プルトニウム【plutonium】
【プルトニウム】(ぷるとにうむ)
原子番号94、元素記号Pu、比重は19.8（鉄の2.5倍）の放射性元素。
名前は当時新しく発見された新惑星である冥王星(Pluto)に由来する。
（これはウラン、ネプツニウムも同様である。）
アルファ崩壊、すなわちアルファ線を放射しながら減少してゆくが、その半減期は約2万4000年と非常に長いため、時間当たりの被曝量は少ない。
一方で粉塵状になったものを肺などに吸い込んでしまうと、同じ場所で延々とアルファ線を出し続けるため、少量であっても生物を被曝死させてしまう。
その名のとおり死の危険をもたらす物質である。
自然界にはほとんど存在せず、原子炉内においてウラン238が中性子を吸収する事により生成される。
238、239、240、241、242の同位体があるが、核燃料になるのは239である。
原子爆弾の原料として有名であるが、最近は原子炉の燃料としても注目されている。
プルトニウム
プルトニウム
プルトニウム
プルトニウム（P）
プルトニウム
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/07/17 06:17 UTC 版)
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| 外見 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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銀白色 |
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| 一般特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 名称, 記号, 番号 | プルトニウム, Pu, 94 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 分類 | アクチノイド | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 族, 周期, ブロック | n/a, 7, f | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 原子量 | [244] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子配置 | [Rn] 5f6 7s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子殻 | 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2（画像） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物理特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 相 | 固体 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 密度（室温付近） | 19.816 (α-Pu) g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融点での液体密度 | 16.63 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融点 | 912.5 K, 639.4 °C, 1182.9 °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 沸点 | 3505 K, 3228 °C, 5842 °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融解熱 | 2.82 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 蒸発熱 | 333.5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱容量 | (25 °C) 35.5 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 蒸気圧 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 原子特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 酸化数 | 7, 6, 5, 4, 3（両性酸化物） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気陰性度 | 1.28（ポーリングの値） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| イオン化エネルギー | 1st: 584.7 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 原子半径 | 159 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 共有結合半径 | 187 ± 1 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| その他 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 結晶構造 | 単斜晶系 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 磁性 | 常磁性[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電気抵抗率 | (0 °C) 1.460 μΩ⋅m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱伝導率 | (300 K) 6.74 W/(m⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 熱膨張率 | (25 °C) 46.7 μm/(m⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 音の伝わる速さ | 2260 m/s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ヤング率 | 96 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 剛性率 | 43 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ポアソン比 | 0.21 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS登録番号 | 7440-07-5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主な同位体 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 詳細はプルトニウムの同位体を参照 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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プルトニウム（英・羅: Plutonium 英語: [pluːˈtoʊniəm]）は、原子番号94の元素である。元素記号は Pu。アクチノイド元素の一つ。
名称
原子番号92のウラン、93のネプツニウムがそれぞれ太陽系の惑星の天王星、海王星に因んで命名されていたため、これに倣って当時海王星の次の惑星と考えられていた冥王星 pluto から命名された。発見者のグレン・シーボーグは冗談で元素記号に Pu を選んだ。子供が臭いときに叫ぶPee-Yoo!を連想するからだが[3]、特に問題にならずに周期表に採用された。
表記ゆれ
概要
ウラン鉱石中にわずかに含まれていることが知られる以前は、完全な人工元素と考えられていた。超ウラン元素で、放射性元素である。プルトニウム239、プルトニウム241その他いくつかの同位体が存在している。半減期はプルトニウム239の場合約2万4000年（α崩壊による）。比重は19.8で、金属プルトニウムは、ニッケルに似た銀白色の光沢を持つ大変重い金属である（結晶構造は単斜晶）。融点は639.5 °C、沸点は3230 °C（沸点は若干異なる実験値あり）。硝酸や濃硫酸には酸化被膜ができ、溶けない。塩酸や希硫酸などには溶ける。原子価は+3〜+6価（+4価が最も安定）。金属プルトニウムは、特に粉末状態において自然発火することがある。塊の状態でも、湿気を含む大気中では自然発火することがあり、火災の原因となる。プルトニウムとその化合物の化学的な毒性は、他の一般的な重金属と同程度である[6]。またプルトニウムは放射性崩壊によってα線を放出するため、ヒトを含む動物の体内、特に肺に蓄積されると強い発癌性を示すとされている。
原子炉において、ウラン238が中性子を捕獲してウラン239となり、それがβ崩壊してネプツニウム239になり、さらにそれがβ崩壊してプルトニウム239ができる（原子炉内では他のプルトニウム同位体も多数できる）。ウラン238は天然に存在するのでネプツニウム239とプルトニウム239は微量ながら天然にも存在する。また半減期が約8000万年とプルトニウム同位体の中では最も長いプルトニウム244も微量ながら天然に存在する。なお、プルトニウム239およびプルトニウム240とそれらの放射壊変物の飛沫の吸引は 世界保健機関(WHO)の下部機関IARCにより「発癌性がある」（Type1）と勧告されている。
プルトニウムは主に核兵器の原料や、プルサーマル原子力発電におけるMOX燃料として使用される。人工衛星の電源として原子力電池として使用されたこともある。核テロリズム・原子力事故防止のため、プルトニウムの所在は国際機関や各国政府により厳しく監視・管理されている。日本は2020年末時点で、英仏への再処理委託により生じた分を含めて国内に約8.9トン、海外に約37.2トン、合計で約46.1トンのプルトニウム（うち核分裂性は約30.5トン）を保有している[7]。
特性
金属プルトニウムは銀白色であるが、酸化されると黄褐色となる。金属プルトニウムは温度が上がると収縮する。また、結晶構造の対称性が低いため、時間経過と共に脆くなる。
註：プルトニウム塩水溶液の色は、酸化数だけでなく配位する陰イオンの種類にも依存する。
- +III価 (
科学者2人の命を奪ったデーモン・コア プルトニウム239の臨界量は、金属の場合、ウラン235の4分の1しかないため[35]、臨界量に近い量のプルトニウムが蓄積しないように注意しなければならない。すなわち形状が重要で、球体のようなコンパクトな形にしてはならないのである。溶液状のプルトニウムは固体より少ない量で臨界量に達する。それが単に溶けるか破片になるのではなく爆発するためには超臨界を大きく越える量を必要とするので、兵器級の核爆発は偶然に生じることはありえない。しかし、ひとたび臨界量に達すれば致死量の放射線が発生する。
臨界事故は過去に何度か起きており、それらのうちのいくつかで死者を出している。核開発の草創期の事故として著名なのが、いわゆる「デーモン・コア」の事例である。1945年8月21日、米国ロスアラモス国立研究所で致死量の放射線を発生させた事故は、6.2 kgの球状プルトニウムを囲んだ炭化タングステンブロックの不注意な取り扱いに起因していた。このとき科学者ハリー・ダリアンは推定510 rem (5.1 Sv) の被曝をし4週間後に死亡した。その9か月後に、別のロスアラモスの科学者ルイス・スローティンは、ベリリウムの反射材、および以前にダリアンの生命を奪ったのとまさに同じプルトニウムコアによる同様の事故で死亡した。2人の科学者の命を奪ったプルトニウムコアは「デーモン・コア」と名づけられた。これらの出来事は、1989年の映画『シャドー・メーカーズ』でかなり正確に描写された。1958年には、ロスアラモスのプルトニウム精製工程で、混合容器の中で臨界量が形成され、クレーン操作員が死亡した。この種の事故が、ソ連等の国で起こった（詳しくは「原子力事故」参照）。1986年にソ連で起きたチェルノブイリ原子力発電所事故は、大量のプルトニウムの放出を引き起こした。
さらには、金属プルトニウムには発火の危険がある。特に素材が微粒子に分割されている場合が危険である。金属プルトニウムは酸素および水と反応し、自然発火性物質である水素化プルトニウムが蓄積する可能性があり、室温の空気中で発火しうる。プルトニウムが酸化してその容器を壊すとともに、プルトニウムが相当に拡散する。燃えている物質の放射能は危険性が増す。酸化マグネシウムの砂は、プルトニウム火災を消火するための最も有効な素材である。それはヒートシンクとして働き燃えている物質を冷やし、同時に酸素を遮断する。
1969年に米国コロラド州ボルダーの近くにあるロッキーフラッツ工場でプルトニウムが主な発火源になった火災があった[36]。これらの問題を回避するために、どんな形態であれプルトニウムを保管・取り扱う場合は特別の警戒が必要である。一般的に、乾燥した不活性ガスが必要である[37]。
余剰兵器の解体で発生するプルトニウム
ラジウムあるいは炭素14のような自然に生じる放射性同位体とは対照的に、プルトニウムは冷戦中に核兵器製造のために大量に（数百トン）濃縮・製造・分離されたことは注目すべきである。1944年から1994年までの期間にアメリカ合衆国だけで110トンのプルトニウムを分離し、今なお100トンを保有している。化学兵器、生物兵器と異なり、化学過程ではそれらを破壊することができないので、これらの備蓄は、武器形式であるかどうかに関わらず重大な問題を提起する。余剰の兵器級プルトニウムを処分する1つの提案はそれを高レベルの放射性同位体（例えば使用済み原子炉燃料）と混合することである。こうして潜在的な盗取、あるいはテロリストによる取り扱いを防止する。別の手段としては、ウランとそれを混合し原子炉用燃料（混合酸化物すなわちMOXアプローチ）として消費することである。これは 239Pu の多くを核分裂により破壊するだけでなく、残りのかなりの部分を核兵器としては役立たない 240Pu およびより重い同位体に変化させることができる[18]。
規制
日本では、プルトニウムの全ての同位体は 核原料物質、核燃料物質及び原子炉の規制に関する法律 で、その保管、取り扱いを規制されているとともに、外国為替法の中で国際規制物資として輸出入が規制されている。
歴史
最初はウォルター・ラッセルによって存在が予想されていたが、ウラン238に中性子を照射してプルトニウムとネプツニウムを合成することは、1940年に2つのチームが互いに独立に予想した。米国カリフォルニア大学バークレー放射線研究所のエドウィン・M・マクミランとフィリップ・アベルソン、そして英国ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所のノーマン・フェザーとイーゴン・ブレッチャーだった。偶然にも、両チームともが、外惑星の並びに似せて、ウランに続く同じ名前を提案していた。
最初に合成・分離したのは1941年2月23日、米国の化学者グレン・セオドア・シーボーグ、エドウィン・M・マクミラン、J・W・ケネディー、およびA・C・ワールで、バークレーの60インチサイクロトロンを使ってウランに重水素を衝突させる方法によってプルトニウム238が合成された。この発見は戦時下だったため秘匿された。マンハッタン計画において、最初のプルトニウム生産炉がオークリッジに建設された。後にプルトニウム生産のための大型炉がワシントン州ハンフォードに建造されたが、このプルトニウムは最初の原子爆弾に使用され、ニューメキシコ州ホワイトサンズのトリニティ実験場で核実験に使われた。また、ここのプルトニウムがプルトニウムの発見からわずか5年後、第二次世界大戦末の1945年、原子爆弾ファットマンとして長崎市に投下された。
冷戦時代を通じて、ソビエト連邦とアメリカ合衆国の双方で厖大な量のプルトニウムの備蓄が行われた。1982年までに推定300トンのプルトニウムが蓄積された。冷戦の終了とともに、こうしたプルトニウムの備蓄が、核拡散の恐れの焦点となった。2002年にアメリカ合衆国エネルギー省は、アメリカ合衆国国防総省から34トンの余剰の兵器級プルトニウムの所有権を譲り受けた。2003年初頭の時点で、合衆国内にあるいくつかの原子力発電所において、プルトニウムの在庫を焼却する手段として濃縮ウラン燃料からMOX燃料へ転換することが検討されている。
プルトニウムが発見されてから数年の間、その生物学的・物理的特性はほとんど知られていなかった。そこで、合衆国政府およびその代理として活動する私的組織によって一連の放射線人体実験が行われた。第二次世界大戦の間から戦後にわたり、マンハッタン計画やその他の核兵器研究プロジェクトに従事した科学者が、実験動物や人体へのプルトニウムの影響を調べる研究を行った。人体に関しては、末期患者あるいは高齢や慢性病のため余命10年未満の入院患者に対し、（典型的には）5 μgのプルトニウムを含む溶液を注射することにより実施された。この注射は、こうした患者へのインフォームド・コンセントなしに行われた[38]。
脚注
出典
- ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Archived 2012-01-12 at the Wayback Machine., in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
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- ^ 高岡宏「スポーケンを包む自然背景―大地と水―」『Mukogawa literary review』第44号、武庫川女子大学英文学会、2008年、25-40頁、doi:10.14993/00001942、ISSN 13409441、 NAID 120006940011。
- ^ 西松裕一「資源・エネルギー問題試論」『Journal of MMIJ』第129巻第1号、資源・素材学会、2013年1月、1-10頁、doi:10.2473/journalofmmij.129.1、 ISSN 18816118、 NAID 10031141144。
- ^ Q:プルトニウムが敷地内で検出されたようですが、大丈夫でしょうか？ (PDF) 北海道大学工学研究院（2021年7月31日閲覧）
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- ^ Matlack, George: A Plutonium Primer: An Introduction to Plutonium Chemistry and It's Radioactivity (LA-UR-02-6594)
- ^ Eileen Welsome, The Plutonium Files: America's Secret Medical Experiments in the Cold War、邦訳『プルトニウムファイル』上・下（翔泳社）
注釈
関連項目
外部リンク
- 原子力百科事典 ATOMICA トップページ（運営：財団法人 高度情報科学技術研究機構）
- プルトニウム核種の生成 （以下、原子力百科事典 ATOMICA）
- プルトニウム燃料
- プルトニウム燃料の特徴
- プルトニウムの毒性と取扱い
- プルトニウムの被ばく事故
- プルトニウムの放射能濃度測定
- 原爆用と産業用プルトニウムとの組成の比較
- Plutonium - Encyclopedia of Earth「プルトニウム」の項目。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 H He 2 Li Be B C N O F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og アルカリ金属 アルカリ土類金属 ランタノイド アクチノイド 遷移金属 その他の金属 半金属元素（半導体元素） その他の非金属 ハロゲン 貴ガス（希ガス） 不明 方式 発電機使用 熱機関
による発電火力発電 (発電所) 非火力発電 その他 水力発電 海洋発電 風力発電 その他 発電機不使用 燃料 化石燃料 バイオマス 核燃料 その他 発電機 発電所 日本 その他 
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プルトニウム
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/07/29 04:03 UTC 版)
プルトニウムによるブレークスルーは、エゴン・ブレッチャー(1901-1973)とノーマン・フェザー(1904-1978)によりキャヴェンディッシュ研究所で実現した。彼らは、ウランを燃料として低速中性子(熱中性子)を用いるタイプの原子炉が理論的にかなりの量のプルトニウム239を副産物として作り出すことに気がついた。これは以下の様な過程による。ウラン238が低速中性子を吸収し、新たな同位体であるウラン239を作る。この新しい同位体はすぐにベータ崩壊して、原子番号が93で質量数239の新しい元素となる。この元素の原子核は、同じく電子を放出して原子番号が94で質量239の大きな半減期をもった新しい元素となる。ブレッチャーとフェザーはこの原子番号94の元素が低速中性子と高速中性子の両方で核反応を起こし、ウランと化学的に異なった利点があり、簡単に分離ができる、と言う理論的な実現可能性を示した。 これらの新しい発見は1940年バークレー放射線研究所のエドウィン・マクミランとフィリップ・アベルソンによる研究でも検証された。ケンブリッジのチームのケンマー博士は、新しい元素たちに太陽系の天王星(Uranus、原子番号92のウランに対応)より遠い惑星である海王星(Neptune)と冥王星(Pluto)から、93番目の元素をネプツニウム(neptunium)、94番目の元素をプルトニウム(plutonium)と名づけた。偶然にもアメリカ人たちも同じ名前を提案した。その後、1941年に最初のプルトニウムの最初のサンプルの作成と検証がグレン・シーボーグにより行われた。彼は原子炉でなくサイクロトロンを使用した。
※この「プルトニウム」の解説は、「チューブ・アロイズ」の解説の一部です。
「プルトニウム」を含む「チューブ・アロイズ」の記事については、「チューブ・アロイズ」の概要を参照ください。
プルトニウム
「プルトニウム」の例文・使い方・用例・文例
- 核燃料の再処理を行い、プルトニウムを取り出す
- プルトニウムは慎重に扱わなければならない.
- 兵器級プルトニウム
- 火薬によって圧縮されると核分裂を引き起こすプルトニウム239を含む鋼鉄あるいはベリリウムの球
- 米国の化学者で、プルトニウムの発見者の一人（1912年−1999年）
- プルトニウムに中性子で衝撃を与えると生じる、放射性の超ウラン元素
- 放射性の超ウラン金属元素で、プルトニウムに中性子で衝撃を与えると生じる
- 核分裂性の高いプルトニウムの同位元素で、核兵器の中に、また原子炉燃料として用いられる
- 核兵器が分解されるときに回収されるプルトニウム239
- 原子炉において,ウラン238からプルトニウム239に転換する量の比率
- ウラン238をプルトニウム239に転換することを目的とした原子炉
- プルトニウムを軽水炉で燃やすこと
- プルトニウム239という,プルトニウム同位体
- 発電用原子炉から回収したプルトニウムを燃料として再利用すること
- 高速中性子によりプルトニウム239をつくる原子炉
- プルトニウムという人工放射性金属元素
- 北朝鮮はプルトニウムを持っているのではないかと疑われているが，公式に核兵器保有を認めたのはこれが初めてだ。
- 北朝鮮は１月に，米国から核専門家が訪問することを許し，北朝鮮がプルトニウムだという物質を見せた。
- 北朝鮮は核兵器を開発するのに，プルトニウムを使っているかもしれない。
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