プルトニウム Pu

発見の歴史

プルトニウムは 1940年12月、バークレーでグレン・シーボーグ、エドウィン・マクミラン、ジョセフ・ケネディ、アーサー・ウォールによって初めて作られました。彼らはサイクロトロンの重陽子をウラン238に当ててネプツニウム238を作り、それがベータ崩壊して94番元素になりました。化学的な確認は 1941年2月 に完了しています。この最初の同位体はプルトニウム238でした。

数週間のうちに、チームはプルトニウム239がウラン235と同じく遅い中性子で容易に核分裂することを示しました。第二次世界大戦のさなかだったため研究は秘密にされ、公表されたのは1946年です。マンハッタン計画はワシントン州ハンフォードに大型の生産炉を建設し、ウランからプルトニウムを工業規模で増殖させました。

プルトニウム239は、1945年7月 にニューメキシコ州で行われたトリニティ実験の装置と、同年8月に長崎に投下された原子爆弾の炉心となりました。冷戦中、アメリカとソ連は数百トンものプルトニウムを生産し、その備蓄の保障措置と処分は今も国際的な課題です。

名前の由来

ネプツニウム(海王星)に続き、当時いちばん外側の惑星とされていた 冥王星(Pluto) にちなんで名づけられました。プルートーはローマ神話の冥界の神です。シーボーグは一時「plutium」も検討しましたが、最終的にプルトニウムに決めました。元素記号は Pl が自然でしたが、シーボーグは冗談で Pu を提案しました。英語で悪臭をからかうときの「ピーユー」という声を連想させるものでしたが、意外にも異論なく受け入れられました。

主な用途

• 原子力発電: どのウラン炉でも、ウラン238の一部がプルトニウム239に変わり、それが核分裂してエネルギーの一部をまかないます。分離したプルトニウムをウラン・プルトニウム混合酸化物(MOX)燃料として再利用する国もあります。
• 宇宙用電源: プルトニウム238は安定した熱を出し、半減期も手ごろなため、ボイジャー、カッシーニ、キュリオシティ、パーサヴィアランスなどの放射性同位体電源に使われています。
• 兵器: プルトニウム239は核兵器の主要な核分裂性物質です。そのため国際原子力機関(IAEA)はプルトニウムの在庫を厳しく監視しています。
• かつての医療用途: 1970年代には、小さなプルトニウム238線源で動く心臓ペースメーカーが使われていました。

同位体

プルトニウムには安定同位体がありません。最も重要な プルトニウム239 の半減期は約24,100年です。半減期約88年の プルトニウム238 は、電源として使えるほど強く熱を出します。プルトニウム240(約6,560年)は自発核分裂を起こしやすく、その割合によって兵器級と原子炉級が区別されます。プルトニウム241(約14年)は崩壊してアメリシウム241になります。最も寿命が長い同位体は プルトニウム244 で、半減期は約8,000万年です。

身近なところで

日常生活でプルトニウムに出会うことはありませんが、1945年から1980年にかけての大気圏内核実験の降下物によって、世界中の土壌に微量が残っています。アルファ線は紙1枚で止まるため、体外にある限り危険はほとんどありません。しかし吸い込んだ粒子は肺や骨、肝臓に数十年もとどまり、がんのリスクを高めます。そのため、扱う場所ではどこでも吸入の防止が安全対策の中心です。一か所に集めすぎると臨界事故を起こすおそれがあるため、保管も厳しく管理されています。