प्लुटोनियम

प्लुटोनियम:किरणोत्सर्गी (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकणारे) धातुरूप मूलद्रव्य. चिन्ह Pu. अणुक्रमांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या) ९४ अणुभार सर्वांत सामान्य समस्थानिकाचा (अणुक्रमांक तोच परंतु अणुभार भिन्न असलेल्या त्याच मूलद्रव्याच्या प्रकाराचा) २३९·०९-२३९·११ सर्वांत स्थिर समस्थानिकाचा द्रव्यमानांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांची एकूण संख्या) २४४ (याचे सर्व समस्थानिक कृत्रिम रीतीने बनविण्यात आले आहेत त्यामुळे विशिष्ट नमुन्यातील समस्थानीय संघटन व पर्यायाने नमुना कोणत्या उद्‌गमापासून मिळाला यांवर प्लुटोनियमाचा अणुभार अवलंबून असतो) आवर्त सारणीतील [इलेक्ट्रॉन रचनेनुसार केलेल्या मूलद्रव्यांच्या कोष्टकरुप मांडणीतील ⟶आवर्त सारणी] ३ ब गटातील ॲक्टिनाइड मालेतील (अणुक्रमांक ९० ते १०३ असलेल्या मूलद्रव्यांच्या गटातील) एक मूलद्रव्य या मालेतील सर्व मूलद्रव्यांच्या अणूतील सर्वांत बाह्य इलेक्ट्रॉनांची परिस्थिती एकसारखीच म्हणजे ॲक्टिनियमाप्रमाणे असते याचे २३२ ते २४६ द्रव्यमानांकाचे समस्थानिक असून ते सर्व किरणोत्सर्गी आहेत व त्या सर्वांची अर्धायुष्ये (किरणोत्सर्गाची मूळची क्रियाशीलता निम्मी होण्यास लागणारे काळ) कोष्टक क्र. १ मध्ये दिली आहेत.

 {द्रव्यमानांकानंतरची ‘एम’ ही संज्ञा तोच द्रव्यमानांक व अणुक्रमांक असलेल्या पण निरनिराळ्या ऊर्जेच्या निरनिराळ्या पुंज अवस्थांत मोजण्याइतक्या कालावधीकरिता असलेला व वेगळे किरणोत्सर्गी गुणधर्म असलेला समस्थानिकाचा प्रकार म्हणजे समघटक दर्शविते [⟶ समस्थानिक]}. 

संयुजा (इतर अणूंशी संयोग पावण्याची क्षमता दर्शविणारा अंक) ३, ४, ५ व ६. विद्युत् विन्यास (इलेक्ट्रॉनांची अणूतील मांडणी) २, ८, १८, ३२, २४, ८, २. वि. गु. १९·८४ (२०° से.ला) इतर धातूंच्या मानाने प्लुटोनियमाचा वितळबिंदू कमी म्हणजे ६३९°·५ से. आहे उकळबिंदू ३,२३५°से.

मानवाने प्रत्यक्ष पाहिलेले हे पहिले कृत्रिम मूलद्रव्य आहे. अणुऊर्जेसाठी इंधन व अण्वस्त्रातील क्रियाशील घटक म्हणून याचा उपयोग माहीत झाल्याने युरेनियमोत्तर मूलद्रव्यांपैकी हे सर्वांत महत्त्वाचे मूलद्रव्य ठरले असून त्यामुळे अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी व अण्वस्त्रे यांच्या इतिहासातील एक महत्त्वाचा टप्पा गाठला गेला आहे. याच्या अपवादात्मक गुणधर्मांमुळेही हे वैशिष्ट्यपूर्ण असे मूलद्रव्य मानले जाते. कोठी तापमानापासून (सर्वसाधारण तापमानापासून) याच्या वितळबिंदूपर्यंत (६३९°·५ से.) याच्यात पाचदा बदल होतात व त्यामुळे याची एकूण सहा बहुरूपे (निरनिराळ्या तापमान मर्यादांत बहुधा स्थिर अवस्थांत राहणारी रूपे) माहीत झाली आहेत. त्यांपैकी डेल्टा व डेल्टा (आद्य) ही बहुरुपे वाढत्या तापमानात संकोच पावतात, असे आढळले आहे. या बहुरूपांचे स्थिरतेचे तापमान, स्फटिक संरचनेचा प्रकार व विशिष्ट गुरुत्व ही कोष्टक क्र. २ मध्ये दिली आहेत. (स्फटिक संरचनेच्या प्रकारासंबंधीच्या स्पष्टीकरणासाठी ‘स्फटिकविज्ञान’ ही नोंद पहावी). ६३९°·५ से. ला प्लुटोनियम द्रवरूप होते व ६५५°से. ला त्याचे वि. गु. १६·६२ असल्याचे आढळले आहे.

इतिहास : जी. टी. सीबॉर्ग, ई. एम्. मॅक्‌मिलन, जे. डब्ल्यू. केनेडी व ए. सी. वाल यांनी १९४०-४१ या काळात अमेरिकेतील बर्कली येथील कॅलिफोर्निया विद्यापीठाच्या १५२·४ सेंमी. सायक्लोट्रॉनामध्ये [⟶ कणवेगवर्धक] युरेनियम (२३८) वर ड्यूटेरॉनांचा भडिमार करून २३८ द्रव्यमानांकाचे व ९४ अणुक्रमांकाचे मूलद्रव्य तयार केले. हे मूलद्रव्य नेपच्यूनियमानंतरचे असल्याने नेपच्यूनानंतरचा (वरुणानंतरचा) सूर्यकुलातील ग्रह प्लुटो (कुबेर)यावरून या मुलद्रव्याचे नाव प्लुटोनियम ठेवण्यात आले. १९४१ सालीच केनेडी, एमील्यो जीनो सेग्रे, वाल व सीबॉर्ग यांनी प्लुटोनियमाचा २३९ हा समस्थानिकही शोधून काढला. या समस्थानिकाचे पहिले शुद्ध स्वरूपातील संयुग बी. बी. कनिंगहॅम आणि एल्. बी. वेर्नर यांनी शिकागो विद्यापीठातील युद्धकालीन प्रयोगशाळेत १९४२ मध्ये तयार केले. १९४३ साली ⇨ क्षपणाने धातुरूपातील प्लुटोनियम मिळविण्यात आले. अशा प्रकारे वजन करता येईल एवढ्या प्रमाणात प्रथमच कृत्रिम मूलद्रव्य बनविण्यात आले. हा नमुना ५० मायक्रोग्रॅमपेक्षाही कमी होता व तो इतका अल्प असूनही त्यावरून प्लुटोनियमाची घनता, वितळबिंदू, सूक्ष्म संरचना इ. गुणधर्म निश्चित करण्यात आले. नंतर हे मूलद्रव्य जास्त प्रमाणात उपलब्ध झाल्यावर त्याचे तपशीलवार धातुवैज्ञानिक संशोधन सुरु झाले. प्लुटोनियमाचे अणू भंजनक्षम (ज्याच्या अणुकेंद्राचे तुकडे होऊ शकतात असे) आहेत व भंजनक्षम नसलेल्या युरेनियम (२३८) या विपुलपणे आढळणाऱ्या समस्थानिकापासून प्लुटोनियम मोठ्या प्रमाणात बनविता येते, ही माहिती अमेरिकेच्या संरक्षणक्षमतेच्या दृष्टीने महत्त्वाची असल्याने प्लुटोनियमाच्या शोधाची माहिती गुप्त ठेवण्यात आली होती. १९४५ साली ऑगस्टमध्ये नागासाकीवर टाकलेल्या अणुबाँबच्या स्फोटानंतरच हा शोध जगाला माहीत झाला आणि त्यानंतरच प्लुटोनियमाच्या संशोधनास विशेष चालना मिळाली.

आढळ: प्लुटोनियम कृत्रिम रीतीने बनविण्यात आल्यानंतर हे मूलद्रव्य निसर्गात युरेनियमयुक्त खनिजांत लेशमात्र प्रमाणात असल्याचे आढळून आले. निसर्गामध्ये जर युरेनियमानंतरची मूलद्रव्ये आढळत असली, तर ती त्यांच्याच गटातील मूलद्रव्ये ज्यात विपुल आहेत अशा खनिजांमध्ये आढळली पाहिजेत, असे सीबॉर्ग यांचे मत होते आणि १९४२ साली सीबॉर्ग व एम्. एल्. पर्लमन यांनी कॅनडातील पिचब्लेंड या खनिजात प्लुटोनियम असल्याचे शोधून काढले. पिचब्लेंडाशिवाय मोनॅझाइट, फर्ग्युसनाइट, कार्नोटाइट इ. खनिजांतही प्लुटोनियम (२३९) आढळले आहे. मात्र निसर्गातील प्लुटोनियम मूळचे नसावे, तर ते पुढीलप्रमाणे बनले असावे, असे मानतात : युरेनियम (२३५) चे स्वयंभंजन होताना न्यूट्रॉन बाहेर टाकले जातात तसेच लगतच्या हलक्या मूलद्रव्यांवर आल्फा कणांची क्रिया होऊनही न्यूट्रॉन निर्माण होतात. अशा भटक्या न्यूट्रॉनांचा युरेनियम (२३८) मध्ये ग्रास होऊन (पकडले जाऊन) व नंतर बीटा कणाचे उत्सर्जन होऊन प्लुटोनियम(२३९) निसर्गात बनत असावे. कॅनडा, झाईरे, अमेरिका, ब्राझील इ. ठिकाणांच्या पिचब्लेंड वा मोनॅझाइट खनिजात प्लुटोनियम आढळले आहे. मात्र या खनिजांमध्ये प्लुटोनियम अत्यल्प प्रमाणात म्हणजे युरेनियमाच्या १०० अब्ज कणांमागे प्लुटोनियमाचा १ कण इतके आढळते. अशा प्रकारे १०० टन खनिजामध्ये १ मायक्रोग्रॅम प्लुटोनियम आढळेल. त्यामुळे प्लुटोनियम निसर्गातून मिळविणे अशक्य असून ते कृत्रिम रीतीने बनविणेच आवश्यक ठरले आहे.

गुणधर्म : प्लुटोनियमाचे इतर अणूंबरोबर आयनीय, सहसंयजी व धातवीय असे तीनही प्रकारचे बंध [⟶ संयुजा]होऊ शकतात. अणूतील 5f व 6d परिकक्षांचे [⟶ पुंज रसायनशास्त्र] संकरण झाल्यामुळेच त्याला विशिष्ट रासायनिक गुणधर्म प्राप्त होतात. हे रासायनिक गुणधर्म बऱ्याच प्रमाणात ⇨युरेनियम व ⇨नेपच्यूनियमयांच्या गुणधर्मांसारखे होत. प्लुटोनियम धातू रुपेरी असून शुष्क हवेत ही जवळजवळ अक्रिय असते. मात्र हवेतील अल्पशा आर्द्रतेमुळेही प्लुटोनियम गंजून पिवळसर होते. प्लुटोनियम उच्च धन विद्युती (इलेक्ट्रॉन देऊन टाकून धन विद्युत् भार धारण करणारे) असून त्याची पाण्याबरोबर विक्रिया होते. मध्यम तापमानाला प्लुटोनियमाची फ्ल्युओरीन, ब्रोमीन व आयोडीन यांच्याशी विक्रिया होते. सर्व अधातवीय मूलद्रव्ये व त्यांची संयुगे यांच्याबरोबर प्लुटोनियमाची युरेनियमाप्रमाणेच विक्रिया होते. प्लुटोनियम (२३९) मधून आल्फा कण बाहेर पडतात व कण बाहेर पडताना मुक्त होणाऱ्या ऊर्जेमुळे (उष्णतेमुळे) प्लुटोनियम कोमट असते. प्लुटोनियम अम्लांत विद्राव्य (विरघळणारे) असून त्याच्या जलीय विद्रावावरील  ऑक्सिडीकरण अवस्था [⟶ ऑक्सिडीभवन] चार (३, ४, ५व ६) आहेत. या चारही अवस्था एकाच वेळी विद्रावात समतोलावस्थेत असतात व त्यामुळे प्लुटोनियमाचे गुणधर्म जटिल (गुंतागुंतीचे) झालेले आढळतात. विद्रावामधील प्लुटोनियमाच्या आयनांचे विद्युत् भारित अणूंचे किंवा अणुगटांचे) रंग पुढीलप्रमाणे असतात. Pu³⁺ निळा, Pu⁸⁺ पिवळसर उदी, PuO₂ ⁺ तांबडा व PuO₂²⁺ गुलाबी नारिंगी. प्लुटोनियम (२३९) या समस्थानिकाचा कोठी तापमानाला असलेला विशिष्ट विद्युत् रोध (द्रव्यांचा विद्युत् रोध गुणिले प्रवाहस्त्रोताच्या काटच्छेदाचे क्षेत्रफळ भागिले प्रवाह मार्गाची लांबी याने दर्शविली जाणारी राशी) १४५ मायक्रोओहम – सेंमी. इतका म्हणजे सर्व धातूंपेक्षा जास्त आहे.

निर्मिती: नैसर्गिक स्थितीतील युरेनियम अथवा भंजनक्षम युरेनियम (२३५) अल्प प्रमाणात वापरून संपन्न केलेले युरेनियम हे इंधन आणि ग्रॅफाइट अथवा जड पाणी ड्यूटेरियम ऑक्साइड) यासारखे न्यूट्रॉनांचा वेग मंद करणारे मंदायक द्रव्य वापरणारा अणुकेंद्रीय विक्रियक अणुभट्टी) हा प्लुटोनियमाचा प्रमुख उद्‌गम असून त्यात प्लुटोनियमाची निर्मिती करण्यात येते. अशा विक्रियकात युरेनियम (२३५) चे भंजन होऊन स्वयंचलित अशी अणुकेंद्रीय शृंखला विक्रिया सुरू होते. विक्रियकातील जादा न्यूट्रॉन युरेनियम (२३८) द्वारे शोषिले जाऊन युरेनियम (२३९) हा समस्थानिक तयार होतो. यामुळे अणुकेंद्रातील समतोल ढळतो. त्यामुळे त्यातून एक बीटा कण बाहेर पडतो व तेथील कण न्यूट्रॉनाचे प्रोटॉनात रूपांतर होते. परिणामी युरेनियम ९२ अणुक्रमांकाच्या मूलद्रव्याचे नेपच्यूनियम या ९३ अणुक्रमांकाच्या मूलद्रव्यात रूपांतर होते. तथापि अस्थिरतेमुळे त्यातून नंतर आणखी एक बीटा कण बाहेर टाकला जाऊन व वरीलप्रमाणे क्रिया होऊन ९४ अणुक्रमांकाचा प्लुटोनियम (२३९) हा समस्थानिक तयार होतो. ही अणुकेंद्रीय विक्रिया सूत्ररूपाने थोडक्यात पुढीलप्रमाणे दर्शविली जाते.

अशा तऱ्हेने विक्रियकात वापरल्या गेलेल्या भंजनक्षम द्रव्यापेक्षा जास्त भंजनक्षम द्रव्य त्यात तयार होते. अशा विक्रियकाला प्रजनक विक्रियक व या विक्रियेला प्रजनक विक्रिया म्हणतात [⟶ अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी]. वरील विक्रियेत कधीकधी प्लुटोनियम (२३९) द्वारे काही न्यूट्रॉन पकडले जाऊन प्लुटोनियमाचे उच्च समस्थानिक (उदा., २४०, २४१ इ.) तयार होतात. अशा प्रकारे प्लुटोनियमाच्या एखाद्या नमुन्यातील समस्थानिकांचे प्रमाण हे त्याच्या उद्‌गमावरून ठरत असते, असे दिसून येईल.

वरीलप्रमाणे अणुकेंद्रीय विक्रियकात तयार झालेल्या प्लुटोनियमाबरोबर इतर अतिकिरणोत्सर्गी द्रव्ये, युरेनियम व दुसरी इतर द्रव्येही असतात. त्यामुळे प्लुटोनियम त्यांच्यापासून अलग करून शुद्ध करून घ्यावे लागते. या दोन्ही क्रिया रासायनिक पद्धतींनी करण्यात येतात. अशा वेळी अतिशय तीव्र किरणोत्सर्गी द्रव्ये हाताळावी लागत असल्याने किरणोत्सर्गामुळे उद्‌भवणाऱ्या गंभीर समस्या लक्षात घेऊनच भक्कम रासायनिक संयंत्राचे आराखडे तयार केलेले असतात आणि या सर्व क्रिया संरक्षक जाड भिंतींमागून दूर नियंत्रण प्रणालींद्वारे नियंत्रित केल्या जातात.

प्लुटोनियम मोठ्या प्रमाणात अलग करण्याच्या व शुद्ध करण्याच्या अनेक प्रक्रिया असून त्यांपैकी सर्वांत प्रथम वापरण्यात आलेली व एक आधुनिक अशा दोन प्रक्रिया पुढे दिलेल्या आहेत. आधीच्या प्रक्रियेत बिस्मथ फॉस्फेट व लँथॅनम फ्ल्युओराइड ही संयुगे वाहक अवक्षेपणकारक (न विरघळणाऱ्या साक्यात रूपांतरित करणारे पदार्थ) म्हणून वापरली होती. या प्रक्रियेमध्ये न्यूट्रॉनाने उद्दीप्त असे विक्रियकातील युरेनियमयुक्त द्रव्य नायट्रिक अम्लात विरघळवून त्यात सल्फ्यूरिक अम्ल टाकतात व ऑक्सिडीकरण अवस्था ४ असलेले प्लुटोनियम म्हणजे प्लुटोनियम (४) बिस्मथ फॉस्फेटाचा उपयोग करून अवक्षेपित करतात. हा अवक्षेप नायट्रिक अम्लात विरघळवितात. त्यामुळे प्लुटोनियमाचे ऑक्सिडीकरण होऊन ऑक्सिडीकरण अवस्था ६ असलेले प्लुटोनियम बनते. या वेळी उप-पदार्थ म्हणून बनलेला बिस्मथ फॉस्फेटाचा अवक्षेप अलग करतात. त्यामुळे विद्रावात प्लुटोनियम (६) राहते. नंतर प्लुटोनियम (६) चे क्षपण करून बनलेले प्लुटोनियम (४) अलगीकरण चक्राची पुनरावृत्ती करण्यासाठी बिस्मथ फॉस्फेटाचा उपयोग करून पुन्हा अवक्षेपित करतात. अलगीकरणाच्या या दुसऱ्या चक्रानंतर लँथॅनम फ्ल्युओराइड हे संयुग वाहक अवक्षेपणकारक म्हणून वापरून वरील स्वरूपाचीच ऑक्सिडीकरण-क्षपण क्रिया करतात. यामुळे प्लुटोनियमाचे अधिक अलगीकरण होऊन त्याचे प्रमाण वाढते. या प्रकारे प्लुटोनियमाचे पुरेसे संहत झालेले (प्रमाण वाढविलेले) नमुने मिळतात व त्यांचे आणखी शुद्धीकरण वाहक न वापरताही केले जाते.

प्लुटोनियम अलग करण्याच्या पुष्कळ आधुनिक प्रक्रिया कार्बनी विद्रावकांद्वारे निष्कर्षण करण्याच्या तत्त्वावर आधारलेल्या आहेत. या प्रक्रियांमध्ये प्लुटोनियमाच्या विविध ऑक्सिडीकरणअवस्थांच्या वेगवेगळ्या रासायनिक गुणधर्मांचा वापर केलेला आहे. यांपैकी ‘प्युरेक्स’ ही प्रकिया येथे थोडक्यात दिली आहे. या प्रक्रियेत केरोसीन—प्रकारच्या विद्रावकाने विरल केलेले ट्रायब्युटिल फॉस्फेट कार्बनी विद्रावक म्हणून वापरतात. प्रथम विक्रियकातील युरेनियमयुक्त द्रव्य नायट्रिक अम्लात विरघळवितात व प्लुटोनियम (४) अवस्थेत स्थिर करतात. भंजन झालेल्या द्रव्यातून प्लुटोनियम (४) आणि युरेनियम (६) निष्कर्षित करता येतील अशा प्रकारे अम्लाची तीव्रता जुळवून घेतात.

प्रक्रियेतील दुसऱ्या टप्प्यात विद्रावकाचा क्षपणकारक अशा नायट्रिक अम्ल विद्रावाशी संपर्क घडवून आणतात. त्यामुळे युरेनियम (६) ट्रायब्युटिल रुपात राहते व प्लुटोनियम (३) अवस्थेत वेगळे करण्यात येते. प्लुटोनियम आणखी शुद्ध करण्यासाठी त्याचे पुन्हा ४ अवस्थेत ऑक्सिडीकरण करून ट्रायब्युटिल फॉस्फेटाच्या साहाय्याने त्याचे परत निष्कर्षण करण्यात येते. 

यांशिवाय प्लुटोनियम शुद्ध रुपात मिळविण्याच्या आणखीही प्रक्रिया आहेत. उदा. रेडॉक्स पद्धतीमध्ये हेक्झोन (मिथिल n—ब्युटिल कीटोन) तर टीटीए पद्धतीत बेंझीन-थेनॉयलफ्ल्युओरॲसिटोन हे कार्बनी विद्रावक वापरले जातात. याचकरिता ⇨आयन–विनिमय व उच्च तापमानात करण्यात येणाऱ्या धातुवैज्ञानिक प्रक्रियाही वापरल्या जातात. प्लुटोनियमाच्या हॅलाइडाचे क्षपण करूनही प्लुटोनियम धातू मिळू शकते. उदा., प्लुटोनियम ट्रायफ्ल्युओराइडाचे(puF₃) कॅल्शियमाने क्षपण करून युरेनियम (२३८) वर आल्फा कणांचा भडिमार करून प्लुटोनियम (२४१) हा समस्थानिक मिळू शकतो. अमेरिका, रशिया, कॅनडा, फ्रान्स, ग्रेट ब्रिटन, बेल्जियम इ. देशांमध्ये प्लुटोनियमाचे उत्पादन केले जात आहे.

इ. स. १९६४ मध्ये तुर्भे येथील भाभा अणुसंशोधन केंद्रात प्लुटोनियम (२३९) चे उत्पादन करणारा व संपूर्णपणे भारतीय शास्त्रज्ञांनीच अभिकल्पिलेला आणि उभारलेला यंत्रसंच कार्यान्वित करण्यात आला. भारतात प्रचंड प्रमाणावर उपलब्ध असलेल्या थोरियमाचा अणुऊर्जेच्या उत्पादनासाठी उपयोग करण्याच्या अभिकल्पातील हा एक महत्त्वाचा टप्पा मानला जातो. या केंद्रातील ‘सायरस’ या प्रायोगिक विक्रियकात वापरून झालेल्या इंधन गजांतून येथे युरेनियम व प्लुटोनियम (२३९) अलग करण्यात येतात. त्यासाठी प्युरेक्स पद्धती वापरली जाते. १९७४ मध्ये भारताने पोखरण (राजस्थान) येथे केलेल्या पहिल्या अणुकेंद्रीय प्रयुक्तीच्या स्फोटात भारतात निर्माण केलेल्या प्लुटोनियमाचाच वापर केला होता. 

संयुगे : प्लुटोनियमाची अनेक संयुगे बनविण्यात आली असून गुणधर्म व सूत्र या दृष्टींनी ती युरेनियम आणि नेपच्यूनियम यांच्या संयुगांसारखी आहेत. मात्र स्थिरतेच्या दृष्टीने त्यांच्यात काही फरक आहेत. प्लुटोनियमाची पुष्कळ संयुगे घन प्रावस्था वा घन आणि वायुरूप प्रावस्था यांतील विक्रियांनी बनलेली आहेत म्हणजे या विक्रिया विद्राव-माध्यमात झालेल्या नाहीत (भौतिक प्रणालीचा जो भाग घन, वा वायू-पूर्णपणे एकजिनसी आहे, ज्याला निश्चित मर्यादा आहेत आणि जो इतर भागांपासून-प्रावस्थांपासून – भौतिक पद्धतींनी अलग करता येतो त्याला प्रावस्था म्हणतात). प्लुटोनियमाची ऑक्साइडे, हायड्राइडे, हॅलाइडे, ऑक्सिहॅलाइडे आणि कार्बन, नायट्रोजन, सिलिकॉन, गंधक व फॉस्फरस यांबरोबरची संयुगे महत्त्वाची आहेत. यांशिवाय प्लुटोनियमाची इतर काही अकार्बनी व अनेक कार्बनी संयुगेही तयार करण्यात आली आहेत. तसेच बेरिलियम, ॲल्युमिनियम, मँगॅनीज, लोखंड, कोबाल्ट, निकेल, क्रोमियम, ऑस्मियम, युरेनियम, चांदी इ. धातूंबरोबरची प्लुटोनियमाची आंतरधातवीय संयुगे (मिश्रधातू) माहीत आहेत. प्लुटोनियमाच्या काही संयुगांचे काही गुणधर्म कोष्टक क्र. ३ मध्ये दिले आहेत.

ऑक्साइडे : प्लुटोनियम डाय-ऑक्साइड (PuO₂) हे प्लुटोनियमाचे सर्वांत महत्त्वाचे ऑक्साइड आहे. शुद्ध रूपात व वजन करता येईल एवढ्या प्रमाणात मिळविलेले तसेच क्ष-किरण विवर्तन पद्धतीने [⟶क्ष-किरण] ओळखण्यात आलेले कृत्रिम मूलद्रव्याचे पहिले संयुग हेच आहे. प्लुटोनियमाची बहुतेक संयुगे सु. १,०००° से. तापमानाला तापविल्यास त्यांपासून हे ऑक्साइड मिळते. सामान्य तापमानला रासायनिक दृष्ट्या हे अक्रिय असल्यामुळे व त्याचे संघटन चांगले माहीत झाल्यामुळे प्लुटोनियमाच्या वजनी विश्लेषणासाठी हे चांगले सोयीचे संयुग आहे. तेच प्लुटोनियमाची इतर संयुगे बनविताना प्रारंभीचे द्रव्य म्हणून हे पुष्कळदा वापरतात.

प्लुटोनियमाचे सेस्क्विऑक्साइड (PuO_1.5—_1.75) हे मिश्र ऑक्सिडीकरणअवस्थांचे नमुनेदार ऑक्साइड असून युरेनियम व इतर काही मुलद्रव्यांची सेस्क्विऑक्साइडे अशाच प्रकारची आहेत. प्लुटोनियम डाय–ऑक्साइडाचे सु.१५००° से. उच्च निर्वातामध्ये उष्मीय अपघटन केल्यास (उष्णतेने रेणूतील घटक अलग केल्यास ) हे सेस्क्विऑक्साइड तयार होऊ शकते.

प्लुटोनियमाचे मोनो-ऑक्साइडही माहीत असून ते हवेत उघड्या पडलेल्या धातूच्या पृष्ठावर प्रसंगविशेषी तयार होते.

हायड्राइडे: प्लुटोनियमावर हायड्रोजनाची १५०°ते २००° से. तापमानाला विक्रिया करून याची PuH₂ वPuH₃ ही हायड्राइडे तयार करतात. यांना खास महत्त्व आहे कारण यांच्या ऊष्मीय अपघटनाने चूर्णरुप धातू मिळते आणि अशी धातू इतर पुष्कळ संयुगे बनविण्यासाठी प्रारंभीचे द्रव्य म्हणून उपयुक्त आहे.

हॅलाइडे  व ऑक्सिहॅलाइडे: ट्राय-आयोडाइड, हेक्झॅफ्ल्युओराइड आणि ऑक्सिफ्ल्युओराइड ही वगळता प्लुटोनियमाची सर्व हॅलाइडे प्लुटोनियम (३) च्या डाय-ऑक्साइडाचे अथवा ऑक्झॅलेटाचे सु. ७००° से.ला हायड्रोहॅलोजनीकरण करून तयार केली जातात. प्लुटोनियम ट्रायफ्ल्युओराइड सोडल्यास याची सर्व हॅलाइडे अतिशय आर्द्रताशोषक आहेत. हायड्रोजन फ्ल्युओराइड वायूत हायड्रोजनाची भर घालून त्याची प्लुटोनियमावर विक्रिया घडवून आणल्यास टेट्राफ्ल्युओराइड (PuF₄)मिळते व हायड्रोजनाची भर न घातल्यास ट्रायफ्ल्युओराइड(PuF₃₎ मिळते. हायड्रोजन आयोडाइडाच्या प्लुटोनियमावरील विक्रियेने प्लुटोनियम ऑक्सिआयोडाइड(PuOI) मिळते, तर इतर हायड्रोजन हॅलाइड वायूत योग्य प्रमाणात पाण्याची वाफ मिसळून त्याची प्लुटोनियमावर विक्रिया केल्यास प्लुटोनियमाची इतर ऑक्सिहॅलाइडे (PuOF, PuOCI, PuOBr) मिळतात. हायड्रोजन आयोडाइडाची प्लुटोनियम धातूशी सु. ४००° से.ला विक्रिया झाल्यास प्लुटोनियम ट्राय-आयोडाइड (PuI₃) व शुद्ध वायुरूप फ्ल्युओरिनाची प्लुटोनियम हेक्झॅफ्ल्युओराइड (puF₆) मिळते. आर्‌गॉन व ऑक्सिजन यांमध्ये १,६५०°से.ला प्लुटोनियम ट्रायफ्ल्युओराइड (PuF₃) तापविले, तर प्लुटोनियम ऑक्सिफ्ल्युओराइड मिळते.

इतर संयुगे: प्लुटोनियमाची इतरही द्वैती (दोन मूलद्रव्यांचा समावेश असलेली) संयुगे बनतात व ती सर्व उच्च तापमानात स्थिर राहतात. यांमध्ये कार्बाइडे, किमान एक नायट्राइड, एक सिलिसाइड व एक सल्फाइड यांचा समावेश होतो. प्लुटोनियम डाय-ऑक्साइड व कार्बन यांच्या एकजीव मिश्रणात सु. १,६००°से.ला विक्रिया होऊन प्लुटोनियम मोनोकार्बाइड (PuC)बनते आणि उच्च तापमानास Pu₂C₃, PuC₂  इ. उच्च कार्बाइडे बनतात. प्लुटोनियमाचे सूक्ष्मकणी चूर्ण व अमोनिया यांच्यामध्ये ६५०º से. ला विक्रिया होऊन प्लुटोनियम मोनोनायट्राइड (PuN) बनते तर प्लुटोनियम  डाय-ऑक्साइड कॅल्शियम डाय-सिलिसाइडाबरोबर निर्वातात सु. १,५५०°से. पर्यंत तापविल्यास प्लुटोनियम डाय-सिलिसाइड मिळते. प्लुटोनियम ट्रायक्लोराइड व हायड्रोजन सल्फाइड यांच्यात ९००° से.ला विक्रिया घडवून आणल्यास प्लुटोनियम सेस्क्विसल्फाइड (Pu₂S₈—Pu₃S₄) बनते. प्लुटोनियमाचे मोनोसल्फाइडही (PuS) बनविण्यात आले आहे.

अधातवीयमूलद्रव्यांशिवाय धातूंबरोबरची प्लुटोनियमाची काही आंतरधातवीय संयुगे (मिश्रधातू) बनविण्यात आली असून त्यांपैकी काही पुढीलप्रमाणे होत : PuAl₂, PuAl₃, PuAl₄, PuBe₃, PuCO₂, PuFe₂, PuMn₂, PuNi₂, PuNi₅, PuNi₇.

विषारीपणा: प्लुटोनियम ही तिच्या किरणोत्सर्गामुळे अतिशय विषारी (हानिकारक परिणाम करणारी) व त्यामुळे धोकादायक धातू आहे. प्लुटोनियमातून मुख्यत्वे आल्फा किरण (आल्फा कणांचा प्रवाह) व अल्प प्रमाणात दुर्बल गॅमा प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा) बाहेर पडतात व त्यांचे शरीरावर विपरीत परिणाम होतात. प्लुटोनियमातून होणाऱ्या आल्फा उत्सर्जनाचा वेग (त्वरा) जादा (१ मिग्रॅ. प्लुटोनियमापासून मिनिटाला १४ कोटी आल्फा कण बाहेर पडतात) असल्याने आणि अस्थिमज्जेत (लांब हाडांच्या पोकळीत असणाऱ्या मऊ द्रव्यात) त्याचे विशिष्ट शोषण होत असल्यामुळे वैद्यकीय चिकित्सा व निदान या दृष्टींनी पाहता प्लुटोनियम हे जालीम विष आहे. श्वासावाटे,कणांच्या रूपात, जखमांवर पडून वा अंतर्ग्रहणाने प्लुटोनियम मानवी शरीरात जाऊ शकते. हाडे, फुप्फुसे, यकृत तसेच श्वासनालिका (घशापासून सुरू होणाऱ्या, श्वासनालाच्या मुख्य शाखा) व श्वासनालिका (श्वासनालिकेच्या सूक्ष्म शाखा) यांच्यातील लसीका ग्रंथी [⟶लसीका तंत्र] येथे साचून राहण्याची प्लुटोनियमाची प्रवृत्ती असते. हाडांमध्ये प्लुटोनियम सर्वत्र अनियमितपणे पसरते व हाडांमधील रक्तनिर्मितीच्या जागी कायमचेच साचून राहते त्यामुळे या अवयवांत कर्करोग उद्‌भवू शकतो. प्राण्यांवर केलेल्या प्रयोगांवरून असे आढळून आले आहे की, एक मायक्रोग्रॅम एवढ्या प्रमाणात जरी प्लुटोनियम प्राण्याच्या शरीरात गेले, तरी ते रेडियमापेक्षा अधिक कर्करोगोत्पादक आहे. शिवाय शरीरातील प्लुटोनियमाचे अस्तित्व ओळखून काढणे अवघड असते व पुष्कळ वर्षांनंतरही शरीरातील प्लुटोनियमामुळे रोग उद्‌भवू शकतो. या सर्व धोक्यांमुळे प्लुटोनियम हाताळताना अतिशय काळजी घेण्यात येते व त्याचा अभ्यास करण्यासाठी खास उपकरणे बनविलेली असतात. त्याचा अभ्यास करणाऱ्यांमध्ये वरील अवयवयांचे कर्करोग उद्‌भवण्याची शक्यता असल्याने त्यांच्या बाबतीत विशेष लक्ष ठेवावे लागते. प्रौढ मनुष्याच्या शरीरात ०·००८ मायक्रोक्यूरी (०·०००५मायक्रोग्रॅम) इतकेच प्लुटोनियम (२३९) दीर्घकाळपर्यंत हानी न होता राहू शकते. तथापि इंटरनॅशनल कमिशन ऑन रेडिऑलॉजिकल प्रोटेक्शन या आयोगाने मानवी शरीरातील प्लुटोनियमाची कमाल मात्रा ०·०४ मायक्रोक्यूरी एवढी मान्य केली आहे.

कोणत्याही प्रकारे शरीरात प्रवेश केलेल्या प्लुटोनियमाचा निचरा करण्यासाठी कॅल्शियम  डाय-एथिलीन-ट्राय-अमाइन-पेंटाॲसिटिक ॲसिड (CaDTPA) या संयुगाचा उपयोग होतो पण ते फक्त रक्तातील प्लुटोनियमाचाच निचरा करू शकते. रक्तातील प्लुटोनियमाबरोबर याचे संयुग होते व ते लघ्वीवाटे बाहेर टाकले जाते. १९७७ साली ‘प्युचेल’ या नावाचे एक नवीन संयुग तयार करण्यात आले असून ते फुप्फुसातील व जठरातील प्लुटोनियमाचाही निचरा करू शकते.

प्लुटोनियम हाताळताना जशी काळजी घ्यावी लागते तशीच काळजी प्लुटोनियम साठवितानाही घ्यावी लागतेच. ३०० ग्रॅ.पेक्षा जास्त प्लुटोनियम साठविताना किंवा हाताळताना त्यांचे क्रांतिक वस्तुमान विचारात घ्यावे लागते. किरणोत्सर्गी द्रव्याचे जेवढे वस्तुमान आपोआप (अचानकपणे) स्फोट पावू शकते, त्याला त्याचे क्रांतिक वस्तुमान म्हणतात. विशेष म्हणजे प्लुटोनियम (२३९) चे क्रांतिक वस्तुमान युरेनियम (२३५) च्या क्रांतिक वस्तुमानाच्या १/३ आहे. यामुळे क्रांतिक वस्तुमानांपेक्षा कमी वस्तुमानाचे तुकडे न्यूट्रॉनांना अभेद्य अशा पात्रांमध्ये साठवितात. असे तुकडे एकत्रित आणून शृंखला विक्रिया चालू करता येते.

उपयोग: प्लुटोनियम हे किरणोत्सर्गी असल्याने युरेनियम (२३५) या किरणोत्सर्गी मूलद्रव्याच्या ऐवजी त्याचा वापर होऊ लागला आहे. युरेनियममध्ये युरेनियम (२३५) हा समस्थानिक अल्प प्रमाणात असतो,मात्र युरेनियम (२३८) हा भंजनक्षम नसलेला समस्थानिक विपुल प्रमाणात असतो. त्यामुळे युरेनियमातून युनेरियम (२३५) वेगळा करण्यापेक्षा भंजनक्षम नसलेल्या युरेनियम (२३८) पासून वरील प्रकारे भंजनक्षम प्लुटोनियम (२३९) बनविणे सोयीचे व फायद्याचे आहे. शिवाय प्लुटोनियम (२३९) मधून एकदम मुक्त होणाऱ्या ऊर्जेचे नियंत्रण करता येते. या सर्व गोष्टींमुळे प्लुटोनियम अणुकेंद्रीय विक्रियकातील इंधन व अण्वस्त्रांतील (उदा., प्लुटोनियम बाँब) स्फोटक घटक म्हणून उपयुक्त ठरले आहे व त्याचा तसा प्रयोग होऊ लागला आहे. यामुळे भावी काळात प्लुटोनियम हे इंधन वापरणाऱ्या विक्रियकांना महत्त्व येणार आहे. द्रुत न्यूट्रॉनांवर आधारलेल्या प्रजनक विक्रियकात इंधन म्हणून प्लुटोनियम (२३९) व युरेनियम यांच्या मिश्रणाचा वापर करतात. अशा तऱ्हेने जगातील युरेनियमापासून मिळाणाऱ्या ऊर्जेच्या १०० पट ऊर्जा प्लुटोनियमापासून भविष्य काळात मिळण्याची शक्यता आहे. न्यूट्रॉनांचा उद्‌गम म्हणून, न्यूट्रॉन वर्णपट ओळखण्याकरिता, प्लुटोनियमाचे उच्च समस्थानिक व प्लुटोनियमानंतरची १०० अणुक्रमांकापर्यंतची मूलद्रव्ये बनविण्यासाठी, तसेच औषधे, उद्योगधंदे व संशोधन यांसाठी लागणारे किरणोत्सर्गी समस्थानिक निर्माण करण्यासाठी प्लुटोनियम (२३९) उपयुक्त ठरले आहे. प्लुटोनियमाच्या अणुभंजनातून उष्णता मिळते व तिचे नियंत्रण करता येते. या उष्णतेचे विजेत रूपांतर करून तिचा निरनिराळ्या उद्योगधंद्यांमध्येही उपयोग करता येऊ शकेल. कारण १ किग्रॅ. प्लुटोनियमापासून सु. २·२५ कोटी किलोवॅट उष्णता मिळते. मोठ्या प्रमाणावरील उत्खनन, तसेच ज्यांच्यात उच्च तापमान व दाब आवश्यक असतात अशा खाणकाम, कमी दर्जाच्या साठ्यांपासून खनिज तेल व नैसर्गिक वायू मिळविणे यांसारख्या कामांमध्येही प्लुटोनियम (२३९) उपयुक्त आहे.

प्लुटोनियम (२३८) च्या १ ग्रॅमपासून ०·५६ वॉट इतकी उष्णता कित्येक वर्षे जवळजवळ अखंडपणे मिळू शकते. त्यामुळे लहान, सुटसुटीत, दीर्घकाळ टिकणारा व विश्वासार्ह ऊर्जा उद्‌गम म्हणून प्लुटोनियम (२३८) हा समस्थानिक उपयुक्त ठरला आहे. या प्रकारे विशिष्ट प्रकारच्या हृदयविकाराने ग्रस्त रोग्यांच्या हृदयाचे ठोके नियमितपणे पाडण्यासाठी अंगात कातडीखाली बसविण्यात येणाऱ्या गतिकारकात, विविध अवकाशीय उपकरणांत (उदा., चंद्रावर पाठविलेल्या अपोलो यानातील काही उपकरणे), तसेच अनेक प्रकारच्या ऊष्मा विद्युतीय (उष्णतेचे सरळ विद्युत ऊर्जेत रूपांतरण करणाऱ्या) व तापायनिक (उष्णतेमुळे होणाऱ्या इलेक्ट्रॉनांच्या उत्सर्जनाचा उपयोग करणाऱ्या) उपकरणांमध्ये वापरतात. हा समस्थानिक आल्फा कणांचे उत्सर्जन करतो. त्यामुळे तो धूर अभिज्ञातक (अस्तित्व ओळखणारा) म्हणून, तसेच न्यूट्रॉननिर्मितीसाठी आणि विविध विश्लेषक कामांसाठी उपयुक्त आहे. प्लुटोनियम (२३८) पासून मिळणाऱ्या गॅमा किरणांमुळे तो क्ष-किरण अनुस्फुरणाच्या (पदार्थावर क्ष-किरण पडल्यास पदार्थापासून तितक्याच किंवा जास्त तरंगलांबीचे विद्युत् चुंबकीय प्रारण उत्सर्जित होणाऱ्या गुणधर्माच्या) अध्ययनासाठी चांगला उद्‌गम म्हणून उपयुक्त आहे. १९७५ मध्ये तुर्भे येथील भाभा अणुसंशोधन केंद्रात प्लुटोनियम (२३८) चे उत्पादन करण्यास सुरुवात झाली आहे. या केंद्रातील ‘सायरस’ या विक्रियकात नेपच्यूनियम (२३७) चे किरणीयन करून प्लुटोनियम (२३८) बनविला जातो. आयन-विनिमयाचे तंत्र वापरून तो भंजनजन्य इतर द्रव्यांपासून वेगळा केला जातो. आल्फा किरण-वर्णपट पद्धती वापरून त्याची शुद्धता निश्चित केली जाते. द्रव्यमान वर्णपट वापरून परीक्षा केली असता निर्माण केलेल्या द्रव्यात ८७ टक्के प्लुटोनियम (२३८) आहे, असे आढळून आले. या कामासाठी जरूर तो कच्चा माल म्हणजे नेपच्यूनियम (२३७) होय. विक्रियकांत वापरून झालेल्या इंधन गजांतून इंधनाची पुनःप्राप्तीकरून घेण्याच्या प्रक्रियेत हा कच्चा माल भरपूर प्रमाणात उपलब्ध होईल, असा अंदाज आहे.

प्लुटोनियमाच्या २४२ व २४४ या समस्थानिकांचे अर्धायुष्य दीर्घ आहे. धातुवैज्ञानिक व रासायनिक संशोधनांमध्ये हे समस्थानिक महत्त्वाचे ठरले आहेत. किरणोत्सर्गी कालनिर्णयाच्या पद्धतींमध्ये मूलद्रव्यांची वये ठरविण्यासाठी प्लुटोनियम (२४४) क्वचित वापरतात.

पहा : अणुऊर्जा अणुऊर्जेचे शांततामय उपयोग अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी युरेनियम युरेनियमोत्तर मूलद्रव्ये विरल मृत्तिका.

संदर्भ : 1. Hampel, C. A. Ed., Rare Metals Handbook, London, 1961.

           2. Seaborg, G. T. Man-made Transuranium Elements, Englewood Cliffs, N. J., 1963.

ठाकूर, अ. ना.

“