Energía

energía nuclear - combustible :

Un elemento se dice que es material nuclear fértil cuando, a través de captura neutrónica, se transforma en un material fisionable. Esto supone que dicho elemento puede ser utilizado, junto con otro fisible como combustible nuclear en un reactor de fisión.¹ Solo se consideran fisionables los átomos que experimentan la reacción de fisión estimulada con neutrones de cualquier energía, incluso conneutrones termalizados (de baja energía).

El U-238 puede producir fisiones si el neutrón incidente es de alta energía, pero presenta una energía umbral por debajo de la cual ya no se producen fisiones. Sin embargo si captura un neutrón se obtiene U-239 que es altamente inestable y decae por β^- a Np-239 el cual vuelve a desintegrarse obteniendose finalmente Pu-239. El Pu-239, como el U-235 es fisionable. Otro material que también es fértil es elTh-232 que por captura neutrónica pasa a Th-233 el cual se desintegra en Pa-233 que finalmente produce U-233, otro isótopo fisionable.

Existen determinados nucleidos de elementos de elevado peso atómico que reaccionan con los neutrones, capturando éstos y emitiendo después partículas beta, con la circunstancia de que el nucleido final es fisionable. Dichos nucleidos iniciales, no fisionables con neutrones térmicos, son de un gran interés práctico, puesto que si se introducen dentro de un reactor nuclear sirven de materia prima para la obtención de combustible nuclear. Reciben el nombre de nucleidos fértiles y el material que los contiene el de material fértil.

El torio-232 y el uranio-238 son los dos isótopos fértiles más importantes. Por lo tanto el torio y el uranio natural o empobrecido son los dos materiales fértiles de mayor interés técnico.

El plutonio-238 (también conocido como Pu-238 o ²³⁸Pu) es un isótopo radiactivode plutonio que tiene una vida media de 87,7 años. Es un potente emisor alfa y —a diferencia de otros isótopos de plutonio— no emite grandes cantidades de radiación. Esto lo hace adecuado para su uso en generadores termoeléctricos de radioisótopos(RTG) y calefactores de radioisótopos —un gramo de plutonio-238 genera aproximadamente 0,5 vatios de potencia térmica.- ...................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=d3c5395b28a2f137bb260eef49f94a76abb8f1b7&writer=rdf2latex&return_to=Plutonio-238

Propiedades químicas del Plutonio - Efectos del Plutonio sobre la salud - Efectos ambientales del Plutonio

Nombre Plutonio Número atómico 94 Valencia 3,4,5,6 Estado de oxidación +3 Electronegatividad 1,2 Radio covalente (Å) - Radio iónico (Å) 1,07 Radio atómico (Å) 1,63 Configuración electrónica [Rn]5f56d17s2 Primer potencial de ionización (eV) - Masa atómica (g/mol) 242 Densidad (g/ml) - Punto de ebullición (ºC) 3235 Punto de fusión (ºC) 640 Descubridor G.T. Seaborg en 1940

Plutonio Elemento químico, símbolo Pu, número atómico 94. Es un metal plateado, reactivo, de la serie de los actínidos. El isótopo principal de interés químico es 239Pu, que tiene una vida media de 24 131 años. Se forma en los reactores nucleares. El plutonio-239 es fisionable, pero puede capturar también neutrones para formar isótopos superiores de plutonio. El plutonio-238, con una vida media de 87.7 años. Se utiliza en fuentes de calor para aplicaciones espaciales y se ha empleado en marcapasos cardiacos. El plutonio-239 se emplea como combustible nuclear en la producción de isótopos radiactivos para la investigación y como agente fisionable en armas nucleares. El plutonio muestra diversos estados de valencia en solución y en estado sólido. El plutonio metálico es muy electropositivo. Se han preparado muchas aleaciones de plutonio y se han caracterizado gran número de compuestos intermetálicos. La reacción del metal con hidrógeno produce dos hidruros, que se forman a temperaturas tan bajas como 150ºC(300ºF). Su descomposición arriba de los 750ºC (1400ºF) puede usarse para preparar polvo de plutonio reactivo. El óxido más común es el PuO2, formado por ignición de hidróxidos, oxalatos, peróxidos y los oxihalogenuros. El hexafluoruro de plutonio, el compuesto más volátil conocido de este elemento, es un agente fluorante poderoso. Se conocen algunos otros compuestos binarios. Entre éstos están los carburos, siliciuros, sulfuros y seleniuros, que son de interés especial a causa de su naturaleza refractaria. Por su radiotoxicidad, el plutonio y sus compuestos requieren técnicas de manejo especiales para prevenir su ingestión o inhalación; por ello, todo trabajo con plutonio y sus compuestos debe efectuarse en caja de guantes. Para trabajar con plutonio, y sus aleaciones, que son atacados por la humedad y por los gases atmosféricos, estas cajas pueden llenarse con helio o argón. Efectos del Plutonio sobre la salud El plutonio es descrito a veces en los medios como la sustancia más tóxica conocida por los humanos, aunque hay acuerdo general entre los expertos en este campo de que esto es incorrecto. Hasta el 2003 todavía no ha habido ninguna muerte humana oficialmente atribuida a la exposición al plutonio. El radio de ocurrencia natural es alrededor de 200 veces más radiotóxico que el plutonio, y algunas toxinas orgánicas como la toxina botulínica son billones de veces más tóxicas que el plutonio. La radiación alfa que emite no penetra la piel, pero puede irradiar órganos internos cuando el plutonio es inhalado o ingerido. Partículas de plutonio extremadamente pequeñas del orden de microgramos pueden causar cáncer de pulmón si son inhaladas. Cantidades considerablemente mayores pueden causar envenenamiento agudo por radiación y muerte si ingeridos o inhalados; sin embargo, hasta el momento, no se sabe de ninguna muerte provocada por la inhalación o la ingestión del plutonio y muchas personas tienen cantidades medibles de plutonio en sus cuerpos. El plutonio es una sustancia peligrosa que ha sido usada en explosivos durante un largo tiempo. Es liberado a la atmósfera principalmente por las pruebas atmosféricas de armas nucleares y por accidentes en los lugares de producción de armas. Cuando el plutonio es liberado a la atmósfera caerá de nuevo a La Tierra y terminará en los suelos. La exposición de los humanos al plutonio no es muy probable, pero a veces tiene lugar como resultado de escapes accidentales durante su uso, transporte o vertido. Debido a que el plutonio no tiene radiaciones gamma, no es probable notar efectos en la salud por trabajar con el plutonio, a menos que sea respirado o tragado de algún modo. Cuando se respira, el plutonio puede permanecer en los pulmones o moverse hasta los huesos u otros órganos. Generalmente permanece en el cuerpo durante mucho tiempo y expone a los tejidos del cuerpo continuamente a radiación. Después de unos pocos años esto podría resultar en el desarrollo de cáncer. Lo que es más, el plutonio puede afectar la habilidad de resistir enfermedades y la radioactividad del plutonio puede causar fallo reproductivo. Efectos ambientales del Plutonio Cantidades traza de plutonio se encuentran naturalmente en los minerales ricos en uranio. Los humanos producimos la mayor parte del plutonio existente, en reactores nucleares especiales Además de estar presente de forma natural en cantidades muy pequeñas, el plutonio también puede entrar en el medio ambiente por escapes de reactores nucleares, plantas de producción de armas, e instalaciones de investigación. Una fuente importante de escapes de plutonio son las pruebas de armas nucleares. El plutonio puede entrar en las aguas superficiales por escapes accidentales y vertidos de desechos radioactivos. El suelo puede contaminarse con plutonio a través de la lluvia radiactiva durante las pruebas de armas nucleares. El plutonio se mueve lentamente hacia abajo en el suelo, hasta las aguas subterráneas. Las plantas absorben bajos niveles de plutonio, pero estos niveles no son lo suficientemente altos como para provocar biomagnificación del plutonio en la cadena alimenticia, o acumulación en los cuerpos de animales.

El plutonio-238 es un isótopo radiactivo de plutonio con una vida media de 87,7 años. Debido a que es un potente emisor alfa que no emite cantidades importantes de otros, más penetrante y por lo tanto más problemática la radiación, este isótopo se utiliza para los generadores termoeléctricos de radioisótopos y calentadores de radioisótopos. Un gramo de plutonio-238 genera aproximadamente 0,5 vatios de potencia.

Historia

El plutonio-238 fue el primer isótopo de plutonio para ser descubierto. Fue sintetizado por Glenn Seaborg y sus colaboradores en 1941 bombardeando el uranio-238 con deuterones, la creación de neptunio-238, que a su vez se descompone para formar plutonio-238 - El plutonio-238 se desintegra a uranio-234 y luego más a lo largo de la serie de radio para dirigir- 206.

Producción

Plutonio en reactores de combustible nuclear gastado contiene varios isótopos de plutonio. Pu-238 constituye sólo una o dos por ciento, pero puede ser responsable de la mayor parte del calor de desintegración corto plazo debido a su corta vida media. Esto no es útil para la producción de Pu-238 para RTG porque sería necesario difícil la separación isotópica.

Pure plutonio-238 se prepara mediante la irradiación de neptunio-237, uno de los actínidos menores que pueden ser recuperados a partir de combustible nuclear gastado durante el reprocesamiento, o por la irradiación de americio en un reactor. En ambos casos, los objetivos se someten a un tratamiento químico, incluyendo la disolución en ácido nítrico para extraer el plutonio-238 - Una muestra de 100 kg de la luz de combustible de reactor de agua que ha sido irradiado por tres años contiene únicamente alrededor de 700 gramos de neptunio-237 , y el neptunio se debe extraer selectivamente.

Para producir plutonio-238 en una forma menos probabilidades de someterse a una reacción química y más segura para los propósitos tecnológicos cerca de los seres humanos, el plutonio-238 isótopo se hace reaccionar con agua enriquecida con oxígeno 16 para formar 238Pu16O2. Este compuesto genera menos neutrones porque el oxígeno-16 tiene una velocidad de reacción de transferencia nuclear mucho más bajo que lo hacen otros isótopos de oxígeno.

Aplicaciones

La principal aplicación de Pu-238 es como la fuente de calor en generadores termoeléctricos de radioisótopos.

Tecnología RTG fue desarrollado por el Laboratorio Nacional de Los Alamos durante los años 1960 y 1970 para proporcionar la potencia del generador termoeléctrico de radioisótopos para marcapasos. De los 250 marcapasos plutonio potencia Medtronic fabrica, veintidós estaban todavía en servicio más de veinte y cinco años más tarde, una hazaña que ningún marcapasos de baterías podría lograr.

Esta misma tecnología de energía RTG ha sido usado en naves espaciales como Cassini-Huygens y New Horizons y otros dispositivos, tales como el Laboratorio de Ciencia de Marte, para la generación de energía nuclear a largo plazo.

Suministro de Estados Unidos

Los Estados Unidos dejaron de producir plutonio-238 en 1988, y desde 1993, todo el plutonio-238 usado en naves espaciales estadounidenses ha comprado a Rusia. En total, 16,5 kilogramos se han comprado, pero Rusia ya no es producir plutonio-238 y se dice que su propio suministro se está agotando.

En 2009, el Departamento de Energía de EE.UU. pidió financiamiento para reiniciar la producción nacional estadounidense. Se estima que para reiniciar la producción tendrá un costo de entre $ 75 millones y $ 90 millones en cinco años. Desde el Departamento de Educación se encargará de producir el plutonio-238 de la NASA, los dos organismos quieren dividir el costo de reanudar la producción. El Congreso ha dado la NASA parte del dinero solicitado, $ 10 millones en 2011 y lo mismo en 2012. El Congreso de EE.UU. ha rechazado la solicitud de financiación del DOE durante tres años consecutivos.

Entre 3,3 kilos y 4,4 libras se producirían por año para apoyar misiones de ciencia robótica de la NASA, aunque si las futuras misiones humanas requieren de plutonio-238 y luego aún más tendría que ser producida. El Reactor de prueba avanzada en el Laboratorio Nacional de Idaho y el Alto Flux Reactor de Isótopos en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge se ve tanto como productores potenciales. Cerca de 15 kg por Gwyr se podrían crear en líquidos Reactores Torio fluoruro.

Jim Adams, director adjunto de ciencias planetarias de la NASA, dijo que hay suficiente combustible para las misiones de la NASA para todo 2022 -. Él dice que si la NASA no puede ser más después de eso ", entonces no vamos a ir más allá de Marte ya ganamos 't se explora el sistema solar más allá de Marte y el cinturón de asteroides ". Después de la producción se ha reiniciado se prevé que se necesitarían por lo menos cinco años para tener suficiente para una sola misión de la nave espacial. En febrero de 2013, se informó de que una pequeña cantidad de Pu-238 fue producido con éxito por High Flux Reactor de Isótopos de Oak Ridge, esta fue la primera vez que Estados Unidos se había producido la PU-238, ya que la producción terminó a finales de 1980. Jim Green, director de la División de Ciencias Planetarias de la NASA, declaró en marzo 2013, que la NASA espera recibir informes de vuelta de DOE más tarde en 2013 en un programa completo que pondría el plutonio-238 en camino de ser producido en alrededor de 1,5 kg por año.