Plutonium

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Plutonium
Elementsymbol Pu
Ordnungszahl 94
Relative Atommasse 244,0642
Aggregatzustand fest
Schmelzpunkt 639,4 °C
Siedepunkt 3230 °C

Plutonium ist ein chemisches Element (Schwermetall), dessen Isotope alle radioaktiv sind. Es wurde 1940 entdeckt und nach dem Kleinplaneten Pluto benannt. Im Periodensystem der Elemente gehört es zur Gruppe der Actinoide und ist das mit der höchsten Ordnungszahl in der Natur vorkommende Element. Die meisten Isotope entstehen nach Atom-Umwandlungprozessen aus Uran. Aus dem Isotop Uran-238 entsteht in Kernreaktoren das Plutonium-239, das sehr selten auch natürlich vorkommt. Plutonium hat einen wesentlich niedrigeren Schmelzpunkt als Uran, was bei Störfällen und Unfällen ein Problem darstellen kann.

Am 9. August 1945 wurde von den US-Amerikanern über Nagasaki die erste Plutonium-Bombe („Fat Man“) der Welt auf bewohntes Gebiet abgeworfen. Ca. 73.000 Menschen, fast nur Zivilisten, starben sofort, mehr als 100.000 bis Jahresende an den Folgen dieses Kriegsverbrechens.

Eigenschaften

Plutonium ist ein unedles und sehr reaktives Metall, das an der Luft schnell mit Sauerstoff und der Luftfeuchtigkeit reagiert, wobei es zunächst matt wird und sich verfärbt. Je nach Oxidationsstufe kommt es in unterschiedlichen Farben vor. Plutonium reagiert beim Erhitzen mit den meisten Nichtmetallen und Wasser. Bei Raumtemperatur wird es dagegen von Wasser und alkalischen Lösungen nicht angegriffen. In konzentrierter Salpetersäure ist es nicht löslich, dagegen in Salzsäure und fluoridhaltiger Salpetersäure. Die chemischen Eigenschaften des Plutoniums ähneln denen anderer Actinoiden. Ähnlich wie bei vielen anderen dieser Elemente bestimmt bei Plutonium die starke Radioaktivität die chemischen Eigenschaften mit, da durch die entstehene Wärme Bindungen aufgebrochen werden können. Auch die freiwerdende Strahlung kann zum Bruch von Bindungen führen.

Das langlebigste Plutoniumisotop weist eine Halbwertszeit von über 80 Millionen Jahren auf.

Vorkommen

Plutonium ist eines der seltensten Elemente der Erdkruste. In Uranvorkommen kann es in winzigen Mengen durch Absorption natürlich freigesetzter Neutronen aus Uran entstehen. Auf 140 Milliarden Uranatome soll ein Plutoniumatom kommen. Aus der Entstehungszeit des Sonnensystems wurde im Mineral Bastnäsit das Plutoniumisotop 244Pu nachgewiesen. Plutonium ist deshalb, anders als oft behauptet, ein natürliches Element und löste Uran als letztes bekanntes natürliches Element ab. Größere Plutoniummengen entstanden auf natürlichem Weg im Naturreaktor Oklo in Gabun.

Durch oberirdische Kernwaffentests wurden von 1945 bis 1980 etwa 3 bis 5 Tonnen Plutonium freigesetzt, die in Spuren weltweit nachweisbar sind. Weitere Mengen wurden bei Unfällen mit Kernwaffen und in entsprechenden Laboratorien, einem Satellitenabsturz mit enthaltener Plutoniumdioxid-Batterie und von der Wiederaufarbeitungsanlage von Sellafield in die Umwelt gebracht. Bei der Reaktorkatastophe von Tschernobyl entwichenes Plutonium verblieb in einem Umkreis von 100 km um den Reaktor.

Zur kriegerischen Anwendung benötigt man hochreines 239Pu, sogenanntes waffenfähiges Plutonium. Allein die USA besitzen über 100 Tonnen. Rußland, als alleiniger Halter des Plutoniums der ehemaligen UdSSR, soll ähnliche Mengen besitzen.

Verwendung

Das Plutoniumisotop 239, ein Alphastrahler mit einer Halbwertszeit von 24.360 Jahren, wird als Brennstoff für Kernreaktoren und zur Herstellung von Atombomben verwendet. Als Kernbrennstoff der Zukunft gelten die Monocarbide, -nitride und Carbonnitride als besser geeignet. Dafür existieren zur Zeit (Stand 2019) aber noch keine wirtschaftlichen Herstellungsverfahren.

Siehe auch

Verweise

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