Едно от най-опасните вещества, създадени от човека

В надпреварата с нацистка Германия за разработване на ядрено оръжие на 14 декември 1940 г. американският учен Глен Сиборг се решава на съдбовен експеримент: в Радиационната лаборатория към университета "Бъркли" в Калифорния, САЩ, той облъчва радиоактивен уран-238 с деутерони - тежък водород. По време на експеримента при разпадането на атомните ядра се получава малко количество лъскав, сребрист радиоактивен материал - плутоний.

Сиборг и колегите му Кенеди, Макмилан и Уол осъзнават, че всъщност са успели да изолират нов химичен елемент. Откритието е кръстено на планетата Плутон, тогава все още смятана за най-далечната в Слънчевата система, която пък носи името на бога на подземния свят. Изборът на име - възможно най-далечно и някак зловещо - дава представа за потенциала, който ядрените физици приписват на новия елемент.

Военните също бързо осъзнават огромния потенциал: тъй като експериментите с плутоний са част от американския проект "Манхатън" за разработване на ядрено оръжие, откритието остава пазено в тайна чак до края на войната.

Колко опасен е плутоният?

Плутоният (Pu) е тежък метал и подобно на други тежки метали, като олово и живак например, е химически токсичен. Преди всичко обаче плутоният е радиоактивен и при разпадането си отделя алфа-лъчение. За разлика от гама-лъчите, алфа-лъчите не могат да проникнат през човешката кожа. Радиацията също така не е с голям обхват. Лист хартия е достатъчен, за да блокира алфа-лъчите.

Ако обаче плутоният попадне в организма, последиците са фатални. "Плутоният е най-опасен при вдишване", казват от германската Федерална служба за радиационна защита. Дори частица колкото една прашинка може да се отложи на различни места в тялото и да причини тежки заболявания като рак на белия дроб, рак на костите, рак на черния дроб и левкемия.

Плутоният също така има много дълъг период на полуразпад, което означава, че той остава радиоактивен и опасен за околната среда за много дълъг период от време. Радиационният риск от плутония намалява много бавно заради естествения процес на разпад - изотопът Pu-239 например има период на полуразпад от около 24 110 години.

Колко плутоний има?

Плутоний се среща само в малки количества в природата - в уранови минерали като карнотит, монацит и фергусонит. Плутоният се произвежда предимно по изкуствен път - в ядрените реактори, като страничен продукт от производството на енергия.

Ако използваният като гориво уран-238 бъде изложен в горивните пръти на неутронен поток, много малка част от урана се превръща в плутоний. Към днешна дата в света са произведени около 1000 тона плутоний за граждански и военни цели.

Подходящ ли е плутоният за ядрената енергетика?

Плутоният притежава висока енергийна плътност и дори малки количества могат да освободят голямо количество енергия.

Теоретично плутоният може да бъде извлечен и от отработеното ядрено гориво по време на преработката му и да бъде използван отново като гориво в реакторите. Това функционира в различни видове реактори - както в реактори с лека вода, така и в реактори на бързи неутрони, известни още като реактори размножители. Преработката и използването му като гориво обаче е свързано с огромни предизвикателства.

Как плутоният се превърна в смъртоносно оръжие

Плутоният е произведен за първи път в големи мащаби в надпревара с времето: проектът "Манхатън", ръководен от физика Робърт Опенхаймер, има за цел да изпревари нацисткия режим в Германия, за да не се сдобие той с действаща атомна бомба преди САЩ.

Плутоний-239 с висока чистота, т.нар. оръжеен плутоний, се използва за военни цели. За да функционира една плутониева бомба, съдържанието на Pu-239 трябва да бъде най-малко 93%.

Първата тестова бомба, взривена в пустинята в Ню Мексико на 16 юли 1945 година, е имплозивна бомба с плутониево ядро. Първата използвана в бойни действия атомна бомба - тази над Хирошима - е с уран-235. Плутоний е използван три дни по-късно, на 9 август 1945 г., в бомбата "Fat Man", хвърлена над Нагасаки. Тя е съдържала 6,4 килограма плутоний като делящ се материал и е била с експлозивна сила, равняваща се на 21 килотона тротил. За секунди тази бомба е убила на място около 60 000 души и е разрушила около 80% от града. Много от жителите умират по-късно от радиацията.

След Втората световна война напрежението между САЩ и СССР води до надпревара в ядреното въоръжаване. Съветският съюз започва промишлено производство на плутоний още през 1948 година. През 1949 година СССР тества първата си атомна бомба - имплозивна бомба с плутоний.

Светло бъдеще за този тъмен елемент?

За създаването на ядрени оръжия е необходим плутоний или обогатен уран. Това е една от причините за изграждането на съоръжения за обогатяване на уран и на граждански ядрени реактори по време на и след Студената война.

В разгара на Студената война САЩ и Съветският съюз притежават общо около 70 000 ядрени бойни глави с взривна сила, равняваща се на повече от 800 000 бомби като тази, хвърлена над Хирошима.

Днес плутоният до голяма степен е "остарял" - само малка част от общо около 12 000 ядрени оръжия по света използват плутоний като делящ се материал. Високообогатеният уран е по-лесно достъпен за производство на ядрени оръжия и е по-малко опасен за обработка от плутония.

Следите от плутоний, които може да се открият днес в околната среда, произхождат почти изцяло от радиоактивните валежи от наземните тестове на ядрени оръжия в периода 1951-1962 г., когато в атмосферата са изхвърлени около 4 тона плутоний. Според Федералната служба за радиационна защита следите от плутоний, открити в храните, са толкова нищожни, че се смятат за безвредни.

Автор: Александър Фройнд