Ćwiczenia: "Scientific American" NOWA ERA NUKLEARNA - Wyprodukować, ale nigdy nie użyć Sarah Scoles we fragmencie, ciąg dalszy - Pierwiastek 94.

Ćwiczenia z przepisywania, wklepywania i zapamiętywania. W 62 roku życia bardzo sobie cenię rozwój cywilizacji. Pewnego dnia zrozumiałem jakim dobrodziejstwem są takie ćwiczenia. Diabelski pierwiastek!

SCIENTIFIC AMERICAN, polska edycja

ŚWIAT NAUKI, styczeń 2024

RAPORT SPECJALNY

Nowa

era 

nuklearna

Wyprodukować, ale nigdy nie użyć

Po raz pierwszy od dziesięcioleci Stany Zjednoczone zwiększają produkcję rdzeni plutonowych do broni jądrowej SARAH SCOLES

ciąg dalszy

 

Pierścień z plutonu o czystości 99,96%. Waży około 5,3 kg, ma średnicę 11 cm i wystarczy do skonstruowania jednej bomby jądrowej. Taki kształt został wybrany ze względów bezpieczeństwa (mniejsza koncentracja materiału).

  Pluton wykorzystywany do broni istnieje tylko dlatego, że wytworzyli go ludzie. W 1940 roku naukowcy wykorzystali akcelerator cząstek na University of California w Berkeley do bombardowania izotopu uranu (w którego atomie znajdują się 92 protony) jądrami deuteru (proton i neutron sklejone ze sobą). W ten sposób powstał neptun (93 protony w atomie), który rozpadł się na pluton z 94 protonami w atomie. Tak sporządzono jeden z najskuteczniejszych składników broni jądrowej. Wytworzenie odpowiedniej ilości plutonu do produkcji broni jest łatwiejsze i tańsze niż wyprodukowanie wystarczającej ilości wzbogaconego uranu, jedynego innego pierwiastka mogącego podtrzymać łańcuchowa reakcję rozszczepienia w broni jądrowej. A rozszczepienie jest tym, co pozwala osiągnąć ciśnienie i temperaturę  niezbędną do zapłonu syntezy jądrowej w drugiej fazie wybuchu bomby.

  Wytwarzanie plutonu powtarzano w reaktorach przez dziesięciolecia. W rzeczywistości naukowcy przygotowali go tak wiele, że do nowych rdzeni w Savannah River i Los Alamos nie będzie potrzebny świeży pluton - obecne zapasy można wykorzystać ponownie, przekształcić, odrodzić. 

  Żadne z tych działań nie będzie jednak proste, ponieważ pluton skomplikowany. Joseph Martz, naukowiec z działu materiałoznawstwa i technologii w Los Alamos, przez całą swoją karierę zajmował się szczegółowym badaniem tej komplikacji. Martz zaczął pracować z plutonem, gdy był jeszcze na studiach - manipulował nim w ochronnych komorach rękawicowych, które chronią pracowników przed promieniowaniem. Nigdy nie zapomniał pierwszego kontaktu z pierwiastkiem 94 - czuło się go i przez rękawice, i przez szkło. Kilogram plutonu w jego ręce był ciepły. "Pamiętam, że się bałem, a nawet byłem trochę spanikowany" - opowiada.

  Od tego czasu jego strach ustąpił miejsca fascynacji. A jest czym się fascynować. W niektórych warunkach pluton jest plastyczny i podatny, a w innych nieco kruchy. Topi się w temperaturze 650 stopni Celsjusza, a gdy jest cieczą, staje się najbardziej lepkim ze wszystkich pierwiastków i leniwie kapie. Kiedy podgrzewa się go w stałym stanie skupienia, czasami rozszerza się, a innym razem kurczy. Reaguje z powietrzem, płynnie zmieniając swój wygląd ze srebrzystometalicznego w tęczowe spektrum zmatowień. Gdy się zestala, rozszerza się jak woda, a jego jego wymiary i gęstość zmieniają się bez większej ingerencji. Jego najsłynniejszą sztuczką jest oczywiście skłonność do rozpadu radioaktywnego, w wyniku którego przestaje istnieć.

  Z tego właśnie powodu jest bardzo niebezpieczny. Wdychany, pluton rozpada się w organizmie, uwalniając cząstki alfa (jądra helu), które mogą siać spustoszenie. Izotop plutonu ²³⁸Pu, używany nie w broni, ale jako źródło ciepła i energii, wykazuje inne dziwne zachowania. "Jeśli rozleje się go w laboratorium, będzie poruszał się samodzielnie" - mówi Martz. Energia pochodząca z rozpadu atomów plutonu sprawia, że przemieszcza się on po powierzchni. "Może dostać się wszędzie" - dodaje.

  Osobliwość plutonu wynika z ułożenia jego elektronów. Pierwiastek ten znajduje się w tej części układu okresowego, w której zaczyna wypełniać się 'podpowłoka 5f". Ma to znaczenie dla zachowania plutonu, ponieważ elektrony "f" przebywają w nakładających się na siebie wąskich pasmach energetycznych, co umożliwia elektronom łatwe prześlizgiwanie się między pasmami. Martz wyjaśnia, że kiedy tak się dzieje, "elektrony "f" radykalnie zmieniają zachowanie". Dla przykładu, jak mówi Martz, zmiana temperatury powoduje, że niektóre elektrony wiążą się z pobliskimi atomami, tworząc "bardzo złożone kształty". Z kombinatoryki wynika, że pluton w fazie stałej występuje w sześciu różnych formach, z których każda ma własną strukturę krystaliczną i swoiste dziwaczne zachowanie.

Koniec ćwiczeń.

Ciąg dalszy nastąpi.