Plutonium(IV)-oxid - Plutonium(IV) oxide

Plutonium(IV)-oxid
Elementarzelle, Kugel- und Stabmodell von Plutonium(IV)-oxid
Namen
IUPAC-Name
Plutonium(IV)-oxid
Systematischer IUPAC-Name
Plutonium(4+)oxid
Andere Namen
Plutoniumdioxid
Identifikatoren
3D-Modell ( JSmol )
ChemSpider
ECHA-Infokarte 100.031.840 Bearbeite dies bei Wikidata
EG-Nummer
  • InChI=1S/2O.Pu/q2*-2;+4 prüfenJa
    Schlüssel: FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N prüfenJa
  • [O-2].[O-2].[Pu+4]
Eigenschaften
O 2 Pu
Molmasse 276  g·mol -1
Aussehen Dunkelgelbe Kristalle
Dichte 11,5 gcm -3
Schmelzpunkt 2.744 °C (4.971 °F; 3.017 K)
Siedepunkt 2.800 °C (5.070 °F; 3.070 K)
Struktur
Fluorit (kubisch), cF12
FM 3 m, Nr. 225
Tetraeder (O 2– ); kubisch (Pu IV )
Gefahren
Hauptgefahren Radioaktiv
NFPA 704 (Feuerdiamant)
4
0
0
Besondere Gefahr RA: Radioaktiv.  zB Plutonium
Flammpunkt nicht brennbar
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Infobox-Referenzen

Plutonium(IV)-oxid ist die chemische Verbindung mit der Formel PuO 2 . Dieser hochschmelzende Feststoff ist eine Hauptverbindung von Plutonium . Die Farbe kann je nach Partikelgröße, Temperatur und Herstellungsverfahren von gelb bis olivgrün variieren.

Struktur

PuO 2 kristallisiert im Fluorit - Motiv, mit dem Pu 4+ organisiert Zentren in einer flächenzentrierten kubischen Anordnung und Oxidionen besetzen tetraedrische Löcher. PuO 2 verdankt seine Nützlichkeit als Kernbrennstoff der Tatsache, dass Leerstellen in den Oktaederlöchern Platz für Spaltprodukte bieten. Bei der Kernspaltung spaltet sich ein Plutoniumatom in zwei. Die Leerstelle der oktaedrischen Löcher bietet Platz für das neue Produkt und ermöglicht dem PuO 2 -Monolith , seine strukturelle Integrität zu bewahren.

Eigenschaften

Plutoniumdioxid ist ein stabiles keramisches Material mit extrem geringer Wasserlöslichkeit und einem hohen Schmelzpunkt (2.744 °C). Der Schmelzpunkt wurde 2011 um mehrere hundert Grad nach oben korrigiert, basierend auf Erkenntnissen aus schnellen Laserschmelzstudien, die eine Kontamination durch jegliches Behältermaterial vermeiden.

Aufgrund des radioaktiven Alpha-Zerfalls von Plutonium fühlt sich PuO 2 warm an. Wie alle Plutoniumverbindungen unterliegt es der Kontrolle nach dem Atomwaffensperrvertrag .

Synthese

Plutoniummetall oxidiert in einer Sauerstoffatmosphäre spontan zu PuO 2 . Plutoniumdioxid wird hauptsächlich durch Kalzinieren von Plutonium(IV)-oxalat, Pu(C 2 O 4 ) 2 ·6H 2 O, bei 300 °C hergestellt. Plutoniumoxalat wird bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen gewonnen, indem Plutonium in HNO 3 /HF gelöst wird . Plutoniumdioxid kann auch aus Schmelzsalzbrutreaktoren gewonnen werden, indem dem Brennstoffsalz Natriumcarbonat zugesetzt wird, nachdem das restliche Uran als Hexafluorid aus dem Salz entfernt wurde.

Anwendungen

Ein Pellet aus PuO 2 leuchtet durch den Zerfall des darin enthaltenen Isotops Plutonium-238

PuO 2 wird zusammen mit UO 2 in MOX-Brennstoffen für Kernreaktoren verwendet . Plutonium-238-Dioxid wird als Treibstoff für mehrere Weltraumsonden wie die Sonden Cassini , Voyager , Galileo und New Horizons Pluto sowie in den Rovern Curiosity und Perseverance auf dem Mars verwendet . Das Isotop zerfällt, indem es α-Teilchen emittiert, die dann Wärme erzeugen (siehe thermoelektrischer Radioisotop-Generator ). Es gab Bedenken, dass ein versehentlicher Wiedereintritt in die Erdatmosphäre aus der Umlaufbahn zum Aufbrechen und/oder Verbrennen eines Raumfahrzeugs führen könnte, was zur Ausbreitung des Plutoniums entweder über einen großen Teil der Planetenoberfläche oder innerhalb der oberen Atmosphäre. Obwohl jedoch mindestens zwei Raumschiffe mit PuO 2 -RTGs wieder in die Erdatmosphäre eingetreten und verbrannt sind (Nimbus B-1 im Mai 1968 und die Mondlandefähre Apollo 13 im April 1970), überlebten die RTGs beider Raumschiffe den Wiedereintritt und den Aufprall intakt, und in beiden Fällen wurde keine Umweltverschmutzung festgestellt; Auf jeden Fall sind RTGs seit Mitte der 1960er Jahre so konzipiert, dass sie im Falle eines Wiedereintritts und Aufpralls intakt bleiben, nachdem 1964 Transit 5-BN-3 (das Plutonium-Metall-RTG der frühen Generation an Bord zerfiel beim Wiedereintritt) fehlgeschlagen war und radioaktives Material in die Atmosphäre nördlich von Madagaskar verstreut , was zu einer Neugestaltung aller US-RTGs führte, die sich damals im Einsatz oder in der Entwicklung befanden).

Der Physiker Peter Zimmerman, der einem Vorschlag von Ted Taylor folgte , zeigte, dass eine Atomwaffe mit geringer Ausbeute (1 Kilotonne ) relativ einfach aus Plutoniumoxid hergestellt werden kann. Eine Plutoniumoxid-Bombe hätte eine erheblich größere kritische Masse als eine aus Plutonium-Metall (fast dreimal so groß, selbst bei maximaler Kristalldichte des Oxids; läge das Oxid in Pulverform vor, wie man es oft vorfindet, würde die kritische Masse noch viel höher sein), sowohl aufgrund der geringeren Dichte von Plutonium in PuO 2 im Vergleich zu Plutoniummetall als auch aufgrund der zusätzlichen inerten Masse des enthaltenen Sauerstoffs.

Toxikologie

Das Verhalten von Plutoniumoxid im Körper variiert mit der Art der Einnahme. Da es bei der Einnahme unlöslich ist, wird ein sehr großer Prozentsatz davon recht schnell über Körperausscheidungen aus dem Körper ausgeschieden. In Partikelform ist Plutoniumoxid mit einer Partikelgröße von weniger als 10 Mikrometer (0,01 mm) aufgrund seiner Alpha-Emission beim Einatmen giftig.

Siehe auch

Verweise

Externe Links