鈽可做
核反應堆燃料
鈽,原子序數94,是人工放射性元素,元素名仿照鈾、錼以冥王星命名。鈽是繼錼後第二個發現的超鈾元素。
1940年末,美國科學家用60英寸回旋加速器加速的16兆電子伏特氘核轟擊鈾時發現鈽238,次年又發現了最重要的同位素鈽239。
金屬鈽是銀白色的,與氧氣、水蒸氣和酸作用,但不與鹼反應。它和鈾一樣用於核燃料和核武器。現在已經可以獲得成噸的鈽。
鈽熔點640℃,沸點3234°C;從室溫到熔點之間有6種同素異形體(相同元素組成,不同形態的單質),這是冶金學上很獨特的現象。鈽在空氣中的氧化速度與溼度有關,溼度高則氧化快,且有自燃危險;鈽易溶於酸中,不過濃酸可能會引起鈍化。
1945年,西博格比較了錼和鈽,認為它們與鈾的性質相似,同時又與稀土元素中釤相似,在1945年發表了他編排的元素周期表,建立了與鑭系元素相同的錒系元素,把它們一起放置在元素周期表下方,成為今天形式的元素周期表。
鈽的碳化物由於具有較高的導熱性、低的蒸氣壓和較大的鈽密度,可以做核反應堆的燃料。鈽239是易裂變核素,是重要的核燃料;鈽238可用於製作同位素電池,廣泛應用於宇宙飛船、人造衛星、極地氣象站等的能源。
鈽的毒性比砒霜低
「鈽是世界上最毒的物質」,「一丁點就能致人死亡」的說法,曾在西方廣泛流傳。推測,鈽可能是受到劇毒的釙的牽連。兩者的衰變類型相同,化學符號接近(Po、Pu),連中文寫法、讀音都那麼相近,也難怪不明真相的群眾把他們的各類性質掰到一起去。
如果非要來說明鈽的化學毒性,人們相對熟悉的砒霜、氰化物的毒性都比鈽要大得多。單次過量攝入鈽而引發的死亡案例,至今都未出現。
事實上,在上世紀40年代,美國就有26名工作人員因核武器研究,受到鈽的汙染。但是在他們身上並沒有出現嚴重的健康影響,更沒有人因此而死亡。到上世紀90年代,一批志願者甚至接受注射或是吸入鈽的實驗,也沒有發現有任何明顯的傷害。這與之前大家對鈽毒性的過高估計大大不同。
基於鈽本身的化學毒性並不那麼大,電離輻射能力也不比其他放射性元素特殊,加上鈾鈽混合燃料裡鈽也只有7%,3號反應堆如果發生爆炸洩露,並不會比其他使用鈾燃料的反應堆要來的更危險。
鈽會提高患癌風險
二戰時,投在長崎市的原子彈就使用鈽製作內核部分。日本東京電力公司2011年3月28日晚宣布,福島第一核電站廠區採集的土壤樣本首次檢測出放射性元素鈽。
鈽的危險性很大,一旦侵入人體,鈽就會潛伏在人體肺部、骨骼等組織的細胞中,破壞細胞基因,提高罹患癌症的風險。鈽的半衰期很長,鈽最穩定的同位素鈽-244半衰期約為8000萬年,而鈽-239的半衰期達到2.41萬年。
對於鈽危害的擔憂,更多的是來自於鈽的電離輻射能力。鈽衰變時會產生α射線。α射線的穿透能力非常弱,在空氣中前進幾釐米就將能量耗盡。對於環境中的鈽並不用太擔心。
儘管鈽產生的α射線並不會穿透人體的皮膚而進入人體,但鈽可能被人體吸入或消化而進入人體從而對內臟造成不利影響。α射線會造成細胞、染色體的損傷,理論上可能導致癌症發病率的上升。但是這種影響並不會比其他能放出α射線的放射性物質危害更大。相比之下,鈽的半衰期很長,使得單位時間裡的輻射量相對要小,危害也就更小。在自然界廣泛存在的氡的放射危害就要比鈽大的多。鈽容易在人體的肝臟和骨骼中聚集,但該過程非常緩慢。
331公斤武器級鈽
現存於日本原子能開發機構,分量足以製造40至50件核武器
人工放射性元素,原子序數94,是繼錼後第二個發現的超鈾元素。
名詞解釋
錒系元素:即是周期系ⅢB族中原子序數為89~103的15種化學元素的統稱。包括錒、釷、鏷、鈾、錼、鈽、鋂、鋦、鉳、鉲、鑀、鐨、鍆、鍩、鐒,它們都是放射性元素。鈾以後的原子序數為93~109的17種元素稱為超鈾元素。前4種元素錒、釷、鏷、鈾存在於自然界中,其餘11種全部用人工核反應合成。
半衰期:放射性元素的原子核有半數發生衰變時所需要的時間,叫半衰期(Half-life)。隨著放射的不斷進行,放射強度將按指數曲線下降,放射性強度達到原值一半所需要的時間叫做同位素的半衰期。放射性元素的半衰期長短差別很大,短的遠小於一秒,長的可達數百萬年。
新聞背景
日本曾拒歸還鈽
據報導,美國曾以研究名義於冷戰時期交給日本331公斤鈽,其中大多數為武器級豐度的鈽,用於核研究。美國在過去幾年內多次提出要求,日本最終答應歸還。
按共同社說法,那批高豐度武器級鈽可製造40枚至50枚核彈。現階段,核材料處於日本原子能研究開發機構控制下。
日本原子能研究開發機構的總部設在茨城縣東海村。在那裡的核設施內,有日本唯一一座快中子臨界裝置,這一裝置於1967年正式達到臨界狀態。
位於東海村的核設施曾發生洩漏事故。1999年9月,東海村一座核燃料加工廠由於工作人員違反安全操作規程,引發核分裂鏈式反應的「臨界事故」,導致兩人死亡,30多萬當地居民在室內避難。
美國總統歐巴馬上臺後推行強調核安全的相關政策。美國說,為避免危險放射材料落入恐怖分子之手,必須消除或最小化使用核材料。美方隨後向日本提出歸還這批鈽的要求。
共同社報導,日本原先強烈反對歸還這批鈽,理由是日本需要這批鈽用於快中子反應堆研究。
依照共同社公開的數據,日本現在自身還有大約44噸鈽,但這些鈽的品質不足以用於研究目的,若每年處理8噸將可造1000枚原子彈。
小八卦
英國女王曾觸摸鈽環
英國女王伊莉莎白二世訪問哈維爾核子實驗室時,就曾受邀觸摸一塊以塑料包裹的鈽環,以親自體會其溫暖的觸感。
據解釋,鈽最普遍釋放的游離輻射類型是α粒子發射(即釋放出高能的氦原子核)。最典型的一種核子武器核心即是以5公斤(約12.5×10"24個)鈽原子構成。由於鈽的半衰期為24100年,故其每秒約有11.5×10"12個鈽原子產生衰變,發射出5.157 MeV的α粒子,相當於9.68瓦特能量。α粒子的減速會釋放出熱能,使觸摸時感覺溫暖。
(記者 孫偉芳 整理)