Плутоній-238
Таблетка діоксиду плутонію-238 (застосовується в РІТЕГах), розжарена до червоного внаслідок значного енерговиділення в умовах термічної ізоляції. Таблиця ізотопів
Загальні відомості
Назва, символ	Плутоній-238,238Pu
Нейтронів	144
Протонів	94
Властивості ізотопа
Період напіврозпаду	87,7(1)[1] років
Батьківські ізотопи	238Np (β−) 238Am (β+) 242Cm (α)
Продукти розпаду	234U
Атомна маса	238,0495599(20)[2] а.о.м
Спін	0+[1]
Дефект маси	46 164,7(18)[2] кеВ
Канал розпаду	Енергія розпаду
α-розпад	5,59320(19)[2] МеВ
SF

Плуто́ній-238 — радіоактивний нуклід хімічного елемента плутонію з масовим числом 238. Є першим відкритим ізотопом плутонію. Відкритий в 1940 році Гленном Сіборгом, Дж. Кеннеді, Артуром Валем(інші мови) та Едвіном Макмілланом^[3] в результаті бомбардування урану-238 дейтронами^[4]:

${\displaystyle {}_{92}^{238}\mathrm{U}(\mathrm{d},2\mathrm{n}){}_{93}^{238}\mathrm{N}\mathrm{p}\underset{2,117d}{\overset{{\beta }^{-}1,292MeV}{\to }}{}_{94}^{238}\mathrm{P}\mathrm{u}.}\{\backslash displaystyle\; \backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{92\}U\}\; (\backslash mathrm\; \{d\}\; ,\backslash mathrm\; \{2n\}\; )\backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{93\}Np\}\; \backslash \; \{\backslash xrightarrow[\{2,117\backslash \; d\}]\{\backslash beta\; ^\{-\}\backslash \; 1,292\backslash \; MeV\}\}\backslash \; \backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{94\}Pu\}\; .\}$

Період напіврозпаду плутонію-238 складає 87,7(1) років. Активність одного грама цього нукліда складає приблизно 633,7 ГБк.

Один грам чистого плутонію-238 генерує приблизно 0,567 Вт потужності.

Плутоній-238 утворюється в результаті наступних розпадів:

• β⁻-розпад нукліда 238Np (період напіврозпаду складає 2,117(2)^[1] діб):

${\displaystyle {}_{93}^{238}\mathrm{N}\mathrm{p}\to {}_{94}^{238}\mathrm{P}\mathrm{u}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e;}\{\backslash displaystyle\; \backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{93\}Np\}\; \backslash rightarrow\; \backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{94\}Pu\}\; +e^\{-\}+\{\backslash bar\; \{\backslash nu\; \}\}\_\{e\};\}$

• β⁺-розпад нукліда 238Am (період напіврозпаду складає 98(2)^[1] хв):

${\displaystyle {}_{95}^{238}\mathrm{A}\mathrm{m}\to {}_{94}^{238}\mathrm{P}\mathrm{u}+e^{+}+{\nu }_e;}\{\backslash displaystyle\; \backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{95\}Am\}\; \backslash rightarrow\; \backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{94\}Pu\}\; +e^\{+\}+\backslash nu\; \_\{e\};\}$

• α-розпад нукліда 242Cm (період напіврозпаду складає 162,8(2)^[1] діб):

${\displaystyle {}_{96}^{242}\mathrm{C}\mathrm{m}\to {}_{94}^{238}\mathrm{P}\mathrm{u}+{}_2^4\mathrm{H}\mathrm{e}.}\{\backslash displaystyle\; \backslash mathrm\; \{^\{242\}\_\{96\}Cm\}\; \backslash rightarrow\; \backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{94\}Pu\}\; +\backslash mathrm\; \{^\{4\}\_\{2\}He\}\; .\}$

Розпад плутонію-238 відбувається в наступних напрямках:

• α-розпад в 234U (ймовірність 100 %^[1], енергія розпаду 5 593,20(19) кеВ^[2]):

${\displaystyle {}_{94}^{238}\mathrm{P}\mathrm{u}\to {}_{92}^{234}\mathrm{U}+{}_2^4\mathrm{H}\mathrm{e};}\{\backslash displaystyle\; \backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{94\}Pu\}\; \backslash rightarrow\; \backslash mathrm\; \{^\{234\}\_\{92\}U\}\; +\backslash mathrm\; \{^\{4\}\_\{2\}He\}$ ;}

енергія випромінюваних α-частинок 5 456,3 кеВ (в 28,98% випадків) і 5 499,03 кеВ (в 70,91% випадків)^[5].

• Спонтанний поділ (ймовірність 1,9(1)× 10⁻⁷ %)^[1];

Плутоній-238 утворюється в будь-якому ядерному реакторі, який працює на природному або малозбагаченому урані, що містить в основному ізотоп 238U. При цьому відбуваються наступні ядерні реакції^[4][6]:

${\displaystyle {}_{92}^{238}\mathrm{U}(\mathrm{n},2\mathrm{n}){}_{92}^{237}\mathrm{U}\underset{6,75\mathrm{d}}{\overset{{\beta }^{-}518,6\mathrm{k}\mathrm{e}\mathrm{V}}{\to }}{}_{93}^{237}\mathrm{N}\mathrm{p};}\{\backslash displaystyle\; \backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{92\}U\}\; (\backslash mathrm\; \{n\}\; ,\backslash mathrm\; \{2n\}\; )\backslash mathrm\; \{^\{237\}\_\{92\}U\}\; \backslash \; \{\backslash xrightarrow[\{6,75\backslash \; \backslash mathrm\; \{d\}\; \}]\{\backslash beta\; ^\{-\}\backslash \; 518,6\backslash \; \backslash mathrm\; \{keV\}\; \}\}\backslash \; \backslash mathrm\; \{^\{237\}\_\{93\}Np\}$ ;}

${\displaystyle {}_{92}^{235}\mathrm{U}(\mathrm{n},\gamma ){}_{92}^{236}\mathrm{U}(\mathrm{n},\gamma ){}_{92}^{237}\mathrm{U}\underset{6,75\mathrm{d}}{\overset{{\beta }^{-}518,6\mathrm{k}\mathrm{e}\mathrm{V}}{\to }}{}_{93}^{237}\mathrm{N}\mathrm{p};}\{\backslash displaystyle\; \backslash mathrm\; \{^\{235\}\_\{92\}U\}\; (\backslash mathrm\; \{n\}\; ,\backslash gamma\; )\backslash mathrm\; \{^\{236\}\_\{92\}U\}\; (\backslash mathrm\; \{n\}\; ,\backslash gamma\; )\backslash mathrm\; \{^\{237\}\_\{92\}U\}\; \backslash \; \{\backslash xrightarrow[\{6,75\backslash \; \backslash mathrm\; \{d\}\; \}]\{\backslash beta\; ^\{-\}\backslash \; 518,6\backslash \; \backslash mathrm\; \{keV\}\; \}\}\backslash \; \backslash mathrm\; \{^\{237\}\_\{93\}Np\}$ ;}

${\displaystyle {}_{93}^{237}\mathrm{N}\mathrm{p}(\mathrm{n},\gamma ){}_{93}^{238}\mathrm{N}\mathrm{p}\underset{2,117\mathrm{d}}{\overset{{\beta }^{-}1,292\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}}{\to }}{}_{94}^{238}\mathrm{P}\mathrm{u}.}\{\backslash displaystyle\; \backslash mathrm\; \{^\{237\}\_\{93\}Np\}\; (\backslash mathrm\; \{n\}\; ,\backslash gamma\; )\backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{93\}Np\}\; \backslash \; \{\backslash xrightarrow[\{2,117\backslash \; \backslash mathrm\; \{d\}\; \}]\{\backslash beta\; ^\{-\}\backslash \; 1,292\backslash \; \backslash mathrm\; \{MeV\}\; \}\}\backslash \; \backslash mathrm\; \{^\{238\}\_\{94\}Pu\}\; .\}$

Вагомі кількості ізотопно чистого плутонію-238 отримують шляхом опромінення нейтронами нептунію-237, який, в свою чергу, добувають з відпрацьованого ядерного палива^[6].

Ціна одного кілограму плутонію-238 складає приблизно 1 млн доларів США^[7].

Плутоній-238 використовують в малогабаритних радіоізотопних джерелах енергії (наприклад, в РІТЕГах)^[6]. Раніше (до появи літієвих батарей^[8]) використовувався в кардіостимуляторах.^[9][10]

США використовували РІТЕГи з плутонієм-238 на 24 космічних апаратах, включаючи Вояджери та Кассіні.^[11]

Зокрема плутонієві джерела живлення для космічних апаратів містили таку кількість ізотопа^[12]:

• для космічного апарата «Галілео», що обертався навколо Юпітера — 15,6 кг;
• для космічного апарата «Касіні» — 32,7 кг;
• для космічного апарата «Нові горизонти» — 10,9 кг;
• для марсоходу К'юріосіті — 4,8 кг^[13] діоксиду плутонію-238.

В США виробництво ізотопа плутонію-238 зупинено 1988 року (Саванна Рівер).^[14] Міністерство енергетики США підписало в 1992 році п'ятирічний договір про купівлю ізотопа в Росії в обсязі 10 кг із можливістю збільшення поставок до 40 кг. В рамках договору укладалися декілька контрактів, угоду продовжували. В 2009 році поставки були перервані через реструктуризацію російської ядерної промисловості.^[15]

Починаючи з 1993 року, більшість РІТЕГів на американських космічних апаратах використовували ізотоп, куплений в Росії. За станом на 2005 рік було закуплено близько 16,5 кг.^[16][17]

2009 року Міністерство енергетики США (DOE) надали запит на фінансування відновлення виробництва ізотопа на території США.^[18][19] Вартість проєкту оцінювалася в 75—90 мільйонів доларів за п'ять років^[20]. Фінансування проєкту було розділено між DOE та NASA^[20]. Конгрес надав NASA по 10 мільйонів у 2011 і 2012 роках,^[20] але відмовив у фінансуванні DOE^[20].

2013 року Ок-Риджська національна лабораторія (штат Теннесі) почала виробництво плутонію-238, з проєктною потужністю 1,5—2 кілограми ізотопа на рік^[21][22][23].

• ave Mosher, Timeline: Plutonium-238′s Hot and Twisted History [Архівовано 26 лютого 2014 у Wayback Machine.] // Wired, 2013-09-19 (англ.)