Plutônio é um elemento químico usado como combustível nuclear na fabricação de armas nucleares. Embora vestígios possam ser encontrados na natureza, todos os isótopos de plutônio são de origem artificial.
A primeira vez que quantidades significativas de plutônio foram produzidas foi durante a Segunda Guerra Mundial, dentro do Projeto Manhattan. O objetivo deste projeto era fabricar uma quantidade suficiente de material para usar energia nuclear para desenvolver uma bomba nuclear.
Como é o plutônio?
O plutônio é um metal radioativo de cor cinza-prateada em seu estado puro, embora se oxide rapidamente em contato com o ar, adquirindo tons amarelos ou marrons. É um elemento muito denso e pesado, com densidade próxima a 19,8 g/cm³, semelhante à do urânio.
Além disso, possui uma estrutura cristalina complexa e pode existir em diversas formas alotrópicas, o que torna seu comportamento mecânico e térmico incomum.
Do ponto de vista químico, o plutônio é altamente reativo, podendo formar vários óxidos e hidretos. Ele se dissolve em ácidos fortes e pode gerar calor devido à sua decomposição radioativa, o que o torna um material perigoso.
Seu isótopo mais conhecido, o plutônio-239, é usado em armas e reatores nucleares como combustível, pois pode facilmente sofrer fissão nuclear. Devido à sua radioatividade e toxicidade, seu manuseio exige medidas rigorosas de segurança.
Como o plutônio é obtido?
O plutônio é obtido principalmente como um subproduto da fissão nuclear em reatores nucleares convencionais.
Durante a operação do reator, o urânio-238 absorve nêutrons e é convertido em urânio-239, que por sua vez decai em neptúnio-239 e, finalmente, plutônio-239, um isótopo físsil essencial para a energia nuclear e a produção de armas.
O combustível irradiado de reatores nucleares é composto principalmente de urânio (aproximadamente 96%) e uma pequena fração de plutônio (menos de 1%), bem como outros produtos de fissão e elementos transurânicos. Dependendo da estratégia de gestão adotada, esse combustível usado pode ser considerado resíduo ou pode ser reciclado para reutilização.
Gestão de combustível irradiado
Existem duas abordagens principais para gerenciar plutônio e outros materiais presentes no combustível nuclear usado:
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Ciclo aberto (armazenamento definitivo)
Nessa abordagem, o combustível usado é considerado resíduo altamente radioativo e é armazenado em instalações seguras de longo prazo, como lagoas de resfriamento ou repositórios geológicos profundos. Não é feita nenhuma tentativa de recuperar plutônio ou urânio presentes no material irradiado. -
Ciclo fechado (reprocessamento e reutilização)
No ciclo fechado, o combustível irradiado passa por um processo de reprocessamento mecânico-químico, que permite a separação do plutônio e do urânio dos produtos de fissão e de outros elementos radioativos. O plutônio recuperado pode ser usado para fabricar novo combustível nuclear, como o MOX (uma mistura de óxidos de urânio e plutônio), otimizando assim o uso de recursos nucleares e reduzindo a quantidade de resíduos de alto nível.
Essa abordagem prolonga a vida útil do combustível nuclear e reduz a necessidade de nova mineração de urânio, mas apresenta desafios em termos de custo, segurança e não proliferação nuclear.
Onde é encontrado na natureza?
O plutônio é um elemento extremamente raro na natureza devido à curta meia-vida de seus isótopos em comparação com a idade da Terra. No entanto, vestígios foram encontrados em minerais de urânio, como a uraninita, onde o urânio-238 pode capturar nêutrons e se transformar em plutônio-239 por meio de reações nucleares naturais.
Um exemplo notável de produção natural de plutônio ocorreu no reator de Oklo, no Gabão, onde há 2 bilhões de anos existiam condições para que reações de fissão espontânea ocorressem em depósitos de urânio.
Além disso, pequenas quantidades de plutônio podem ser formadas pela interação de raios cósmicos com elementos pesados na atmosfera ou crosta da Terra.
Entretanto, grande parte do plutônio detectado no ambiente hoje vem de testes nucleares conduzidos no século XX, que liberaram isótopos como plutônio-239 e plutônio-240 na biosfera.
Atualmente, o plutônio é obtido principalmente de reatores nucleares, já que sua ocorrência na natureza é insignificante.
O átomo de plutônio na tabela periódica
Plutônio (símbolo Pu) é o elemento 93 na tabela periódica, o que significa que seu número atômico é 94.
É um elemento químico que pertence à série de elementos actinídeos. O plutônio tem 16 isótopos, todos eles radioativos. Fisicamente, o plutônio é um metal prateado e possui 5 estruturas cristalinas diferentes.
Quimicamente é um material muito ativo que pode formar compostos com todos os elementos não metálicos, exceto gases nobres. O metal se dissolve em ácidos e reage com água, embora moderadamente em comparação aos ácidos.
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Massa atômica |
244 você |
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Estado ordinário |
Sólido |
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Densidade |
19816 kg/m3 |
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Ponto de fusão |
912,5 K (639 °C) |
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Ponto de ebulição |
3505 K (3232 °C) |
Plutônio-239 e outros isótopos
Plutônio-239 é um isótopo físsil de plutônio composto de 145 prótons e 54 nêutrons. É o isótopo usado principalmente na fabricação de armas nucleares, mas também é usado como combustível nuclear em reatores de energia e em projetos de pesquisa.
Outro isótopo importante é o plutônio-238, que é usado em fontes de calor para aplicações espaciais, geradores de calor termoelétricos e tem sido usado em marcapassos cardíacos.
Usos e aplicações do plutônio
Os principais usos do plutônio são os seguintes:
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Combustível nuclear para usinas nucleares.
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Geradores termoelétricos de radioisótopos . Um gerador termoelétrico é um dispositivo que converte calor em eletricidade. Essa tecnologia não é prática em larga escala, mas é útil em certas aplicações, como marcapassos artificiais, sondas espaciais e veículos espaciais. O plutônio-238 é usado nesta aplicação porque a radiação que ele emite não representa uma ameaça à saúde humana.
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Fabricação de bombas atômicas. O isótopo usado para esse propósito é o plutônio-239. É usado porque sofrerá fissão nuclear. Muito poucos isótopos sofrerão fissão nuclear.
Gestão do plutónio recuperado de reactores nucleares
À medida que o plutônio é gerado dentro do combustível dos reatores nucleares, ele também sofre fissão, colaborando com o urânio na produção de energia.
Entre 7 e 8 quilos por tonelada de plutônio não queimado permanecem no combustível usado. Este plutônio, recuperado durante o reprocessamento, pode ser usado para substituir o urânio-235 no combustível nuclear, produzindo pelotas mistas de óxido de urânio e óxido de plutônio (combustível MOX).
O combustível MOX pode substituir o combustível de urânio enriquecido em reatores nucleares de água leve.
Efeitos do plutônio na saúde
Plutônio é um elemento químico tóxico e radioativo. O principal tipo de radiação que ele emite é a radiação alfa, que não consegue penetrar na pele.
O perigo do plutônio vem de sua radiotoxicidade. Partículas alfa ingeridas ou inaladas podem causar câncer de pulmão ou outros tipos de câncer. Em grandes quantidades, podem causar envenenamento agudo por radiação ou até mesmo a morte.
Uma vez que o plutônio entra no corpo, ele permanece por um longo tempo.
A probabilidade de as pessoas serem expostas ao plutônio é muito baixa. Se isso acontecer, geralmente é devido ao manuseio.