El plutonio-244 ( 244 Pu) es un isótopo del plutonio que tiene una vida media de 80 millones de años. Esta es una vida más larga que la de cualquier otro isótopo del plutonio y que la de cualquier otro isótopo actínido , con excepción de los tres naturalmente abundantes: uranio-235 (704 millones de años), uranio-238 (4.468 millones de años) y torio-232 (14.050 millones de años). Dadas las matemáticas de la desintegración del plutonio-244, una cantidad extremadamente pequeña debería seguir estando presente en la composición de la Tierra, lo que hace que el plutonio sea un candidato probable, aunque no demostrado, como el elemento primordial de vida más corta .
Mediciones precisas, que comenzaron a principios de la década de 1970, parecieron detectar plutonio-244 primordial , [3] convirtiéndolo en el nucleido primordial de vida más corta . La cantidad de 244 Pu en la nebulosa presolar (hace 4,57×10 9 años) se estimó en un 0,8% de la cantidad de 238 U. [4] Como la edad de la Tierra es de aproximadamente 57 vidas medias de 244 Pu, la cantidad de plutonio-244 restante debería ser muy pequeña; Hoffman et al. estimaron su contenido en el mineral de tierras raras bastnasita como c 244 = 1,0×10 −18 g/g, que correspondía al contenido en la corteza terrestre tan bajo como 3×10 −25 g/g [3] (es decir, la masa total de plutonio-244 en la corteza terrestre es de aproximadamente 9 g). Dado que el plutonio-244 no puede producirse fácilmente por captura natural de neutrones en el entorno de baja actividad neutrónica de los minerales de uranio (ver más abajo), su presencia no puede explicarse de manera plausible por ningún otro medio que no sea su creación mediante nucleosíntesis por proceso r en supernovas o fusiones de estrellas de neutrones .
Sin embargo, la detección de 244 Pu primordial en 1971 no está confirmada por mediciones recientes, más sensibles [4] utilizando el método de espectrometría de masas con acelerador . En un estudio de 2012, no se observaron trazas de plutonio-244 en las muestras de bastnasita (tomadas de la misma mina que en el estudio inicial), por lo que solo se obtuvo un límite superior en el contenido de 244 Pu: c 244 < 1,5×10 −19 g/g, que es 370 (o menos) átomos por gramo de la muestra, al menos siete veces menor que la abundancia medida por Hoffman et al. [4] Un estudio de 2022, una vez más utilizando espectrometría de masas con acelerador, no pudo detectar 244 Pu en la bastnasita de Bayan Obo , encontrando un límite superior de < 2,1×10 −20 g/g (aproximadamente siete veces menor que el estudio de 2012). Por lo tanto, la detección de 1971 no puede haber sido una señal de 244 Pu primordial. Considerando la probable relación de abundancia de 244 Pu a 238 U en el sistema solar primitivo (~0,008), este límite superior es todavía 18 veces mayor que el contenido actual esperado de 244 Pu en la muestra de bastnasita (1,2×10 −21 g/g). [5]
Una empresa japonesa de exploración petrolera encontró trazas de 244 Pu (que llegaron a la Tierra en los últimos 10 millones de años) en rocas del océano Pacífico. [6]
Se ha detectado plutonio-244 interestelar vivo en polvo de meteoritos en sedimentos marinos, aunque los niveles detectados son mucho más bajos de lo que se esperaría a partir de los modelos actuales de la caída desde el medio interestelar . [7] Sin embargo, es importante recordar que para ser un nucleido primordial (uno que constituye la amalgama que orbita alrededor del Sol que finalmente se fusionó en la Tierra), ese plutonio-244 debe haber comprendido parte de la nebulosa solar, en lugar de haber sido repuesto por polvo meteorítico extrasolar. La presencia de plutonio-244 en la composición meteorítica sin evidencia de que el meteoro se originó a partir del disco de formación del Sistema Solar respalda la hipótesis de que el 244 Pu era lo suficientemente abundante como para haber sido parte de ese disco, si un meteoro extrasolar lo contenía en algún otro sistema sostenido gravitacionalmente, pero un meteoro de ese tipo no puede probar la hipótesis. Solo el descubrimiento improbable de 244 Pu vivo dentro de la composición de la Tierra podría hacerlo.
El plutonio-244 es uno de los radionucleidos extintos que precedieron a la formación del Sistema Solar. Su vida media de 80 millones de años aseguró su circulación a través del sistema solar antes de su extinción [9] y, de hecho, el 244Pu aún no se ha encontrado en otra materia que no sean meteoritos [10] . Los radionucleidos como el 244Pu sufren una desintegración para producir isótopos de xenón fisiógenos (es decir, que surgen de la fisión) que luego se pueden usar para cronometrar los eventos del Sistema Solar primitivo. De hecho, al analizar datos del manto de la Tierra que indican que aproximadamente el 30% del xenón fisiógeno existente es atribuible a la desintegración del 244Pu , se puede inferir que la formación de la Tierra ocurrió casi 50 a 70 millones de años después de la formación del Sistema Solar [11] .
Antes de analizar los datos de los espectros de masas obtenidos mediante el análisis de muestras encontradas en meteoritos, era, en el mejor de los casos, inferencial acreditar al 244 Pu como el nucleido responsable del xenón fisiógeno encontrado. Sin embargo, un análisis de una muestra de laboratorio de 244 Pu en comparación con la del xenón fisiógeno obtenido de los meteoritos Pasamonte y Kapoeta produjo espectros coincidentes que inmediatamente dejaron pocas dudas sobre la fuente de las anomalías isotópicas del xenón. Se adquirieron además datos espectrales para otro isótopo actínido, el 244 Cm, pero dichos datos resultaron contradictorios y ayudaron a eliminar otras dudas sobre si la fisión se había atribuido apropiadamente al 244 Pu. [12]
Tanto el examen de los datos espectrales como el estudio de las trazas de fisión condujeron a varios hallazgos de plutonio-244. En Australia Occidental , el análisis del espectro de masas del xenón dentro de circones de 4.100 a 4.200 millones de años de antigüedad se encontró con hallazgos de diversos niveles de fisión de 244 Pu. [9] La presencia de trazas de fisión de 244 Pu se puede establecer utilizando la relación inicial de 244 Pu a 238 U (Pu/U) 0 en un momento T 0 = 4,58 × 10 9 años, cuando comenzó la formación de Xe en meteoritos, y considerando cómo varía la relación de las huellas de fisión Pu/U con el tiempo. El examen de un cristal de whitlockita dentro de una muestra de roca lunar traída de la misión Apolo 14 estableció proporciones de huellas de fisión Pu/U consistentes con la dependencia temporal de (Pu/U) 0. [10]
A diferencia del plutonio-238 , plutonio-239 , plutonio-240 , plutonio-241 y plutonio-242 , el ciclo del combustible nuclear no produce plutonio-244 en grandes cantidades , porque la captura de neutrones en el plutonio-242 produce plutonio-243, que tiene una vida media corta (5 horas) y se desintegra rápidamente en americio-243 antes de tener muchas oportunidades de capturar más neutrones en cualquier entorno, excepto en entornos con un flujo de neutrones muy alto. [13] El inventario global de 244 Pu es de aproximadamente 20 gramos. [14] El plutonio-244 también es un componente menor de la lluvia radioactiva termonuclear , con una relación global de lluvia radioactiva 244 Pu/ 239 Pu de (5,7 ± 1,0) × 10 −5 . [15]
El plutonio-244 se utiliza como estándar interno para el análisis de espectrometría de masas por dilución isotópica del plutonio. [14]