Dióxido de plutonio

PuO₂ cristaliza en el estilo de la fluorita, organizados en una matriz cúbica centrada en las caras donde el centro lo ocupa el ion Pu⁴⁺ y los iones de oxígeno ocupan los agujeros tetraédricos.^[3]

En la fisión nuclear, el átomo de plutonio se divide en dos. El producto de la fisión se conserva en la estructura permitiendo que el cristal mantenga su integridad estructural. Este comportamiento hace que el PuO₂ sea útil como combustible nuclear.^{[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). Al realizar el método del estudio de fusión rápida con láser el valor de fusión resultó más elevado. Esto es porque ese método evita la contaminación por cualquier material del recipiente.^[4]

Debido a la desintegración alfa radiactiva del plutonio, la PuO₂ es 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 PuO₂ en una atmósfera de oxígeno. El dióxido de plutonio se produce principalmente mediante la calcinación de oxalato de plutonio (IV), Pu(C₂O₄)₂·6H₂O, a 300 °C. El oxalato de plutonio se obtiene durante el reprocesamiento de combustible nuclear cuando el plutonio se disuelve en HNO₃/HF.^[5] El dióxido de plutonio también se puede recuperar de los reactores de sal fundida (un tipo de reactor nuclear de fisión) agregando carbonato de sodio a la sal combustible después de que el uranio haya sido eliminado de la sal.

PuO₂, junto con UO₂, se utiliza en el combustible nuclear de mezcla de óxidos para reactores nucleares. El dióxido de plutonio-238 se utiliza como combustible para varias naves espaciales del espacio profundo, como la sonda 'New Horizons', así como en el rover Curiosity en Marte. El isótopo se desintegra emitiendo partículas α, que luego generan calor (véase generador termoeléctrico de radioisótopos).

Existe preocupación de que algún accidente durante el reingreso de las naves espaciales a la Tierra resulté en la dispersión de plutonio en el medio ambiente generando contaminación. Esto ocurrió en el fracaso del lanzamiento Transit 5-BN-3 en 1964 (los generadores termoeléctricos de plutonio de primera generación a bordo se desintegró al reentrada y material radiactivo disperso en la atmósfera al norte de Madagascar)^[6] Esto provocó un rediseño de los generadores termoeléctricos de radioisótopos. Luego del rediseño, no ha ocurrido esa temida contaminación, pero sí ha habido accidentes en dos naves espaciales con generador termoeléctrico de PuO₂; el Nimbus B-1 en mayo de 1968 y el Módulo Lunar del Apolo 13 en abril de 1970.^[7][8] Los generadores termoeléctricos de ambas naves espaciales reingresaron intactos, y no se observó contaminación ambiental en ninguno de los casos.

Se ha demostrado que un arma nuclear de bajo rendimiento (1 kilotón) se podía fabricar con relativa facilidad a partir de óxido de plutonio.^[9] 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 suele ocurrir, la masa crítica sería ser aún mayor), debido a la menor densidad del plutonio en PuO₂ en comparación con el plutonio metálico y a la masa inerte que añade el oxígeno contenido en el óxido.^[10]

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.^[11] El óxido de plutonio con partículas de tamaño inferior a 10 micrómetros (0,01 mm)^[12] es tóxico si se inhala debido a su emisión alfa.^[13]