Плутоній-238

Плутоній-238 утворюється в результаті наступних розпадів:

• β⁻-розпад нукліду 238Np (період напіврозпаду складає 2,117(2)[1] діб):

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{93}Np} \rightarrow \mathrm {^{238}_{94}Pu} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};}$

• β⁺-розпад нукліду 238Am (період напіврозпаду складає 98(2)[1] хв):

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{95}Am} \rightarrow \mathrm {^{238}_{94}Pu} +e^{+}+\nu _{e};}$

• α-розпад нукліду 242Cm (період напіврозпаду складає 162,8(2)[1] діб):

${\displaystyle \mathrm {^{242}_{96}Cm} \rightarrow \mathrm {^{238}_{94}Pu} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}$

Розпад плутонію-238 відбувається в наступних напрямках:

• α-розпад в 234U (ймовірність 100 %[1], енергія розпаду 5 593,20(19) кеВ[2]):

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{234}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He}$ ;}

енергія випромінюваних α-частинок 5 456,3 кеВ (в 28,98% випадків) і 5 499,03 кеВ (в 70,91% випадків)[5].

• Спонтанний поділ (ймовірність 1,9(1)×10⁻⁷ %)[1];

Плутоній-238 утворюється в будь-якому ядерному реакторі, який працює на природному або малозбагаченому урані, що містить в основному ізотоп 238U. При цьому відбуваються наступні ядерні реакції[4][6]:

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{92}U} (\mathrm {n} ,\mathrm {2n} )\mathrm {^{237}_{92}U} \ {\xrightarrow[{6,75\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 518,6\ \mathrm {keV} }}\ \mathrm {^{237}_{93}Np}$ ;}

${\displaystyle \mathrm {^{235}_{92}U} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{236}_{92}U} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{237}_{92}U} \ {\xrightarrow[{6,75\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 518,6\ \mathrm {keV} }}\ \mathrm {^{237}_{93}Np}$ ;}

${\displaystyle \mathrm {^{237}_{93}Np} (\mathrm {n} ,\gamma )\mathrm {^{238}_{93}Np} \ {\xrightarrow[{2,117\ \mathrm {d} }]{\beta ^{-}\ 1,292\ \mathrm {MeV} }}\ \mathrm {^{238}_{94}Pu} .}$

Вагомі кількості ізотопно чистого плутонію-238 отримують шляхом опромінення нейтронами нептунію-237, який, в свою чергу, добувають з відпрацьованого ядерного палива[6].

Ціна одного кілограму плутонію-238 складає приблизно 1 млн доларів США[7].

Плутоній-238 використовують в малогабаритних радіоізотопних джерелах енергії (наприклад, в РІТЕГах)[6]. Раніше (до появи літієвих батарей[8]) використовувався в кардіостимуляторах.[9][10]

США використовували РІТЕГи з плутонієм-238 на 24 космічних апаратах, включаючи Вояджери та Кассіні.[11]

Зокрема плутонієві джерела живлення для космічних апаратів містили таку кількість ізотопу[12]:

• для космічного апарату «Галілео», що обертався навколо Юпітера — 15,6 кг;
• для космічного апарату «Касіні» — 32,7 кг;
• для космічного апарату «Нові горизонти» — 10,9 кг;
• для марсоходу К'юріосіті — 4,8 кг[13] діоксиду плутонію-238.

В США виробництво ізотопу плутонію-238 було зупинено 1988 року (Саванна Рівер).[14] Міністерство енергетики США підписало в 1992 році п'ятирічний договір про купівлю ізотопу в Росії в обсязі 10 кг із можливістю збільшення поставок до 40 кг. В рамках договору укладалися декілька контрактів, угоду продовжували. В 2009 році поставки були перервані через реструктуризацію російської ядерної промисловості.[15]

Починаючи з 1993 року, більшість РІТЕГів на американських космічних апаратах використовували ізотоп, куплений в Росії. За станом на 2005 рік було закуплено близько 16,5 кг.[16][17]

2009 року Міністерство енергетики США (DOE) надали запит на фінансування відновлення виробництва ізотопу на території США.[18][19] Вартість проекту оцінювалася в 75—90 мільйонів доларів за п'ять років[20]. Фінансування проекту було розділено між DOE та NASA[20]. Конгрес надав NASA по 10 мільйонів у 2011 і 2012 роках,[20] але відмовив у фінансуванні DOE[20].

2013 року Ок-Риджська національна лабораторія (штат Теннесі) почала виробництво плутонію-238, з проектною потужністю в 1,5—2 кілограми ізотопу на рік[21][22][23].

• ave Mosher, Timeline: Plutonium-238′s Hot and Twisted History // Wired, 2013-09-19 (англ.)