O plutónio é um elemento químico, geralmente de origem artificial, que é utilizado como combustível nuclear no fabrico de armas nucleares.
O símbolo deste elemento químico é Pu e seu número atômico é 94. É um elemento que pertence à série de elementos actinídeos. O plutônio tem 16 isótopos, todos radioativos. O elemento é um metal prateado e tem 5 estruturas cristalinas diferentes.
Quimicamente, o plutônio é um material muito ativo. Pode formar compostos com todos os elementos não metálicos, exceto gases nobres. O metal se dissolve nos ácidos e reage com a água, embora moderadamente comparado aos ácidos.
Embora traços possam ser encontrados na natureza, todos os isótopos de plutônio são de origem artificial.
Isótopos de Plutônio
O isótopo com maior interesse químico é o plutônio-239. É formado em reatores nucleares. É um isótopo físsil, mas também pode capturar nêutrons para formar isótopos superiores. No campo da energia nuclear, o plutionio-239 é usado como combustível nuclear na produção de isótopos radioativos para pesquisa e como agente físsil em armas nucleares.
O plutônio-238 é utilizado em fontes de calor para aplicações espaciais, geradores de calor termoelétricos e tem sido utilizado em marca-passos cardíacos.
Uma característica importante de muitos dos isótopos do plutônio é que eles exibem o fenômeno da fissão espontânea, em que o núcleo atômico pode ser dividido espontaneamente sem a necessidade de ser bombardeado por nenhum nêutron.
Origem e obtenção
Plutônio é obtido pela queima de combustível nuclear é queimado em reatores nucleares convencionais. O combustível irradiado de reatores nucleares é composto principalmente de urânio (com uma porcentagem de aproximadamente 96%) e plutônio (com um percentual um pouco menor que 1%).
O combustível irradiado pode ser gerido de duas formas diferentes a longo prazo:
- Gerenciamento de ciclo aberto. No ciclo aberto, o combustível irradiado é considerado um resíduo radioativo de alta atividade a partir do momento de descarga do reator e é armazenado permanentemente.
- Gerenciamento de ciclo fechado. O ciclo fechado consiste em submeter o combustível irradiado a um processo mecânico-químico, conhecido como reprocessamento ou reprocessamento, que permite a separação de urânio e plutônio que ainda contêm produtos de fissão e transurânicos. O urânio e o plutónio recuperados são utilizados para produzir combustível novo e os produtos de fissão e transurânicos constituem o lixo nuclear de alta actividade.
Usos do plutônio
Os usos mais importantes do plutônio dependem de duas de suas propriedades. Primeiro, a radiação emitida gera muito calor, energia térmica. De fato, o plutônio emite tanto calor que o metal fica quente quando tocado. Se um grande pedaço de plutônio é colocado na água, o calor liberado pode fazer a água ferver.
O plutônio fornece energia elétrica em sondas espaciais e veículos espaciais.
A capacidade do plutônio em gerar calor o torna um material ideal para uso em aplicações de geradores termoelétricos. Um gerador termoelétrico é um dispositivo que converte calor em eletricidade. Gerar eletricidade através de um gerador desse tipo não é prático em grande escala. De qualquer forma, eles são muito interessantes em certas condições. Estes geradores termoelétricos têm sido usados em marcapassos artificiais para pessoas com problemas cardíacos. O isótopo mais usado para essa aplicação é o plutônio-238, porque a radiação que ele emite não representa uma ameaça à saúde das pessoas.
O plutônio também é usado como combustível em usinas nucleares e na fabricação de armas nucleares ("bombas atômicas"). O isótopo usado para esse fim é o plutônio-239. É usado porque sofrerá fissão nuclear. Muito poucos isótopos sofrerão fissão nuclear.
Papel do plutônio em reatores nucleares
Como o plutônio é gerado dentro do combustível de reatores nucleares, ele também fissão, colaborando com o urânio na produção de energia. Durante o processo, outros isótopos também se originam; alguns são absorvedores de nêutrons e outros são isótopos físseis.
Dependendo do tempo de irradiação ou do grau ou grau de queima em que a proporção desses isótopos de plutônio no combustível é atingida. Em queimaduras reduzidas, a proporção de isótopos físseis é muito alta, enquanto em altas queimaduras essa proporção é reduzida.
Em reatores nucleares comerciais, os elementos combustíveis permanecem no reator por um longo tempo até que o acúmulo de produtos de fissão e o consumo de material físsil cancelem sua contribuição para a operação do reator.
Gestão de plutônio recuperado em reatores nucleares
Em combustível irradiado, permanecem entre 7 e 8 quilogramas por tonelada de plutónio não queimado. Este plutônio, recuperado no reprocessamento, pode ser usado para substituir o urânio-235 em combustível nuclear, produzindo óxidos de urânio mistos e pelotas de óxido de plutônio (combustível MOX).
O combustível MOX pode substituir o combustível enriquecido de urânio em reatores nucleares de água leve.
Perigo para a saúde
O plutônio é radioativo e tóxico. Mas, embora às vezes tenha sido descrito na mídia como a substância mais tóxica conhecida pelos seres humanos, existem substâncias que são muito mais. O raio de ocorrência natural é cerca de 200 vezes mais radioativo, e algumas toxinas orgânicas, como a toxina botulínica, são bilhões de vezes mais tóxicas.
O principal tipo de radiação emitida ( radiação alfa) não passa através de uma folha de papel, ou seja, uma fina camada de um material pode interromper a radiação. Não pode atravessar a pele.
O que torna o plutónio realmente perigoso é a sua radiotoxicidade. A radiação emitida (radiação alfa) quando ingerida ou inalada, pode causar câncer de pulmão ou câncer de outros tipos, dependendo de onde é depositado no corpo. Em quantidades consideravelmente maiores, podem causar envenenamento por radiação aguda e morte se ingeridas ou inaladas.
Este material tem sido usado para a fabricação de armas nucleares e explosivas por um longo tempo. Em testes atmosféricos de bombas atômicas, grandes quantidades de material radioativo foram liberadas, que posteriormente caem e se depositam no solo.
Os seres humanos não são susceptíveis de serem expostos ao plutónio, mas às vezes ocorre como resultado de vazamentos acidentais durante o uso, transporte ou dumping.
Ao respirar, o plutônio pode permanecer nos pulmões ou se mover para os ossos ou outros órgãos. Geralmente permanece no corpo por um longo tempo e expõe os tecidos do corpo continuamente à radiação. Depois de alguns anos, isso pode resultar no desenvolvimento de câncer.
O plutônio pode afetar a capacidade de resistir à doença e sua radioatividade pode causar falha reprodutiva.
Efeitos ambientais
O plutónio está naturalmente presente em quantidades muito pequenas. No entanto, o elemento tem outras vias de entrada no meio ambiente através de vazamentos de reatores nucleares, fábricas de produção de armas atômicas e instalações de pesquisa. Especialmente em testes de armas nucleares.
O plutônio pode entrar em águas superficiais por vazamentos acidentais e derramamentos de lixo radioativo. O solo pode ficar contaminado com material radioativo através de chuva radioativa durante o teste de armas nucleares. O material se move lentamente pelo chão até a água subterrânea. As plantas absorvem baixos níveis desse material, mas esses níveis não são altos o suficiente para causar biomagnificação do plutônio na cadeia alimentar, ou acúmulo em corpos de animais.
