2012년 8월 25일, 태양으로부터 약 180억km 떨어진 곳에서 NASA의 보이저 1호 탐사선은 공식적으로 태양권을 떠나 이전에 어떤 물체도 가보지 못한 곳으로 대담하게 나아갔습니다. 보이저 1호는 이 경계를 넘어 태양계를 떠나 인류 역사상 최초로 성간 공간으로 진입했다. 인간의 우주 여행을 가능하게 하는 것은 이러한 움직임을 뒷받침하는 요소인 플루토늄입니다.
플루토늄이란 무엇입니까
플루토늄은 1940년대에 Glenn과 그의 동료인 Arthur Wahl과 Joseph Kennedy가 처음 발견했습니다. 캘리포니아 대학교 버클리 물리학 실험실에서 미량의 플루토늄을 발견했습니다. 각 플루토늄 원자에는 94개의 양성자가 포함되어 있고, 우라늄 원자에는 92개의 양성자가 있으며, 그 사이에는 플루토늄이 있습니다. -*** 24개의 동위원소가 있으며, 대부분이 불안정하고 방사성이며, 반감기는 28나노초에서 8천만년 이상입니다. 이 중에서 인간이 가장 많이 사용하는 것은 플루토늄 238과 플루토늄 239입니다.
최초로 발견된 플루토늄은 사이클로트론을 통해 중수소 핵인 우라늄-238에 충격을 가해 넵투늄-238을 생성한 것이다. 넵투늄-238은 약 2일의 반감기를 가지며, 그 후 플루토늄-238로 붕괴됩니다. 플루토늄에는 6가지 결정 형태가 있습니다. 모두 화학적, 물리적 특성이 다르지만 알파 이성질체만이 정상적인 실온 및 압력에서 존재할 수 있습니다. 금속 플루토늄은 은이며 공기 중에서 산화되면 노란색으로 변합니다. 플루토늄의 가장 안정한 동위원소는 플루토늄-244이며, 반감기는 약 8,200만년입니다. 플루토늄의 발견은 1946년이 되어서야 발표되었지만, 그 이전에도 그 놀라운 위력과 파괴력으로 인해 이미 유명해졌습니다.
왼손이 창조하고 오른손이 파괴하는 지옥의 왕으로 알려진 요소
천문학자들이 해왕성 근처에서 새로운 왜행성을 관찰했습니다. 로마의 지하세계의 신을 기념하기 위해 명왕성(Pluto)이라고 불렀습니다. 많은 사람들이 모르는 것은 플루토늄이라는 이름도 놀라운 파괴력과 놀라운 창의성 때문에 이 천체에서 유래했다는 것입니다. 실용적인 목적을 위해 플루토늄은 인간 사회에서 두 가지 용도로 사용됩니다. 하나는 원자로 연료이고 다른 하나는 무기입니다. 플루토늄-238과 플루토늄-239의 차이점은 플루토늄-238은 핵분열할 수 없고 연쇄반응을 유지할 수 없는 반면, 플루토늄-239는 핵분열할 수 있다는 것입니다.
5kg 미만의 플루토늄-239가 핵분열 반응을 유지하는 데 필요한 임계 질량에 도달할 수 있는 폭발량은 TNT 20,000톤에 해당합니다. 이 수준의 폭발을 달성하려면 농축 우라늄 235에는 플루토늄보다 최소 3배 더 많은 원자재가 필요합니다. 이로 인해 플루토늄-239가 핵무기 제조에 선택되는 재료가 되었습니다. 제2차 세계대전 당시 미국은 일본을 폭격하기 전인 1945년 7월 16일 미국 멕시코의 알라모도 산맥에서 최초로 원자폭탄을 실험했습니다. 일급비밀이지만 당시 폭발의 강도는 160㎞ 떨어진 곳에서도 뚜렷이 느낄 수 있었고, 폭발에 사용된 핵심 물질은 농축우라늄이 아닌 플루토늄 노심이었다.
미국은 한 달도 채 지나지 않아 일본 히로시마에 우라늄-235(U-235) 핵폭탄을 투하했고, 사흘 뒤에는 나가사키에 팻맨이라는 별명을 가진 두 번째 원자폭탄을 투하했다. 원자폭탄의 원료는 미국의 첫 번째 핵실험의 원료인 플루토늄과 동일하다. 이 폭격으로 일본은 14만 명 이상의 목숨을 잃었습니다.
플루토늄폭탄 폭발 원리는 무엇인가
현대의 원자폭탄은 크게 주단, 보조단, 방사선 용기의 세 부분으로 구성된다. 메인 스테이지는 폭탄의 핵심인 작은 플루토늄 공입니다. 그런 다음 핵은 2차 구성 요소(일반적으로 일부 화학적 폭발 물질)로 둘러싸여 있으며, 마지막으로 폭발 물질 위에 우라늄 껍질로 둘러싸여 있습니다.
기폭 시에는 중간 부분의 화학 폭발물이 먼저 발동되어 내파를 일으키며, 이로 인해 발생하는 폭발 에너지로 인해 중간에 있는 플루토늄 핵이 순간적으로 압착되어 플루토늄 핵의 밀도가 높아지게 됩니다. 이러한 인공적인 강제로 원자를 서로 겹겹이 쌓으면 자유 중성자가 생성되어 연쇄 반응으로 플루토늄 핵이 분열되어 엄청난 에너지가 방출됩니다. 동시에 이 반응은 가장 바깥쪽 우라늄 껍질도 함께 분열하여 더 많은 핵을 방출하게 합니다. 에너지. 이런 종류의 핵폭탄은 생생하게 트리니티(Trinity)라고 불린다. 최초의 트리니티 핵폭탄은 무게가 약 1만 파운드에 달했지만, 오늘날 과학기술의 발달로 핵폭탄의 무게는 250파운드로 줄어들었고, 그 크기도 1만 파운드에 불과하다. 여행가방 크기.
플루토늄과 전기
오늘날 원자력 발전소에서 생산되는 전기 에너지의 1/3 이상이 플루토늄-238(Pu-238) 1kg에서 나옵니다. 최대 2200만 킬로와트시(kWh)의 에너지를 생산하는데, 이는 중국의 일반 중형 도시가 하루 동안 필요로 하는 모든 전기 에너지에 해당합니다.
플루토늄과 우주
플루토늄의 가장 중요하면서도 거의 알려지지 않은 용도는 인간의 우주 탐사에 전기 에너지를 제공하는 것입니다. 플루토늄 238은 방사성 붕괴를 겪을 때 많은 양의 열을 방출하며, 이 열은 열전 발전기에서 전기를 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 플루토늄-238은 항공우주 엔지니어에게 매우 중요한 많은 특성을 가지고 있습니다. 반감기는 특정 방사성 동위원소의 원자가 붕괴되어 다른 물질로 변환되는 데 걸리는 시간을 나타냅니다. 플루토늄-238의 반감기는 이 탐지기가 태양에서 멀리 떨어져 있을 때 88년입니다. 별빛이 약한 어두운 장소, 이 탐사선은 지구상의 폭풍으로 인해 발생하는 먼지와 싸워야 하며, 이로 인해 탐사선과 우주 탐사선은 수십 년 동안 작동할 수 있습니다. 결과적으로 플루토늄-238은 화성과 심우주 탐사에 매우 적합하며 지금까지 최소 30대의 미국 우주선에 동력을 공급했습니다.
플루토늄 및 독성
플루토늄은 방사성이지만 노출될 가능성은 전혀 없습니다. 플루토늄은 자연에 존재하지만 고순도 플루토늄을 대량으로 확보할 수 있는 천연 자원은 없습니다. 그러나 사람이 접촉하거나 흡입하면 플루토늄이 갇히게 됩니다. 그리고 그것은 신체의 뼈와 기관으로 빠르게 옮겨져 결국 중독과 사망으로 이어질 것입니다. 플루토늄은 지금까지 인류에게 알려진 가장 독성이 강한 방사성 독극물 중 하나입니다. 플루토늄과 그 화합물을 취급할 때는 불활성 아르곤 가스가 들어 있는 밀폐된 글러브 박스에서 취급해야 합니다.
플루토늄-239는 신을 기쁘게 할 수는 있지만 진정시킬 수는 없습니다.
플루토늄-239는 폐기물이기 때문에 세상에는 충분한 공급량이 있습니다. 원자력 발전소에서 생산되는 제품입니다. 플루토늄은 사람들에게 꾸준한 전기 에너지 흐름을 제공하는 데 유용하지만 용융 상태에서 플루토늄을 저장하는 모든 용기를 부식시킬 수 있다는 우려도 있습니다. 플루토늄은 주기율표의 거의 모든 다른 원소와 결합할 수 있는 놀라운 능력을 가지고 있으므로 오늘날 무기급 플루토늄이 직면한 가장 큰 문제는 이를 저장하고 취급하는 방법입니다. 미국의 대부분은 사우스캐롤라이나 주 사바나 강에 있는 건물 폐허에 저장되어 있다. 이 저장 공간은 깨지면 예측할 수 없는 결과를 낳는 판도라의 상자와 같지만 핵무기를 만드는 데 사용될 수 있다.