Óxido de plutonio(IV)

El óxido de plutonio(IV) , o plutonia , es un compuesto químico con la fórmula Pu O ₂ . Este sólido de alto punto de fusión es un compuesto principal del plutonio . Su color puede variar de amarillo a verde oliva, dependiendo del tamaño de partícula, la temperatura y el método de producción. ^{[ 2 ]}

_El PuO₂ cristaliza en el motivo de fluorita , con los centros Pu⁴⁺ organizados en una ^red cúbica centrada en las caras y los iones óxido ocupando huecos tetraédricos. ^{[ 3 ]}

A altas temperaturas, el PuO₂ _{tiende a perder oxígeno, convirtiéndose en PuO₂ −x} subestequiométrico , con la introducción de Pu³⁺ de menor valencia ^. Esto continúa en el estado líquido fundido, donde el número de coordinación local Pu-O disminuye a predominantemente 6, en comparación con 8 en la estructura de fluorita estequiométrica. ^{[ 4 ]}

El dióxido de plutonio es un material cerámico estable con una solubilidad extremadamente baja en agua y un alto punto de fusión (2744  °C). El punto de fusión se revisó al alza en 2011 en varios cientos de grados, basándose en la evidencia de estudios de fusión rápida por láser que evitan la contaminación por cualquier material del contenedor. ^{[ 5 ]}

Al igual que todos los compuestos de plutonio , está sujeto a control en virtud del Tratado de No Proliferación Nuclear .

El plutonio se oxida espontáneamente a PuO₂ _en una atmósfera de oxígeno. El dióxido de plutonio se produce principalmente por calcinación _de oxalato de plutonio(IV) , Pu(C₂O₄ ₎ ₂ _· 6H₂O _, a 300 °C. El oxalato de plutonio se obtiene durante el reprocesamiento del combustible nuclear al disolverse el plutonio en una solución de ácido nítrico e hidrofluórico . ^{[ 6 ]} 

_El PuO₂ , junto con _el UO₂ , se utiliza en combustibles MOX para reactores nucleares . El dióxido de plutonio-238 se utiliza como combustible para varias naves espaciales de exploración del espacio profundo, como las sondas Cassini , Voyager , Galileo y New Horizons , así como en los rovers Curiosity y Perseverance en Marte . El isótopo se desintegra emitiendo partículas alfa, que luego generan calor (véase generador termoeléctrico de radioisótopos ). Ha habido preocupación de que una reentrada accidental en la atmósfera terrestre desde la órbita pueda provocar la desintegración o la combustión de una nave espacial, lo que resultaría en la dispersión del plutonio, ya sea sobre una gran extensión de la superficie planetaria o dentro de la atmósfera superior. Sin embargo, aunque al menos dos naves espaciales que transportaban generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) de PuO₂ _han reingresado a la atmósfera terrestre y se han desintegrado ( Nimbus B-1 en mayo de 1968 y el módulo lunar del Apolo 13 en abril de 1970), ^{[ 7 ] [ 8 ]} los RTG de ambas naves sobrevivieron al reingreso y al impacto intactos, y no se observó contaminación ambiental en ninguno de los casos; de hecho, el RTG de Nimbus fue recuperado intacto del fondo marino del Océano Pacífico y lanzado a bordo de Nimbus 3 un año después. En cualquier caso, los RTG desde mediados de la década de 1960 han sido diseñados para permanecer intactos en caso de reingreso e impacto, tras el fallo de lanzamiento de Transit 5-BN-3 en 1964 (el RTG de plutonio de primera generación a bordo se desintegró al reingresar y dispersó material radiactivo en la atmósfera al norte de Madagascar , lo que impulsó un rediseño de todos los RTG estadounidenses en uso o en desarrollo). ^{[ 9 ]}

El físico Peter Zimmerman, siguiendo una sugerencia de Ted Taylor , calculó que se podría fabricar un arma nuclear de bajo rendimiento (1 kilotón ) con relativa facilidad a partir de dióxido de plutonio. ^{[ 10 ]} Dicha bomba requeriría una masa crítica considerablemente mayor que una fabricada con plutonio elemental (casi tres veces mayor, incluso con el dióxido a su máxima densidad cristalina; si el dióxido estuviera en forma de polvo, como suele ocurrir, la masa crítica sería aún mucho mayor), debido tanto a la menor densidad del plutonio en el dióxido en comparación con el plutonio elemental como a la masa inerte adicional del oxígeno contenido. ^{[ 11 ]}

El comportamiento del dióxido de plutonio en el organismo varía según la forma de ingesta. Al ser ingerido, la mayor parte se elimina rápidamente con los desechos corporales, ^{[ 12 ]} pero una pequeña porción se disuelve en iones en el jugo gástrico ácido y atraviesa la barrera hematoencefálica, depositándose en otras formas químicas en otros órganos, como en las células fagocíticas de los pulmones, la médula ósea y el hígado. ^{[ 13 ]}

En forma particulada, el dióxido de plutonio con un tamaño de partícula inferior a 10 μm ^{[ 14 ]} es radiotóxico si se inhala debido a su fuerte emisión alfa . ^{[ 15 ]}

• Organismo Internacional de Energía Atómica
• dióxido de uranio

• Seguridad de los sistemas de energía radioisotópica espacial