Plutonium (Pu)

Entdeckung und Geschichte

Entdeckt: 1941 · Glenn Theodore Seaborg

Der Entdeckung von Plutonium (Element 94) und den damit verbundenen radiochemisch-analytischen Experimenten gingen zunächst Studien zum Element 93 voraus, das Ida Noddack im Jahr 1934 postulierte. Zu dieser Zeit experimentierten Enrico Fermi und seine Mitarbeiter in Rom mit der Möglichkeit der Transmutation von Elementen durch Neutronenbeschuss. Mit der Entdeckung der Kernspaltung Ende 1938 wurde die Kernforschung bzw. Kerntechnik zu einer der Schlüsseltechnologien des 20. Jahrhunderts. Radiochemiker und Kernphysiker auf der ganzen Welt erforschten die nuklearen Details der Materie, speziell die 1932 entdeckten Neutronen. In Deutschland hatte bereits vor der Entdeckung des Plutoniums Carl Friedrich von Weizsäcker 1940 darauf hingewiesen, dass in Kernreaktoren ein neues spaltbares Element 239Eka Re (Eka-Rhenium) entstehen müsse. Auch Friedrich Georg Houtermans sagte 1942 die Existenz von

Verwendung und Anwendungen

Plutonium ist neben Thorium und Uran ein Kernbrennstoff. Das künstliche Element hatte vor der Nutzung der Kernenergie bzw. deren Erforschung praktisch nicht existiert. In natürlichen Vorkommen lässt es sich nur in Spuren finden, die nicht erschlossen werden können. Plutonium hat nur den Zweck, für Kernenergie zu zivilen oder militärischen Zwecken eingesetzt zu werden. Die erste Bombe, die Plutonium verwendete, wurde beim Trinity-Test gezündet. Für die Herstellung von Plutonium war man nicht auf die aufwendige Technologie der Urananreicherung angewiesen, die um 1940 noch nicht ausgereift war. Allerdings mussten die chemischen Prozesse und andere Herstellungsverfahren erst entwickelt werden. Uran mit einer hohen Konzentration des spaltbaren Isotops 235 (also hochangereichertes Uran, HEU) wurde ebenfalls in den 1940er Jahren in riesigen Gasdiffusionsanlagen produziert. In kommerziellen Kern

Isotope

23Am. Februar 1941 gelang im Raum 307, einem radiochemischen Labor im Gebäude Gilman Hall in Berkeley, Glenn T. Seaborg und Arthur C. Wahl der Nachweis von Mikromengen (sogenannte Tracer) des später Plutonium genannten Elements. Es handelte sich um das Isotop 238Pu, welches durch den Beschuss eines Urandioxid-Target U mit Deuteronen D, die durch ein Zyklotron beschleunigt wurden, gebildet wurde: 92 238 U + 1 2 D ⟶ 93 238 N p + 2 0 1 n \mathrm 238_\ 92U\ +\ _12D\longrightarrow \ _\ 93238Np\ +\ 2\ _01n Dabei wurden zwei Neutronen n freigesetzt, das Zwischenprodukt Neptunium-238 wandelte sich durch Betazerfall in Plutonium um: 93 238 N p → 2 , 1 d β − 94 238 P u ( + α ) \mathrm 238_\ 93Np\xrightarrow[2,1\ d]\beta ^-\ _\ 94238Pu ~(+~\alpha ) Zunächst wurde bemerkt, dass dem Np-238 ein α-Strahler „nachwuchs“. Um das Element 94 nachzuweisen, wurde ausgenutzt, dass sich die Elemente 93 und 94 h