«البلوتونيوم هو معدن فضي نشط إشعاعيًا؛ يمكن استعماله للعمار أو الدمار، في بداية تصنيعه كان يستعمل في الدمار، أما اليوم فإنه يستخدم في توليد الطاقة في مناطق حول العالم، وقد بدأت عملية إنتاج البلوتونيوم وعزله للمرة الأولى عام 1940 حين استخدم لصنع القنبلة الذرية «الرجل البدين» -the fat man والتي ألقيت على مدينة ناغازاكي في نهاية الحرب العالمية الثانية أي بعد خمس سنوات فقط من إنتاجها لأول مرة» هذا ما قالته أماندا سيمسونس Amanda Simson وهي مدرسة مساعدة في قسم الهندسة الكيميائية في جامعة نيو هافين -the University of New Haven.
حقائق عن العنصر:
إن خصائص عنصر البلوتونيوم وفقًا لمختبر Los Alamos National Laboratory هي كالتالي:
- العدد الذري: 94
- الرمز الكيميائي: Pu
- الوزن الذري: 244
- درجة الانصهار: 1,184F = 640C
- درجة الغليان: 5,842F = 3,228C
صورة توضيحية للعنصر
الاكتشاف والتاريخ:
اكتشف البلوتونيوم في عام 1940 من قبل العلماء: جوزيف كينيدي Joseph W. Kennedy، غلين سيبرغ Glenn T. Seaborg، إدوارد ماكميلن Edward M. McMillan، آرثر وول Arthur C. Wohl وذلك في جامعة كاليفورنيا ببيركلي the University of California Berkley.
حدث الاكتشاف عندما قذف الفريق عنصر اليورانيوم uranium-238 بديوترونات بعد تسريعها في مسرّع دوراني (Cyclotron) حيث ولّد هذا التصادم عنصر النبتونيوم neptunium-238 ونيوترونان حُرّان ثم اضمحل (تفكك) النبتونيوم neptunium-238 إلى البلوتونيوم plutonium-238 باضمحلال البيتا -beta decay.
لم تُشارَك هذه التجربة مع المجتمع العلمي إلا في عام 1946 بعد الحرب العالمية الثانية؛ رغم أن البروفيسور سيبرغ قد أرسل الورقة العلمية إلى مجلة Physical Review في آذار عام 1941 إلا أنها قد سُحبت بعد اكتشاف إمكانية استخدام نظير عنصر البلوتونيوم Pu-239 في صناعة القنبلة الذرية.
وبعدها بقليل أُرسل سيبرغ ليقود مختبر إنتاج البلوتونيوم أو ما يعرف بال MET LAB بجامعة شيكاغو the University of Chicago حسب مختبر لوس ألاموس الوطني -the Los Alamos National Laboratory، كان هدف المشروع هو إنتاج البلوتونيوم لصالح مشروع مانهاتن -The Manhattan project(كان مشروعًا سريًّا، وكان يعمل حصرًا على تطوير قنبلة ذرية أثناء الحرب العالمية الثانية).
في 18 آب من عام 1942حققوا أولى نجاحاتهم الكبرى حين استطاعوا خلق مقدار ضئيل من البلوتونيوم، كان يمكن رؤيته بالعين المجردة، وكان يساوي حوالي الميكروغرام الواحد تقريبًا، ومن هذه العينة الضئيلة استطاع العلماء تحديد الوزن الذري للعنصر.
وفي نهاية المطاف استطاع مشروع مانهاتن إنتاج كمية كافية من عنصر البلوتونيوم لاختبار الثالوث -Trinity Test وخلال هذا الاختبار انفجرت أول قنبلة ذرية أو ما تُدعى “The Gadget” بالقرب من سوكورو-نيوميكسيسكو في 16 تموز 1945 من قبل مدير مختبر لوس ألاموس روبيرت أوبينهيمير Robert Oppenheimer والجنرال في الجيش ليزلي غلوف Leslie Groves.
قال أوبينهيمير عن هذا الاختبار: «علمنا أن العالم لن يكون كما كان قبلًا، ضحك القليل من الناس، وبكى القليل، ولكنّ الأغلبية بقوا صامتين؛ تذكرت سطرًا من المخطوطة الهندية البهاغافاد غيتا – the Bhagavad Gita يحاول فيشنو أن يتلاعب بالأمير ليقنعه بأن يقوم بواجبه؛ فاتخذ هيئته ذات الأذرع المتعددة وقال له: الآن أنا أصبحت الموت؛ مدمر العوالم « أعتقد أننا كلنا كنا نفكر بذلك بطريقة أو بأخرى « (وفقًا للجمعية الملكية للكيمياء Royal Society of Chemistry).
كان الانفجار ذا طاقة تعادل تقريبًا 20,000 طن من مادة ال TNT، وكانت القنبلة الأولى المستخدمة حربيًا قد ألقيت على مدينة هيروشيما في اليابان في 6 أب 1945 وسميت بالصبيّ الصغير -the little boy رغم أن نواتها كانت من اليورانيوم.
أما القنبلة الثانية التي ألقيت فوق مدينة ناغازاكي في اليابان في 9 آب 1945 فقد كانت لها نواة من البلوتونيوم وسميت بالرجل البدين وعجّلت بنهاية الحرب العالمية الثانية.
خصائص البلوتونيوم:
يمتلك البلوتونيوم المُحضر حديثًا لونًا فضيًّا لامعًا؛ لكنه يتخذ لونًا رماديًّا فاتحًا أو أصفر أو أخضر زيتيًّا باهتًا عندما يتأكسد في الهواء. يتحلل المعدن بسرعة في الأحماض المعدنية المركزة.
يمكن لقطعة كبيرة من البلوتونيوم أن تشعرك بالدفء عند لمسها بسبب الطاقة المنبعثة منها نتيجة لاضمحلال الألفا؛ أما القطع الأكبر حجمًا فيمكنها أن تنتج حرارة كافية لغلي الماء.
في درجة حرارة الغرفة يكون البلوتونيوم ذو الشكل الألفي (وهو الشكل الأكثر شيوعًا له) صلبًا وهشاشًّا مثل الحديد الزهر.
يمكن سبكه مع معادن أخرى لتكوين الشكل دلتا وهو أكثر أشكاله استقرارًا عند درجة حرارة الغرفة وتكون سبيكته لينة ولدنة.
على عكس معظم المعادن: لا يعتبر البلوتونيوم موصلًا جيدًا للحرارة أو الكهرباء؛ كما أن له نقطة انصهار منخفضة ونقطة غليان مرتفعة غير معتادة.
يمكن للبلوتونيوم تكوين سبائك ومركبات وسيطة مع أغلبية المعادن الأخرى؛ كما يمكنه تكوين مركبات مع العديد من العناصر الأخرى. بعض سبائكه ذات ناقلية عالية والأخرى تستعمل في الوقود النووي.
تأتي مركباته بألوان عديدة حسب درجة الأكسدة وحسب انعقاد روابطها المتنوعة؛ أما في المحاليل المائية فإنه يمتلك خمس حالات تكافؤية أيونية.
البلوتونيوم مثل باقي عناصر مجموعة اليورانيوم؛ إنه يشكل خطرًا إشعاعيًّا ويجب التعامل معه بحذر وبمعدات خاصة، وقد أثبتت دراسات على الحيوانات أن بضعة ميللي غرامات من البلوتونيوم لكل كيلو غرام واحد من الأنسجة تعتبر كمية مميتة.
المصادر:
لا يتواجد البلوتونيوم عادة في الطبيعة، وقد وُجدت بعض آثار البلوتونيوم في فلزات اليورانيوم المتشكلة طبيعيًّا؛ إنه يتشكل مثل النبتونيوم عبر التخصيب الطبيعي لليورانيوم بالنيوترونات، ويتبع ذلك اضمحلال البيتا.
في الأساس البلوتونيوم هو منتج جانبي -byproduct في صناعة الطاقة النووية.
يُنتَج كل عام ما يقارب العشرين طنًّا من البلوتونيوم؛ وهذا وفقًا لمختبر لوس ألاموس، كما يمكن معالجة الوقود النووي المستنفذ (المحترق)؛ وهذا لفصل البلوتونيوم القابل للاستعمال عن العناصر الأخرى في الوقود.
إن اختبارات الأسلحة الذرية في الغلاف الجوي خلال فترتي الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي خلفت أطنانًا كثيرة من البلوتونيوم في الغلاف الجوي للأرض؛ ولا تزال هناك حتى اليوم، وهذا وفقًا للجمعية النووية العالمية – World Nuclear Association.
الاستخدامات:
عادةً لا يستعمل البلوتونيوم كثيرًا، ومن بين النظائر الخمس المشعة للبلوتونيوم هناك فقط اثنان يمكن استعمالهما مطلقًا في أي شيء وهما النظيران: plutonium-238 وplutonium-239.
يُستخدم البلوتونيوم plutonium-238 في مولدات الطاقة الكهروحرارية من النظائر المشعة في المسابير الفضائية، تُشَغَّـل هذه المولدات عندما لا يتلقى المسبار كمية كافية من الطاقة الشمسية لسفره بعيدًا جدًا عن الشمس، ومن المسابير التي تستخدم البلوتونيوم plutonium-238 مسبار كاسيني Cassini ومسبار غاليلو Galileo.
عند تركيز للبلوتونيوم plutonium-239 بما يكفي فإنه يخضع لتفاعل نووي متسلسل، لذا يستخدم في صناعة الأسلحة النووية وفي بعض المفاعلات النووية.
في الواقع: إن أكثر استخدامات البلوتونيوم هي في توليد الطاقة، وفقًا للجمعية النووية العالمية فإنَّ أكثر من ثلث الطاقة المنتَجة من محطات المفاعلات النووية تأتي من البلوتونيوم الذي يشكل الوقود الأساس في المفاعلات النيترونية السريعة.
هل تعلم أن:
- تعجّب العلماء لعقود: لماذا لا يتصرف البلوتونيوم مثل باقي المعادن في مجموعته؛ فعلى سبيل المثال: البلوتونيوم هو ناقل سيء للكهرباء كما أنه لا يلتصق بالمغانط، والآن اكتشف العلماء سر «المغناطيسية المفقودة» للبلوتونيوم والتي تُعزى إلى الحركة غير المتسقة لإلكترونات السطح الخارجي للبلوتونيوم، وعكس بقية المعادن التي لديها عدد مستقر من الإلكترونات السطحية؛ عندما يكون البلوتونيوم في الحالة المستقرة فمن الممكن أن يمتلك أربع إلكترونات سطحية أو خمس أو ست، وهذا العدد المتقلب من الإلكترونات السطحية للبلوتونيوم يفسر عدم مغناطيسيته، فمن أجل أن تتفاعل الذرة مع المغانط يجب أن تصطف إلكتروناتها السطحية غير المرتبطة ضمن حقل مغناطيسي.
- إن أكثر نظائر البلوتونيوم استقرارًا هو البلوتونيوم plutonium-244 والذي باستطاعته البقاء طويلًا لأن لديه نصف عمر يقدر بحوالي 82 مليون سنة وبعدها يتفكك إلى اليورانيوم uranium-240 عبر اضمحلال الألفا، وهذا وفقًا لمختبر جيفرسون Jefferson Lab .
- سمي البلوتونيوم تيمنًا بكوكب بلوتو، لأنه جاء بعد عنصر اليورانيوم الذي سمي تيمنًا بكوكب أورانوس، وأيضًا بعد عنصر النبتونيوم؛ الذي سمي تيمنًا بالكوكب نبتون.
- يشع البلوتونيوم نيوترونات وجسيمات بيتا وأشعة غاما.
اقرأ أيضًا:
حقائق ومعلومات حول عنصر الحديد
حقائق ومعلومات حول عنصر الفوسفور
معلومات وحقائق حول عنصر الكوبالت
حقائق ومعلومات عن عنصر السيليكون
معلومات وحقائق حول عنصر الكبريت
ترجمة: فراس خزام
تدقيق: محمد الصفتي
