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Plutonio

El elemento de la semana

PLutonio.
United States Department of Energy [Attribution]

El plutonio, elemento radiactivo que obtiene su nombre a partir del planeta enano de Plutón, es de gran interés en el campo nuclear.

El Plutonio tiene 16 isótopos, todos ellos radiactivos. El elemento es un metal plateado y presenta 5 estructuras cristalinas diferentes.
Forma compuestos con todos los elementos no metálicos, excepto los gases nobles. El metal se disuelve en ácidos y reacciona con agua, aunque moderadamente en comparación con los ácidos. Aunque se pueden encontrar trazas en la naturaleza, todos los isótopos de plutonio son de origen artificial.

Síntesis del plutonio

En 1934, el grupo de investigación de Universidad de Roma liderado por Enrico Fermi anunció el descubrimiento del elemento numero 94 al bombardear el núcleo de uranio con neutrones. En realidad, Fermi malinterpretó los resultados. Lo que el equipo había obtenido no era un nuevo elemento sino una mezcla de bario y kripton producto de la fisión del núcleo de uranio, hecho que explicarían en 1938 Lise Meitner y Otto Hahn.

El plutonio se obtuvo por primera vez en 1940, cuando Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, J. W. Kennedy y A. C. Wahl bombardearon uranio con deuterio (el isótopo del hidrógeno que contiene en su núcleo un neutrón y un protón) en Berkeley.

El descubrimiento se mantuvo oculto hasta el final de la II Guerra Mundial por cuestiones de seguridad. La fisión del plutonio-239 puede desencadenar una reacción en cadena. Bastaba calcular la masa crítica y sintetizar la cantidad suficiente para desarrollar una bomba atómica. En 1941, Seaborg escribió a Roosvelt para informar de la posibilidad de crear una bomba de plutonio. En 1943 las instalaciones de Oak Ridge produjeron el plutonio necesario.

Reactor de Hanford.
See page for author [Public domain], via Wikimedia Commons

Trinity y Fat Man

La primera bomba atómica que se hizo explotar contenía plutonio como elemento de fisión. Denominada Trinity, se detonó el 16 de julio de 1945 cerca de Alamogordo, Nuevo Mexico. Su diseño incluía un iniciador de polonio y berilio que garantizaron la reacción en cadena y la explosión

El arma, que en su totalidad pesaba más de 4 toneladas, contenía 6,2 kilogramos de plutonio en su núcleo. Aproximadamente el 20% del plutonio utilizado en el arma Trinity se fisionó y generó una explosión que liberó una energía equivalente a aproximadamente 20000 toneladas de TNT
Un diseño idéntico fue utilizado en la bomba atómica «Fat Man», lanzada sobre Nagasaki, Japón, el 9 de agosto de 1945, matando a 70 000 personas e hiriendo a otras 100 000.

Aplicaciones

El plutonio-239 es utilizado principalmente en los reactores nucleares y como combustible nuclear. Conforme se va generando el plutonio, en el interior del combustible de los reactores nucleares, este se fisiona, desprendiendo así energía. Durante el proceso, también se originan otros isótopos de este elemento; algunos pueden absorber neutrones y otros son isótopos fisionables.

El plutonio ha sido usado en explosivos durante mucho tiempo. Durante las pruebas atmosféricas de las bombas nucleares, se han liberado grandes cantidades de plutonio que posteriormente se han depositado en el suelo.

Además de sus aplicaciones bélicas el Pu-238 se utilizó como generador termoeléctrico de larga duración en los marcapasos. Hoy en día ha sido sustituido por otro tipo de baterías pero se sigue utilizando en las sondas enviadas para explorar planetas distantes lejos del Sol, como Cassini y New Horizons.

El plutonio mezclado con galio  y cobalto es una sustancia muy interesante ya que presenta propiedades superconductoras, aunque lamentablemente este efecto dura poco debido al decaimiento del Pu-239 en U-235.

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