同位素	豐度	半衰期	衰變模式	衰變能量MeV	衰變產物
Pu-238	人造	87.74年	自發分裂	204.66	-
			α衰變	5.5	U-234
Pu-239	微量	24100年	自發分裂	207.06	-
			α衰變	5.157	U-235
Pu-240	人造	6500年	自發分裂	205.66	-
			α衰變	5.256	U-236
Pu-241	人造	14年	自發分裂	210.83	-
			β衰變	0.02078	Am-241
Pu-242	人造	373000年	自發分裂	209.47	Kr-92，Ba-141，2個種子
			α衰變	4.984	U-238
Pu-244	微量	8.08×10^7年	α衰變	4.666	U-240

　　钚-238和钚-239是最普遍的人造同位素。^[12]钚-239是使用鈾（U）和中子（n），并以镎（Np-239）作為中間體，產生β衰變（β?）。透過反應1合成。^[13] 　　鈾-235裂變中的中子被鈾-238原子核俘獲、形成鈾-239；β衰變將一個中子轉變成質子，形成镎-239（半衰期為2.36日），另一次β衰變則形成钚-239。^[14]合金管計劃的學者曾在1940年推導出此反應式。 　　钚-238是以氘核（D，重氫的原子核）撞擊鈾-238。透過反應2合成。^[15] 　　在此反應過程中，一個氘核撞擊鈾-238，生成兩個中子和镎-238；镎-238再發射負β粒子、產生自發衰變，形成钚-238。

衰變熱與裂變性質

　　钚同位素會發生放射性衰變，釋放出衰變熱。不同的同位素，單位質量所釋出的熱量也有所差異。衰變熱的單位通常以“瓦特/公斤”或“毫瓦特/公克”計。所有同位素在衰變時都會釋放出微弱的伽馬射線。 　　钚同位素的衰變熱：^[16] 　　

同位素	衰變方式	半衰期 年	衰變熱 W/kg	自發裂變中子1/(g·s)
钚-238	α衰變成為鈾-234	87.74	560	2600
钚-239	α衰變成為鈾-235	24100	1.9	0.022
钚-240	α衰變成為鈾-236	6560	6.8	910
钚-241	β衰變成為镅-241	14.4	4.2	0.049
钚-242	α衰變成為鈾-238	376000	0.1	1700

混合物與化學性質

　　室溫時，純钚金屬是銀灰色、但因氧化而銹蝕。^[12]钚在水溶液中 形成四種離子氧化態：^[9] 　　Pu（III）—Pu^3+（藍紫色） 　　Pu（IV）—Pu^4+（黃棕色） 　　Pu（V）—PuO^2+（粉紅色？） 　　Pu（VI）—PuO2^2+（粉桔色） 　　Pu（VII）—PuO5^3?（綠色）–七價離子較稀有 　　钚溶液所呈現的顏色決定于氧化態和酸陰離子的性質。^[17]钚的酸陰離子種類影響了錯合（原子與中心原子結合）的程度。

發現

　　1934年，恩里科·費米和羅馬大學的研究團隊發布消息，表示他們發現了元素94。^[18]費米將元素取名 “hesperium”，并曾在他1938年的諾貝爾獎演說中提及。^[19]然而，他們的研究成果其實是鋇、氪等許多其他元素的混合物，但由于當時核分裂尚未發明，這個誤會便一直延續。^[20] 　　1940年美國G.T.西博格、E.M.麥克米倫、J.W.肯尼迪和A.C.沃爾用152.4cm回旋加速器加速的16兆電子伏氘核轟擊鈾時發現钚-238。^[21]第二年又發現钚的最重要的同位素钚-239。 　　1941年3月，科學家團隊將報告寄給《物理評論》雜志^[22]，但由于發現了新元素的同位素（钚-239）能產生核分裂、往后或許能用于制造原子彈，而在出版前遭到撤回。基于安全因素，報告延遲了一年、直到二次大戰結束后才順利登載。^[23] 　　1945年，西博格比較了镎和钚，認為它們與鈾的性質相似，同時又與稀土元素中釤相似，在1945年發表了他編排的元素周期表，建立了與鑭系元素相同的錒系元素，把它們一起放置在元素周期表的下方，成為今天形式的元素周期表，并留下94號元素以后一系列的空位留待發現。 　　埃德溫·麥克米倫近期將第一個發現的超鈾元素以行星海王星（Neptune）命名，并提議以冥王星（Pluto）為系列的下一個元素、即元素94取名。^[12]西博格原先屬意取名“plutium”，但后來認為它的發音不如“plutonium”。^[24]他在一次玩笑中選擇“Pu”作為元素符號，卻在沒有被事先通知的情況下，意外被正式納入元素周期表。西博格亦曾因為誤信他們已經找到周期表中最后一個可能存在的元素，而考慮過“ultimium”或“extremium”等名稱。^[25]

應用

炸彈

　　同位素钚-239是核武器中最重要的裂變成份。將钚核置入反射體（質量 數大的物質的反射層）中，能使逃逸的中子再反射回彈心，減少中子的損失，進而降低钚達到臨界質量的標準量：從原需16公斤的钚，可減少至10公斤，即一個直徑約10厘米的球體的量。^[26]它的臨界質量約僅有鈾-235的三分之一。^[12] 　　曼哈頓計劃期間制造的“胖子原子彈”型钚彈，為了達到極高的密度而選擇使用易爆炸、壓縮的钚，再結合中心中子源，以刺激反應進行、提高反應效率。因此，钚彈只需6.2公斤钚便可達到爆炸當量，相當于20公斤的三硝基甲苯（TNT）。在理想假設中，僅僅4公斤的钚原料（甚至更少），只要搭配復雜的裝配設計，就可制造出一個原子彈。^[27]

核廢料

　　一般輕水反應爐所產生的核廢料中含有钚，但為钚-242、钚-239和钚-238的混合物。它的濃度不足以制作成核武器，不過可以改用作一次性的混氧燃料（MOX fuel）。在反應爐中以慢速熱中子放射線照射钚時，會偶然發生中子俘獲，而增加钚-242和钚-240的量。因此反應進行到第二輪之后，钚只能和快中子反應堆反應、消耗。在反應器中沒有快中子時（普遍情況下），剩余的钚通常會被遺棄，形成壽命長、處理棘手的核廢料成分。

能源與熱源

　　同位素钚-238的半衰期為87.74年。^[28]它會放出大量熱能，伴隨著低能的伽馬和自發裂變射線/粒子。^[29]它是α輻射體，同時具有高輻射能及低穿透性，故僅需低度防護措施。單一紙張就可以抵擋钚-238所放射出的α粒子；同時，每公斤的钚-238可產生約570瓦特熱能。^[29][12]

钚化合物

鹵化物

　　三氟化钚為藍紫色固體，熔點為1425±3℃；在沒有鋁或鋯離子存在時，很難溶于酸中。三氟化钚可由钚（IV）的硝酸鹽、氧化物、氫氧化物等化合物與無水氟化氫在550~600℃反應制得，也可在含钚（III）的水溶液中加入氟離子沉淀而制得。三氟化钚是還原法制金屬钚的原料。 　　四氟化钚為淡棕色（PuF4·2.5H2O為粉紅色），熔點為1037℃，沸點約1277℃；微溶于水，只能溶于含有硼酸、鋁（III）或鐵（III）的溶液中。四氟化钚可由钚（IV）的氧化物、硝酸鹽、草酸鹽等化合物在有氧氣存在的條件下與無水氟化氫進行高溫反應而制得。四氟化钚也是還原法制金屬钚的原料。 　　六氟化钚在-180℃時是白色固體，液態和氣態呈棕色到紅棕色，熔點為51.59℃，沸點為62.16℃；六氟化钚在熱力學上是不穩定的，它是一個很強的氧化劑；能與四氟化鈾、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳等反應生成四氟化钚，與潮濕空氣或水發生非常激烈的反應；六氟化钚由于α輻解而不斷生成四氟化钚。六氟化钚可由二氧化钚或四氟化钚在500~700℃高溫下與氟氣反應制得。钚（VI）的其他氟化物有PuO2F2、M2PuO2F4·H2O和MPuO2F3·H2O（M為NH4、Na、K等）。 　　三氯化钚是藍至綠色的固體，熔點為750℃，沸點為1767℃；易吸潮，易溶于酸和水。三氯化钚可由多種方法制備，通常由二氧化钚與光氣在高溫下反應而制得。在制備中，大多數其他元素生成揮發性的氯化物，而三氯化钚不揮發，因而钚的純度較高。三氯化钚也是制備金屬钚的一種化合物。 　　四氯化钚是不穩定化合物，容易分解，不易制得。钚（IV）的其他氯化物有 M2PuCl6（M為Cs、Rb、K、Na等）。 　　其他已經制得的化合物還有：三溴化钚，熔點約為681℃；三碘化钚，熔點約777℃。

氧化物

　　二氧化钚是綠棕色到黃棕色的固體，在氦氣中的熔點為2280±30℃，蒸氣壓很低；它的化學惰性很大，在鹽酸和硝酸中溶解極慢且不完全，在沸騰的氫溴酸中溶解較快，用硫酸氫鈉等熔劑在熔融條件下可溶解二氧化钚；高溫下二氧化钚可與氟化氫反應生成三氟化物，有氧氣存在時生成四氟化物；高溫下與氟作用生成六氟化钚，與鋅鎂合金反應還原生成金屬钚。由于二氧化钚具有高熔點、輻照穩定、同金屬互容以及容易制備等特性，是核燃料的一種適用的組成形式。二氧化钚可由金屬钚或其化合物（磷酸鹽除外）在空氣中灼燒制得，也可由含氧化合物在真空或惰性氣氛中加熱到1000℃而制得。β-三氧化二钚的熔點為2085±25℃；可由二氧化钚與碳在氦中加熱到1625℃制得。α-三氧化二钚可由在真空中加熱二氧化钚到1650～1800℃ 而制得。α-三氧化二钚由二氧化钚熔化時損失氧而制得，其熔點為2360±20℃。

碳化物

　　已知有二碳化三钚、碳化钚、三碳化二钚和二碳化钚。室溫下碳化钚在空氣中穩定，但在400℃時則劇烈燃燒；不與冷水作用，但與熱水反應生成三價氫氧化物、氫和甲烷的混合物，以及少量的其他碳氫化合物；碳化钚與冷硝酸作用很慢。三碳化二钚的化學性質與碳化钚略有不同，三碳化二钚在高溫下的氧化作用及在酸和沸水中的水解作用都比碳化钚弱。钚的碳化物可由金屬钚、二氧化钚或氫化钚在高溫下與石墨反應而制得。反應條件不同，可以制得不同組分的钚的碳化物。钚的碳化物由于具有較高的導熱性、低的蒸氣壓和較大的钚密度，可以做核反應堆的燃料。

氮化物

　　已知钚的唯一氮化物為氮化钚。氮化钚在氬氣氛中熔點為2450±50℃；遇冷水緩慢水解并生成二氧化钚，氮化钚易溶于無機酸中；與氮化鈾能形成一系列固溶體。氮化钚具備核燃料的某些特性，如熔點高、钚密度高和好的導熱性，但它的主要缺點是在高溫下揮發性較高和易分解。氮化钚可由氫化钚與氮在高于 230℃時反應而制得。

草酸鹽

　　钚（III）的草酸鹽Pu2(C2O4)3·10H2O和钚（IV）的Pu(C2O4)2·6H2O都是難溶性化合物，隨著加熱，它們逐漸失去其結晶水，隨后分解，最終產物為二氧化钚。钚的草酸鹽可由钚的相應氧化態的鹽的稀酸溶液與草酸或草酸鈉沉淀而制得。
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