(лат. Plutonium)
Pu, искусственно полученный радиоактивный химический элемент, атомный номер 94; относится к актиноидам (См.
Актиноиды)
. Открыт в 1940-41 американскими учёными Г. Сиборгом, Э. Макмилланом, Дж. Кеннеди и А. Валем, которые получили изотоп
238Pu в результате облучения урана ядрами тяжёлого водорода - дейтонами. Назван в честь планеты
Плутон, как и предшественники П. в таблице Менделеева - уран и нептуний, названия которых также произошли от планет Урана и Нептуна. Известны изотопы П. с массовыми числами от 232 до 246. Следы изотопов
247Pu и
255Pu обнаружены в пыли, собранной после взрывов термоядерных бомб. Самым долгоживущим изотопом П. является α-радиоактивный
244Pu (период полураспада T
1/2 около 7,5․102 лет). Величины T
1/2 всех изотопов П. много меньше возраста Земли, и поэтому весь первичный П. (существовавший на нашей планете при её формировании) полностью распался. Однако ничтожные количества
239Pu постоянно образуются при β-распаде
239Np, который, в свою очередь, возникает при ядерной реакции урана с нейтронами (например, нейтронами космического излучения). Поэтому следы П. обнаружены в урановых рудах.
П. - блестящий белый металл, при температурах от комнатной до 640° С (t
пл) существует в шести аллотропных модификациях. Аллотропные превращения П. сопровождаются скачкообразными изменениями плотности (см.
рис.). Уникальная особенность металлического П. состоит в том, что при нагревании от 310 до 480 °С он не расширяется, как другие металлы, а сжимается. Конфигурация трёх внешних электронных оболочек атома Pu
5s25p65d105f66s26p27s2. Химические свойства П. во многом сходны со свойствами его предшественников в периодической системе -
Ураном и нептунием (См.
Нептуний)
. П. образует соединения со степенями окисления от +2 до +7. Известны окислы PuO, Pu
2O
3, PuO
2 и фаза переменного состава Pu
2O
3 - Pu
4O
7. В соединениях с галогенами П. обычно проявляет степень окисления +3, но известны также галогениды PuF
4, PuF
4 и PuCl
4. В растворах П. существует в формах Pu
3+, Pu
4+, PuO
2+ (плутоноил - ион), PuO
22+ (плутонил - ион) и PuO
53-, отвечающих степеням окисления от +3 до +7. Указанные ионы (кроме PuO
53-) могут находиться в растворе одновременно в равновесии. Ионы П. всех степеней окисления склонны к гидролизу и комплексообразованию.
Из всех изотопов П. наиболее важен α-радиоактивный 239Pu (T1/2 = 2,4․104 лет). Ядра 239Pu способны к цепной реакции деления под действием нейтронов, поэтому 239Pu можно использовать как источник атомной энергии (энергия, освобождающаяся при расщеплении 1 г 239Pu, эквивалентна теплоте, выделяющейся при сгорании 4000 кг угля). В СССР первые опыты по получению 239Pu были начаты в 1943-44 под руководством академиков И. В. Курчатова и В. Г. Хлопина. Впервые П. в СССР был выделен из облученного нейтронами урана в 1945. В предельно сжатые сроки были выполнены обширные исследования свойств П., и в 1949 в СССР начал работать первый завод по радиохимическому выделению П.
Промышленное производство 239Pu основано на взаимодействии ядер 238U с нейтронами в ядерных реакторах. Последующее отделение Pu от U, Np и высокорадиоактивных продуктов деления осуществляют радиохимическими методами (соосаждением, экстракцией, ионным обменом и др.). Металлический П. обычно получают восстановлением PuF3, PuF4 или PuO2 парами бария, кальция или лития. Как делящийся материал, 239Pu используют в атомных реакторах и в атомных и термоядерных бомбах. Изотоп 238Pu применяют для изготовления атомных электрических батареек, срок службы которых достигает 5 лет и более. Такие батарейки могут применяться, например, в генераторах тока, стимулирующих работу сердца.
Лит.: Бэгли К., Плут
оний и его сплавы, пер. с англ., М., 1958; Вдовенко В. М. и Курчатов Б. В., Первый советский
плутоний, "Радиохимия", 1968, т. 10, в. 6, с. 696; Плут
оний. Справочник, под ред. О. Вика, пер. с англ., т. 1-2, М., 1971-73. См. также лит. при ст.
Актиноиды.
С. С. Бердоносов.
Плут
оний в организме. П. концентрируется морскими организмами: его коэффициент накопления (т. е. отношение концентраций в организме и во внешней среде) для водорослей составляет 1000-9000, для планктона (смешанного) - около 2300, для моллюсков - до 380, для морских звёзд - около 1000, для мышц, костей, печени и желудка рыб - 5, 570, 200 и 1060 соответственно. Наземные растения усваивают П. главным образом через корневую систему и накапливают его до 0,01\% от своей массы. В организме человека П. задерживается преимущественно в скелете и печени, откуда почти не выводится (особенно из костей). Наиболее токсичный
239Pu вызывает нарушения кроветворения, остеосаркомы, рак лёгких. С 70-х гг. 20 в. доля П. в радиоактивном загрязнении (См.
Радиоактивное загрязнение) биосферы возрастает (так, облученность морских беспозвоночных за счёт П. становится больше, чем за счёт
90Sr и
137Cs).
Лит.: Проблемы токсикологии плутония, М., 1969: Радиоактивные вещества и кожа. (Метаболизм и дезактивация), М., 1972: Uranium, Plutonium, Transplutonis Elements B.-Hdlb.-N. Y., 1973.
Г. Г. Поликарпов.
Изменение плотности металлического плутония при нагревании.