プルトニウム238
プルトニウム238
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/03/15 09:04 UTC 版)
ナビゲーションに移動 検索に移動| プルトニウム238 | |
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| 概要 | |
| 名称、記号 | プルトニウム238,238Pu |
| 中性子 | 144 |
| 陽子 | 94 |
| 核種情報 | |
| 天然存在比 | 0 |
| 半減期 | 87.7 ± 0.1 年 |
| 親核種 | 238Np (β-) 242Cm (α) 238Am (β+) 238U (β-β-) |
| 崩壊生成物 | 234U |
| 同位体質量 | 238.0495599(20) u |
| スピン角運動量 | 0+ |
| 余剰エネルギー | 46164.7± 1.8 keV |
| 結合エネルギー | 7568.354 keV |
| α | 5.593 MeV |
プルトニウム238 (Plutonium-238・238Pu) は、プルトニウムの同位体の1つ。
概要
238Puは、半減期が87.7年の比較的寿命の短い放射性同位体である。これはプルトニウムの同位体の中で5番目に半減期の長いものである[1]。
238Puはそのほぼ100%がアルファ崩壊によって崩壊し、234Uになる。しかし、低確率ではあるが他の崩壊モードもある。0.00000019%（約5億分の1）は自発核分裂で崩壊し、0.000000000000014%（約7000兆分の1）は32Siを放出して206Hgに、0.000000000000006%（約2京分の1）は28Mgまたは30Mgを放出して210Pbまたは208Pbとなる。後者2つは自発核分裂とは異なり、放出する核種が決まっており、このような崩壊モードをクラスタ崩壊と呼ぶ。クラスタ崩壊が確認されているプルトニウムの同位体は他に236Puと240Puしかない。ほとんどの238Puは、最終的に206Pbに落ち着く[1]。
歴史
238Puは世界で初めて合成・発見されたプルトニウムの同位体である。238Puは1940年12月に、グレン・シーボーグ、エドウィン・マクミラン、ジョセフ・ケネディー、アーサー・ワールらによって、カリフォルニア大学バークレー校にて238Uに重陽子を衝突させ238Npを合成し、それが半減期2.117日のベータ崩壊によって238Puが生ずる事を最終的に1941年2月23日に確認した[2][3]。
238Puは、ほとんどがアルファ崩壊によってのみ崩壊し、半減期も87.7年という適度な長さを持つ。この性質は、崩壊熱を利用しゼーベック効果によって電力を生み出す放射性同位体熱電気転換器 (RTG) には都合が良い。実際、238Puは最も良く使われているRTG燃料である。238Puの崩壊エネルギーは1kgあたり540Wであり、十分効率的である。また、放射線の外部漏洩を防ぐ鉛防護壁の厚さは2.5mm以下で済み、適切な格納容器があれば防護壁が不要である場合が多い。熱量が大きく、適度な寿命と防護壁の不要性は、重量が厳しく制限される宇宙探査機の要望に応えるものである。また、ガンマ線や中性子線もほとんど放出されない。RTG用の238Puは二酸化プルトニウム (PuO2) の形で用いられる[7]。
238PuのRTGを利用した探査機はボイジャー1号、ボイジャー2号、パイオニア10号、パイオニア11号、ニュー・ホライズンズ、カッシーニなどである。2011年現在では、木星探査機のジュノーのような、太陽から遠方でもRTGを用いず太陽光パネルで電力をまかなう探査機も開発されている[8]が、一般的には木星より外側の太陽系の外側を探査する場合、太陽光パネルで電力を得るのには太陽光が弱すぎるため、238PuのRTGが電力として利用される場合が多い[9]。また、キュリオシティ以降の火星探査車も、砂嵐が多く砂塵が太陽電池の上に堆積しやすい火星環境下で、昼夜関係なく動作するために238PuのRTGを使用している[10][11]。
なお、238PuのRTGは、1960年代に一部の埋め込み型の心臓ペースメーカーに使われていた事があるが、リチウム電池の性能が向上した1970年代からは使われなくなっている[12]。
脚注
出典
- ^ a b c d e The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties National Nuclear Data Center Archived 2008年9月23日, at the Wayback Machine.
- ^ a b Radioactive Element 94 from Deuterons on Uranium Physical Review Online Archive
- ^ a b Plutonium Encyclopedia Britannica
- ^ Review of recent advances of radioisotope power systems ScienceDirect.com
- ^ 米国で25年ぶりプルトニウム生産再開、宇宙探査機向けに、ロイター、2013年3月19日
- ^ Plutonium World Nuclear Association
- ^ RTG Heat Sources: Two Proven Materials Atomic Insights
- ^ Jupiter-Bound Probe's Maneuver in Deep Space Delayed SPACE.com
- ^ Space Nuclear Power: Opening the Final Frontier International Energy Conversion Engineering Conference and Exhibit
- ^ Nuclear power generator hooked up to Mars rover Spaceflight Now
- ^ “米国産プルトニウムで動くNASAの火星探査機は、宇宙に「原子力ルネッサンス」をもたらすか” (日本語). WIRED.jp. 2021年6月24日閲覧。
- ^ Los Alamos made material for plutonium-powered pumper Los Alamos National Laboratory
関連項目
| 軽量: 237Pu |
プルトニウム238は プルトニウムの同位体である |
重量: 239Pu |
| 238Np (β-) 242Cm (α) 238Am (β+) 238U (β-β-) の崩壊生成物 |
プルトニウム238 の崩壊系列 |
234U (α) (SF) 206Hg (32Si) 210Pb (28Mg) 208Pb (30Mg) へ崩壊 |
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