Плутоний-239

Плутоний-239 образуется в результате следующих распадов:

• β⁻-распад нуклида ²³⁹Np (период полураспада составляет 2,356(3)^[2] суток):

${\displaystyle \mathrm {^{239}_{93}Np} \rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};}$

• e-захват, осуществляемый нуклидом ²³⁹Am (период полураспада составляет 11,9(1)^[2] ч):

${\displaystyle \mathrm {^{239}_{95}Am} +e^{-}\rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +{\bar {\nu }}_{e};}$

• α-распад нуклида ²⁴³Cm (период полураспада составляет 29,1(1)^[2] лет):

${\displaystyle \mathrm {^{243}_{96}Cm} \rightarrow \mathrm {^{239}_{94}Pu} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}$

Распад плутония-239 происходит по следующим направлениям:

• α-распад в ²³⁵U (вероятность 100 %^[2], энергия распада 5 244,51(21) кэВ^[1]):

${\displaystyle \mathrm {^{239}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{235}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} ;}$

энергия испускаемых α-частиц

5 105,5 кэВ (в 11,94 % случаев);

5 144,3 кэВ (в 17,11 % случаев);

5 156,59 кэВ (в 70,77 % случаев)^[6].

• Спонтанное деление (вероятность 3,1(6)⋅10⁻¹⁰ %)^[2];

Плутоний-239 образуется в любом ядерном реакторе, работающем на природном или малообогащённом уране, содержащем в основном изотоп ²³⁸U, при захвате им избыточных нейтронов. При этом происходят следующие ядерные реакции:

${\displaystyle \mathrm {\hbox{n}} +{{}^{2}{}_{92}^{38}U}\rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{92}^{39}U} \rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{93}^{39}Np} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}}$

${\displaystyle \mathrm {{}^{2}{}_{93}^{39}Np} \rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{94}^{39}Pu} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}}$.

Для промышленного выделения плутония-239 из облученного ядерного топлива используют пьюрекс-процесс^[5].

Известен единственный изомер ^239mPu со следующими характеристиками^[2]:

• Избыток массы: 48 981,5(18) кэВ
• Энергия возбуждения: 391,584(3) кэВ
• Период полураспада: 193(4) нc
• Спин и чётность ядра: 7/2⁻

Распад изомерного состояния осуществляется путём изомерного перехода в основное состояние.^[2].

Плутоний-239 используют^[5]:

• в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах на тепловых и особенно на быстрых нейтронах;
• при изготовлении ядерного оружия (критическая масса для голого шара из металлического ²³⁹Pu составляет примерно 10 кг, для шара в водяном отражателе примерно 5,2 кг^[7]);
• используется в качестве исходного вещества для получения трансплутониевых элементов.