Protactinium

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE MeV	ZP
²²⁹Pa	{syn.}	1,5 d	ε	0,316	²²⁹Th
²²⁹Pa	{syn.}	1,5 d	α	5,841	²²⁵Ac
²³⁰Pa	{syn.}	17,4 d	ε	1,310	²³⁰Th
			β⁻	0,563	²³⁰U
			α	5,439	²²⁶Ac
²³¹Pa	{syn.}	32760 a	α	5,149	²²⁷Ac
²³²Pa	{syn.}	1,31 d	β⁻	1,337	²³²U
²³²Pa	{syn.}	1,31 d	ε	0,495	²³²Th
²³³Pa	{syn.}	26,967 d	β⁻	0,571	²³³U
²³⁴Pa	{syn.}	6,7 h	β⁻		²³⁴U
^234mPa	{syn.}	1170 m	β⁻	2,197	²³⁴U

Sicherheitshinweise

Gefahrstoffkennzeichnung ^[1] Keine Einstufung verfügbar
R- und S-Sätze	R: siehe oben
R- und S-Sätze	S: siehe oben

weitere Sicherheitshinweise

Radioaktivität

Radioaktives Element

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Protactinium (Symbol Pa) ist ein chemisches Element des Periodensystems der Elemente mit der Ordnungszahl 91. Das Element gehört zur Gruppe der Actinoide (7. Periode, f-Block). Es ist silbrig metallisch und wird supraleitend unterhalb von 1,4 K.

[Bearbeiten] Geschichte

²³⁴Pa wurde 1913 von Kasimir Fajans und O. H. Göring entdeckt, sie gaben ihm wegen seiner kurzen Halbwertszeit (1,14 Minuten) den Namen Brevium. Das langlebige ²³¹Pa (ca. 32.000 Jahre) wurde 1918 von Otto Hahn und Lise Meitner gefunden, sie nannten es Protoactinium (das chemische Element, das in der Zerfallsreihe des Uran-235 vor dem Actinium steht).

Im Jahre 1922 machte Otto Hahn die weitere Entdeckung, dass es zu dem von Fajans gefundenen Brevium 234 noch ein zweites betastrahlendes Isotop mit der gleichen Massenzahl 234 gibt, das sich von dem Brevium lediglich durch seine längere Halbwertszeit von 6,7 Stunden unterscheidet; es handelt sich hierbei um den seltenen Fall einer Kernisomerie.

Der offizielle Name für alle drei Isotope sowie alle künstlich herstellbaren Isotope mit der Ordnungszahl 91 wurde 1949 von der IUPAC zu Protactinium bestimmt, statt des schwerer auszusprechenden Protoactinium von Hahn/Meitner.

[Bearbeiten] Vorkommen

Protactinium, ein radioaktives Zerfallsprodukt des Urans, findet sich in der Natur in Form der beiden Isotope ²³¹Pa und ²³⁴Pa, wobei das Isotop ²³⁴Pa in zwei unterschiedlichen Energiezuständen auftreten kann. Protactinium ²³¹Pa, ein Alphastrahler, entsteht beim Zerfall von ²³⁵U (siehe Uran-Actinium-Reihe), das betastrahlende Protactinium ²³⁴Pa beim Zerfall von Uran ²³⁸U (siehe Uran-Radium-Reihe).

[Bearbeiten] Anwendung

Wegen seiner Seltenheit, hohen Radioaktivität und Giftigkeit findet Protactinium außer in der Forschung keine praktische Anwendung.

In Protactinium ²³¹Pa, das beim Zerfall von Uran ²³⁵U entsteht und sich in Kernreaktoren auch durch die Reaktion ²³²Th + n $\rightarrow$ ²³¹Th + 2n und anschließenden Betazerfall bildet, kann möglicherweise eine Kettenreaktion zustande kommen, die prinzipiell auch zum Bau von Atomwaffen genutzt werden könnte. Die kritische Masse beträgt nach Angabe von Walter Seifritz 750±180 kg.^[2] Andere Autoren kommen zum Schluss, dass eine Kettenreaktion selbst bei beliebig großer Masse in Protactinium ²³¹Pa nicht möglich ist.^[3]

1961 wurden in Großbritannien 125 g Protactinium aus 60 t abgebrannter Kernbrennstäbe extrahiert.

Protactinium ²³³Pa ist ein Zwischenprodukt im Brutprozess von Thorium ²³²Th zu Uran ²³³U in Thorium-Hochtemperaturreaktoren.

$\mathrm{^{232}_{\ 90}Th \ + \ ^{1}_{0}n \ \longrightarrow \ ^{233}_{\ 90}Th \ \xrightarrow[22,3\ min]{\beta^-} \ ^{233}_{\ 91}Pa \ \xrightarrow[26,967\ d]{\beta^-} \ ^{233}_{\ 92}U}$

Die Zeitangaben sind Halbwertszeiten.

Seit der Verfügbarkeit moderner, sehr sensibler Massenspektrometer, ist eine Anwendung des ²³¹Pa beispielsweise als Tracer in der Paläozeanographie möglich geworden.^[4]

[Bearbeiten] Einzelnachweise

↑ In Bezug auf ihre Gefährlichkeit wurde die Substanz von der EU noch nicht eingestuft, eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
↑ Nukleare Sprengkörper - Bedrohung oder Energieversorgung für die Menschheit, Walter Seifritz, Thiemig-Verlag (1984), ISBN 3-521-06143-4.
↑ Ganesan et al., Berechnung der Kritikalität von Pa-231 (1999) (engl.).
↑ McManus et al., Anwendung von Pa-231 als Tracer für Ozeanzirkulation (2004) (engl.).