钚的相关知识与其应用 化学 092 郭彦明 2009121225

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1、钚的相关知识与其应用届别2009届系别化学系专业化学姓名郭彦明学号2009121225二○一一年六月8钚的相关知识与其应用郭彦明刘耀华（副教授）（太原师范学院化学092班）摘要：钚是天然存在于自然界中质量最重的一种放射性元素，它有多种同位素，其中几种同位素因为易于裂变而被应用在核武器和核反应炉上。本文通过介绍钚的理化性质及与其相关的一些测试、研究和应用，让人们更好的认识钚，更好的应用钚，让他给我们带来福祉而不是灾难。关键词：钚的性质钚的放射性钚中毒钚的应用引言：自从1940年格伦·西奥多·西博格和埃德温·麦克米伦发现钚以来，人们对它

2、做了很多的此时和研究，无论是它的物理化学性质，还是放射性，毒性都被人们认识。它的毒性正被人们克服，它的放射性正被人们应用，例如：核电站和核武器。下面让我们走进钚的世界，认识它，应用它。正文1钚的性质1.1钚的发现1940年，格伦·西奥多·西博格和埃德温·麦克米伦首度在柏克莱加州大学实验室，以氘撞击铀-238而合成钚元素。麦克米伦将这个新元素取名Pluto（意为冥王星），西博格便开玩笑提议定其元素符号为Pu（音类似英语中表嫌恶时的口语“pew”）。科学家随后在自然界中发现了微量的钚。二次大战时曼哈顿计划则首度将制造微量钚元素列为主要任

3、务之一，曼哈顿计划后来成功研制出第一个原子弹。1945年7月的第一次核试验“三一原子弹”，以及第二次、投于长崎市和广岛市的“胖子原子弹”，都使用了钚制作内核部分。关于钚元素的人体辐射实验研究并在未经受试者同意之下进行，二次大战期间及战后都有数次核试验相关意外，其中有的甚至造成伤亡。1.2钚的物理性质钚和多数金属一样具银灰色外表，又与镍特别相似，但它在氧化后会迅速转为暗灰色（有时呈黄色或橄榄绿）。钚在室温下以α型存在，是元素最普遍的结构型态（同素异形体），质地如铸铁般坚而易脆，但与其他金属制成合金后又变得柔软而富延展性。钚和多数金属不

4、同，它不是热和电的良好导体。它的熔点很低（640°C），而沸点异常的高（3327°C）。　　钚最普遍释放的游离辐射类型是α粒子发射（即释放出高能的氦原子核）。最典型的一种核子武器核心即是以5公斤（约12.5×10^24个）钚原子构成。由于钚的半衰期为24100年，故其每秒约有11.5×10^12个钚原子产生衰变，发射出5.157MeV的α粒子，相当于9.68瓦特能量。α粒子的减速会释放出热能，使触摸时感觉温暖。　　钚在室温时的电阻率比一般金属高很多，而且钚和多数金属相反，其电阻率随温度降低而提高。但近期研究指出，当温度降至100K以

5、下时，钚的电阻率会急遽降低。电阻率由于辐射损伤，会在20K之后逐渐提高，速率因同位素结构而异。　　钚具有自发辐射性质，使得晶体结构产生疲劳，即原有秩序的原子排列因为辐射而随时间产生紊乱。然而，当温度上升超过100K时，自发辐射也能导致退火，削弱疲劳现象。8钚和多数金属不同：它的密度在熔化时变大（约2.5%），但液态金属的密度又随温度呈线性下降。另外，接近熔点时，钚的液态金属具有很高的黏性和表面张力（相较于其他金属）。钚金属1.3钚的化学性质钚（英语：Plutonium，）原子序数为94，元素符号是Pu，是一种具放射性的超铀元素。半衰

6、期为24万5千年。它属于锕系金属，外表呈银白色，接触空气后容易锈蚀、氧化，在表面生成无光泽的二氧化钚。钚有六种同位素和四种氧化态，易和碳、卤素、氮、硅起化学反应。钚暴露在潮湿的空气中时会产生氧化物和氢化物，其体积最大可膨胀70%，屑状的钚能自燃。它也是一种放射性毒物，会于骨髓中富集。因此，操作、处理钚元素具有一定的危险性。1.4钚的同位素钚有二十种放射性同位素。在自然界中只找到两种钚同位素，一种是从氟碳铈镧矿中找到的微量钚-244，已知钚的同位素中寿命最长的是钚-244，半衰期是8.26×10^7年，它具有足够长的半衰期，可能是地球

7、上原始存在的。另一种是从含铀矿物中找到的钚-239，是铀238吸收自然界里的中子而形成的。其他钚同位素都是通过人工核反应合成的。　　其中寿命最长的有钚-244（半衰期为8080万年）、钚-242（半衰期为373300年）及钚-239（半衰期为24110年）。其余的放射性同位素半衰期都低于7000年。钚也有八种亚稳态，但状态并不稳定、半衰期都不超过一秒。　　钚的同位素的质量数范围从228到247不等。其中质量数低于钚-244（最稳定的同位素）的同位素，主要的衰变方式是自发裂变和α衰变，衰变产物通常生成铀（92个质子）和镎（93个质子）

8、的同位素（忽略裂变过程产生之二子核的大范围）。质量数大于钚-244的同位素则以β衰变为主要衰变方式，衰变产物多为镅（95个质子）。钚-241是镎衰变系的母同位素，透过β粒子或电子放射衰变成镅-241。1.5钚的同素异形体在一般情况下，