. ولی از نظر خواص شیمیایی این دو ‏ایزوتوپ کاملا یکسان هستند و برای جداسازی آنها از یکدیگر حتما باید از خواص فیزیکی آنها یعنی اختلاف ‏جرم ایزوتوپها استفاده کرد. شکافت هسته ای اورانیوم ایزوتوپ 235U شکست پذیر است و در نیروگاههای اتمی از این خاصیت استفاده می شود و حرارت ‏ایجاد شده در اثر این شکست را تبدیل به انرژی الکتریکی می نمایند. در واقع ورود یک نوترون به درون ‏هسته این اتم سبب شکست آن شده و به ازای هر اتم شکسته شده Mev‎‏200 (دویست میلیون الکترون ولت) ‏انرژی و دو تکه شکست و تعدادی نوترون حاصل می شود که می توانند اتمهای دیگر را بشکنند. بنابراین ‏در برخی از نیروگاهها ترجیح می دهند تا حدی این ایزوتوپ را در مخلوط طبیعی دو ایزوتوپ غنی کنند و ‏بدین ترتیب مسئله غنی سازی اورانیوم مطرح می شود.‏

کاربرد ایزوتوپهای اورانیوم
در راکتورهای هسته ای به عنوان سوخت بکار می روند.‏ در نیروگاههای هسته ای برای تولید انرژی الکتریکی بکار برده می شود.‏ در ساخت انواع مهمات هسته ای از جمله بمبهای هسته ای ، بمب هیدروژنی و … کاربرد دارند.‏ بطور کلی می توان موارد ذیل را به عنوان مصادیق کاربرد تکنیکهای هسته ای در حوزه پزشکی نام برد:
تهیه و تولید رادیو داروی ید-131، حهت تشخیص بیماریهای تروئید و درمان آنها. در درمان بیماریهای سرطانی ، تومورهای مغزی و غیره بکار می گیرند.‏ تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته ای. کنترل کیفی رادیو داروهای خوراکی و تزریقی برای تشخیص ودرمان بیماریها. کاربرد انرژی اتمی در بخش دامپزشکی و دامپروری. کاربرد تکنیکهای هسته ای در مدیریت منابع آب. کاربرد انرژی هسته ای در بخش صنایع غذایی و کشاورزی. کاربرد انرژی هسته ای در صنایع. کاربرد تکنیک هسته ای در شناسایی مینهای ضد نفر.

استخراج اورانیوم
هر دو نوع حفاری و تکنیک های موقعیتی برای کشف کردن اورانیوم به کار می روند، حفاری ممکن است به صورت زیرزمینی یا چال های باز و روی زمین انجام شود. در کل، حفاری های روزمینی در جاهایی استفاده می شود که ذخیره معدنی نزدیک به سطح زمین و حفاری های زیرزمینی برای ذخیره های معدنی عمیق تر به کار می رود. به طور نمونه برای حفاری روزمینی بیشتر از 120 متر عمق، نیاز به گودال های بزرگی بر سطح زمین است؛ اندازه گودال ها باید بزرگتر از اندازه ذخیره معدنی باشد تا زمانی که دیواره های گودال محکم شوند تا مانع ریزش آنها شود. در نتیجه، تعداد موادی که باید به بیرون از معدن انتقال داده شود تا به کانه دسترسی پیدا کند زیاد است. حفاری های زیرزمینی دارای خرابی و اخلال های کمتری در سطح زمین هستند و تعداد موادی که باید برای دسترسی به سنگ معدن یا کانه به بیرون از معدن انتقال داده شوند به طور قابل ملاحظه ای کمتر از حفاری نوع روزمینی است.

مقدار زیادی از اورانیوم جهانی از (ISL) (In Sitaleding) می آید. جایی که آب های اکسیژنه زیرزمینی در معدن های کانه ای پرمنفذ به گردش می افتند تا اورانیوم موجود در معدن را در خود حل کنند و آن را به سطح زمین آورند. (ISL) شاید با اسید رقیق یا با محلول های قلیایی همراه باشد تا اورانیوم را محلول نگهدارد، سپس اورانیوم در کارخانه های آسیاب سازی اورانیوم، از محلول خود جدا می شود. در نتیجه انتخاب روش حفاری برای ته نشین کردن اورانیوم بستگی به جنس دیواره معدن کانه سنگ، امنیت و ملاحظات اقتصادی دارد. در غالب معدن های زیرزمینی اورانیوم، پیشگیری های مخصوصی که شامل افزایش تهویه هوا می شود، لازم است تا از پرتوافشانی جلوگیری شود.

چگونه اورانیوم به انرژی تبدیل می شود؟

غنی سازی:
اورانیوم طبیعی اصولا شامل مخلوطی از دو ایزوتوپ (نوع اتمی) از اورانیوم است. تنها 7/0 درصد از اورانیوم طبیعی، شکاف پذیر و یا دارای قابلیت شکاف پذیری است که با شکافته شدن در راکتورهای هسته ای انرژی تولید می کنند. ایزوتوپ اورانیوم شکاف پذیر، اورانیوم نوع 235 (u-235) است و پس مانده آن اورانیوم 238 (u-238) است. در بیشتر انواع راکتورهای معمولی هسته ای به اورانیوم 235 (u-235 که اورانیوم با غلظت بیش از حد طبیعی است) نیاز دارند. عملیات غنی سازی، غلظت اورانیوم را بیشتر می کند. عموماً بین 5/3 تا 5 درصد اورانیوم 235 با بیرون آوردن 8 درصد از اورانیوم 238. این عمل با جداسازی گازی هگزافلورید اورانیوم در دو جریان انجام می گیرد. یکی به اندازه لازم غنی سازی می شود و اورانیوم غنی شده ضعیف نامیده می شود و دیگری به اورانیوم 235 منتهی می شود که به پس مانده معروف است.

در عملیات غنی سازی در مقیاس های بزرگ تجاری وجود دارد، که هر کدام هگزافلورید اورانیوم را به عنوان منبع استفاده می کنند: نفوذ گازی و تفکیک گازی و هر دوی آنان از خواص فیزیکی مولکولی استفاده می کنند. مخصوصا با 10 درصد اختلاف جرم، برای جداسازی ایزوتوپ ها محصول این مرحله از چرخه سوختی هسته ای، اورانیوم هگزا فلورید غنی شده است که برای تولید اورانیوم اکسید غنی شده تغییر حال مجدد می یابد.
هدف از غنی سازی تولید اورانیومی است که دارای درصد بالایی از ایزوتوپ U۲۳۵ باشد.

اورانیوم مورد استفاده در راکتورهای اتمی باید به حدی غنی شود که حاوی ۲ تا ۳ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد، در حالی که اورانیومی که در ساخت بمب اتمی بکار میرود حداقل باید حاوی ۹۰ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد.
یکی از روشهای معمول غنی سازی استفاده از دستگاههای سانتریفوژ گاز است.
سانتریفوژ از اتاقکی سیلندری شکل تشکیل شده که با سرعت بسیار زیاد حول محور خود می چرخد. هنگامی که گاز هگزا فلوئورید اورانیوم به داخل این سیلندر دمیده شود نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش آن باعث میشود که مولکولهای سبکتری که حاوی اورانیوم ۲۳۵ است در مرکز سیلندر متمرکز شوند و مولکولهای سنگینتری که حاوی اورانیوم ۲۳۸ هستند در پایین سیلندر انباشته شوند.

ورانیوم ۲۳۵ غنی شده ای که از این طریق بدست می آید سپس به داخل سانتریفوژ دیگری دمیده میشود تا درجه خلوص آن باز هم بالاتر رود. این عمل بارها و بارها توسط سانتریفوژهای متعددی که بطور سری به یکدیگر متصل میشوند تکرار میشود تا جایی که اورانیوم ۲۳۵ با درصد خلوص مورد نیاز بدست آید.
آنچه که پس از جدا سازی اورانیوم ۲۳۵ باقی میماند به نام اورانیوم خالی یا فقیر شده شناخته میشود که اساسا از اورانیوم ۲۳۸ تشکیل یافته است. اورانیوم خالی فلز بسیار سنگینی است که اندکی خاصیت رادیو اکتیویته دارد و از آن برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های دیگر از جمله منعکس کننده نوترونی در بمب اتمی استفاده میشود.

یک شیوه دیگر غنی سازی روشی موسوم به دیفیوژن یا روش انتشاری است.
دراین روش گاز هگزافلوئورید اورانیوم به داخل ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل تشکیل شده دمیده میشود. سوراخهای موجود در جسم متخلخل باید قدری از قطر مولکول هگزافلوئورید اورانیوم بزرگتر باشد.
در نتیجه این کار مولکولهای سبکتر حاوی اورانیوم ۲۳۵ با سرعت بیشتری در این ستونها منتشر شده و تفکیک میشوند. این روش غنی سازی نیز باید مانند روش سانتریفوژ بارها و باره تکرار شود.

راکتورهای هسته ای
راکتورها دارای کاربردهای کاملاً دوگانه هستند. در مصارف صلح آمیز با بهره گیری از حرارت تولیدی در شکافت هسته ای کار می کنند. این حرارت جهت گرم کردن آب، تبدیل آن به بخار و استفاده از بخار برای حرکت توربین ها بهره گرفته می شود. همچنین اگر قصد ساخت بمب های پلوتونیومی در کار باشد نیز اورانیوم غنی شده را به راکتورهای هسته ای منتقل می کنند. در نوع خاصی از راکتورهای هسته ای از اروانیوم غنی شده به شکل قرص هایی به اندازه یک سکه و ارتفاع یک اینچ بهره می گیرند. این قرص ها به صورت کپسول های میله ای شکل صورت بندی شده و درون یک محفظه عایق، تحت فشار قرار داده می شود.

در بسیاری از نیروگاه های هسته ای این میله ها جهت خنک شدن درون آب غوطه ور هستند. روش های دیگر خنک کننده نیز نظیر استفاده از دی اکسید کربن یا فلز مایع هستند. برای کارکرد مناسب یک راکتور ـ مثلاً تولید حرارت با کمک واکنش شکافت ـ هسته اورانیومی باید دارای جرم فوق بحرانی باشد، این بدین معناست که مقدار کافی و مناسبی از اورانیوم غنی شده جهت شکل گیری یک واکنش زنجیری خود به خود پیش رونده مورد نیاز است. برای تنظیم و کنترل فرآیند شکافت میله های کنترل کننده از جنس موادی نظیر گرافیت با قابلیت جذب نوترون های درون راکتور وارد محفظه می شوند. این میله ها با جذب نوترون ها باعث کاهش شدت فرآیند شکافت می شوند. در حال حاضر بیش از چهارصد نیروگاه هسته ای در جهان وجود دارند و 17 درصد الکتریسته جهان را تولید می کنند. راکتورها همچنین در کشتی ها و زیردریایی ها کاربرد دارند.

منابع اورانیوم
مهمترین کشورهای دارای منابع اورانیوم عبارتند از: کانادا، استرالیا، آفریقای جنوبی، برزیل، قزاقستان، ازبکستان، روسیه، نیجریه، نامیبیا. معدن های اورانیوم دارای 10 هزار تن از بزرگترین معدن ها و کوچکترین آن با ذخیره حدود 500 تن به شمار می رود. گرچه انواع مختلفی از معادن اورانیوم کشف گردیده و در دست بهره برداری است اما معادن جای گرفته در ماسه سنگی که مناسب استحصال هستند. از انواع ارزان و اقتصادی در بازار جهان تلقی می شوند.

بر مبنای گزارش ترخانف و همکاران در نشست کمیته فنی آژانس بین المللی انرژی اتمی در دسامبر 1994 و بر پایه اطلاعات منتشر شده از سوی کشورهای مختلف بخصوص بلوک شرق انواع کانسارهای اقتصادی اورانیم به قیمت 130 دلار برای هر کیلوگرم طبق رتبه بندی آژانس بین المللی تحت عنوان Reasonably Assured Resources (RAR) شامل انواع ذیل می باشد.

   1- کانسارهای ماسه سنگ : شامل کانسارهای تخت و هلالی در میزبانهای ماسه سنگی است که عموما در جبهه اکسیدی افق های تراوا قرار داشته و فرآیندی از تزریق سیالات اکسیدهای اورانیم دار در گذر به زون های سیالی می باشند. ماسه سنگهای نوع سکویی (Platform) دارای تراوایی بالا و محصور بین افق های ناتراوا رخساره مناسب برای این گونه کانسارها به شمار می روند.   2- کانسارهای کنگلومرایی با قلوه کوارتز (Quartz – Pebble congtomerate) با نمونه بارز ویت واترزرند (W.thatersrand) شناخته شده در آفریقای جنوبی و الیوت لیک (Eliot lake) در کانادا.  3- کانسارهای منسوب به دگرشیبی نظیر حوضه آتاباسکا در کانادا و پاین کریک (Pine-Crick) در استرالیا.

  4- کانسارهای رگه ای و شبه رگه : شامل انواع رگه ای کلاسیک (پر شده در فضای گسستگی ها) و رگه ای – استوک ورک، نوع اخیر اغلب همراه زونهای متاسماتیک با کانی سازی انتشاری اورانیم می باشد.
5- کانسارهای منفرد که هنوز مورد مشابهی برای آنها یافت نشده است مثــــــل Olimpic-Dam در استرالیا و کانسارهای منطقه معدنی Ronnenburg در آلمان .  6- کانسارهای متاسماتیک انتشاری : در این کانسارها کانه های متاسماتیک سازنده اصلی سنگ بوده و بقایای کانی های پیشین کمتر از 10درصد می باشد.مهمترین کانسارهای شناخته شده از این نوع در سپر اوکراین و آلدان یافت شده اند.

   7- کانسارهای انتشاری گرانیتی و پگماتیتی شامل نمونه راسینگ (Rossing) نامی بیا و بانکرفت (Banckroft) در کانادا و دیگر موارد مشابه می باشد.  8- سایر انواع کانسارها عبارتند از تنوره های برشی، کارست ها، شیل های سیاه اورانیم
دار. استخوانهای فسفاته اورانیم دار کانسارهای لایه ای شکل در سنگهای رسوبی کهن فرانس گابون و اونژسکی (Onezhsky) روسیه    درصد انواع کانسارها نسبت به بزرگی و میزان ذخیره آنها در جدول شماره یک خلاصه شده است.

اثرات زیست محیطی اورانیم :
اورانیم به طور طبیعی و به مقدار بسیارکم در سنگها، خاک، هوا و آب وجود دارد. انسان باعث افزایش میزان فلز اورانیم و ترکیبات آن در محیط زیست شده است زیرا اورانیم از طریق فعالیتهای معدنی و فرآیندهای آسیاب کردن کانی، ر محیط انتشار می یابد. اورانیم ماده ای رادیواکتیو است و بسیار فعال می باشد. در نتیجه در محیط به صورت عنصر یافت نمی شود. ترکیبات اورانیم، در اثر واکنش اورانیم با عناصر و مواد دیگری که در آب حل می شوند، تشکیل می شوند. انحلال پذیری ترکیبات اورانیم در آب، میزان تحرک پذیری آنها در محیط زیست و سمیت آنها را تعیین می کند.

در هوا، غلظت اورانیم بسیار اندک است. حتی در غلظتهای بالاتر از حد معمول هم میزان اورانیم بسیار اندکی در هر متر مکعب از هوا وجود دارد و کمتر از یک اتم در روز منتقل می شود. اورانیم در هوا به صورت گرد و غبار وجود دارد که می تواند از طریق ته نشینی یا بارش، وارد آب سطحی شده و یا روی گیاهان و خاکها بنشیند. سپس این اورانیم روی رسوبات موجود در آب یا لایه های پایینی خاک می نشیند و در آنجا با اورانیم موجود مخلوط می شود. قسمت عمده اورانیم موجود در آب، اورانیم محلول است که مربوط به سنگ و خاکی است که آب با خود آورده است. بخشی از این اورانیم به صورت معلق است و بهآب حالت گل آلود می دهد. تنها بخش اندکی از اورانیم موجود در آب از هوا وارد آب می شود. مقدار اورانیم موجود در آب آشامیدنی بسیار کم است. آبی که حاوی مقدار بسیار اندکی اورانیم است، معمولا برای آشامیدن سالم است. به خاطر طبیعت اورانیم، احتمال تجمع اورانیم در ماهی ها یا گیاهان بسیار اندک است و اورانیمی که جذب می شود، به سرعت از راه ادرار یا مدفوع دفع می شود.

اورانیم با غلظتهای مختلف در خاک وجود دارد و معمولا غلظت آن بسیار پایین است. انسان از راه فعالیتهای صنعتی باعث افزایش میزان اورانیم موجود در خاک شده است. ترکیبات موجود در خاک با ترکیبات دیگر ترکیب شده و سالیان سال در خاک باقی می مانند بدون این که به سمت آب زیرزمینی حرکت کنند. غلظت اورانیم در خاکهای غنی از فسفات بیشتر است اما این مقدار هم مساله ساز نیست زیرا معمولا غلظت آن خیلی بیشتر از حد طبیعی خاکهای غیرآلوده نیست. گیاهان از طریق ریشه اورانیم را جذب می کنند و آن را در همانجا ذخیره می کنند. در نتیجه در ریشه گیاهانی مانند تربچه، میزان غلظت اورانیم بیشتر از حد طبیعی است. وقتی گیاه شسته می شود، اورانیم زدوده می شود. فرسایش پس مانده های معدنی هم باعث انتشار مقدار زیادی از اورانیم در محیط زیست می شود.

Fat Man

بمب اورانیومی

Little Boy ؛ بمب اورانیومی با قدرت 9000Ton TNT که بر روی هیروشیما انداخته شد

هدف طراحان بمبهای اتمی ایجاد یک جرم فوق بحرانی ( از اورانیوم یا پلوتونیوم) است که بتواند طی یک واکنش زنجیره ای مداوم و کنترل نشده، مقادیر متنابهی انرژی حرارتی آزاد کند.
یکی از ساده ترین شیوه های ساخت بمب اتمی استفاده از طرحی موسوم به "تفنگی" است که در آن گلوله کوچکی از اورانیوم که از جرم بحرانی کمتر بوده به سمت جرم بزرگتری از اورانیوم شلیک میشود بگونه ای که در اثر برخورد این دو قطعه، جرم کلی فوق بحرانی شده و باعث آغاز واکنش زنجیره ای و انفجار هسته ای میشود.
کل این فرایند در کسر کوچکی از ثانیه رخ میدهد.
جهت تولید سوخت مورد نیاز بمب اتمی، هگزا فلوئورید اورانیوم غنی شده را ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزی اورانیوم تبدیل میکنند. انجام این کار از طریق فرایندهای شیمیائی و مهندسی نسبتا ساده ای امکان پذیر است.

قدرت انفجار یک بمب اتمی معمولی حداکثر ۵۰ کیلو تن است، اما با کمک روش خاصی که متکی بر مهار خصوصیات جوش یا گداز هسته ای است میتوان قدرت بمب را افزایش داد.
در فرایند گداز هسته ای ، هسته های ایزوتوپهای هیدروژن به یکدیگر جوش خورده و هسته اتم هلیوم را ایجاد میکنند. این فرایند هنگامی رخ میدهد که هسته های اتمهای هیدروژن در معرض گرما و فشار شدید قرار بگیرند. انفجار بمب اتمی گرما و فشار شدید مورد نیاز برای آغاز این فرایند را فراهم میکند.
طی فرایند گداز هسته ای نوترونهای بیشتری رها میشوند که با تغذیه واکنش زنجیره ای، انفجار شدیدتری را بدنبال می آورند. اینگونه بمبهای اتمی تقویت شده به بمبهای هیدروژنی یا بمبهای اتمی حرارتی موسومند.

    Pu
   پولوتونیم ( Plutonium ) :

کشف این عنصر مشترکاً توسط G.T.Seaborg / J.W.Kennedy / E.M.McMillan / A.C.Wohl و در سال 1940 ایالات متحده آمریکا انجام شد و علت نامگذاری آن از سیاره پلوتونیم گرفته شده است . پولوتونیم دومین عنصر بعد از اورانیم در گروه اکتینیدها است. این عنصر توسط بمباران دوترونی اورانیم در سیکلوترون 60 اینچ تولید شد. پولوتونیم به مقدار کم به صورت طبیعی در کانیهای اورانیم موجود می باشد. فرمهای این عنصر در وضعیت مشابهی با نپتونیم قرار دارد. پرتوافکنی اورانیم طبیعی با نوترونها امکان پذیر است.

مهمترین ایزوتوپ این عنصر 239Pu است که نیمه عمرآن 24100 سال است و برای تولید راکتورهای هسته ای از اورانیم طبیعی کاربرد دارد. حدود 15 ایزوتوپ از پولوتونیم شناخته شده است. پولوتونیم دارای 4 وضعیت والانس یونی در حالت آبدار است. که شامل Pu+3 به رنگ آبی متمایل به بنفش و Pu+4 به رنگ زرد قهواه ای و PuO+ به رنگ صورتی و PuO+2 به رنگ صورتی – پرتقالی است. ترکیبات پولوتونیم به صورت دو تایی با اکسیژن است که شامل PuO, PuO2 می باشد. ترکیبات این عنصر با هالوژن ها شامل PuF3, PuF4, PuCl3, PuBr3, PuI3 با کربن و نیتروژن و سیلیس به صورت PuC, PuN, PuSi2 است. ترکیبات اکسی هالید این عنصر شامل PuOCl, PuOBr, PuOI است.

از پولوتونیم به عنوان ماده محترقه در سلاحهای هسته ای و به عناوان یک عنصر کلیدی در صنایع هسته ای برای تولید برق نیز استفاده می شود. یک کیلوگرم از این عنصر برابر با 22 میلیون کیلو وات ساعت برای تولید انرژی گرمایی است. انفجار یک کیلوگرم پولوتونیم تولید انرژی برابر با 20000 تن ماده شیمیایی محترقه می کند. پولوتونیم برای کاربردهای مختلف هسته ای عنصر مفیدی است. از پولوتونیم 238 برای در آپولوهای ماه برای تجهیزات لرزه ای مورد استفاده در سطح ماه مورد استفاده قرار می گیرد. نپتونیم و اورانیم و پولوتونیم می توانند از واکنش تترافلورید با عناصر قلیایی خاکی تولید شود.

این فلز به رنگ نقره ای است که وقتی اکسیده شود به رنگ زرد تیره در می آید. از نظر شیمیایی بسیار واکنش پذیر است . از این عنصر در مقیاس وسیع برای تولید گرما برای به جوش آمدن آب استفاده می شود . این عنصر در اسید کلریدریک و اسید هیدرویدیک و اسید پرکلریک به راحتی قابل حل است. این عنصر دارای 6 ساختار بلوری متفاوت است. دانسیته این عنصر از مقادیر 16 تا 19.68 قابل تغییر است. این عنصر به علت نشر گسترده اشعه آلفا و جذب توسط استخوان و کبد بسیار خطرناک است.
ساختار بلوری عنصر Pu

خصوصیات
این فلز ظاهری نقره ای رنگ دارد و هنگامی که اکسید می شود، رنگش تا حدی به زرد تیره می گراید. اگر مقدار زیادی از پلوتونیوم در جایی جمع شود، به قدری گرم می شود که نمی توان آن را لمس کرد و دلیل آن نیز ساطع کردن انرژی آلفا می باشد. مقادیر بیشتر گرمای لازم را برای جوشاندن آب بوجود می آورد. این فلز به سرعت در اسید هیدرویدیک یا اسید پرکلریک غلیظ ، حل می شود. این فلز شش حالت آلوتروپی Allotropic با ساختارهای بلورین گوناگون از خود نشان می دهد که چگالی آنها از 16.00 تا 19.86 تغییر می کند.

خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر پولوتونیم : عدد اتمی: 94 جرم اتمی: 239.0522 نقطه ذوب : C° 640 نقطه جوش : C° 3228 شعاع اتمی : pm 151 ظرفیت: 3، 4، 5 و 6 رنگ: سفید نقره ای حالت استاندارد: جامد رادیواکتیو نام گروه: آکتنید انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 491.9 شکل الکترونی: Rn5f67s2 شعاع یونی : Å 0.887 الکترونگاتیوی: 1.28 حالت اکسیداسیون: 3، 4، 5 و 6 دانسیته: 19.86 گرمای فروپاشی : Kj/mol 2.8 گرمای تبخیر : Kj/mol343.5 دوره تناوبی: 7

شماره سطح انرژی : 7 اولین انرژی : 2 دومین انرژی : 8 سومین انرژی : 18 چهارمین انرژی : 32 پنجمین انرژی : 24 ششمین انرژی : 8 هفتمین انرژی : 2

ایزوتوپها
مهمترین ایزوتوپ پلوتونیوم Pu239 بوده که نیم عمر آن 24200 سال می باشد و بدلیل نیمه عمر کوتاه آن ، رد بسیار ناچیزی از پولوتونیم به صورت طبیعی در معادن یافت می شود. پلوتونیوم 239 ، در رآکتورهای هسته ای از اورانیوم 238 و در مقیاسهای بالا تولید می شود. ایزوتوپ پلوتونیوم 238 ساطع کننده اشعه آلفا می باشد که نیمه عمرش 87 سال است. این خصوصیات ، آن را برای استفاده در تولید نیروی برق برای دستگاه هایی که می بایست بدون نگهداری مستقیم در مقیاسهای زمانی حدودا برابر عمر انسان کار کنند، مناسب می کند؛ بنابراین در RTG هائی مانند آنهائی که نیروی کاوشگرهای فضایی Galileo و Cassini را تامین می کنند، کاربرد دارد.

کاربردها
پلوتونیوم یکی از مواد مهم شکافت هسته ای در سلاحهای هسته ای پیشرفته می باشد. باید احتیاط لازم جهت جلوگیری از جمع شدن مقداری از پلوتونیوم که به جرم بحرانی نزدیک می شود، به عمل آورد، چرا که این مقدار از پلوتونیوم خود به خود واکنشهای شیمیایی تولید می کند. بدون توجه به محدود نشدن پلوتونیوم توسط فشار خارجی که برای یک سلاح هسته ای لازم است، پلوتونیوم می تواند خودش را گرم کرده ، هر چیزی را که پیرامون آن را محدود می کند بشکند، جلوگیری شود. شکل ظاهری پلوتونیوم هم در این امر موثر است، بنابراین ، باید از اشکال فشرده مانند کره جلوگیری کرد.

همچنین پلوتونیوم مخصوصا نوع بسیار خالص آن ، آتش زا بدوه ، به صورت شیمیایی با اکسیژن و آب واکنش می دهد که می تواند باعث انباشتگی هیدرید پلوتونیوم و یک ترکیب Pyrophoric شود که ماده ای است که در دمای اطاق در هوا می سوزد. حجم پلوتونیوم به هنگام ترکیب شدن با اکسیژن بسیار افزایش می یابد و می تواند ظرف خود را بشکند. بنابر این احتیاطهای لازم برای حمل پلوتونیوم در هر شکل آن ، باید انجام شود و عموما یک اتمسفر خشک و خنثی نیاز می باشد. علاوه بر اینها ، خطرات رادیواکتیوی نیز وجود دارد. خاک اکسید منیزیم موثرترین ماده برای فرو نشاندن آتش پلوتونیوم می باشد. آن ماده ، شعله را مانند یک کاهنده دما ( Hit Sink )سرد می کند و در عین حال از رسیدن اکسیژن به آن جلوگیری می کند. آب نیز در این مورد موثر است. در سال 1962 در Rocky Flats Plant در نزدیکی Boulder, Colorado یک آتش سوزی بزرگ پلوتونیومی رخ داد.

موارد استفاده : بمب ها ، راکتورهای هسته ای ، سوخت جنگ افزارها و دستگاه های تنظیم کننده ضربان قلب منابع : بدست بشر ساخته شده است و در بعضی سنگ معدن های اورانیم نیز وجود دارد . اثرات پلوتونیم بر روی سلامتی :
گاهی اوقات در گزارشهای رسانه ها، پلوتونیم به عنوان ماده ای سمی معرفی می شود که برای انسان شناخته شده است اما دانشمندان معتقدند که این گفته نادرست است. از سال 2003، تنها یک نفر در اثر تماس با پلوتونیم مرده است. رادیواکتیویتی و سمیت رادیم طبیعی حدود 200 برابر بیشتر از پلوتونیم است و بعضی از سمهای آلی مانند بوتولیسم، بیلیونها بار سمی تر از پلوتونیم هستند.

تابش آلفا وارد پوست نمی شود اما وقتی پلوتونیم تنفس می شود یا خورده می شود، در اندامهای داخلی پرتوافکنی می کند. اگر ذرات بسیار کوچکی از پلوتونیم از راه هوا وارد ریه شود، در جانداران باعث سرطان ریه می شود. اگر هم مقادیر زیادی پلوتونیم تنفس و یا خورده شود، باعث تابشهای سمی و مرگ می شود. اما تاکنون گزارش نشده که انسانی به خاطرتنفس یا خوردن پلوتونیم مرده باشد و در بدن بسیاری از افراد مقدار قابل توجهی از پلوتونیم وجود دارد. پلوتونیم ماده ای خطرناک است و مدت زمانی طولانی است که به عنوان ماده انفجاری مورد استفاده قرار می گیرد. پلوتونیم با آزمایش سلاحهای اتمی واردهوا می شود. وقتی پلوتونیم وارد هوا شود، به زمین برمی گردد و مقدار آن در خاک زیاد می شود.

معمولا انسان در تماس با پلوتونیم قرار ندارد. اما گاهی اوقات در نتیجه اتفاق یتصادفی که در حین استفاده، انتقال یا انهدام آن رخ می دهد، منتشر می شود. چون پلوتونیم تابش گاما ندارد، در اثر کار با پلوتونیم عارضه ای برای انسان پدید نمی آید. مگر اینکه از راه هوا تنفس شود یا به نحوی خورده شود. وقتی پلوتونیم از راه هوا وارد بدن انسان می شود، در ریه ها باقی می ماند یا به استخوانها یا اندامهای دیگر حمل می شود. معمولا پلوتونیم مدت زمانی طولانی در بدن باقی می ماند و در نتیجه بافتهای بدن در معرض تابشهای حاصل از آن قرار می گیرند. بعد از چند سال، این تابشها باعث ایجاد و توسعه سرطان می شوند. به علاوه پلوتونیم مقاومت در برابر بیماریها را تحت تاثیر قرار می دهد و رادیواکتیویته ناشی از پلوتونیم باعث نازایی می شود.

اثرات زیست محیطی پلوتونیم :
در کانسارهای غنی از اورانیوم، مقدار ناچیزی پلوتونیم وجود دارد. قسمت عمده پلوتونیم موجود در اثر فعالیتهای انسانی و به ویژه توس راکتورهای اتمی ایجاد می شود. با وجود این پلوتونیم به طور طبیعی و به مقدار بسیار اندکی وجود دارد و ممکن است از راه راکتورهای اتمی، سلاحهای اتمی و دستگاههای تحقیقاتی هم در محیط زیست منتشر شود. منشا اصلی انتشار پلوتونیم، آزمایش سلاحهای اتمی است. پلوتونیم به صورت تصادفی و در اثر انهدام زباله های رادیواکتیو وارد محیط زیست می شود. خاک از طریق ریزش غبارهای اتمی و در طی آزمایش سلاحهای اتیمی آلوده می شود. پلوتونیم به آرامی در خاک به سمت پایین و آب زیرزمینی حرکت می کند. گیاهان مقدار اندکی از پلوتونیم را جذب می کنند اما این مقدار آنقدر زیاد نیست که باعث ورود پلوتونیم در زنجیره غذایی یا تجمع پلوتونیم در بدن جانوران شود.

عنصر Pu در طبیعت

اولین بمب اتمی که در صحرای نیومکزیکو آزمایش شد…
پدر بمب اتمی و سرپرست پروژه ی مانهاتان ، رابرت اوپنهایمر

بمب اتمی چیست؟
بمب اتمی در اصل یک راکتور هسته ای کنترل نشده است که در آن یک واکنش هسته ای بسیار وسیع در مدت یک میلیونیم ثانیه در سراسر ماده صورت می گیرد. بنابراین ، این واکنش با راکتور هسته ای کنترل شده تفاوت دارد. در راکتور هسته ای کنترل شده ، شرایط به گونه ای سامان یافته است که انرژی حاصل از شکافت بسیار کندتر و اساسا با سرعت ثابت رها می شود. در این راکتور ، ماده شکافت پذیر به گونه ای با مواد دیگر آمیخته می شود که بطور متوسط ، فقط یک نوترون گسیل یافته از عمل شکافت موجب شکافت هسته دیگر می شود، و واکنش زنجیری به این طریق فقط تداوم خود را حفظ می کند. اما در یک بمب اتمی ، ماده شکافت پذیر خالص است، یعنی یک متعادل کننده آمیخته نیست و طراحی آن به گونه ای است که تقریبا تمام نوترونهای گسیل یافته از هر شکافت می تواند در هسته های دیگر شکافت ایجاد کند.
تنها یک بمب اتمی که از U235ساخته شده بود، شهر هیروشیما در ژاپن را در 6 آگوست سال 1945 میلادی ویران کرد. بمب دیگری که ازU239 در ساختن آن بکار برده شده بود، سه روز بعد شهر ناکازاکی کشور ژاپن را با خاک یکسان ساخت.

اولین بمب اتمی ازمایش شد

بمب پلوتونیومی

Fat Man ؛ بمب پلوتونیومی با قدرت 000'10 تن TNT که بر روی ناکازاکی منفجر شد

استفاده از پلوتونیوم به جای اورانیوم در ساخت بمب اتمی مزایای بسیاری دارد. تنها چهار کیلوگرم پلوتونیوم برای ساخت بمب اتمی با قدرت انفجار ۲۰ کیلو تن کافی است. در عین حال با تاسیسات بازفراوری نسبتا کوچکی میتوان چیزی حدود ۱۲ کیلوگرم پلوتونیوم در سال تولید کرد.

کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونیومی است که اطراف آنرا پوسته ای موسوم به منعکس کننده نوترونی فرا گرفته است. این پوسته که معمولا از ترکیب بریلیوم و پلونیوم ساخته میشود، نوترونهای آزادی را که از فرایند شکافت هسته ای به بیرون میگریزند، به داخل این فرایند بازمی تاباند.
استفاده از منعکس کننده نوترونی عملا جرم بحرانی را کاهش میدهد و باعث میشود که برای ایجاد واکنش زنجیره ای مداوم به پلوتونیوم کمتری نیاز باشد.
برای کشور یا گروه تروریستی که بخواهد بمب اتمی بسازد، تولید پلوتونیوم با کمک راکتورهای هسته ای غیر نظامی از تهیه اورانیوم غنی شده آسانتر خواهد بود. کارشناسان معتقدند که دانش و فناوری لازم برای طراحی و ساخت یک بمب پلوتونیومی ابتدائی، از دانش و فنآوری که حمله کنندگان با گاز اعصاب به شبکه متروی توکیو در سال ۱۹۹۵ در اختیار داشتند پیشرفته تر نیست.
چنین بمب پلوتونیومی میتواند با قدرتی معادل ۱۰۰ تن تی ان تی منفجر شود، یعنی ۲۰ مرتبه قویتر از قدرتمندترین بمبگزاری تروریستی که تا کنون در جهان رخ داده است.

بمب پلوتونیومی

Little Boy

عواقب ناشی از بمب اتمی
مسئله مهم، ریزشهای رادیواکتیو حاصل از آزمایش بمب های اتمی است. در انفجار بمب اتمی مقدار قابل توجهی محصولات شکافت رادیواکتیو پراکنده می شوند. این مواد بوسیله باد از یک بخش جهان به نقاط دیگر آن منتقل می شوند و بوسیله باران و برف از جو زمین فرو می ریزند. بعضی از این مواد رادیو اکتیو طول عمر زیادی دارند، لذا بوسیله مواد غذایی گیاهی جذب شده و بوسیله مردم و حیوانات خورده می شوند. معلوم شده است که اینگونه مواد رادیواکتیو آثار ژنتیکی و همچنین آثار جسمانی زیان آوری دارند. یکی از فراوانترین محصولات حاصل از شکافت U235یا PU239، که از لحاظ شیمیایی شبیه Ga4O2Oاست. بنابراین وقتی که Sr9Oحاصل از ریزشهای رادیواکتیو وارد بدن می شود، به ماده استخوانی بدن راه می یابد. این عنصر می تواند با گسیل ذرات بتا با انرژی 0.54 میلیون الکترون ولت(نیم عمر 28 سال) نابود می شوند، که می تواند به سلولها آسیب رسانده و موجب بروز انواع بیماریها از قبیل تومور استخوان ، لوکمیا و … ، بخصوص در کودکان در حال رشد ، می شود.