酸化プルトニウム(IV)

酸化プルトニウム(IV)
名前
	IUPAC名酸化プルトニウム(IV)
	体系的なIUPAC名プルトニウム(4+)酸化物
	その他の名前二酸化プルトニウム
識別子
CAS番号	12059-95-9 ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
ケムスパイダー	10617028 ;
ECHA 情報カード	100.031.840
EC番号	235-037-3;
パブケム CID	9795444;
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID30894111;
	インチ InChI=1S/2O.Pu/q2*-2;+4 キー: FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N ;
	笑顔 [O-2].[O-2].[Pu+4];
プロパティ
化学式	酸素2プルトニウム
モル質量	276 グラムモル−1
外観	濃い黄色の結晶
密度	11.5 g cm −3
融点	2,744 °C (4,971 °F; 3,017 K)
沸点	2,800 °C (5,070 °F; 3,070 K)
構造
結晶構造	蛍石（立方晶系）、cF12
空間群	Fm 3 m、No. 225
格子定数	a = 539.5 pm
座標幾何学	四面体 (O 2− ); 立方体 (Pu IV )
危険
	労働安全衛生（OHS/OSH）：
主な危険	放射性
NFPA 704 (ファイアダイヤモンド)	4 0 0
引火点	不燃性
関連化合物
その他の陽イオン	ウラン(IV)酸化物; ネプツニウム(IV)酸化物; アメリシウム(IV)酸化物
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。確認する（何ですか？）インフォボックス参照

酸化プルトニウム(IV)、またはプルトニアは、化学式 Pu O ₂の化合物です。この高融点固体はプルトニウムの主成分です。粒子の大きさ、温度、製造方法に応じて、黄色からオリーブグリーンまで色が変わります。^[2]

構造

PuO _{2 は}蛍石モチーフで結晶化し、Pu ^4+中心は面心立方配列に組織化され、酸化物イオンは四面体孔を占めます。^[3] PuO ₂が核燃料として有用であるのは、八面体孔の空孔が核分裂生成物のためのスペースを提供するという事実によるものです。核分裂では、プルトニウムの 1 つの原子が 2 つに分裂します。八面体孔の空孔は新しい生成物のためのスペースを提供し、PuO ₂モノリスの構造的完全性を維持できるようにします。^{[引用が必要]}

プロパティ

二酸化プルトニウムは、水への溶解度が極めて低く、融点が高い（2,744℃）安定したセラミック材料です。容器材料による汚染を回避する急速レーザー溶融研究の証拠に基づいて、融点は2011年に数百度上方修正されました。^[4]

すべてのプルトニウム化合物と同様に、核拡散防止条約による規制の対象となります。

合成

プルトニウムは酸素雰囲気中では自然に酸化されてPuO ₂となる。二酸化プルトニウムは主にプルトニウム(IV)シュウ酸塩Pu(C ₂ O ₄ ) ₂ ·6H ₂ Oを300℃で焼成することで生成される。核燃料の再処理中にプルトニウムが硝酸とフッ化水素酸の溶液に溶解されることによってシュウ酸プルトニウムが得られる。^{[5]二酸化プルトニウムは}、溶融塩増殖炉から残りのウランを六フッ化物として塩から除去した後、炭酸ナトリウムを燃料塩に加えることでも回収できる。

アプリケーション

PuO _2は、UO ₂とともに、原子炉のMOX 燃料に使用されています。二酸化プルトニウム 238は、カッシーニ、ボイジャー、ガリレオ、ニューホライズンズなどのいくつかの深宇宙探査機や、火星のキュリオシティとパーサヴィアランス探査車などの燃料として使用されています。この同位体は、α 粒子を放出して崩壊し、熱を発生します (放射性同位体熱電発電機を参照)。軌道から地球の大気圏に偶発的に再突入すると、宇宙船が分解または燃焼し、惑星表面の広い範囲または上層大気内にプルトニウムが拡散する恐れがあるとの懸念がありました。しかし、少なくとも2機のPuO ₂ RTGを搭載した宇宙船が地球の大気圏に再突入して燃え尽きているにもかかわらず（1968年5月のニンバスB-1号と1970年4月のアポロ13号月着陸船）、^[6]^[7]両方の宇宙船のRTGは再突入と衝突を無傷で生き延び、どちらの場合も環境汚染は確認されませんでした。実際、ニンバスRTGは太平洋の海底から無傷で回収され、 1年後にニンバス3号で打ち上げられました。いずれにせよ、1964年のトランジット5-BN-3の打ち上げ失敗（搭載されていた初期世代のプルトニウムRTGは再突入時に崩壊し、放射性物質をマダガスカル北部の大気中に拡散したため、当時使用中または開発中だった米国のすべてのRTGの再設計が促されました）を受けて、1960年代半ば以降のRTGは再突入と衝突の際にも無傷のままであるように設計されていました。^[8]

物理学者ピーター・ジマーマンは、テッド・テイラーの提案を受けて、低出力（1キロトン）の核兵器は二酸化プルトニウムから比較的簡単に作れることを実証した。^[9] このような爆弾は、元素プルトニウムから作られたものよりもかなり大きな臨界質量を必要とする（二酸化プルトニウムが最大結晶密度の場合でもほぼ3倍の大きさになる。よくあるように二酸化プルトニウムが粉末状であれば、臨界質量はさらに高くなる）。これは、二酸化プルトニウムの密度が元素プルトニウムに比べて低いことと、含まれる酸素の不活性質量が加わることによる。^[10]

毒物学

体内での二酸化プルトニウムの挙動は、摂取方法によって異なります。摂取すると、その大部分は体内の老廃物として急速に体外に排出されますが^[11]、少量は酸性の胃液中でイオンに溶解し、血液関門を通過して、肺、骨髄、肝臓の食細胞など他の臓器に別の化学的形態で沈着します^{[12] 。}

粒子状の二酸化プルトニウムは、粒子サイズが10μm未満の場合^{[13]、強い}アルファ線放出のため吸入すると放射性毒性がある。^[14]

参照

参考文献

^クリスティーヌ・ゲノー、アラン・シャルティエ、ポール・ フォサティ、ローラン・ヴァン・ブリュッツェル、フィリップ・マーティン（2020年）。「アクチニド酸化物の熱力学的および熱物理的特性」。包括的核物質第2版。7 ：111–154。doi ： 10.1016 / B978-0-12-803581-8.11786-2。ISBN 9780081028667。
^ 「硝酸処理」ロスアラモス研究所。
^ グリーンウッド、ノーマン・N. ; アーンショウ、アラン (1984)。元素の化学。オックスフォード:ペルガモン・プレス。p. 1471。ISBN 978-0-08-022057-4。
^ De Bruycker, F.; Boboridis, K.; Pöml, P.; Eloirdi, R.; Konings, RJM; Manara, D. (2011). 「二酸化プルトニウムの融解挙動：レーザー加熱研究」。Journal of Nuclear Materials。416 ( 1–2 ): 166–172。Bibcode :2011JNuM..416..166D。doi :10.1016/j.jnucmat.2010.11.030。
^ Jeffrey A. Katalenich Michael R. Hartman Robert C. O'Brien Steven D. Howe (2013年2月)。「宇宙原子力発電用途向けセリウム酸化物およびウラン酸化物マイクロスフェアの製造」(PDF)。Proceedings of Nuclear and Emerging Technologies for Space 2013 : 2。 2016年10月7日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2016年7月27日閲覧。
^ A. Angelo Jr. および D. Buden (1985)。宇宙原子力発電。Krieger Publishing Company。ISBN 0-89464-000-3。
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^ マイケル・シンガー、デビッド・ウィアー、バーバラ・ニューマン・キャンフィールド（1979年11月26日）。「核の悪夢：アメリカ最悪の恐怖が現実に」ニューヨーク・マガジン。
^ サブレット、ケアリー。「4.1 核分裂兵器設計の要素」。核兵器アーカイブ。4.1.7.1.2.1 プルトニウム酸化物。2017年10月20日閲覧。原子炉級プルトニウムの臨界質量は約13.9 kg（無反射）、密度19.4で6.1 kg（10 cm天然ウラン）である。密度8の粉末圧縮体の臨界質量は、酸素の重量（さらに14%追加）を除けば、（19.4/8）^2倍高く、82 kg（無反射）と36 kg（反射）となる。結晶密度まで圧縮すると、これらの値は40 kgと17.5 kgに低下する。
^ 米国原子力規制委員会、プルトニウムに関するファクトシート（2013年11月29日アクセス）
^ Gwaltney-Brant, Sharon M. (2013-01-01)、Haschek, Wanda M.、Rousseaux, Colin G.、Wallig, Matthew A. (編)、「第 41 章 - 重金属」、Haschek および Rousseaux の毒性病理学ハンドブック (第 3 版)、ボストン: Academic Press、pp. 1315–1347、ISBN 978-0-12-415759-0、 2022-04-10取得
^ 世界原子力協会、プルトニウム、Wayback Machineで 2015-08-18 にアーカイブ（2013 年 11 月 29 日にアクセス）
^ 「プルトニウムの毒性プロファイル」（PDF）米国保健福祉省。2007年9月27日。 2009年4月23日閲覧。

外部リンク

宇宙放射性同位元素電力システムの安全性

[cry-1] ^クリスティーヌ・ゲノー、アラン・シャルティエ、ポール・ フォサティ、ローラン・ヴァン・ブリュッツェル、フィリップ・マーティン（2020年）。「アクチニド酸化物の熱力学的および熱物理的特性」。包括的核物質第2版。7 ：111–154。doi ： 10.1016 / B978-0-12-803581-8.11786-2。ISBN 9780081028667。

[2] 「硝酸処理」ロスアラモス研究所。

[3] グリーンウッド、ノーマン・N. ; アーンショウ、アラン (1984)。元素の化学。オックスフォード:ペルガモン・プレス。p. 1471。ISBN 978-0-08-022057-4。

[PuO2_melt-4] De Bruycker, F.; Boboridis, K.; Pöml, P.; Eloirdi, R.; Konings, RJM; Manara, D. (2011). 「二酸化プルトニウムの融解挙動：レーザー加熱研究」。Journal of Nuclear Materials。416 ( 1–2 ): 166–172。Bibcode :2011JNuM..416..166D。doi :10.1016/j.jnucmat.2010.11.030。

[NETS2013-5] Jeffrey A. Katalenich Michael R. Hartman Robert C. O'Brien Steven D. Howe (2013年2月)。「宇宙原子力発電用途向けセリウム酸化物およびウラン酸化物マイクロスフェアの製造」(PDF)。Proceedings of Nuclear and Emerging Technologies for Space 2013 : 2。 2016年10月7日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2016年7月27日閲覧。

[6] A. Angelo Jr. および D. Buden (1985)。宇宙原子力発電。Krieger Publishing Company。ISBN 0-89464-000-3。

[7] 「一般的な安全上の考慮事項」（PDF）。核融合技術研究所、ウィスコンシン大学マディソン校。2000年春。 2018年9月15日時点のオリジナル（PDF講義ノート）からアーカイブ。 2017年10月20日閲覧。

[8] 「トランジット」。Encyclopedia Astronautica。2002年6月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年5月7日閲覧。

[9] マイケル・シンガー、デビッド・ウィアー、バーバラ・ニューマン・キャンフィールド（1979年11月26日）。「核の悪夢：アメリカ最悪の恐怖が現実に」ニューヨーク・マガジン。

[10] サブレット、ケアリー。「4.1 核分裂兵器設計の要素」。核兵器アーカイブ。4.1.7.1.2.1 プルトニウム酸化物。2017年10月20日閲覧。原子炉級プルトニウムの臨界質量は約13.9 kg（無反射）、密度19.4で6.1 kg（10 cm天然ウラン）である。密度8の粉末圧縮体の臨界質量は、酸素の重量（さらに14%追加）を除けば、（19.4/8）^2倍高く、82 kg（無反射）と36 kg（反射）となる。結晶密度まで圧縮すると、これらの値は40 kgと17.5 kgに低下する。

[11] 米国原子力規制委員会、プルトニウムに関するファクトシート（2013年11月29日アクセス）

[12] Gwaltney-Brant, Sharon M. (2013-01-01)、Haschek, Wanda M.、Rousseaux, Colin G.、Wallig, Matthew A. (編)、「第 41 章 - 重金属」、Haschek および Rousseaux の毒性病理学ハンドブック (第 3 版)、ボストン: Academic Press、pp. 1315–1347、ISBN 978-0-12-415759-0、 2022-04-10取得

[WNS-13] 世界原子力協会、プルトニウム、Wayback Machineで 2015-08-18 にアーカイブ（2013 年 11 月 29 日にアクセス）

[Toxic-14] 「プルトニウムの毒性プロファイル」（PDF）米国保健福祉省。2007年9月27日。 2009年4月23日閲覧。