Tabela periódica

Plutónio-239 (Pu-239)

O plutónio 239 é um isótopo físsil obtido irradiando urânio 238 com neutrões. O seu período é de 24 100 anos, a sua massa crítica cerca de um terço da do urânio 235, e forma-se em qualquer reator de urânio quer se queira quer não.

Fabricado, não encontrado

O plutónio não existe na natureza em quantidade apreciável. O que a Terra tinha ao formar-se desintegrou-se há muito; os vestígios presentes hoje vêm de capturas neutrónicas em minérios de urânio, em concentrações da ordem do bilionésimo.

Foi fabricado em Berkeley em 1940 pela equipa de Glenn Seaborg, bombardeando urânio com deuterões. Identificam o elemento 94 e, seguindo Neptuno, batizam-no por Plutão.

Em dois anos torna-se claro que o plutónio 239 é físsil, que pode ser produzido em massa num reator e que esse é um caminho para a arma mais simples do que enriquecer urânio.

⚠️ O projeto Manhattan levou por isso dois programas em paralelo. Oak Ridge separava urânio 235 por meios físicos; Hanford criava plutónio em reatores e separava-o quimicamente — o que é muito mais fácil, tratando-se de dois elementos diferentes.

A razão da implosão

A Little Boy era um canhão: duas peças de urânio disparadas uma contra a outra por um tubo. Suficientemente simples para ser usada sem ensaio prévio.

O plutónio não se monta assim, e a razão tem nome: plutónio 240.

Todo o plutónio produzido em reator o contém, formado quando um núcleo de 239 captura um neutrão adicional em vez de sofrer fissão. O plutónio 240 sofre fissão espontânea e emite neutrões por si.

Numa montagem de canhão, que demora milissegundos, esses neutrões parasitas iniciam a reação enquanto as peças ainda se aproximam. A matéria aquece, dilata-se e dispersa-se antes de a maior parte ter reagido — uma falha parcial, com uma fração da potência prevista.

⚠️ A implosão resolve o problema pela velocidade. Lentes explosivas comprimem uma esfera subcrítica até à supercriticidade em microssegundos, mais depressa do que um neutrão parasita consegue estragar. Obter uma onda de choque simétrica foi um dos problemas técnicos mais duros do projeto, e é por isso que Trinity foi ensaiado: o canhão de urânio não precisava de ensaio, a implosão de plutónio precisava.

A distinção de grau

O tempo que o combustível passa no reator decide que plutónio sai.

Uma irradiação curta dá plutónio composto sobretudo por 239, com menos de cerca de 7 % de 240 — o grau militar. Uma irradiação longa, que é o que faz um reator de potência porque procura extrair energia, acumula 240 e dá grau reator.

É essa a base prática da vigilância de não proliferação. Um reator explorado economicamente produz um plutónio difícil de militarizar. Um reator cujo combustível se muda com frequência depois de irradiações curtas está a fazer outra coisa, e as manobras veem-se.

⚠️ O plutónio de grau reator não é inutilizável — um engenho é concebível, com potência reduzida e imprevisível. A distinção é de dificuldade, não de física, e tratá-la como absoluta produziu erros nos dois sentidos.

Como é na realidade

O plutónio é um metal estranho mesmo deixando a radioatividade de parte. Tem seis variedades alotrópicas à pressão ordinária, mais do que qualquer outro elemento, com densidades que diferem até 25 %. Uma peça fundida pode fissurar ao arrefecer por simples mudança de fase.

Conduz mal o calor e a eletricidade para um metal, é quebradiço nalgumas fases e maleável noutras, e corrói-se com facilidade ao ar.

Os projetistas de armas estabilizam-no ligando-o a um pouco de gálio, o que mantém a fase delta até à temperatura ambiente.

⚠️ É também morno ao toque. Um quilograma liberta alguns watts pela sua própria desintegração alfa — suficiente para se sentir, e origem da descrição segundo a qual uma esfera de plutónio parece estar viva.

A questão da toxicidade

O plutónio emite partículas alfa, que percorrem poucos centímetros no ar e não atravessam a pele. Uma peça selada é segura ao lado de alguém e pode ser manuseada com luvas.

Inalado como pó fino de óxido é outra coisa. As partículas alojam-se no pulmão e entregam radiação alfa a um volume pequeno de tecido continuamente, e o plutónio é além disso um procurador de osso quando absorvido.

⚠️ A afirmação de que uns quilogramas bastariam para matar toda a gente na Terra aparece regularmente e é aritmética, não toxicologia. Divide uma dose letal inalada por uma massa e pressupõe uma distribuição perfeita, que nenhum mecanismo fornece. O plutónio está genuinamente entre os materiais mais perigosos de inalar; não é a substância mais tóxica conhecida, e toxinas químicas superam-no com folga.

Os perigos reais do plutónio são a proliferação e a dificuldade de o contabilizar — não uma grama perdida num laboratório.

Identidade

Protões
94
Neutrões
145
Número de massa
239
Massa
239.1 ± 1.2 u
Excesso de massa
48.588 MeV
Spin
1/2+*

Estabilidade

Meia-vida: 2.41 × 10⁴ anos

Ocorrência natural

Não existe na natureza

Desintegra-se em

Produzido por

FAQ

De onde vem o plutónio 239?
O urânio 238 captura um neutrão e passa a urânio 239, que se desintegra em neptúnio 239 e depois em plutónio 239 em cerca de quatro dias. Isto acontece continuamente em qualquer reator de urânio, pelo que o plutónio se produz por si e no fim de um ciclo fornece uma parte apreciável da energia.
Porque é que Nagasáqui exigiu implosão e Hiroxima não?
O plutónio de reator contém sempre algum plutónio 240, que sofre fissão espontânea e emite neutrões. Uma montagem de canhão é demasiado lenta: esses neutrões iniciariam a reação antes de as peças se juntarem, e o engenho falharia. A implosão comprime o núcleo em microssegundos, suficientemente depressa para se antecipar, e é muito mais difícil de construir.
O que é o plutónio de grau reator?
Plutónio com alta proporção de plutónio 240, produzido quando o combustível permanece muito tempo no reator. O grau militar fica abaixo de cerca de 7 % de plutónio 240, o que obriga a retirar o combustível depois de uma irradiação curta. A distinção importa para a proliferação: um reator explorado normalmente produz um plutónio difícil — não impossível — de militarizar.
Quão perigoso é manusear plutónio?
Emite partículas alfa, que não atravessam a pele: uma peça selada é segura ao lado de alguém. Inalado como pó fino está entre os materiais mais perigosos conhecidos, porque a emissão alfa é depositada diretamente no tecido pulmonar. A afirmação frequente de que uns quilogramas bastariam para matar toda a gente é aritmética, não toxicologia: pressupõe uma dispersão que nenhum mecanismo realiza.

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