Plutonium Pu

Entdeckung

Plutonium wurde erstmals im Dezember 1940 in Berkeley von Glenn Seaborg, Edwin McMillan, Joseph Kennedy und Arthur Wahl hergestellt. Sie beschossen Uran-238 in einem Zyklotron mit Deuteronen und erzeugten Neptunium-238, das durch Betazerfall zu Element 94 wurde. Der chemische Nachweis war im Februar 1941 abgeschlossen. Dieses erste Isotop war Plutonium-238.

Innerhalb weniger Wochen zeigte das Team, dass Plutonium-239 sich wie Uran-235 durch langsame Neutronen leicht spalten lässt. Weil der Zweite Weltkrieg im Gange war, blieb die Arbeit geheim und wurde erst 1946 veröffentlicht. Das Manhattan-Projekt baute in Hanford (Washington) große Produktionsreaktoren, um Plutonium im industriellen Maßstab aus Uran zu erbrüten.

Plutonium-239 bildete den Kern des Sprengsatzes, der im Juli 1945 beim Trinity-Test in New Mexico gezündet wurde, und der Bombe, die im August auf Nagasaki fiel. Im Kalten Krieg produzierten die USA und die Sowjetunion Hunderte Tonnen davon, und die Sicherung und Beseitigung dieser Bestände bleibt ein internationales Problem.

Herkunft des Namens

Nach Neptunium (Neptun) wurde das Element nach Pluto benannt, der damals als äußerster Planet galt; Pluto ist der römische Gott der Unterwelt. Seaborg erwog kurz „Plutium“, entschied sich dann aber für Plutonium. Das naheliegende Symbol wäre Pl gewesen, doch Seaborg schlug scherzhaft Pu vor, das an den englischen Ausruf „pee-yoo“ bei üblem Geruch (etwa „pfui“) erinnert – und zu seiner Überraschung wurde es ohne Einwände angenommen.

Wichtigste Verwendungen

• Kernenergie: In jedem Uranreaktor wird ein Teil des Uran-238 zu Plutonium-239, das dann gespalten wird und einen Teil der Energie liefert. Manche Länder verarbeiten abgetrenntes Plutonium zu Mischoxid-Brennstoff (MOX).
• Energie für die Raumfahrt: Plutonium-238 gibt gleichmäßig Wärme ab und hat eine günstige Halbwertszeit; es speist Radionuklidgeneratoren auf Missionen wie Voyager, Cassini, Curiosity und Perseverance.
• Waffen: Plutonium-239 ist ein wichtiges spaltbares Material für Kernwaffen, weshalb die Internationale Atomenergiebehörde Plutoniumbestände genau überwacht.
• Frühere medizinische Nutzung: In den 1970er-Jahren wurde eine Reihe von Herzschrittmachern von kleinen Plutonium-238-Quellen betrieben.

Isotope

Plutonium hat keine stabilen Isotope. Plutonium-239, das wichtigste, hat eine Halbwertszeit von etwa 24.100 Jahren. Plutonium-238 mit etwa 88 Jahren setzt Wärme so intensiv frei, dass es als Energiequelle dient. Plutonium-240 (etwa 6.560 Jahre) spaltet sich leicht spontan, und sein Anteil unterscheidet waffenfähiges von Reaktorplutonium. Plutonium-241 (etwa 14 Jahre) zerfällt zu Americium-241. Das langlebigste Isotop ist Plutonium-244 mit einer Halbwertszeit von etwa 80 Millionen Jahren.

Im Alltag

Im Alltag begegnet niemand Plutonium, doch der Fallout der oberirdischen Kernwaffentests zwischen 1945 und 1980 hat Spuren davon in Böden weltweit hinterlassen. Seine Alphastrahlung wird von einem Blatt Papier aufgehalten, außerhalb des Körpers ist es also wenig gefährlich. Eingeatmete Partikel können sich jedoch jahrzehntelang in Lunge, Knochen und Leber festsetzen und das Krebsrisiko erhöhen; die Verhinderung des Einatmens ist daher die zentrale Sicherheitsregel, wo immer es gehandhabt wird. Auch die Lagerung ist streng geregelt, denn zu viel an einem Ort kann einen Kritikalitätsunfall auslösen.