પ્લૂટોનિયમ : આવર્તકોષ્ટકના IIIb સમૂહની ઍક્ટિનાઇડ શ્રેણીનું વિકિરણધર્મી અનુયુરેનિયમ (transuranium) તત્વ. સંજ્ઞા : Pu; પરમાણુક્રમાંક : 94; પરમાણુભાર : 239.11. 1940માં અમેરિકન વૈજ્ઞાનિકો ગ્લેન ટી. સીબૉર્ગ, એડવિન એમ. મેકમિલન, જૉસેફ ડબલ્યૂ. કૅનેડી અને આર્થર સી. વાલે યુરેનિયમ–238 (U–238) ઉપર ડ્યુટેરોન કણોનો મારો (bombardment) ચલાવી તેની શોધ કરી હતી. 1942માં કનિંઘમે તેનો 2.77 માઇક્રોગ્રામ જેટલો જથ્થો સૌપ્રથમ અલગ પાડ્યો હતો. પ્લૂટો નામના ગ્રહ ઉપરથી તત્વનું નામ પ્લૂટોનિયમ પડ્યું છે. 1971માં તેનો સૌથી વધુ સ્થાયી સમસ્થાનિક Pu–244 (અર્ધઆયુષ્ય ∼ 7.6 107 વર્ષ) કુદરતમાંથી શોધી કાઢવામાં આવ્યો હતો.
ઉત્પાદન : યુરેનિયમના સમસ્થાનિકો પર પ્રવેગિત (accelerated) ડ્યુટેરોન કે ન્યૂટ્રૉન જેવા કણોનો મારો ચલાવી પ્લૂટોનિયમ મેળવી શકાય છે. મોટા પાયા પર તેનું ઉત્પાદન કરવા માટે 235Uના નાભિકીય ખંડનમાંથી ઉત્પન્ન થતા ન્યૂટ્રૉન વપરાય છે. (238Uમાં 235Uનું પ્રમાણ લગભગ 0.7% જેટલું હોય છે.) પ્રક્રિયામાં વપરાતું યુરેનિયમ શુદ્ધ હોવું જરૂરી છે; કારણ કે તેમાં રહેલી અશુદ્ધિઓ 238U કરતાં વધુ સક્રિય હોઈ તે ન્યૂટ્રૉનનું અવશોષણ કરે છે.
પ્રક્રિયા દરમિયાન શુદ્ધ યુરેનિયમનો શુદ્ધ ગ્રૅફાઇટ વીંટાળેલો સળિયો ભઠ્ઠીમાં મૂકવામાં આવે છે. ગ્રૅફાઇટ 235Uમાંથી ઉત્પન્ન થતા ન્યૂટ્રૉનની ગતિ નિયંત્રિત કરવાનું કાર્ય કરે છે. યુરેનિયમના આ સળિયાને કાક્રીટની જાડી દીવાલો વચ્ચે રાખવાથી ન્યૂટ્રૉન અને અન્ય વિકિરણોનું શોષણ થાય છે. આખી રચના નાભિકીય ભઠ્ઠી (nuclear pile) કહેવાય છે. ભઠ્ઠીની અંદરનું તાપમાન 300°થી 400° સે. જેટલું રાખવામાં આવે છે. આ માટે ભઠ્ઠીની બહાર શીતક રાખવામાં આવે છે. એક વાર સળંગ શૃંખલા-પ્રક્રિયા શરૂ થઈ જાય પછી પ્રક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક હોવાથી તાપમાન જળવાઈ રહે છે. નિશ્ચિત સમય બાદ યુરેનિયમ સળિયા યાંત્રિક રીતે બહાર કાઢી થોડા દિવસ પાણીની અંદર રાખવામાં આવે છે. આથી ઉત્પન્ન થયેલા 239Uનું નેપ્ચૂનિયમ(239NP)માં અને તેનું પછીથી 239Puમાં તેમજ અલ્પ અર્ધઆયુષ્ય ધરાવતી ખંડન-નીપજોમાં રૂપાંતર થાય છે.
ઉત્પન્ન થયેલ નેપ્ચૂનિયમ અને પ્લૂટોનિયમના મિશ્રણને ફ્લોરાઇડ રૂપે અવક્ષિપ્ત કરી સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક ઍસિડની મદદથી તેનું સલ્ફેટમાં રૂપાંતર કરવામાં આવે છે. મિશ્ર સલ્ફેટનું પોટૅશિયમ બ્રૉમેટ વડે ઑક્સિડેશન કરવાથી નેપ્ચૂનિયમનું અલગીકરણ કરી શકાય છે.
શુદ્ધ PuF4નું કૅલ્શિયમ કે બેરિયમ વડે અપચયન કરવાથી પ્લૂટોનિયમ મળે છે.
PuF4 + 2Ca → Pu + 2CaF2
મોટા પાયા પર પ્લૂટોનિયમનું અલગીકરણ અને શુદ્ધીકરણ કરવા માટે વાહક-અવક્ષેપન (carrier precipitation), દ્રાવક નિષ્કર્ષણ કે આયન વિનિમય પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ થાય છે. દ્રાવક નિષ્કર્ષણ રેડૉક્સ અને પ્યુરૅક્સ (Plutonium Uranium reduction extraction) તરીકે ઓળખાતી પદ્ધતિઓ વધુ ઉપયોગમાં લેવાય છે. રેડૉક્સ પદ્ધતિમાં દ્રાવક તરીકે હેક્ઝોન જ્યારે પ્યુરૅક્સમાં ટ્રાઇ-n-બ્યૂટાઇલ ફૉસ્ફેટ વપરાય છે.
ગુણધર્મો : પ્લૂટોનિયમ દેખાવે ચાંદી જેવી ધાતુ છે. હવામાં તે પીળાશ પડતી મલિનતા ધારણ કરે છે. તેના બધા સમસ્થાનિકો વિકિરણધર્મી છે. બધાં ધાત્વિક તત્વોમાં તેની વિદ્યુતરોધકતા સૌથી વધુ (145 μΩ – સેમી.) છે. તેના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો નીચે પ્રમાણે છે :
| ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના | 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2 અથવા [Rn]5f67s2 |
| ઑક્સિડેશન-અવસ્થા | +3, +4, +5, +6, (અને + 7) |
| સમસ્થાનિકો | 15 |
| વિવિધ રૂપો (640° સે.થી નીચે સામાન્ય દબાણે) | 6 |
| ગલનબિંદુ (° સે.) | 640 |
| ઉત્કલનબિંદુ (° સે.) | 3235 |
| ઘનતા (ગ્રા./સેમી.3) (20° સે.) | 19.86 |
તેનો Pu–239 સમસ્થાનિક વિખંડનીય (fissionable) હોવાથી વધુ અગત્યનો છે. તેનો અર્ધઆયુષ્યકાળ 24,360 વર્ષ જેટલો છે. 300 ગ્રામથી વધુ જથ્થા સાથે કામ પાડતી વખતે તેનું ક્રાંતિક દળ (critical mass) લક્ષમાં લેવું પડે છે, કારણ કે તેથી વધુ જથ્થામાં એકઠો થતાં તે સ્વયંભૂપણે વિસ્ફોટ પામે છે. પ્લૂટોનિયમ તેમજ ઊંચા પરમાણુક્રમાંકવાળાં બધાં તત્વો ∝–કણ ઉત્સર્જનના ઊંચા દર તથા અસ્થિ-મજ્જા(bone marrow)માં તેમનું શોષણ થતું હોવાથી વિકિરણ-ચિકિત્સાત્મક (radiological) ર્દષ્ટિએ ઝેરી છે. Pu–239 ઉપર ∝–કણોનો મારો ચલાવવાથી ક્યુરિયમ (Cm) તત્વ મળે છે. તે અનેક મિશ્ર ધાતુઓ તેમજ આંતરધાત્વીય સંયોજનો બનાવે છે.
સંયોજનો : પ્લૂટોનિયમ +3થી +6 સુધીની ઑક્સિડેશન-અવસ્થાવાળાં સંયોજનો બનાવે છે. તેમાં પણ +3 અને +4 ઑક્સિડેશન- અવસ્થાવાળાં સંયોજનો વધુ સ્થાયી હોય છે. પ્લૂટોનિયમના +3 ઑક્સિડેશન આંકવાળા ક્ષારો સામાન્ય લેન્થેનાઇડ ક્ષારો જેવા રાસાયણિક ગુણધર્મો ધરાવે છે.
હાઇડ્રોજન સાથે તે 150° સે. જેટલા નીચા તાપમાને PuH3 પ્રકારનો હાઇડ્રાઇડ બનાવે છે. તેના ઑક્સાઇડમાં PuO2 મુખ્ય છે. તે હાઇડ્રૉક્સાઇડ, ઑક્ઝેલેટ, પેરૉક્સાઇડ અને નાઇટ્રાઇટ સંયોજનોના હવામાં 870થી 1200° સે. તાપમાને જ્વલન દ્વારા મળે છે. પ્લૂટોનિયમનાં હેલાઇડ અને ઑક્સિહેલાઇડ પણ અગત્યનાં સંયોજનો છે. તેમાંનો પ્લૂટોનિયમ હેક્ઝાફલોરાઇડ (PuF6) ઘણો બાષ્પશીલ અને ફલોરિનેશનકર્તા પદાર્થ છે. ધાતુના કાર્બાઇડ, સિલિસાઇડ, સેલેનાઇડ વગેરે ઉચ્ચતાપસહ (refractory) પ્રકૃતિ ધરાવે છે. પ્લૂટોનિયમ ક્લૉરાઇડ અથવા ઑક્સાઇડને લગભગ 1400° સે. તાપમાને હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ સાથે ગરમ કરવાની પ્લૂટોનિયમ સલ્ફાઇડ મળે છે. પ્લૂટોનિયમ સંકીર્ણ ક્ષારો પણ બનાવે છે.
પ્લૂટોનિયમની વિવિધ ઑક્સિડેશન-અવસ્થાવાળાં આયનો જુદા જુદા રંગ ધરાવે છે. દા. ત., Pu3+ ચમકતો વાદળી અથવા નીલ-જાંબલી; Pu4+ લાલાશ પડતો કથ્થાઈ; PuO+ ફિક્કો નીલલોહિત (pale purple); જ્યારે PuO22+ ગુલાબીથી નારંગી-લાલ રંગનો હોય છે.
ઉપયોગો : પ્લૂટોનિયમ–239 પરમાણુ-ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટેની નાભિકીય ભઠ્ઠીઓમાં તેમજ પરમાણુબૉંબ બનાવવામાં વપરાય છે. એક રતલ (~ 450 ગ્રામ) જેટલું પ્લૂટોનિયમ 106 Kwhને સમતુલ્ય ઉષ્મા-ઊર્જા ધરાવે છે. જોકે Pu–239નું અર્ધઆયુષ્ય લગભગ 24 હજાર વર્ષ જેટલું હોવાથી તેના મુક્ત શેષ (spent) ઇંધનના નિકાલનો પ્રશ્ન બહુ ગંભીર છે. Pu–238 હૃદયના ગતિપ્રેરકો(pace makers)માં વપરાય છે. અવકાશયાનોમાં કેટલાંક ઉપકરણોમાં પણ પ્લૂટોનિયમ વપરાય છે. Pu–242 અને Pu–244 ધાતુઓ અને રસાયણોના અભ્યાસમાં ઉપયોગી છે.
ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ