Óxido de plutonio (IV)

PuO ₂ cristaliza en el motivo de fluorita , con los centros de Pu ⁴⁺ organizados en una matriz cúbica centrada en las caras y los iones de óxido ocupando agujeros tetraédricos. ^[2] PuO ₂ debe su utilidad como combustible nuclear al hecho de que las vacantes en los agujeros octaédricos dejan espacio para los productos de fisión. En la fisión nuclear, un átomo de plutonio se divide en dos. La vacante de los orificios octaédricos proporciona espacio para el nuevo producto y permite que el monolito de PuO ₂ conserve su integridad estructural. ^{[ cita requerida ]}

El dióxido de plutonio es un material cerámico estable con una solubilidad en agua extremadamente baja y con un alto punto de fusión (2744 ° C). El punto de fusión se revisó al alza en 2011 en varios cientos de grados, según la evidencia de estudios de fusión rápida con láser que evitan la contaminación por cualquier material del recipiente. ^[3]

Debido a la desintegración alfa radiactiva del plutonio, la PuO ₂ está caliente al tacto. Como ocurre con todos los compuestos de plutonio , está sujeto a control en virtud del Tratado de No Proliferación Nuclear .

El plutonio metálico se oxida espontáneamente a PuO ₂ en una atmósfera de oxígeno. El dióxido de plutonio se produce principalmente por calcinación de oxalato de plutonio (IV), Pu (C ₂ O ₄ ) ₂ · 6H ₂ O, a 300 ° C. El oxalato de plutonio se obtiene durante el reprocesamiento de combustible nuclear cuando el plutonio se disuelve en HNO ₃ / HF. ^[4] El dióxido de plutonio también se puede recuperar de los reactores reproductores de sales fundidas añadiendo carbonato de sodio a la sal combustible después de que el uranio restante se haya eliminado de la sal como su hexafluoruro.

Un gránulo de PuO ₂ brilla por la desintegración del isótopo plutonio-238 que contiene

PuO ₂ , junto con UO ₂ , se utiliza en combustibles MOX para reactores nucleares . El dióxido de plutonio-238 se utiliza como combustible para varias naves espaciales del espacio profundo como las sondas Cassini , Voyager , Galileo y New Horizons Plutón , así como en los rovers Curiosity y Perseverance en Marte . El isótopo se descompone emitiendo partículas α, que luego generan calor (ver generador termoeléctrico de radioisótopos ). Ha existido la preocupación de que un reingreso accidental a la atmósfera de la Tierra desde la órbita podría conducir a la ruptura y / o quemado de una nave espacial, lo que resultaría en la dispersión del plutonio, ya sea sobre una gran extensión de la superficie planetaria o dentro de la atmósfera superior. Sin embargo, aunque al menos dos naves espaciales con PuO ₂ RTG han vuelto a entrar en la atmósfera de la Tierra y se han quemado (Nimbus B-1 en mayo de 1968 y el módulo lunar Apolo 13 en abril de 1970), ^{[5] [6]} las RTG de ambas naves espaciales sobrevivieron. reingreso e impacto intactos, y no se observó contaminación ambiental en ninguno de los casos; En cualquier caso, los RTG desde mediados de la década de 1960 han sido diseñados para permanecer intactos en caso de reentrada e impacto, luego del fracaso de lanzamiento en 1964 del Transit 5-BN-3 (el RTG de plutonio-metal de primera generación a bordo se desintegró al reentrada y material radiactivo disperso en la atmósfera al norte de Madagascar , lo que provocó un rediseño de todos los RTG estadounidenses en uso o en desarrollo). ^[7]

El físico Peter Zimmerman, siguiendo una sugerencia de Ted Taylor , demostró que un arma nuclear de bajo rendimiento (1 kilotón ) podría fabricarse con relativa facilidad a partir de óxido de plutonio. ^[8] Una bomba de óxido de plutonio tendría una masa crítica considerablemente mayor que una fabricada con plutonio metálico (casi tres veces más grande, incluso con el óxido en la máxima densidad cristalina; si el óxido estuviera en forma de polvo, como se encuentra a menudo, el la masa crítica sería aún mucho mayor), debido tanto a la menor densidad de plutonio en PuO _{2 en} comparación con el plutonio metálico como a la masa inerte añadida del oxígeno contenido. ^[9]

El comportamiento del óxido de plutonio en el organismo varía según la forma en que se ingiera. Dado que es insoluble, cuando se ingiere, un gran porcentaje se eliminará del cuerpo con bastante rapidez en los desechos corporales. ^[10] En forma de partículas, el óxido de plutonio con un tamaño de partícula inferior a 10 micrómetros (0,01 mm) ^[11] es tóxico si se inhala, debido a su emisión alfa. ^[12]

• Agencia Internacional de Energía Atómica

• Seguridad de los sistemas eléctricos de radioisótopos espaciales