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Plutonio-241

Plutonio-241 (241
Pu
o Pu-241 ) es un isótopo de plutonio que se forma cuando el plutonio-240 captura un neutrón . Al igual que otros isótopos del plutonio (especialmente el 239 Pu), el 241 Pu es fisible , con una sección eficaz de absorción de neutrones aproximadamente un tercio mayor que la del 239 Pu, y una probabilidad similar de fisión en la absorción de neutrones, alrededor del 73%. En el caso de no fisión, la captura de neutrones produce plutonio-242 . En general, los isótopos con un número impar de neutrones tienen más probabilidades de absorber un neutrón y de sufrir fisión en la absorción de neutrones que los isótopos con un número par de neutrones.

Propiedades de descomposición

Proceso de captura sucesiva de neutrones desde 239 Pu hasta 245 Cm, ​​incluido 241 Pu.

El plutonio-241 es un emisor beta con una vida media de 14,3 años, lo que corresponde a una desintegración de aproximadamente el 5% de los núcleos de 241 Pu en un período de un año. Esta desintegración tiene un valor Q de20,78 ± 0,17 keV y una media de5,227 ± 0,043 keV , y no emite rayos gamma . [1] Cuanto más tiempo espera el combustible nuclear gastado antes de reprocesarlo , más se desintegra el 241 Pu en americio-241 , que no es fisible (aunque fisionable por neutrones rápidos ) y es un emisor alfa con una vida media de 432 años; el 241 Am es un importante contribuyente a la radiactividad de los residuos nucleares en una escala de cientos o miles de años. [ cita requerida ] En su estado completamente ionizado, la vida media de desintegración beta del 241 Pu disminuye a 4,2 días, pero solo es posible la desintegración beta en estado ligado . [2]

El plutonio-241 también tiene una rara rama de desintegración alfa en el uranio-237 , que ocurre en aproximadamente el 0,002 % de las desintegraciones. Con un valor Q de5,055 ± 0,005 MeV , puede emitir electrones Auger y rayos X asociados, a diferencia del proceso de desintegración beta. [1]

Papel en el combustible nuclear

El americio tiene una valencia y una electronegatividad más bajas que el plutonio, el neptunio o el uranio , por lo que en la mayoría de los procesos de reprocesamiento nuclear , el americio tiende a fraccionarse con los productos de fisión alcalinos ( lantánidos , estroncio , cesio , bario , itrio ) en lugar de con otros actínidos. Por lo tanto, el americio no se recicla en combustible nuclear a menos que se hagan esfuerzos especiales.

En un reactor térmico , el 241 Am captura un neutrón para convertirse en americio -242, que rápidamente se convierte en curio -242 (o, el 17,3% del tiempo, 242 Pu) a través de la desintegración beta . Tanto el 242 Cm como el 242 Pu tienen muchas menos probabilidades de absorber un neutrón, e incluso menos probabilidades de fisión; sin embargo, el 242 Cm tiene una vida corta (vida media de 160 días) y casi siempre sufre una desintegración alfa a 238 Pu en lugar de capturar otro neutrón. En resumen, el 241 Am necesita absorber dos neutrones antes de convertirse nuevamente en un isótopo fisionable .

Referencias

  1. ^ abcd Basunia, MS (1 de agosto de 2006). "Hojas de datos nucleares para A = 237". Hojas de datos nucleares . 107 (8): 2323–2422. doi :10.1016/j.nds.2006.07.001.
  2. ^ Takahashi, K.; Boyd, RN; Mathews, GJ; Yokoi, K. (1 de octubre de 1987). "Desintegración beta en estado ligado de átomos altamente ionizados". Physical Review C . 36 (4): 1522–1528. doi :10.1103/PhysRevC.36.1522.
  3. ^ Más radio (elemento 88). Aunque en realidad es un subactínido, precede inmediatamente al actinio (89) y sigue un intervalo de inestabilidad de tres elementos después del polonio (84), donde ningún nucleido tiene una vida media de al menos cuatro años (el nucleido de vida más larga en el intervalo es el radón-222 con una vida media de menos de cuatro días ). El isótopo de vida más larga del radio, con 1.600 años, por lo tanto merece la inclusión del elemento aquí.
  4. ^ En concreto, a partir de la fisión de neutrones térmicos del uranio-235, por ejemplo, en un reactor nuclear típico .
  5. ^ Milsted, J.; Friedman, AM; Stevens, CM (1965). "La vida media alfa del berkelio-247; un nuevo isómero de larga vida del berkelio-248". Física nuclear . 71 (2): 299. Bibcode :1965NucPh..71..299M. doi :10.1016/0029-5582(65)90719-4.
    "Los análisis isotópicos revelaron una especie de masa 248 en abundancia constante en tres muestras analizadas durante un período de aproximadamente 10 meses. Esto se atribuyó a un isómero de Bk 248 con una vida media mayor de 9 [años]. No se detectó crecimiento de Cf 248 , y un límite inferior para la vida media β se puede establecer en aproximadamente 10 4 [años]. No se ha detectado actividad alfa atribuible al nuevo isómero; la vida media alfa es probablemente mayor de 300 [años]".
  6. ^ Se trata del nucleido más pesado, con una vida media de al menos cuatro años antes del " mar de inestabilidad ".
  7. ^ Excluyendo aquellos nucleidos " clásicamente estables " con vidas medias significativamente superiores a 232 Th; por ejemplo, mientras que el 113m Cd tiene una vida media de sólo catorce años, la del 113 Cd es de ocho cuatrillones de años.