Wikipedia

Isotop plutonium

nuklida dengan nomor atom 94 tetapi dengan nomor massa berbeda
(Dialihkan dari Plutonium-243)

Plutonium (94Pu) adalah sebuah unsur buatan, kecuali sebagai jumlah renik yang dihasilkan dari penangkapan neutron oleh uranium, sehingga berat atom standarnya tidak dapat diberikan. Seperti semua unsur sintetis lainnya, ia tidak memiliki satu pun isotop stabil. Ia disintesis jauh sebelum ia ditemukan di alam, isotop pertama yang disintesis adalah 238Pu pada tahun 1940. Dua puluh radioisotop plutonium telah dikarakterisasi. Yang paling stabil adalah 24Pu dengan waktu paruh 80,8 juta tahun, 242Pu dengan waktu paruh 373.300 tahun, dan 239Pu dengan waktu paruh 24.110 tahun. Semua isotop radioaktif yang tersisa memiliki waktu paruh yang kurang dari 7.000 tahun. Unsur ini juga memiliki delapan status meta; semuanya memiliki waktu paruh kurang dari satu detik.

Isotop utama plutonium
Iso­top Peluruhan
kelim­pahan waktu paruh (t1/2) mode pro­duk
238Pu renik 87,74 thn SF –
α 234U
239Pu renik 2,41×104 thn SF –
α 235U
240Pu renik 6500 thn SF –
α 236U
241Pu sintetis 14 thn β− 241Am
SF –
242Pu sintetis 3,73×105 thn SF –
α 238U
244Pu renik 8,08×107 thn α 240U
SF –

Isotop plutonium memiliki berat atom berkisar mulai dari 228,0387 u (228Pu) hingga 247,074 u (247Pu). Mode peluruhan utama sebelum isotop paling stabil, 244Pu, adalah fisi spontan dan emisi alfa; mode utama sesudah adalah emisi beta. Produk peluruhan utama sebelum 244Pu adalah isotop uranium dan neptunium (tidak memasukkan produk fisi), dan produk peluruhan utama setelahnya adalah isotop amerisium.

Daftar isotop

sunting
Nuklida
[n 1] 		Z N Massa isotop (Da)
[n 2][n 3] 		Waktu paruh
 Mode
peluruhan
[n 4] 		Isotop
anak
[n 5][n 6] 		Spin dan
paritas
[n 7][n 8] 		Kelimpahan
isotop
Energi eksitasi
228Pu 94 134 228,03874(3) 1,1(+20−5) dtk α (99,9%) 224U 0+
β+ (0,1%) 228Np
229Pu 94 135 229,04015(6) 120(50) dtk α 225U 3/2+#
230Pu 94 136 230,039650(16) 1,70(17) mnt α 226U 0+
β+ (langka) 230Np
231Pu 94 137 231,041101(28) 8,6(5) mnt β+ 231Np 3/2+#
α (langka) 227U
232Pu 94 138 232,041187(19) 33,7(5) mnt EC (89%) 232Np 0+
α (11%) 228U
233Pu 94 139 233,04300(5) 20,9(4) mnt β+ (99,88%) 233Np 5/2+#
α (0,12%) 229U
234Pu 94 140 234,043317(7) 8,8(1) jam EC (94%) 234Np 0+
α (6%) 230U
235Pu 94 141 235,045286(22) 25,3(5) mnt β+ (99,99%) 235Np (5/2+)
α (0,0027%) 231U
236Pu 94 142 236,0460580(24) 2,858(8) thn α 232U 0+
SF (1,37×10−7%) (beberapa)
CD (2×10−12%) 208Pb
28Mg
β+β+ (langka) 236U
237Pu 94 143 237,0484097(24) 45,2(1) hri EC 237Np 7/2−
α (0,0042%) 233U
237m1Pu 145.544(10)2 keV 180(20) mdtk IT 237Pu 1/2+
237m2Pu 2900(250) keV 1,1(1) μdtk
238Pu 94 144 238,0495599(20) 87,7(1) thn α 234U 0+ Renik[n 9]
SF (1,9×10−7%) (beberapa)
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 thn α 235U 1/2+ Renik[n 12]
SF (3,1×10−10%) (beberapa)
239m1Pu 391,584(3) keV 193(4) ndtk 7/2−
239m2Pu 3100(200) keV 7,5(10) μdtk (5/2+)
240Pu 94 146 240,0538135(20) 6,561(7)×103 thn α 236U 0+ Renik[n 13]
SF (5,7×10−6%) (beberapa)
CD (1,3×10−13%) 206Hg
34Si
241Pu[n 10] 94 147 241,0568515(20) 14,290(6) thn β− (99,99%) 241Am 5/2+
α (0,00245%) 237U
SF (2,4×10−14%) (beberapa)
241m1Pu 161,6(1) keV 0,88(5) μdtk 1/2+
241m2Pu 2200(200) keV 21(3) μdtk
242Pu 94 148 242,0587426(20) 3,75(2)×105 thn α 238U 0+
SF (5,5×10−4%) (beberapa)
243Pu[n 10] 94 149 243,062003(3) 4,956(3) jam β− 243Am 7/2+
243mPu 383,6(4) keV 330(30) ndtk (1/2+)
244Pu 94 150 244,064204(5) 8,00(9)×107 thn α (99,88%) 240U 0+ Renik[n 14]
SF (0,123%) (beberapa)
β−β− (7,3×10−9%) 244Cm
245Pu 94 151 245,067747(15) 10,5(1) jam β− 245Am (9/2−)
246Pu 94 152 246,070205(16) 10,84(2) hri β− 246mAm 0+
247Pu 94 153 247,07407(32)# 2,27(23) hri β− 247Am 1/2+#
Header & footer tabel ini:  view 
  1. ^ mPu – Isomer nuklir tereksitasi.
  2. ^ ( ) – Ketidakpastian (1σ) diberikan dalam bentuk ringkas dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.
  3. ^ # – Massa atom bertanda #: nilai dan ketidakpastian yang diperoleh bukan dari data eksperimen murni, tetapi setidaknya sebagian dari tren dari Permukaan Massa (trends from the Mass Surface, TMS).
  4. ^ Mode peluruhan:
    CD: Peluruhan gugus
    EC: Penangkapan elektron
    IT: Transisi isomerik
    SF: Fisi spontan
  5. ^ Simbol miring tebal sebagai anak – Produk anak hampir stabil.
  6. ^ Simbol tebal sebagai anak – Produk anak stabil.
  7. ^ ( ) nilai spin – Menunjukkan spin dengan argumen penempatan yang lemah.
  8. ^ # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga (trends of neighboring nuclides, TNN).
  9. ^ Produk peluruhan beta ganda dari 238U
  10. ^ a b c Nuklida fisil
  11. ^ Isotop paling berguna bagi senjata nuklir
  12. ^ Produk penangkapan neutron dari 238U
  13. ^ Produk peluruhan antara dari 244Pu
  14. ^ Antarbintang, beberapa mungkin juga primordial tetapi klaim semacam ini masih diperdebatkan

Aktinida vs produk fisi

sunting
Aktinida dan produk fisi menurut waktu paruh
Aktinida[1] menurut rantai peluruhan Rentang waktu
paruh (a) 		Produk fisi 235U menurut hasil[2]
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[3] 249Cfƒ 242mAmƒ 141–351 a

Tidak ada produk fisi yang memiliki waktu paruh dalam rentang 100 a–210 ka ...

241Amƒ 251Cfƒ[4] 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

... maupun lebih dari 15,7 Ma[5]

232Th№ 238U№ 235Uƒ№ 0,7–14,1 Ga

Isotop penting

sunting

Produksi dan kegunaan

sunting
 
Sebuah pelet 238Pu, bersinar dari panasnya sendiri, digunakan untuk generator termoelektrik radioisotop.
 
Aliran transmutasi antara 238Pu dan 244Cm dalam LWR.[7]
Kecepatan transmutasi tidak ditunjukkan dan sangat bervariasi menurut nuklida.
245Cm–248Cm berumur panjang dengan peluruhan yang dapat diabaikan.

238Pu biasanya tidak diproduksi dalam jumlah besar oleh siklus bahan bakar nuklir, tetapi beberapa darinya dihasilkan dari 237Np dengan penangkapan neutron (reaksi ini juga dapat digunakan dengan neptunium murni untuk menghasilkan 238Pu yang relatif bebas dari isotop plutonium lain untuk digunakan dalam generator termoelektrik radioisotop), dengan reaksi (n,2n) neutron cepat pada 239Pu, atau peluruhan alfa dari 242Cm, yang dihasilkan oleh penangkapan neutron dari 241Am. Ia memiliki penampang neutron termal yang signifikan untuk fisi, tetapi lebih mungkin untuk menangkap neutron dan menjadi 239Pu.

239Pu, sebuah isotop fisil yang merupakan bahan bakar nuklir yang paling banyak digunakan kedua dalam reaktor nuklir setelah 235U, dan bahan bakar yang paling banyak digunakan dalam bagian fisi dari senjata nuklir, dihasilkan dari 238U dengan penangkapan neutron dan diikuti oleh dua peluruhan beta.

240Pu, 241Pu, dan 242Pu diproduksi dengan penangkapan neutron lebih lanjut. Isotop bermassa ganjil, 239Pu dan 241Pu, memiliki sekitar 34 peluang untuk mengalami fisi saat menangkap neutron termal dan sekitar 14 peluang untuk mempertahankan neutron dan menjadi isotop berikutnya yang lebih berat. Isotop bermassa genap adalah bahan yang subur tetapi tidak fisil dan juga memiliki probabilitas keseluruhan (penampang lintang) yang lebih rendah dari penangkapan neutron; oleh karena itu, mereka cenderung terakumulasi dalam bahan bakar nuklir yang digunakan dalam reaktor termal, desain dari hampir semua pembangkit listrik tenaga nuklir saat ini. Dalam plutonium yang telah digunakan untuk kedua kalinya dalam reaktor termal dalam bahan bakar MOX, 240Pu bahkan mungkin merupakan isotop yang paling umum. Semua isotop plutonium dan aktinida lainnya, bagaimanapun, dapat dibelah dengan neutron cepat. 240Pu memang memiliki penampang penyerapan neutron termal sedang, sehingga produksi 241Pu dalam reaktor termal menjadi fraksi yang signifikan sebesar produksi 239Pu.

241Pu memiliki waktu paruh 14 tahun, dan memiliki penampang neutron termal yang sedikit lebih tinggi daripada 239Pu for both fission and absorption. untuk fisi dan penyerapan. Walaupun bahan bakar nuklir digunakan dalam reaktor, inti 241Pu lebih mungkin untuk membelah atau menangkap neutron daripada meluruh. 241Pu menyumbang proporsi fisi yang signifikan dalam bahan bakar reaktor termal yang telah digunakan selama beberapa waktu. Namun, dalam bahan bakar nuklir bekas yang tidak cepat mengalami pemrosesan ulang nuklir tetapi didinginkan selama bertahun-tahun setelah digunakan, banyak atau sebagian besar dari 241Pu akan meluruh melalui peluruhan beta menjadi 241Am, salah satu aktinida minor, sebuah pemancar alfa yang kuat, dan sulit untuk digunakan dalam reaktor termal.

242Pu memiliki penampang yang sangat rendah untuk penangkapan neutron termal; dan dibutuhkan tiga penyerapan neutron untuk menjadi isotop fisil lain (245Cm atau 241Pu) dan fisi. Meski begitu, ada kemungkinan salah satu dari kedua isotop fisil itu akan gagal membelah tetapi malah menyerap neutron keempat, menjadi 246Cm (dalam perjalanannya menjadi aktinida yang lebih berat seperti kalifornium, yang merupakan pemancar neutron dengan fisi spontan dan sulit untuk ditangani) atau menjadi 242Pu lagi; sehingga jumlah rata-rata neutron yang diserap sebelum fisi bahkan lebih tinggi dari 3. Oleh karena itu, 242Pu sangat tidak cocok untuk didaur ulang dalam reaktor termal dan akan lebih baik digunakan dalam reaktor cepat yang dapat langsung dipecah. Namun, penampang 242Pu yang rendah berarti bahwa relatif sedikit yang akan ditransmutasikan selama satu siklus dalam reaktor termal. Waktu paruh 242Pu adalah sekitar 15 kali lebih lama daripada waktu paruh 239Pu; oleh karena itu, radioaktivitasnya hanya 115 dari radioaktivitas 239Pu dan bukan merupakan salah satu kontributor radioaktivitas limbah nuklir terbesar. Emisi sinar gama 242Pu juga lebih lemah daripada isotop lainnya.[8]

243Pu memiliki waktu paruh hanya 5 jam, meluruh melalui peluruhan beta menjadi 243Am. Karena 243Pu memiliki sedikit kesempatan untuk menangkap neutron tambahan sebelum meluruh, siklus bahan bakar nuklirnya tidak menghasilkan 244Pu yang berumur panjang dalam jumlah yang signifikan.

Pembuatan

sunting

Plutonium-240, -241 dan -242

sunting
Artikel utama: Plutonium-240, Plutonium-241, dan Plutonium-242

Penampang fisi untuk 239Pu adalah 747,9 barn untuk neutron termal, sedangkan penampang aktivasinya adalah 270,7 barn (rasionya mendekati 11 fisi untuk setiap 4 tangkapan neutron). Isotop plutonium yang lebih tinggi tercipta ketika bahan bakar uranium digunakan untuk waktu yang lama. Untuk bahan bakar bekas dengan tingkat pembakaran tinggi, konsentrasi isotop plutonium yang lebih tinggi akan lebih tinggi daripada bahan bakar dengan tingkat pembakaran rendah yang diproses ulang untuk mendapatkan plutonium tingkat senjata.

Pembentukan 240Pu, 241Pu, dan 242Pu dari 238U
Isotop Penampang
neutron
termal[9]
(barn)		 Mode
Pelu-
ruhan		 Waktu paruh
Tangkapan Fisi
238U 2,683 0,000 α 4,468×109 tahun
239U 20,57 14,11 β− 23,45 menit
239Np 77.03 – β− 2,356 hari
239Pu 270,7 747,9 α 24.110 tahun
240Pu 287,5 0,064 α 6.561 tahun
241Pu 363,0 1012 β− 14,325 tahun
242Pu 19,16 0,001 α 373.300 tahun

Plutonium-239

sunting
Artikel utama: Plutonium-239

Plutonium-239 adalah salah satu dari tiga bahan fisil yang digunakan untuk produksi senjata nuklir dan di beberapa reaktor nuklir sebagai sumber energi. Bahan fisil lainnya adalah 235U dan 233U. 239Pu hampir tidak ada di alam. Itu dibuat dengan membombardir 238U dengan neutron dalam reaktor nuklir. 238U hadir dalam kuantitas di sebagian besar bahan bakar reaktor; maka 239Pu terus menerus dibuat dalam reaktor ini. Karena 239Pu sendiri dapat dipecah oleh neutron untuk melepaskan energi, 239Pu menyediakan sebagian dari pembangkitan energi dalam reaktor nuklir.

 
Sebuah cincin plutonium tingkat senjata yang ter-electrorefine, dengan kemurnian 99,96%. Cincin 5,3 kg ini berisi cukup plutonium untuk digunakan dalam senjata nuklir yang efisien. Bentuk cincin diperlukan untuk menyimpang dari bentuk bulat dan menghindari kekritisan.
Pembentukan 239Pu dari 238U[10]
Unsur Isotop Penampang tangkapan
neutron termal (barn)		 Penampang fisi
neutron termal (barn)		 Mode peluruhan Waktu paruh
U 238 2,68 5×10−6 α 4,47×109 tahun
U 239 22 15 β− 23 menit
Np 239 30 1 β− 2,36 hari
Pu 239 271 750 α 24.110 tahun

Plutonium-238

sunting
Artikel utama: Plutonium-238

Ada sejumlah kecil 238Pu dalam plutonium dari reaktor penghasil plutonium biasa. Namun, pemisahan isotop akan cukup mahal bila dibandingkan dengan metode lain: ketika sebuah atom 235U menangkap sebuah neutron, ia diubah menjadi keadaan tereksitasi dari 236U Beberapa inti 236U yang tereksitasi mengalami fisi, tetapi beberapa meluruh menjadi keadaan dasar dari 236U. Penangkapan neutron lebih lanjut menciptakan 237U, yang memiliki waktu paruh 7 hari dan dengan cepat meluruh menjadi 237Np. Karena hampir semua neptunium diproduksi dengan cara ini atau terdiri dari isotop yang meluruh dengan cepat, seseorang dapat mendapatkan 237Np yang hampir murni dengan pemisahan kimia neptunium. Setelah pemisahan kimia ini, 237Np kembali diiradiasi oleh neutron reaktor untuk diubah menjadi 238Np, yang meluruh menjadi 238Pu dengan waktu paruh 2 hari.

Pembentukan 238Pu dari 235U
Unsur Isotop Penampang
neutron
termal		 Mode peluruhan Waktu paruh
U 235 99 α 703.800.000 tahun
U 236 5,3 α 23.420.000 tahun
U 237 — β− 6,75 hari
Np 237 165 (tangkapan) α 2.144.000 tahun
Np 238 — β− 2,11 hari
Pu 238 — α 87,7 tahun

240Pu sebagai rintangan untuk senjata nuklir

sunting

Plutonium-240 mengalami fisi spontan sebagai mode peluruhan sekunder pada tingkat yang kecil tapi signifikan. Kehadiran 240Pu membatasi penggunaan plutonium dalam bom nuklir, karena fluks neutron dari fisi spontan memulai reaksi berantai sebelum waktunya, menyebabkan pelepasan energi awal yang secara fisik membubarkan inti sebelum ledakan penuh tercapai. Hal ini mencegah sebagian besar inti dari partisipasi dalam reaksi berantai dan mengurangi kekuatan bom.

Plutonium yang terdiri dari lebih dari 90% 239Pu disebut plutonium tingkat senjata; plutonium dari bahan bakar nuklir bekas dari reaktor daya komersial umumnya mengandung paling sedikit 20% 240Pu dan disebut plutonium tingkat reaktor. Namun, senjata nuklir modern menggunakan penguat fusi, yang mengurangi masalah predetonasi; jika bijinya dapat menghasilkan senjata nuklir bahkan dalam sepersekian kiloton, yang cukup untuk memulai fusi deuterium-tritium, ledakan neutron yang dihasilkan akan memecah cukup plutonium untuk memastikan hasil puluhan kiloton.

Kontaminasi 240Pu adalah alasan mengapa senjata plutonium harus menggunakan metode ledakan. Secara teoretis, 239Pu murni dapat digunakan dalam senjata nuklir jenis bedil, tetapi mencapai tingkat kemurnian ini sangatlah sulit. Kontaminasi. 240Pu telah terbukti membawa berkah bagi desain senjata nuklir. Walaupun ia menciptakan penundaan dan sakit kepala selama Proyek Manhattan karena kebutuhan untuk mengembangkan teknologi ledakan, kesulitan-kesulitan yang sama saat ini menjadi penghalang bagi proliferasi nuklir. Perangkat ledakan juga secara inheren lebih efisien dan kurang rentan terhadap detonasi yang tidak disengaja daripada senjata jenis bedil.

Referensi

sunting
  1. ^ Ditambah radium (unsur 88). Meskipun sebenarnya radium adalah sub-aktinida, ia segera mendahului aktinium (89) dan mengikuti celah ketidakstabilan tiga unsur setelah polonium (84) di mana tidak ada nuklida yang memiliki waktu paruh setidaknya empat tahun (nuklida yang berumur paling panjang di celah tersebut adalah radon-222 dengan waktu paruh kurang dari empat hari). Isotop radium yang paling lama hidup memiliki waktu paruh 1.600 tahun, sehingga layak untuk dimasukkan ke dalam unsur di sini.
  2. ^ Khususnya dari fisi neutron termal uranium-235, misalnya dalam reaktor nuklir biasa.
  3. ^ 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. 
    "Analisis isotop mengungkapkan spesies bermassa 248 dalam kelimpahan konstan dalam tiga sampel yang dianalisis selama periode sekitar 10 bulan. Ini dianggap berasal dari isomer 248Bk dengan waktu paruh lebih besar dari 9 [tahun]. Tidak ada pertumbuhan 248Cf yang terdeteksi, dan batas bawah untuk waktu paruh β− dapat ditetapkan sekitar 104 [tahun]. Tidak ada aktivitas alfa yang disebabkan oleh isomer baru yang terdeteksi; waktu paruh alfa mungkin lebih besar dari 300 [tahun]."
  4. ^ Ini adalah nuklida terberat dengan waktu paruh setidaknya empat tahun sebelum "lautan ketidakstabilan".
  5. ^ Tidak termasuk nuklida yang "stabil secara klasik" dengan waktu paruh secara signifikan melebihi 232Th; misalnya, 113mCd memiliki waktu paruh hanya empat belas tahun, 113Cd hampir delapan kuadriliun tahun.
  6. ^ Makhijani, Arjun; Seth, Anita (July 1997). "The Use of Weapons Plutonium as Reactor Fuel" (PDF). Energy and Security. Takoma Park, MD: Institute for Energy and Environmental Research. Diakses tanggal 13 Juli 2022. 
  7. ^ 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  . Diarsipkan dari versi asli tanggal 19 November 2010. 
  8. ^ "Plutonium Isotopic Results of Known Samples Using the Snap Gamma Spectroscopy Analysis Code and the Robwin Spectrum Fitting Routine" (PDF). Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2017-08-13. Diakses tanggal 2022-07-13. 
  9. ^ Pusat Data Nuklir Nasional. Bagan Nuklida Interaktif Diarsipkan 2011-07-21 di Wayback Machine.
  10. ^ Miner 1968, hlm. 541
Diperoleh dari "https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Isotop_plutonium&oldid=21977525#Daftar_isotop"