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Ok, agora vou falar sobre o plutônio.
Uma vez eu me referi ao urânio como sendo
o bicho papão da tabela periódica
Então se o urânio é o bicho papão, tem
um Hannibal Lecter da tabela periódica
e está alguns lugares à esquerda, e este
elemento é o plutônio.
O plutônio tem uma reputação bem ruim.
Por exemplo, tem um livro aqui...
Plutônio
A história do elemento mais perigoso do mundo
Quando a raça humana evoluiu, ela evoluiu com
urânio no meio ambiente, então fisiologicamente
pode lidar com ele de alguma forma.
O plutônio é um elemento feito pelo homem
não estava no meio ambiente quando evoluimos.
Isto significa que temos zero tolerância
a ele, o que o torna muito perigoso para nós.
Estamos no Sellafield, no noroeste da
Inglaterra,
No laboratório central do NNL,
estamos interessados no plutônio
pq preecisamos ser capazes de recuperá-lo
do combustível nuclear esgotado.
Vc não pode simplesmente usar
plutônio em um laboratório normal
vc tem que ter um laboratório que é
especificamente projetado para manuseá-lo
para ser manuseado com segurança.
- Está na parte da tabela periódica
na qual faz coisas interessantes.
Não tem muitos elementos que vc pode
dizer sobre
quando foram criados, vc pode algumas vezes
dizer que foi descoberto em 1869
ou em 19... e alguma coisa.
Mas o plutônio foi feito
pela primeira vez
em 1940. A razão pela qual foi feito
é que é um elemento radioativo.
E ele decai (radioativamente) com um
meia-vida que depende
de qual isótopo em particular é.
Se o plutônio fosse criado
em alguma época durante a formação do
sistema solar
teria todo decaído bem antes dos cientistas
procurarem por ele na Terra.
Eu já vi um pedaço de plutônio uma vez,
acho que não posso te contar onde,
Eu vi de verdade. Mas se parece com
um pedaço de metal brilhante.
O que vamos ver hoje é plutônio em
solução. E isto é realmente interessante
pq o plutônio tem umas cores bem intensas.
E as cores mudam,
dependendo do estado de oxidação
do plutônio.
É incrivelmente denso como metal, vc pode
tentar dividir ele com uma serra
e a serra vai quebrar antes que vc consiga
tirar qualquer farpa de plutônio
A densidade pode ser vista pelo fato de um pedaço
de plutônio do tamanho de uma bola de golfe
terá mais de um quilograma. É uma
coisa bem pesada.
Aqui, o objetivo é recuperar o plutônio
do combustível nuclear esgotado
O plutônio está presente em torno de 1%.
O que fazemos é usar extração por solvente
para remover o plutônio dos produtos de fisão
na fase aquosa, e mover para cima
o plutônio em uma fase solvente
E esta fase solvente é uma mistura de
tributil fosfato
e um diluente chamado querosene inodoro.
Aqui temos um pouco de nitrato de plutônio,
e este plutônio está no estado de oxidação 4.
E é neste estado de oxidação que é
extraível para o tributil fosfato.
Tenho duas soluções separadas aqui. Ambos são
nitrato de plutônio,
só em concentrações diferentes.
É perigoso por diversas razões diferentes.
É perigoso por ser a base para bombas
atômicas.
A segunda bomba atômica, chamada Fat Man
que foi jogada em Nagasaki
em 1945, continha plutônio. E foi o plutônio
que fez ela explodir.
Foi uma bomba maior, em relação ao
tamanho da explosão, do que a primeira bomba
que foi jogada em Hiroshima.
Mas também é perigoso, o plutônio,
pq é muito venenoso.
Muitos metais pesados são venenosos.
Particularmente, por exemplo, o tálio.
O plutônio não é venenoso só por
causa da sua química
mas por causa de sua radioatividade.
O plutônio decai radioativamente pela
emissão de partículas alfa
núcleos de hélio. E quando isso
atinge as células do seu corpo.
Pode causar danos terríveis e pode levar
a um câncer, e tudo mais.
Vou pegar um pouco de TBP 30%, esta
é a fase solvente.
Vc pode ver, não misturei ainda, o solvente
é menos denso do que a fase aquosa
e fica no topo da aquosa. Vc verá em
um minuto que
aquela cor marrom irá para a fase superior.
De acordo com este livro, existe um clube,
ou existia um clube, em Los Alamos, na fábrica
da bomba,
onde desenvolveram a química do plutônio
e fizeram a bomba de plutônio.
Com quatro pessoas, que tinha um
nome bem estranho,
Isto quer dizer "Você mija Pu"
, o que significa,
Sua urina contém plutônio.
E estas são as pessoas que por algum tipo
de acidente, tinham plutônio em seus corpos
Tinha uma pessoa, que chamavam de Magel, que
estava trabalhando em uma caixa de luvas
Igual aos que vimos nos laboratórios NNL.
E ele tinha, por alguma razão, uma
agulha, e ele espetou a agulha no dedo
através de uma de suas luvas.
Ele tirou a mão e viu que tinha um
pequeno ponto preto na mão
que era um fragmento de plutônio.
E embora os médicos tenham tentado retirar,
pelos próximos 50 anos o plutônio
podia ser detectado em sua urina.
E não era uma concentração muito alta,
de acordo com eles,
precisavam de um galão de urina, isto é,
4 litros para conseguir detectar o plutônio
Mas apesar disso ele sobreviveu.
Tenho duas amostras com nitrato de
plutônio no fundo
e tributil fostato e querosene inodora no topo.
O que vou fazer agora
É colocar neste aparelho chamado
misturador vortex.
Está misturando e o plutônio vai
para cima na fase solvente
formará uma emulsão, e o solvente começará
a separar da fase aquosa,
e as duas fases vão se separar.
- O plutônio é formado
no combustível nuclear de reatores
nucleares.
O urânio, que tem número atômico 92
pode ser transformado em plutônio
que tem número atômico 94.
Pela absorção de nêutrons, então o
urânio
absorve nêutrons, isto é o urânio 238
o tipo de urânio que não entra em
fissão espontânea
e fornece a energia para o reator
nuclear.
A planta de produção de material ativo em
Hanford em Washigton, para urânio 238
o isótopo mais abundante no urânio natural
é convertido em um elemento completamente novo
conhecido como plutônio 239.
- É o que chamam
de isótopo de urânio inativo, mas
que pode absorver nêutrons
E ser transformado em plutônio.
Deve estar pronto agora.
Parece uma emulsão agora. Enquanto separa
vc vê
que a fase de cima agora tem uma cor.
O nitrato de plutônio formou agora
um complexo químico
com as moléculas do TBP. E estas moléculas
de TBP tornaram o plutônio solúvel
na fase orgânica.
No processamento do combustível nuclear
irradiado, todos os produtos da fissão
estariam todos nessa fase de baixo. E o
plutônio e urânio na de cima.
Então os separaríamos.
O plutônio sozinho, o metal, é na verdade
um material muito interessante
Eu nunca vi. Mas deve ser um metal
muito duro.
Mas tem um número surpreendentemente alto
de alótropos
e o alótropo é uma estrutura cristalina
diferente.
O plutônio tem 6 ou talvez 7 diferentes
alótropos, que são diferentes
e sua dureza, em suas propriedades mecânicas e
até mesmo na densidade.
Isto torna a manufatura do plutônio
que é necessária para a construção
de bombas nucleares
extremamente difícil. E tem também
um ponto de fusão um tanto baixo
tem fusão em torno de 639 oC.
O que é um ponto de fusão bem baixo
para um metal pesado
Por exemplo, o ósmio, que não
está longe na tabela periódica
tem um ponto de fusão acima de 3000 oC.
Alguns dos isótopos do plutônio
são tão radioativos
que são bem quentes. Se vc ver as amostras,
algumas delas podem estar brilhando de quente.
Mas mesmo as menos radioativas, aparentemente
são mornas ao se tocar.
Vc tem que ser muito corajoso para tocar
em uma.
O que acontece em um processo de extração
por solvente, é que o solvente
é separado da fase aquosa. E então um
novo liquor aquoso
é adicionado à aquele solvente. Para
tentar recuperar o plutônio dela.
O que vamos fazer é remover o liquor
aquoso daqui, agora, do fundo.
E trocar por um novo liquor, que tem
uma substância química nele que irá
causar uma recuperação do plutônio do
solvente.
Pegamos a fase aquosa do fundo.
Pq em escala industrial
isto é feito com
uma variedade de equipamentos.
Pq vc está tentando pegar o plutônio, é pq
vc quer colocar ele em um local especial,
ou pq vc quer reutilizar?
É separado em uma forma pura, para poder
ser reutilizado
em coisas como, combustível MOX, que é
uma mistura de óxidos de combustíveis.
Vc combina plutônio com urânio
e vc pode colocar de volta em
reatores nucleares.
E gerar mais energia.
Tem também uma propriedade interessante,
que quando ele decai radioativamente
libera estes núcleos de átomos de hélio.
Quando vc tem uma amostra mais e mais
velha de plutônio
o hélio se acumula nesta estrutura
cristalina.
Embora tenha a aparência de um
pedaço de metal
de fato tem átomos de hélio dentro dela.
Quase como frutas dentro de um bolo.
E por causa desta estrutura cristalina
vc tende a ter contornos de cristais,
chamados contornos de grão
entre os cristais. E o hélio pode
acumular nos contorno de grãos
e enfraquecer bastante o metal.
O hélio causa dois problemas
Obviamente, a curto prazo, se vc é
alguém que está fazendo bombas
vc tem que ser cuidadoso para não acumular
muito hélio no núcleo de sua bomba
pq não irá funcionar da forma adequada.
Aqui uma sequência de 4 imagens da
explosão
detonada no topo de uma torre de aço, em 7 e 25
de maio,
e dia primeiro e 5 de junho.
O segundo problema é que se vc está
estocando plutônio
que veio de combustível nuclear
reprocessado.
E está sendo estocado até estar seguro para
estar no meio ambiente
Vc vai enterrar em algum lugar no subsolo
em um recipiente muito forte
E quando projetar este recipiente, vc tem que
lembrar do fato
que seu metal começará a produzir
um gás, enquanto decai.
E portanto seu recipiente deve ser
capaz de aguentar a pressão interna
então não vai repentinamente explodir.
O que seria embaraçoso, talvez não
para você, talvez para seu netos
os os netos deles, quando eles repentinamente
descobrem que estes recipientes seguros explodiram
- Vc descreve a explosão de um recipiente
contendo
lixo radioativo de plutônio, como sendo
embaraçoso!?
Sim!
Todo entusiasmo sobre o plutônio, e
esta solução cor de lodo parece inofensiva.
É altamente radiotóxico e vc
não ia gostar de beber isso.
Parece um pouco com coca cola.
Para obter o plutônio de volta para a fase
aquosa vou usar duas técnicas diferentes
Uma é a redução, para tornar o
plutônio 4+ no
estado de oxidação plutônio 3+.
O que vou fazer com este é adicionar
uma substância química chamada
nitrato de hidroxilamina
Este é um outro método, usamos um
complexante
o que significa que forma uma composto
químico molecular.
E neste usamos a substância chamado
ácido acetohidroxâmico
quando misturamos, todo o plutônio
ficará no fundo.
Este é a solução de ácido acetohidroxâmico
Está agora separando entre a fase
orgânica e aquosa.
E vc pode ver que a cor na fase de cima
sumiu completamente agora.
É o solvente. O solvente está agora livre de
plutônio. E voltou para a fase aquosa
E a fase aquosa pode ser enviada para
instalação de tratamento
para purificação final e conversão para
forma final,
que é o dióxido de plutônio.
Não está bem pronto, mas vc pode
ver aqui
a cor laranja que está no topo foi
diluída agora,
e a maioria do plutônio está na
parte de baixo, como plutônio 3+.
Tenho outra história, que já contei
antes, mas é muito boa
e o Brady quer ouvir ela novamente.
Uma das pessoas que me ensinou química,
um professor de Cambridge, Alphie Maddock
trabalhou com plutônio, durante a Segunda
Guerra Mundial
e uma noite, na qual ele estava
muito cansado
ele derramou todas as reservas de
plutônio da Inglaterra
que eram 10 miligramas, na mesa,
na bancada que ele estava trabalhando.
Ele estava muito chateado, ele perdeu
todo o estoque do país
então ele pegou uma serra e cortou
um buraco na mesa
ele queimou a madeira e das
cinzas da madeira
ele recuperou 9,5 miligramas das
10 miligramas que ele tinha perdido
Ele poderia ter escondido tudo,
mas ele estava tão cansado
que ele não teve energia para reformar a
mesa. Então, quando as pessoas
chegaram na manhã seguinte, tinha um grande
buraco e descobriram o que tinha acontecido.
O da esquerda, com uma solução vermelha
é o plutônio 4+
com o ácido acetohidroxâmico.
Na direita, é um plutônio azul, no
fundo tem plutônio 3+
que foi reduzido por nitrato de
hidroxilamina.
Traduzido por Prof. Dr. Luís Brudna
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