لمحة عن عنصر البلوتونيوم

ما هو البلوتونيوم؟
تم التعرف على البلوتونيوم plutonium لأول مرة في الأربعينيات من القرن الماضي ، وقد استخدم لأغراض إبداعية وتدميرية على حد سواء. وصف الفيزيائي الراحل جون جوفمان البلوتونيوم ذات مرة بأنه “عنصر سيد الجحيم”. قد يميل اللغوي إلى الاتفاق.

لكن أولا قليلا عن هذا العنصر. تحتوي كل ذرة من البلوتونيوم على 94 بروتونًا. على النقيض من ذلك ، يوجد 92 بروتونًا فقط لكل ذرة يورانيوم و 93 في كل ذرة نبتونيوم neptunium.

حصل العنصرين السابقين علي اسميهما من اسماء الآلهة القديمة والكواكب – أورانوس و نبتون ، وحصل على البلوتونيوم نفس المعاملة.

يقول بيتر سي بيرنز ، الكيميائي في جامعة نوتردام ، في رسالة بالبريد الإلكتروني: “اكتشف جلين سيبورج وزملاؤه البلوتونيوم في مختبر بيركلي (كاليفورنيا) في أواخر عام 1940”.

قبل عشر سنوات ، لاحظ علماء الفلك كوكبًا قزمًا جديدًا بالقرب من نبتون. تكريما للإله الروماني للعالم السفلي ، أطلق عليه اسم “بلوتو”. ويستمد البلوتونيوم اسمه من ذلك الجسم السماوي.

في الأصل ، كان Seaborg وشركاه قادرين على إنتاج البلوتونيوم باستخدام مسرّع جسيمات السيكلوترون في بيركلي. باستخدام هذا الجهاز ، تم إطلاق جزيئات تسمى “الديوتيرونات” على عينة من اليورانيوم. خلقت التجربة كمية صغيرة من النبتونيوم ، والتي تحولت بعد ذلك إلى بلوتونيوم من خلال عملية تحلل .

تأتي ذرات البلوتونيوم دائمًا مع 94 بروتونًا. لكن يمكن أن يختلف عدد النيوترونات ، ويشير الكيميائيون إلى هذه الاختلافات على أنها ” نظائر “. يحتوي اليورانيوم أيضًا على نظائر. واحد من هذه ، يسمى اليورانيوم 235 (U-235) ، سرعان ما تم تحديده كمصدر وقود محتمل للقنابل الذرية. بعد وقت قصير من اكتشافه ، دخل البلوتونيوم في الحديث كطريقة أخرى لتشغيل الأسلحة النووية. كان العصر الذري على وشك البدء.

اليوم ، لجميع الأغراض العملية ، هناك نوعان من البلوتونيوم: المفاعل المستخدم والأسلحة. كان البلوتونيوم هو المكون الرئيسي وراء “الرجل الثمين” Fat Man، القنبلة النووية التي دمرت مدينة ناجازاكي باليابان في عام 1945 ، وقتلت عشرات الآلاف من الناس وإنهاء الحرب العالمية الثانية فعليًا.

البلوتونيوم والأسلحة


كان انفجار ترينيتي Trinity، الذي شوهد هنا بعد 16 مللي ثانية من التفجير ، أول انفجار نووي على الأرض. كان يحتوي على نواة بلوتونيوم.

يتم استرداد البلوتونيوم المستخدم للأغراض العسكرية من وقود اليورانيوم الذي تعرض للإشعاع لمدة شهرين إلى ثلاثة أشهر في مفاعل لإنتاج البلوتونيوم. يتطلب صنع قنبلة حوالي 22 رطلاً (10 كيلوغرامات) من نظير البلوتونيوم 239 النقي تقريبًا (Pu-239). يتطلب هذا النوع من القنبلة 30 ميغاواط سنة من تشغيل المفاعل النووي ، مع تغييرات ثابتة للوقود وإعادة معالجة الوقود “الساخن” ، وفقًا للرابطة النووية العالمية . هذا هو السبب في أن البلوتونيوم “المستخدم في صنع الأسلحة” يُصنع في مفاعلات خاصة تزيد من تركيز نظائر البلوتونيوم الأعلى.

وقع أول انفجار للقنبلة الذرية على الأرض في 16 يوليو / تموز 1945. كان ذلك في نيو مكسيكو ، وكان قويًا بما يكفي ليشعر به الناس على بعد 100 ميل (160 كيلومترًا). كان جزءًا من ” اختبار ترينيتي النووي ” السري للغاية التابع لمشروع مانهاتن في ميدان ألاموغوردو للقنابل. كان للجهاز المعني نواة بلوتونيوم ؛ لم يتم نشر أي أسلحة نووية قائمة على اليورانيوم للتجربة.

بعد ذلك ، أسقطت الولايات المتحدة قنبلة نووية من طراز U-235 على مدينة هيروشيما اليابانية في 6 أغسطس / آب 1945. وبعد ثلاثة أيام ، أسقطت الولايات المتحدة قنبلة ثانية أطلق عليها اسم “فات مان” على ناغازاكي. تمامًا مثل السلاح الذي تم اختباره في نيو مكسيكو في ذلك الصيف ، اعتمدت قنبلة ناغازاكي على البلوتونيوم.

يقول الموقع الرسمي لوزارة الطاقة الأمريكية على الإنترنت: “لن يُعرف على وجه اليقين عدد الأشخاص الذين لقوا حتفهم نتيجة الهجوم الذري على ناجازاكي” . ووفقًا لأفضل تقدير ، “لقي 40 ألف شخص مصرعهم في البداية ، وأصيب 60 ألفًا آخرين”. خلال الأشهر والسنوات القادمة ، ربما ارتفع إجمالي الوفيات النهائية إلى 140.000 أو أكثر. و بارك ناغازاكي السلام تستضيف الحفل السنوي لتكريم ذكراهم كل أغسطس.

أكبر مشكلة اليوم فيما يتعلق بمخزون البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة هي ما يجب فعله به. تشير التقديرات إلى أن الولايات المتحدة لديها حاليًا 96.6 طنًا (87.7 طنًا متريًا) من البلوتونيوم – وتشكل مشكلة تخزين. يتم تخزين الكثير منه حاليًا في مبنى في موقع نهر سافانا في ساوث كارولينا.


قام فريق صيانة الصواريخ في قاعدة مالمستروم الجوية بإزالة الجزء العلوي من صاروخ باليستي عابر للقارات (ICBM) في موقع صواريخ مونتانا. تم اختيار القسم عشوائياً لإطلاق تجريبي في قاعدة فاندنبرغ الجوية ، كاليفورنيا ، في أغسطس.



البلوتونيوم والطاقة

اليوم يأتي أكثر من ثلث الطاقة المنتجة في محطات الطاقة النووية من البلوتونيوم . ومع ذلك ، لا تمتلك الولايات المتحدة أي منشآت تعتمد على البلوتونيوم في الطاقة.

أكثر نظائر البلوتونيوم شيوعًا المتكونة في مفاعل نووي هو Pu-239 ، والذي يتم إنشاؤه عن طريق التقاط النيوترونات من اليورانيوم المستنفد (U-238). عند الانشطار ، يمكن أن يحتوي البلوتونيوم 239 على نفس القدر من الطاقة مثل اليورانيوم المخصب (U-235) ، والذي يستخدم أيضًا في الأسلحة النووية .

تاريخيًا ، تم استخدام نظير بلوتونيوم آخر ، Pu-238 ، لتشغيل البطاريات في بعض أجهزة تنظيم ضربات القلب التجارية . أصبحت هذه الأجهزة الطبية عتيقة الطراز حيث ظهرت البدائل التي تعمل بالليثيوم في السوق.

ولكن في الحدود النهائية ، يظل البلوتونيوم سلعة ثمينة.

البلوتونيوم والفضاء العميق

يقول بيرنز: “إن أهم استخدام للبلوتونيوم وأقل شهرة هو لتوليد الطاقة أثناء استكشاف الفضاء”. “ينبعث البلوتونيوم 238 الكثير من الحرارة عندما يتعرض للاضمحلال الإشعاعي ، ويمكن استخدام هذه الحرارة في مولد كهربائي حراري لإنتاج الكهرباء.”

يحتوي Pu-238 على العديد من الصفات التي تجعل النظير جذابًا للغاية للمهندسين العاملين في وكالات الفضاء. بالنسبة للمبتدئين ، لا تحتاج إلى الكثير منها لتوليد قدر كبير من الحرارة ، والتي يمكن تحويلها بعد ذلك إلى كهرباء.

ثم هناك نصف العمر ، وهو مقياس يخبرك بالمدة التي سيستغرقها نصف الذرات في نظير مشع معين لتتحلل وتتحول إلى شيء آخر. مع عمر نصفي محترم يبلغ 88 عامًا ، يمكن لـ Pu-238 أن يحافظ على عمل المركبات الفضائية والمسبارات الفضائية لعقود متتالية.

بعيدًا عن الشمس ، في الأماكن التي تكون فيها أشعة النجم ضعيفة وخافتة ، لن تعمل الأقمار الصناعية التي تعمل بالطاقة الشمسية بشكل جيد. وفي الوقت نفسه ، يتعين على مركبات المريخ الجوالة التي تعتمد على ضوء الشمس (مثل مركبة Opportunity Rover التي لم تعد موجودة الآن) أن تتعامل مع الغبار الناتج عن العواصف العابرة التي يمكن أن تخنق ألواحها وتعوق عمل البطارية.

لهذه الأسباب ، يعتبر البلوتونيوم 238 مناسبًا جدًا لاستكشاف المريخ واستكشاف الفضاء العميق. حتى الآن ، قام البلوتونيوم 238 بتشغيل ما لا يقل عن 30 مركبة فضائية أمريكية . و المثابرة روفر هبطت على الكوكب الأحمر في فبراير 2021 لديه مولد تغذيها البلوتونيوم 238. وكذلك تفعل المركبات الفضائية البعيدة مثل فوييجر 1 وفوييجر 2 ، التي كانت تجوب النظام الشمسي ( وما بعده ) منذ عام 1977.

فوييجر Voyager 1 وفوييجر 2
يوضح هذا الرسم التوضيحي موقع مجسات ناسا فوييجر 1 وفوييجر 2 ، خارج الغلاف الشمسي ، وهي فقاعة واقية أنشأتها الشمس تمتد إلى ما بعد مدار بلوتو. كلاهما يعمل بالبلوتونيوم.

البلوتونيوم والسمية

يعتبر البلوتونيوم مشعًا ، على الرغم من أنك لن تتعرض له على الأرجح أبدًا. يقول روبرت إم هازن من معهد كارنيجي للعلوم إنه “لا توجد مصادر طبيعية” للبلوتونيوم. يشرح عبر البريد الإلكتروني: “يجب أن يتم تصنيعه من خلال مفاعلات التوليد ، لذا فإن كل البلوتونيوم المستخدم على الأرض من صنع الإنسان”.

يمكن إطلاقه في البيئة ، على الرغم من ذلك ، عن طريق مصنع صناعي أو من حاوية ، إلا أن مستويات البلوتونيوم في الهواء والماء والتربة والغذاء منخفضة للغاية. ومع ذلك ، إذا تعرضت للإصابة ، فمن المحتمل أن يكون ذلك من خلال استنشاق الهباء الجوي المشع أو ملامسة الجلد. و العديد من العوامل التي ستحدد ما إذا كان التعرض سوف يؤذيك، بما في ذلك كم، متى وكيف وصلت في اتصال مع البلوتونيوم.

عندما تتنفسه ، سيحتجز بعض البلوتونيوم في رئتيك وينتقل إلى عظامك وكبدك. إذا ابتلعته عن طريق الطعام ، يمكن أن تنتشر كمية ضئيلة أيضًا إلى عظامك وكبدك. إذا لمست البلوتونيوم ، فإن القليل جدًا – إن وجد – سيدخل جسمك ، لكنه يمكن أن يحرق الجلد الذي لامسه. وعلى الرغم من كونه عنصرًا مشعًا ، فإن البلوتونيوم بعيد كل البعد عن كونه “أكثر المواد التي يعرفها الإنسان سمية” ، كما أعلن الناشط رالف نادر ذات مرة .

(source)

 

12 views

Facebook Comments