プルトニウム238のソースを表示

{{Infobox 同位体
| alternate_names =プルトニウム238
| symbol =Pu
| mass_number =238
| mass =238.0495599(20)
| num_neutrons =144
| num_protons =94
| abundance =0
| halflife =87.7
| error_halflife =0.1 年
| background =#7F7
| text_color =
| image =Radioisotope thermoelectric generator plutonium pellet.jpg
| image_caption =惑星探査機の[[カッシーニ (探査機)|カッシーニ]]と[[ガリレオ (探査機)|ガリレオ]]に搭載された[[酸化プルトニウム(IV)|<sup>238</sup>PuO<sub>2</sub>]]のペレット。赤色は<sup>238</sup>Puの崩壊熱が原因である。
| decay_product =ウラン234
| decay_symbol =U
| decay_mass =234
| decay_mode1 =[[アルファ崩壊|α]]
| decay_energy1 =5.593
| decay_mode2 =
| decay_energy2 =
| decay_mode3 =
| decay_energy3 =
| decay_mode4 =
| decay_energy4 =
| parent=ネプツニウム238
| parent_symbol =Np
| parent_mass =238
| parent_decay =[[ベータ崩壊|β<sup>-</sup>]]
| parent2 =キュリウム242
| parent2_symbol =Cm
| parent2_mass =242
| parent2_decay =[[アルファ崩壊|α]]
| parent3 =アメリシウム238
| parent3_symbol =Am
| parent3_mass =238
| parent3_decay =[[陽電子放出|β<sup>+</sup>]]
| parent4=ウラン238
| parent4_symbol =U
| parent4_mass =238
| parent4_decay =[[二重ベータ崩壊|β<sup>-</sup>β<sup>-</sup>]]
| spin =0+
| excess_energy =46164.7
| error1 =1.8
| binding_energy =7568.354
| error2 =
}}

'''プルトニウム238''' (Plutonium-238・<sup>238</sup>Pu) は、[[プルトニウムの同位体]]の1つ。

== 概要 ==
<sup>238</sup>Puは、[[半減期]]が87.7年の比較的寿命の短い[[放射性同位体]]である。これは[[プルトニウム]]の[[同位体]]の中で5番目に半減期の長いものである<ref name="NNDC">[http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties ''National Nuclear Data Center''] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080923135135/http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf |date=2008年9月23日 }}</ref>。

<sup>238</sup>Puはそのほぼ100%が[[アルファ崩壊]]によって[[放射性崩壊|崩壊]]し、[[ウラン234|<sup>234</sup>U]]になる。しかし、低確率ではあるが他の崩壊モードもある。0.00000019%（約5億分の1）は[[自発核分裂]]で崩壊し、0.000000000000014%（約7000兆分の1）は[[ケイ素32|<sup>32</sup>Si]]を放出して[[水銀206|<sup>206</sup>Hg]]に、0.000000000000006%（約2京分の1）は[[マグネシウム28|<sup>28</sup>Mg]]または[[マグネシウム30|<sup>30</sup>Mg]]を放出して[[鉛210|<sup>210</sup>Pb]]または[[鉛208|<sup>208</sup>Pb]]となる。後者2つは自発核分裂とは異なり、放出する[[核種]]が決まっており、このような崩壊モードを[[クラスタ崩壊]]と呼ぶ。クラスタ崩壊が確認されているプルトニウムの同位体は他に[[プルトニウム236|<sup>236</sup>Pu]]と[[プルトニウム240|<sup>240</sup>Pu]]しかない。ほとんどの<sup>238</sup>Puは、最終的に[[鉛206|<sup>206</sup>Pb]]に落ち着く<ref name="NNDC"/>。

== 歴史 ==
<sup>238</sup>Puは世界で初めて合成・発見されたプルトニウムの同位体である。<sup>238</sup>Puは[[1940年]]12月に、[[グレン・シーボーグ]]、[[エドウィン・マクミラン]]、[[ジョセフ・ケネディー]]、[[アーサー・ワール]]らによって、[[カリフォルニア大学バークレー校]]にて[[ウラン238|<sup>238</sup>U]]に[[重水素|重陽子]]を衝突させ[[ネプツニウム238|<sup>238</sup>Np]]を合成し、それが半減期2.117日の[[ベータ崩壊]]によって<sup>238</sup>Puが生ずる事を最終的に[[1941年]][[2月23日]]に確認した<ref name="Phys1946">[http://prola.aps.org/abstract/PR/v69/i7-8/p367_1 Radioactive Element 94 from Deuterons on Uranium ''Physical Review Online Archive'']</ref><ref name="EB">[http://www.britannica.com/nobelprize/article-9435303 Plutonium ''Encyclopedia Britannica'']</ref>。

{{indent|<math>\mathrm{^{238}_{\ 92}U\ +\ ^{2}_{1}H\ \longrightarrow \ ^{238}_{\ 93}Np\ +\ 2\ ^{1}_{0}n\ \xrightarrow[2.117 \ days]{\beta^-} \ ^{238}_{\ 94}Pu}</math>}}

プルトニウムの発見は[[第二次世界大戦]]のさなかという当時の情勢から機密扱いとされ、論文が発表されたのは[[1946年]]である<ref name="Phys1946"/>。プルトニウムの発見からわずか4年半後の[[1945年]][[8月9日]]に[[長崎市]]にプルトニウム型[[長崎市への原子爆弾投下|原子爆弾が投下]]されたが、この時使われた[[ファットマン]]は、<sup>238</sup>Puの合成からすぐに合成・発見された同位体である[[プルトニウム239|<sup>239</sup>Pu]]を用いたものである<ref name="EB"/>。

== 生成 ==
<sup>238</sup>Puの生成には、多くは[[ネプツニウム237|<sup>237</sup>Np]]が使われている。軽水炉で3年間使用された[[使用済み核燃料]]には、1kgあたり約7gの<sup>237</sup>Npが含まれている。この<sup>237</sup>Npを選択抽出し、<sup>237</sup>Npに[[中性子線]]を当てることによって<sup>238</sup>Npに変化させ、ベータ崩壊によって<sup>238</sup>Puを生じさせるのである。また、[[アメリシウム]]を原料とする場合もある<ref>[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890407003688 Review of recent advances of radioisotope power systems ''ScienceDirect.com'']</ref>。

{{indent|<math>\mathrm{^{237}_{\ 93}Np\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow \ ^{238}_{\ 93}Np\ \xrightarrow[2.117 \ days]{\beta^-} \ ^{238}_{\ 94}Pu}</math>}}

[[アメリカ合衆国]]では後述するとおり<sup>238</sup>Puを[[宇宙探査機]]用によく用いているが、[[1988年]]からは安全上の問題で生産を行っていなかった。しかし、[[ロシア]]からの供給が[[2010年]]にストップしたことから、[[アメリカ合衆国エネルギー省|エネルギー省]]は[[2013年]][[3月18日]]に<sup>238</sup>Puの生産を再開すると発表した<ref>[https://jp.reuters.com/article/jpUSpolitics/idJPTYE92I03K20130319/ 米国で25年ぶりプルトニウム生産再開、宇宙探査機向けに]、ロイター、2013年3月19日</ref>。

== その他の親核種 ==
自然に生ずる崩壊モードに限定した場合、<sup>238</sup>Puの親核種には<sup>238</sup>Npのほかに[[キュリウム242|<sup>242</sup>Cm]]が挙げられる<ref name="NNDC"/>。<sup>242</sup>Cmは<sup>239</sup>Puを燃料とする原子炉内で生成される[[キュリウムの同位体]]では最も普通の核種であり、半減期162.8日の[[アルファ崩壊]]によって<sup>238</sup>Puになる。そのため、例えば[[加圧水型原子炉]]の使用済み核燃料には、<sup>238</sup>Puが1.3 - 2.7%含まれている。ただし、この状態から同位体分離を行うのは技術的に困難であるため、技術的用途には用いられていない<ref>[http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Fuel-Recycling/Plutonium/#.UYkdHr3aj3Q Plutonium ''World Nuclear Association'']</ref>。

{{indent|<math>\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu \xrightarrow[]{+n} \ ^{240}_{\ 94}Pu \xrightarrow[]{+n} \ ^{241}_{\ 94}Pu \xrightarrow[14.290 \ y]{\beta^-} \ ^{241}_{\ 95}Am \xrightarrow[]{+n} \ ^{242m1}_{\ 95}Am \xrightarrow[141 \ y]{IT} \ ^{242}_{\ 95}Am \xrightarrow[16.02 \ h]{\beta^-} \ ^{242}_{\ 96}Cm \xrightarrow[162.8 \ d]{\alpha} \ ^{238}_{\ 94}Pu}</math>}}<ref group="注釈">ただし、この式のみ簡略化の為一部を省略している。「+n」が上についている矢印は、1個の中性子を衝突させ[[中性子捕獲]]したという意味になる。</ref>

上記で挙げたとおり最初の<sup>238</sup>Puは<sup>238</sup>Uから人工的に生成されたが、実は直接<sup>238</sup>Puになる崩壊モードも存在する。しかしそれは[[二重ベータ崩壊]]という非常に確率の低いモードであり、0.000000000219%（約46億分の1）の確率でしか発生しない。<sup>238</sup>Uそのものの半減期も44億6800万年と非常に長いため、この方法も実用できる量を生成するのは現実的な話ではない<ref name="NNDC"/>。

そのほか、親核種には[[アメリシウム238|<sup>238</sup>Am]]の[[陽電子放出]]が挙げられる<ref name="NNDC"/>。

== 用途 ==
[[File:Pudioxide.png|thumb|right|250px|[[放射性同位体熱電気転換器|RTG]]燃料として使われる<sup>238</sup>Puは[[酸化プルトニウム(IV)|二酸化プルトニウム]] (PuO<sub>2</sub>) の形で用いられている。]]
{{See also|放射性同位体熱電気転換器}}

<sup>238</sup>Puは、ほとんどが[[アルファ崩壊]]によってのみ崩壊し、半減期も87.7年という適度な長さを持つ。この性質は、崩壊熱を利用し[[ゼーベック効果]]によって電力を生み出す[[放射性同位体熱電気転換器]] (RTG) には都合が良い。実際、<sup>238</sup>Puは最も良く使われているRTG燃料である。<sup>238</sup>Puの崩壊エネルギーは1kgあたり540[[ワット|W]]であり、十分効率的である。また、[[放射線]]の外部漏洩を防ぐ[[鉛]]防護壁の厚さは2.5mm以下で済み、適切な格納容器があれば防護壁が不要である場合が多い。熱量が大きく、適度な寿命と防護壁の不要性は、重量が厳しく制限される[[宇宙探査機]]の要望に応えるものである。また、[[ガンマ線]]や[[中性子線]]もほとんど放出されない。RTG用の<sup>238</sup>Puは[[酸化プルトニウム(IV)|二酸化プルトニウム]] (PuO<sub>2</sub>) の形で用いられる<ref>[http://atomicinsights.com/1996/09/rtg-heat-sources-two-proven-materials.html RTG Heat Sources: Two Proven Materials ''Atomic Insights'']</ref>。

<sup>238</sup>PuのRTGを利用した探査機は[[ボイジャー1号]]、[[ボイジャー2号]]、[[パイオニア10号]]、[[パイオニア11号]]、[[ニュー・ホライズンズ]]、[[カッシーニ (探査機)|カッシーニ]]などである。2011年現在では、木星探査機の[[ジュノー (探査機)|ジュノー]]のような、太陽から遠方でもRTGを用いず太陽光パネルで電力をまかなう探査機も開発されている<ref>[http://www.space.com/17460-juno-jupiter-spacecraft-engine-maneuver-delay.html Jupiter-Bound Probe's Maneuver in Deep Space Delayed ''SPACE.com'']</ref>が、一般的には[[木星]]より外側の[[太陽系]]の外側を探査する場合、[[太陽電池|太陽光パネル]]で電力を得るのには太陽光が弱すぎるため、<sup>238</sup>PuのRTGが電力として利用される場合が多い<ref>[http://www.fas.org/nuke/space/bennett0706.pdf Space Nuclear Power: Opening the Final Frontier ''International Energy Conversion Engineering Conference and Exhibit'']</ref>。また、[[マーズ・サイエンス・ラボラトリー|キュリオシティ]]以降の[[火星]]探査車も、砂嵐が多く砂塵が太陽電池の上に堆積しやすい火星環境下で、昼夜関係なく動作するために<sup>238</sup>PuのRTGを使用している<ref>[http://spaceflightnow.com/atlas/av028/111117mmrtg/ Nuclear power generator hooked up to Mars rover ''Spaceflight Now'']</ref><ref>{{Cite web|和書|title=米国産プルトニウムで動くNASAの火星探査機は、宇宙に「原子力ルネッサンス」をもたらすか|url=https://wired.jp/2020/08/01/nasas-mars-rover-will-be-powered-by-us-made-plutonium/|website=WIRED.jp|accessdate=2021-06-24|language=ja}}</ref>。

なお、<sup>238</sup>PuのRTGは、1960年代に一部の埋め込み型の[[心臓ペースメーカー]]に使われていた事があるが、[[リチウム電池]]の性能が向上した1970年代からは使われなくなっている<ref>[http://www.lanl.gov/orgs/nmt/nmtdo/AQarchive/05spring/heart.html Los Alamos made material for plutonium-powered pumper ''Los Alamos National Laboratory'']</ref>。

== 脚注 ==
<references group="注釈" />

== 出典 ==
{{脚注ヘルプ}}
{{Reflist}}

== 関連項目 ==
* [[プルトニウムの同位体]]
* [[放射性同位体熱電気転換器]]
{{Isotope|element=プルトニウム
|lighter=[[プルトニウム237|<sup>237</sup>Pu]]
|heavier=[[プルトニウム239|<sup>239</sup>Pu]]
|before=[[ネプツニウム238|<sup>238</sup>Np]] ([[ベータ崩壊|β<sup>-</sup>]])<br/>[[キュリウム242|<sup>242</sup>Cm]] ([[アルファ崩壊|α]])<br/>[[アメリシウム238|<sup>238</sup>Am]] ([[陽電子放出|β<sup>+</sup>]])<br/>[[ウラン238|<sup>238</sup>U]] ([[二重ベータ崩壊|β<sup>-</sup>β<sup>-</sup>]])
|after=[[ウラン234|<sup>234</sup>U]] (α)<br/>([[自発核分裂|SF]])<br/>[[水銀206|<sup>206</sup>Hg]] ([[ケイ素32|<sup>32</sup>Si]])<br/>[[鉛210|<sup>210</sup>Pb]] ([[マグネシウム28|<sup>28</sup>Mg]])<br/>[[鉛208|<sup>208</sup>Pb]] ([[マグネシウム30|<sup>30</sup>Mg]])
}}
{{DEFAULTSORT:ふるとにうむ238}}

[[Category:プルトニウムの同位体|238]]