Plutonium-240 (240Pu atau Pu-240) adalah sebuah isotop plutonium yang terbentuk ketika plutonium-239 menangkap sebuah neutron. Deteksi fisi spontan menyebabkan penemuan isotop tersebut pada 1944 di Los Alamos dan memiliki konsekuensi penting bagi Proyek Manhattan.[3]
240Pu mengalami fisi spontan sebagai mode peluruhan sekunder pada tingkat yang kecil namun signifikan. Kehadiran 240Pu membatasi penggunaan plutonium dalam bom nuklir, karena fluks neutron dari fisi spontan memulai reaksi berantai sebelum waktunya, menyebabkan pelepasan energi awal yang secara fisik membubarkan inti sebelum ledakan penuh tercapai.[4][5]
Ia meluruh dengan emisi alfa menjadi uranium-236.
Sifat nuklir
Sekitar 62% hingga 73% dari total waktu ketika 239Pu menangkap neutron, ia mengalami fisi; sisa dari total waktu, membentuk 240Pu. Semakin lama unsur bahan bakar nuklir berada dalam reaktor nuklir, semakin besar persentase relatif 240Pu dalam bahan bakar tersebut.
Isotop 240Pu penampang penangkap neutron termal yang hampir sama dengan 239Pu (289,5±1,4 vs. 269,3±2,9 barn),[6][7] tetapi hanya penampang fisi neutron termal kecil (0,064 barn). Ketika isotop 240Pu menangkap neutron, kemungkinannya sekitar 4500 kali lebih besar untuk menjadi plutonium-241 daripada membelah. Secara umum, isotop dengan nomor massa ganjil lebih mungkin untuk menyerap neutron, dan dapat mengalami fisi pada penyerapan neutron lebih mudah daripada isotop nomor massa genap. Jadi, isotop massa genap cenderung terakumulasi, terutama dalam reaktor neutron termal.
Senjata nuklir
Kehadiran tak terelakkan dari beberapa 240Pu dalam inti hulu ledak nuklir berbasis plutonium akan memperumit desainnya, dan 239Pu murni dianggap optimal.[8] Ini karena beberapa alasan:
- 240Pu memiliki tingkat fisi spontan yang tinggi. Sebuah neutron tersesat tunggal yang muncul saat inti sedang superkritis akan menyebabkannya meledak dengan segera, bahkan sebelum dihancurkan ke konfigurasi optimal. Kehadiran 240Pu akan menyebabkan kegagalan secara acak, dengan hasil ledakan jauh di bawah hasil potensial.[5][8]
- Isotop selain 239Pu melepaskan lebih banyak radiasi secara signifikan, yang memperumit penanganannya bagi para pekerja.[8]
- Isotop selain 239Pu menghasilkan lebih banyak panas peluruhan, yang dapat menyebabkan distorsi perubahan fase pada inti presisi jika dibiarkan menumpuk.[8]
Masalah fisi spontan dipelajari secara ekstensif oleh para ilmuwan Proyek Manhattan selama Perang Dunia II.[9] Hal ini memblokir penggunaan plutonium dalam senjata nuklir jenis bedil di mana perakitan bahan fisil ke dalam konfigurasi massa superkritis yang optimal dapat memakan waktu hingga satu milidetik untuk diselesaikan, dan membuat mereka perlu untuk mengembangkan senjata jenis ledakan di mana perakitan terjadi dalam beberapa mikrodetik.[10] Bahkan dengan desain ini, diperkirakan sebelum pengujian Trinity bahwa pengotor 240Pu akan menyebabkan kemungkinan 12% ledakan gagal mencapai hasil maksimumnya.[8]
Peminimalan jumlah 240Pu, seperti pada plutonium jenis senjata (kurang dari 7% 240Pu) dicapai dengan memproses ulang bahan bakar setelah hanya 90 hari penggunaan. Siklus bahan bakar yang cepat seperti itu sangat tidak praktis untuk reaktor daya sipil dan biasanya hanya dilakukan dengan reaktor produksi plutonium senjata khusus. Plutonium dari bahan bakar reaktor tenaga sipil bekas biasanya memiliki kandungan 239Pu di bawah 70% dan 240Pu sekitar 26%, sisanya terdiri dari isotop plutonium lain, sehingga lebih sulit digunakan untuk pembuatan senjata nuklir.[4][8][11][12] Bagaimanapun, untuk desain senjata nuklir yang diperkenalkan setelah tahun 1940-an, ada perdebatan yang cukup besar mengenai sejauh mana 240Pu menjadi penghalang bagi konstruksi senjata.
Lihat pula
Referensi
- ^ Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (December 2003). "The Nubase evaluation of nuclear and decay properties". Nuclear Physics A. 729 (1): 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. CiteSeerX 10.1.1.692.8504
. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
- ^ a b Audi, Georges; Wapstra, Aaldert Hendrik; Thibault, Catherine (December 2003). "The Ame2003 atomic mass evaluation". Nuclear Physics A. 729 (1): 337–676. Bibcode:2003NuPhA.729..337A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
- ^ Farwell, G. W. (1990). "Emilio Segre, Enrico Fermi, Pu-240, and the atomic bomb". Symposium to Commemorate the 50th Anniversary of the Discovery of Transuranium Elements.
- ^ a b Şahin, Sümer (1981). "Remarks On The Plutonium-240 Induced Pre-Ignition Problem In A Nuclear Device". Nuclear Technology. 54 (1): 431–432. doi:10.13182/NT81-A32795.
Hasil energi bahan peledak nuklir berkurang satu dan dua kali lipat jika kandungan 240Pu meningkat dari 5 (hampir plutonium jenis senjata) menjadi 15 dan 25%, berturut-turut
- ^ a b Bodansky, David (2007). "Nuclear Bombs, Nuclear Energy, and Terrorism". Nuclear Energy: Principles, Practices, and Prospects (dalam bahasa Inggris). Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-26931-3.
- ^ Mughabghab, S. F. (2006). Atlas of neutron resonances : resonance parameters and thermal cross sections Z=1-100. Amsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-08-046106-9.
- ^ "Actinide data: Thermal neutron cross sections, resonance integrals, and Westcott factors". Nuclear Data for Safeguards. Badan Tenaga Atom Internasional. Diakses tanggal 23 Juni 2022.
- ^ a b c d e f Mark, J. Carson; Hippel, Frank von; Lyman, Edward (30 Oktober 2009). "Explosive Properties of Reactor-Grade Plutonium" (PDF). Science & Global Security. 17 (2–3): 170–185. Bibcode:2009S&GS...17..170M. doi:10.1080/08929880903368690. ISSN 0892-9882.
- ^ Chamberlain, O.; Farwell, G. W.; Segrè, E. (1954). "Pu-240 and Its Spontaneous Fission". Physical Review. 94 (1): 156. Bibcode:1954PhRv...94..156C. doi:10.1103/PhysRev.94.156.
- ^ Hoddeson, Lillian (1993). "The Discovery of Spontaneous Fission in Plutonium during World War II". Historical Studies in the Physical and Biological Sciences. 23 (2): 279–300. doi:10.2307/27757700. JSTOR 27757700.
- ^ Şahin, Sümer; Ligou, Jacques (1980). "The Effect of the Spontaneous Fission of Plutonium-240 on the Energy Release in a Nuclear Explosive". Nuclear Technology. 50 (1): 88. doi:10.13182/NT80-A17072.
- ^ Şahi̇n, Sümer (1978). "The effect of Pu-240 on neutron lifetime in nuclear explosives". Annals of Nuclear Energy. 5 (2): 55–58. doi:10.1016/0306-4549(78)90104-4.
Pranala luar
