Plutonium ist ein radioaktives, silbriges Metall, das an der Luft schnell eine dunkle Oxidschicht bildet. Chemisch vergleichbar ist das Element mit Blei. Mit erhitztem Wasser oder Säuren reagiert es unter Freisetzung von Wasserstoffgas, was sich bei Störfällen in Kernreaktoren fatal auswirken kann.
Plutonium ist wie andere Schwermetalle giftig. Die für einen Menschen tödliche Dosis liegt wahrscheinlich im zweistelligen Milligrammbereich, laut [1] beträgt die LD-50 - Dosis für Hunde 0,32 mg/kg Körpergewicht. Viel gefährlicher als die chemische Wirkung ist aber seine Radioaktivität, die Krebs verursachen kann. Zur Entstehung von Krebs reicht vermutlich eine Menge in der Größenordnung einiger Mikrogramm. Da die ausgesendete α-Strahlung durch die Haut abgeschirmt wird, ist Plutonium nur bei Inkorporation (z. B. Inhalation von Plutonium enthaltendem Staub) gesundheitsschädlich.
238Pu: entsteht durch Einfang eines Neutrons durch das Uran-Isotop 235U. Dadurch entsteht ein 236U - Kern in einem angeregten Zustand, der eine Halbwertszeit von 120ns hat und sich mit gewisser Wahrscheinlichkeit spaltet (siehe Kernspaltung). Angeregte 236U - Kerne können jedoch auch durch Emission von Gamma-Strahlung in den langlebigen Grundzustand übergehen. Durch weiteren Neutroneneinfang und β - Zerfall entsteht238Pu: 235U + n
240Pu: entsteht durch Einfangen eines Neutrons aus 239Pu. Ebenso können aus 239Pu die höheren Isotope 241Pu und 242Pu entstehen.
Vorkommen und Herstellung
Vorkommen
Plutonium kommt in der Natur sehr selten vor - in Uranvorkommen kann es durch Absorption natürlich freigesetzter Neutronen aus Uran entstehen, allerdings nur in winzigen Mengen. Größere Vorkommen entstanden auf natürlichem Weg in dem Naturreaktor Oklo. Durch Atombombenexplosionen wurden seit dem Zweiten Weltkrieg etwa 10 t freigesetzt.
Herstellung
Künstlich hergestellt wird Plutonium in Atomreaktoren. Darin wird das natürlich vorkommende 238U entsprechend obiger Formel durch Neutronenbeschuß zu 239Pu umgewandelt. Die weitere Umwandlung in 240Pu ist für die Herstellung von Plutonium für Atomwaffen (Bei weapon grade Plutonium liegt der Anteil von 240Pu bei unter 7%, bei supergrade Plutonium sogar noch deutlich darunter) unerwünscht (die hohe spontane Spaltungsrate von 240Pu kann zur vorzeitigen Zündung führen) und wird durch spezielle Reaktorbauarten bzw. die frühzeitige Entnahme des Plutoniums verhindert. Plutonium aus Reaktoren der Energiewirtschaft (reactor grade) wird nicht auf einen geringen Anteil von 240Pu hin optimiert, der Anteil von 240Pu liegt bei über 20%.
Zur Erzeugung von 238Pu wird Neptunium aus verbrauchten Brennstäben extrahiert. Das Neptunium aus Brennstäben besteht fast nur aus dem Isotop 237Np; aus dem Neptunium werden dann eigene Stäbe gefertigt, die in einem Kernreaktor der starken Neutronenstrahlung ausgesetzt werden, wodurch nach obiger Reaktion 238Pu entsteht.
Plutonium wurde 1941 von dem Amerikaner Glenn T. Seaborg entdeckt. Etwa zur gleichen Zeit hatte in Deutschland Fritz G. Houtermans die Existenz von Transuranen in einem Geheimbericht "Zur Frage der Auslösung von Kern-Kettenreaktionen" theoretisch vorausgesagt.
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