Vizualizare sursă pentru „Plutoniu”

{{Infocaseta Element chimic
<!-- antet -->
|nume = Plutoniu
|culoare_fond = actinide
<!-- mini tabel periodic -->
|precedent = [[Neptuniu]]
|următor = [[Americiu]]
|deasupra = [[Samariu|Sm]]
|dedesubt = [[Unquadhexium|Uqh]]
|simbol = Pu
|număr = 94
|hadroni = (244)
|structură_chimică = monoclinic
<!-- informații de bază -->
|serie_chimică = [[Actinide]]
|grupă = 3
|perioadă = 7
|bloc = f
|densitate = 19820
|culoare = alb argintie
|CAS = 7440-07-5
|EINECS =
<!-- proprietăți atomice -->
|masă_atomică = (244)
|rază_atomică = 151
|rază_de_covalență = 187
|rază_van_der_waals =
|configurație_electronică = [Rn] 5f<sup>6</sup> 7s<sup>2</sup>
|electroni_pe_nivel = 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
|număr_de_oxidare = (+7), +6, +5, '''+4''', +3
|oxid = Pu<sub>2</sub>O<sub>3</sub> <br />PuO<sub>2</sub>
<!-- proprietăți_fizice -->
|fază = [[solid]]
|punct_de_topire = 639,4{{te}} = 912,5
|punct_de_fierbere = 3228{{te}} = 3505
|energie_de_topire = 2,82
|energie_de_evaporare = 333,5
|temperatură_critică =
|presiune_critică =
|volum_molar = 
|presiune_de_vapori = 325 kJ/mol
|viteză = 2260
<!-- alte informații -->
|electronegativitate = 1,28
|căldură_specifică = 
|conductivitate_electrică = 1,460
|conductivitate_termică = 6,74
|potențial_de_ionizare_1 = 584,7
<!-- izotopi -->
|hadroni_izotop_1 = 238
|izomerie_izotop_1 =
|abundență_izotop_1 = urme
|neutroni_izotop_1 =
|perioadă_izotop_1 = 87,74 [[an]]i
|mod_de_dezintegrare_izotop_1 = fisiune spontană <br /> [[dezintegrare alfa|α]]
|energie_izotop_1 = 204,66 <br /> 5,5
|produs_izotop_1 = -- <br /> <sup>234</sup>[[uraniu|U]]
|hadroni_izotop_2 = 239
|izomerie_izotop_2 = 
|abundență_izotop_2 = 100%
|neutroni_izotop_2 = 
|perioadă_izotop_2 = 24100 [[an]]i
|mod_de_dezintegrare_izotop_2 = fisiune spontană <br /> [[dezintegrare alfa|α]]
|energie_izotop_2 = 207,06 <br /> 5,157
|produs_izotop_2 = -- <br /> <sup>235</sup>[[uraniu|U]]
|hadroni_izotop_3 = 240
|izomerie_izotop_3 =
|abundență_izotop_3 = urme
|neutroni_izotop_3 =
|perioadă_izotop_3 = 6500 [[an]]i
|mod_de_dezintegrare_izotop_3 = fisiune spontană <br /> [[dezintegrare alfa|α]]
|energie_izotop_3 = 205,66 <br /> 5,256
|produs_izotop_3 = -- <br /> <sup>236</sup>[[uraniu|U]]
|hadroni_izotop_4 = 241
|izomerie_izotop_4 =
|abundență_izotop_4 = sintetic
|neutroni_izotop_4 = 
|perioadă_izotop_4 = 14 [[an]]i
|mod_de_dezintegrare_izotop_4 = [[dezintegrare beta|β<sup>-</sup>]]
|energie_izotop_4 = 0,02078
|produs_izotop_4 = <sup>241</sup>[[americiu|Am]]
|hadroni_izotop_5 = 242
|izomerie_izotop_5 = 
|abundență_izotop_5 = urme
|neutroni_izotop_5 =
|perioadă_izotop_5 = 373000 [[an]]i
|mod_de_dezintegrare_izotop_5 = [[dezintegrare alfa|α]]
|energie_izotop_5 = 4,984
|produs_izotop_5 = <sup>238</sup>[[uraniu|U]]
|hadroni_izotop_6 = 244
|izomerie_izotop_6 =
|abundență_izotop_6 = urme
|neutroni_izotop_6 =
|perioadă_izotop_6 = 80800000 [[an]]i
|mod_de_dezintegrare_izotop_6 = [[dezintegrare alfa|α]]
|energie_izotop_6 = 4,666
|produs_izotop_6 = <sup>240</sup>[[uraniu|U]]
}}

'''Plutoniul''' este un [[element chimic]] [[Metal|metalic]] [[Element radioactiv|radioactiv]] din grupa [[actinide]]lor, având [[număr atomic|numărul atomic]] 94 și [[simbol chimic|simbolul chimic]] '''Pu'''. A fost descoperit în 1940 în urma reacției de bombardare a <sup>238</sup>U cu [[Deuteriu|deuteroni]], dar – din cauza [[Al Doilea Război Mondial|războiului]] – descoperirea sa a fost comunicată abia în 1948. A fost „botezat” în martie 1942,<ref name=":0">{{Citat carte|nume=|authors=D.L. Clark, S.S. Hecker, G.D. Jarvinen, M.P. Neu|prenume=|an=|anoriginal=2010|titlu=Plutonium. Cap. VII, in: Chemistry of the actinide and transactinide elements, 4th edition, eds. L.R. Morss, N.M. Edelstein, J. Fuger|pagină=|editură=Springer}}</ref> numele elementului provenind de la cel al [[Planetă pitică|planetei pitice]] [[Pluto]], în analogie cu [[Uraniu|uraniul]] și [[Neptuniu|neptuniul]].  

Chiar dacă urme de plutoniu sunt prezente în mod natural pe [[Pământ]] (fiind cel mai greu element prezent în natură anterior erei atomice), el este considerat ca fiind un produs antropogen.<ref>Herman V. Henderickx, ''Plutonium: blessing or curse?,'' Copper Beech, 1999 - Nuclear energy - 119 pages</ref> Dintre cei 20 de [[radioizotop]]i existenți se remarcă <sup>238</sup>Pu (sursă termoenergetică) și <sup>239</sup>Pu ([[Izotop fisil|izotop fisil]]).   

Plutoniul este un element pentru care electronii 5''f'' sunt situați la limita de tranziție delocalizare–localizare. În tăietură proaspătă are culoarea gri–argintie, care se acoperă rapid cu un strat de oxohidroxid de culoare gri (uneori cu tentă verzuie) în prezența umidității.<ref name=":14">M.A. Haschke, T.H. Allen, L.A. Morales, Surface and corrosion chemistry of plutonium, Los Alamos Science 26 (2000) 257</ref>  Este unul din puținele elemente metalice a cărui densitate crește prin topire; în plus, metalul topit suferă o descreștere a densității odată cu creșterea temperaturii. Din punct de vedere chimic, în stare metalică prezintă nu mai puțin de șapte [[Alotropie|forme alotropice]], iar în compuși multiple [[Număr de oxidare|stări de oxidare]] (până la +7).<ref name=":0" /> Reacționează cu [[carbon]], [[Halogen|halogeni]], [[azot]], [[siliciu]], [[hidrogen]] etc.  

Plutoniul a fost produs în cantități semnificative tehnologic în timpul [[Proiectul Manhattan|Proiectului Manhattan]]. Bombele ''[[Fat Man]]'' utilizate în cadrul testului nuclear ''[[Testul Trinity|Trinity]]'' și la bombardarea orașului japonez Nagasaki (în august 1945) au utilizat plutoniu drept material exploziv. [[Test nuclear|Testele nucleare]] efectuate în anii 1950-1960 au utilizat la scară extinsă plutoniu. Plutoniul produs în scopuri militare și cel format în [[Reactor nuclear|reactori nucleari]] prin [[Activare cu neutroni|procese de activare]] ridică în prezent probleme majore de [[proliferare nucleară]]. Puterea specifică rezultată ca urmare a evenimentelor de dezintegrare (0,57 W/g) a <sup>238</sup>Pu este suficientă pentru utilizarea sa ca [[stimulator cardiac]], surse de putere pentru generatoarele termoelectrice, [[Baliză|balize]] de navigare, vehicule spațiale etc.<ref name=":10" />  

Având în vedere comportamentul fizico-chimic și perspectivele tehnologice, plutoniul este considerat a fi unul dintre cele mai complexe și fascinante elemente din [[Tabelul periodic al elementelor|sistemul periodic]], jucând un rol unic în istoria recentă a omenirii.<ref name=":0" /> La mai puțin de cinci ani de la izolarea sa, acesta a fost folosit în una dintre cele două [[Armă nucleară|bombe atomice]] utilizate în scopuri beligerante, către sfârșitul celui de-[[al Doilea Război Mondial]]. De asemenea, o parte importantă a energiei de origine nucleară este produsă în [[Reactor nuclear|reactori nucleari]] prin [[Fisiune nucleară|fisiunea]] [[Nucleu atomic|nucleelor atomilor]] de plutoniu. Au fost efectuate mai multe experimente de iradiere a unor subiecți umani care studiază plutoniu, fără consimțământul acestora,<ref name=":18" /> iar mai multe accidente [[Masă critică|critice]], unele letale ([[Sindromul iradierii acute|iradiere acută]]), au avut loc după război.<ref>{{Citat web|url=http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/radevents/1961USSR1.html|nume=Johnston|accessdate=24 May 2012|publisher=Johnston's Archive|archiveurl=https://web.archive.org/web/20120204145638/http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/radevents/1961USSR1.html|first1=Wm. Robert|lucrare=Database of radiological incidents and related events|archivedate=4 February 2012|titlu=K-19 submarine reactor accident, 1961}}</ref><ref>{{Citat web|url=http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/radevents/1968USSR6.html|nume=Johnston|accessdate=24 May 2012|publisher=Johnston's Archive|archiveurl=https://web.archive.org/web/20120208085923/http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/radevents/1968USSR6.html|first1=Wm. Robert|lucrare=Database of radiological incidents and related events|archivedate=8 February 2012|titlu=K-27 submarine reactor accident, 1968}}</ref>

Practic, era atomică este asociată plutoniului (alături de uraniu): „''Plutoniul evocă toată gama de emoții umane, de la bine la rău, de la speranță la disperare, de la salvarea omenirii la distrugerea sa totală. Nu există alt element în sistemul periodic care să fi avut un impact atât de profund în conștiința umanității''”.<ref name=":0" />

== Descoperirea elementului ==

În 1934,<ref>{{Citat web|url=https://www.nndc.bnl.gov/content/evaluation.html|accessdate=13/11/2018|autor=N.E. Holden|titlu=A short history of nuclear data and its evaluation, 51st Meeting of the USDOE Cross Section Evaluation Working Group at BNL November 5-7, 2001}}</ref> [[Enrico Fermi]] a raportat descoperirea elementului ''Hesperium'' (Z=94), incluzând aceste rezultate în prelegerea susținută în fața Comitetului Nobel în 1938.<ref>{{Citat web|url=https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1938/fermi/lecture/|accessdate=23/04/2019|autor=Enrico Fermi|titlu=Artificial radioactivity produced by neutron bombardment: Nobel Lecture}}</ref> De fapt, probele analizate erau amestecuri conținând [[bariu]], [[kripton]] și alte [[Produs de fisiune|fragmente de fisiune]],<ref>L. Darden, Lindley. [http://faculty.philosophy.umd.edu/LDarden/sciinq/ The Nature of Scientific Inquiry] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20120817040843/http://www.philosophy.umd.edu/Faculty/LDarden/sciinq/ |date=2012-08-17 }}. College Park: Department of Philosophy, University of Maryland. Retrieved 3 ianuarie 2008</ref> reprezentând o interpretare eronată a fenomenului de [[fisiune nucleară]] evidențiat ulterior (în 1938) de către [[Otto Hahn]] și [[Fritz Strassmann]].

Plutoniul (izotopul 238) a fost produs și izolat în urma experimentelor din 14 decembrie 1940 realizate de către [[Glenn T. Seaborg]], [[Edwin McMillan]], [[Joseph W. Kennedy]] și [[Arthur Wahl]].<ref>{{Citat web|url=https://www.pbs.org/wgbh/pages/frontline/shows/reaction/interviews/seaborg.html|accessdate=17/11/2018|autor=|titlu=Nuclear reactions. Why the americans faar nuclear power? Interviu cu Glenn Seaborg}}</ref><ref><span data-segmentid="61" class="cx-segment">Jeremy Bernstein: ''Plutonium: A History of the World's Most Dangerous Element.'' </span><span data-segmentid="62" class="cx-segment">Cornell University Press, 2009. </span><span data-segmentid="63" class="cx-segment">[[:en:International Standard Book Number|ISBN]] [./https://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/0-8014-7517-1 0-8014-7517-1]</span></ref> Ei au bombardat  <sup>238</sup>U cu [[Deuteriu|deuteroni]] în [[Ciclotron|ciclotronul]] de 1,5 m al [[Universitatea Berkeley din California|Universității Berkeley din California]]. A fost astfel produs <sup>238</sup>Np (cu un [[Perioadă de înjumătățire|timp de înjumătățire]] de 2,1 zile), care se transformă prin [[Radiație beta|emisie de particule β<sup>–</sup>]] în <sup>238</sup>Pu (cu un timp de înjumătățire de 87,7 ani):<ref name=":7" />

[[Fișier:Plutonium-239, 1941, first sample in which nuclear fission was detected, University of California, Berkeley, gift of Glenn T. Seabort and Emilio Segre - National Museum of American History - DSC06250.JPG|thumb|Prima probă în care s-a pus în evidență procesul de fisiune a nucleelor de <sup>239</sup>Pu|alt=|147x147px]]

<math chem="">\begin{align}
\ce{{^{238}_{92}U} + {^{2}_{1}D} ->} &\ce{{^{238}_{93}Np} + 2^{1}_{0}n} \\
&\ce{^{238}_{93}Np ->[\beta^-] [2.117 \ \ce d] {^{238}_{94}Pu}}
\end{align}</math>

Identificarea chimică a elementului a avut loc la data de [[23 februarie]] [[1941]].<ref name=":7">{{Citat web|url=https://www.osti.gov/biblio/5808140|accessdate=13/11/2018|autor=G.T. Seaborg|titlu=Plutonium story, Actinides-1981 conference, Pacific Grove, CA, USA, 10 Sep 1981}}</ref> Imediat, grupul de cercetare a scris un articol care a fost trimis spre publicare la ''[[Physical Review]]'' (martie 1941),<ref name=":1" /> dar publicarea a fost amânată până după sfârșitul războiului din motive de securitate.<ref>G.T. Seaborg, E. Seaborg, ''[[Adventures in the Atomic Age: From Watts to Washington]]''. Farrar, Straus and Giroux, 2001</ref>

Imediat apoi,<ref>{{Citat web|url=https://journals.aps.org/pr/pdf/10.1103/PhysRev.70.555|accessdate=|autor=J. W. Kennedy, G. T. Seaborg, E. Segrè, and A. C. Wahl|titlu=Properties of 94(239), Phys. Rev. 70 (1946) 555–556}}</ref> s-a descoperit că <sup>239</sup>Pu fisionează sub [[Neutron|neutroni]] lenți, stabilindu-se că <sup>239</sup>Pu poate fi utilizat drept sursă de energie de origine nucleară. 

<math>\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow\ ^{144}_{\ 56}Ba\ +\ ^{94}_{38}Sr\ +\ 2\ ^{1}_{0}n}</math> 

<math>\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow\ ^{130}_{\ 51}Sb\ +\ ^{107}_{\ 43}Tc\ +\ 3\ ^{1}_{0}n}</math>

Astfel, la ''Cavendish Laboratory'' din Cambridge, Egon Bretscher și Norman Feather au demonstrat că un reactor nuclear cu uraniu sub neutroni lenți va produce o cantitate semnificativă de <sup>239</sup>Pu ca produs secundar de activare. Ei au calculat că <sup>239</sup>Pu este fisil, prezentând avantajul că – fiind diferit din punct de vedere chimic de uraniu – poate fi separat facil de acesta.<ref name=":13" />

Elementul a fost denumit Plutoniu în martie 1942,<ref name=":0" /> numele elementului provenind de la cel al planetoidului [[Pluto]], în analogie cu elementele precedente în sistemul periodic, [[Uraniu|uraniul]] și [[Neptuniu|neptuniul]]. Seaborg a propus inițial numele ''Plutium''. Alte denumiri considerate pentru acest element au fost ''Ultimium'' și ''Extemium'', nume provenind din convingerea (greșită) că acesta ar fi ultimul element posibil a exista în sistemul periodic al elementelor.<ref>{{Citat web|url=https://www.pbs.org/wgbh/pages/frontline/shows/reaction/interviews/seaborg.html|accessdate=18/02/2018|autor=Public Broadcasting Service, 1999|titlu=Frontline interview with Seaborg}}</ref> Interesant este faptul că [[Simbol chimic|simbolul elementului]] (Pu) nu respectă normele în domeniu (conform normelor, acesta ar fi trebuit să fie Pl).<ref>Alegerea evidentă a simbolului ar fi fost Pl, dar Seaborg a sugerat  Pu, așa cum un copil ar exclama: „''Pee-yoo!''” când miroase ceva rău. Seaborg a crezut că va fi dojenit pentru această sugestie, dar comitetul de numire a acceptat simbolul fără probleme.</ref>

== Caracteristici ==

=== Caracteristici fizice ===
[[Fișier:Plutonium pellet.jpg|thumb|Pastilă de <sup>238</sup>Pu folosită ca sursă de energie în generatoare termoelectrice utilizate pentru sondele spațiale - se poate observa efectul termic asociat dezintegrării alfa]]
[[Fișier:Pu-phases.png|thumb|Variația volumului atomic al diverselor forme alotropice ale plutoniului în funcție de temperatură]] 
[[Fișier:Plutonium density-eng.svg|thumb|Densitatea diferitelor forme alotropice ale plutoniului]]
În condiții normale, plutoniul metalic este prezent în șase forme [[Alotropie|alotropice]]; o a șaptea (zeta, ζ) poate fi obținută la temperaturi înalte și într-un interval îngust de presiune.<ref>{{Citat web|url=https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-83-5074|accessdate=13/11/2018|autor=R.D. Baker, S.S. Hecker, D.R. Harbur|titlu=Plutonium: a wartime nightmare but a metallurgist's dream,  Los Alamos Science. Los Alamos National Laboratory, 148 (1983) 150-151}}</ref> Acesta face ca plutoniul să fie extrem de sensibil la schimbări de temperatură, presiune sau compoziție chimică, variații minore conducând la schimbări dramatice de volum (de până la 25%) sau [[structură cristalină]], fenomene care însoțesc [[transformare de fază |transformările de fază]].<ref name=":62">{{Citat web|url=https://fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/pubs/00818035.pdf|accessdate=13/11/2018|autor=S.S. Hecker|titlu=Plutonium and its alloys: from atoms to microstructure, Los Alamos Science, 26 (2000) 290-335}}</ref> Spre deosebire de majoritatea elementelor/materialelor, densitatea plutoniului crește prin topire cu 2,5%, iar metalul topit suferă o descreștere a densității odată cu creșterea temperaturii. În funcție de [[Alotropie|starea alotropică]] are densitatea cuprinsă între 16,00 și 19,86 g/cm<sup>3</sup>, fiind un [[Metale grele|metal greu]].<ref name=":62" />   

Acest comportament complicat face ca prelucrarea plutoniului metalic să fie foarte dificilă, cu schimbări greu de controlat între fazele de temperatură joasă. Faza delta (''δ-phase'') există în metalul pur doar în intervalul 310–452 °C, dar poate fi stabilizată la temperatura camerei prin [[Aliaj|aliere]] cu mici cantități de [[galiu]], [[aluminiu]] sau [[ceriu]]. Aceasta conduce la îmbunătățirea proprietăților prelucrative pentru aplicații militare. Faza delta are un caracter metalic mai pronunțat, fiind aproximativ la fel de [[Rezistența materialelor|rezistentă]] și maleabilă precum aluminiul. Plutoniul este un [[Actinide|element actinid]] [[transuranian]], în stare metalică având culoarea alb-argintie (asemănătoare [[Nichel|nichelului]]). În prezența aerului umed se acoperă rapid cu un strat de oxohidroxid de culoare gri, uneori cu tentă verzuie.<ref name=":14" /><ref>''Actinide Research Quarterly''. Los Alamos (NM): [[Laboratorul Național Los Alamos|Los Alamos National Laboratory]] (semestrul al treilea, 2008), 09/02/2010: „În timp ce dioxidul de plutoniu este, în mod normal, de culoarea uleiului de măsline, probele pot avea diferite culori. Se consideră, în general, că aceasta (culoarea) este o caracteristică a purității chimice, a [[Stoechiometrie|stoichiometriei]], a dimensiunii particulelor și a metodei de preparare, deși culoarea care rezultă dintr-o metodă dată de preparare nu este întotdeauna reproductibilă.”</ref> La temperatura camerei plutoniul apare în forma sa α (alfa). Aceasta este forma structurală cea mai comună a elementului, este aproximativ la fel de dură și fragilă precum fonta atunci când nu este aliată cu alte metale. Spre deosebire de cele mai multe metale, plutoniul nu este un bun conducător de căldură sau electricitate. Are un punct de topire scăzut (640 °C) și un punct de fierbere neobișnuit de ridicat (3228 °C).<ref name=":14" />

Din cauza [[Dezintegrare alfa|dezintegrării alfa]], piesele metalice de plutoniu se încălzesc; evident, cu cât timpul de viață a izotopului este mai redus, cu atât efectul termic asociat este mai puternic. O masă de 5 kg de <sup>239</sup>Pu conține aproximativ 12,5 × 10<sup>24</sup> atomi. Pentru un timp de înjumătățire de 24100 de ani, aproximativ 11,5 × 10<sup>12</sup> din atomii săi se descompun în fiecare secundă prin emiterea unei particule alfa de 5,157 MeV. Aceasta corespunde unei puteri de 9,68 [[watt]]. Căldura produsă de decelerarea acestor particule alfa se simte la atingerea probei.<ref name=":16">Heiserman, David L. (1992). "Element 94: Plutonium". ''Exploring Chemical Elements and their Compounds''. New York (NY): TAB Books. pp. 337–340.</ref><ref name=":9" />  

Tot din cauza autoiradierii, eșantioanele de plutoniu [[Solid amorf|amorfizează]] (parțial sau total) în timp,<ref name=":6">{{Citat web|url=https://fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/pubs/00818035.pdf|accessdate=13/11/2018|autor=S.S. Hecker|titlu=Plutonium and its alloys: from atoms to microstructure, Los Alamos Science, 26 (2000) 290-335}}</ref> într-un proces asemănător celui de [[metamictizare]] a [[Mineral|mineralelor]]. [[Structură cristalină|Structura cristalină]] poate fi recuperată în urma tratamentelor termice.<ref name=":6" />  

[[Rezistivitate electrică|Rezistivitatea]] plutoniului la temperatura camerei este foarte ridicată pentru un metal și devine și mai ridicată la temperaturi mai scăzute, ceea fapt neobișnuit pentru metal.<ref name=":12" /> Această tendință continuă până la 100 K, sub care rezistivitatea scade rapid pentru probele proaspăt preparate. Rezistivitatea crește în timp la aproximativ 20 K cu o viteză dictată de compoziția izotopică a eșantionului analizat.<ref name=":12" />

În condiții normale, plutoniul metalic este prezent în șase forme [[Alotropie|alotropice]]; o a șaptea (zeta, ζ) poate fi obținută la temperaturi înalte și într-un interval îngust de presiune.<ref>{{Citat web|url=https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-83-5074|accessdate=13/11/2018|autor=R.D. Baker, S.S. Hecker, D.R. Harbur|titlu=Plutonium: a wartime nightmare but a metallurgist's dream,  Los Alamos Science. Los Alamos National Laboratory, 148 (1983) 150-151}}</ref> Acesta face ca plutoniul să fie extrem de sensibil la schimbări de temperatură, presiune sau compoziție chimică, variații minore conducând la schimbări dramatice de volum (de până la 25%) sau [[structură cristalină]], fenomene care însoțesc transformările de fază.<ref name=":6" /> Spre deosebire de majoritatea elementelor/materialelor, densitatea plutoniului crește prin topire cu 2,5%, iar metalul topit suferă o descreștere a densității odată cu creșterea temperaturii. În funcție de [[Alotropie|starea alotropică]] are densitatea cuprinsă între 16,00 și 19,86 g/cm<sup>3</sup>, fiind un [[Metale grele|metal greu]].<ref name=":6" /><gallery mode="packed" caption="Sistemele de cristalizare pentru plutoniul pur">
Fișier:Monoclinic.svg|[[Sistem cristalin monoclinic|Monoclinic]] (α)
Fișier:Base-centered monoclinic.svg|[[Sistem cristalin monoclinic|Monoclinic]] cu baze centrate (β)
Fișier:Orthorhombic-face-centered.svg|[[Sistem cristalin ortorombic|Ortorombic]] cu fețe centrate (γ)
Fișier:Cubic-face-centered.svg|[[Sistem cristalin cubic|Cubic]] cu fețe centrate (δ)
Fișier:Tetragonal-body-centered.svg|[[Sistem cristalin tetragonal|Tetragonal]] centrat (δ’)
Fișier:Cubic-body-centered.svg|[[Sistem cristalin cubic|Cubic]] centrat (ε)
</gallery>Acest comportament complicat face ca prelucrarea plutoniului metalic să fie foarte dificilă, cu schimbări greu de controlat între fazele de temperatură joasă. Faza delta (''δ-phase'') există în metalul pur doar în intervalul 310–452 °C, dar poate fi stabilizată la temperatura camerei prin [[Aliaj|aliere]] cu mici cantități de [[galiu]], [[aluminiu]] sau [[ceriu]]. Aceasta conduce la îmbunătățirea proprietăților prelucrative pentru aplicații militare. Faza delta are un caracter metalic mai pronunțat, fiind aproximativ la fel de [[Rezistența materialelor|rezistentă]] și maleabilă precum aluminiul.<ref name=":6" />

=== Caracteristici chimice ===

==== Structura electronică ====
{{articol principal|Contracția actinidelor}}


Plutoniul este un element pentru care electronii 5''f'' sunt situați la limita de tranziție delocalizare–localizare; și din acest punct de vedere, este un element extrem de complex.<ref>{{Citat web|url=http://www.superconductors.org/PlutonSC.htm|accessdate=08/12/2018|autor=|titlu=Against all odds: a plutonium compound is the latest superconductor,}}</ref> Comportamentul anormal al plutoniului are la bază structura sa electronică; diferența energetică dintre substraturile 6''d'' și 5''f'' este extrem de mică. Dimensiunea substratului 5f abia este suficientă pentru a permite electronilor să formeze legături în interiorul rețelei cristaline, la limita dintre comportamentul localizat și cel delocalizat. Vecinătatea acestor nivele energetice conduce la configurații electronice multiple de energie joasă, cu energii aproape egale. Aceasta are drept rezultat competiția dintre configurațiile 5''f''<sup>n</sup>7''s''<sup>2</sup> și 5''f''<sup>n−1</sup>6''d''<sup>1</sup>7''s''<sup>2</sup>, cu consecințe în ceea ce privește complexitatea comportamentului chimic. Natura direcțională a orbitalilor 5''f'' este responsabilă de natura direcțională a [[Legătură covalentă|legăturii covalente]] în diverși [[Compus anorganic|compuși anorganici]] sau [[complex (chimie)|complecși coordinativi]] ai plutoniului.<ref name=":6" /><ref>{{Citat web|url=https://www.britannica.com/science/actinoid-element|accessdate=10/12/2018|autor=L. Morss, L.B. Asprey|titlu=Actinoid element - Chemical element group}}</ref>

==== Plutoniul metalic și aliaje ====

[[Fișier:Plutonium pyrophoricity.jpg|thumb|Piroforicitatea plutoniului|alt=]]

Plutoniul metalic poate fi preparat prin [[Reducere (chimie)|reducerea]] unor compuși ai plutoniului. Sunt cunoscute destule astfel de reacții, dar nu toate conduc la un produs suficient de pur. Dintre metodele pirochimice, cea mai utilizată este reducerea în topitură cu [[calciu]] metalic a PuF<sub>4</sub>, PuF<sub>3</sub>, PuCl<sub>3</sub>, PuO<sub>2</sub> sau a amestecului PuO<sub>2</sub>–PuF<sub>4</sub>, metalul rezultat neavând nevoie de purificare ulterioară. Pentru separarea plutoniului metalic din amestecuri metalice este utilizată reacția acestuia cu H<sub>2</sub>, care conduce la hidruri de tip PuH<sub>''x''</sub> (''x''= 1,9-3,0) care – prin reîncălzire în vid – trec din nou în Pu<sup>0</sup>.<ref name=":0" /> 

Plutoniul este un metal foarte [[Reactivitate chimică|reactiv]] în contact cu [[oxigen]]ul (este [[Piroforicitate|piroforic]] la 500°C)<ref name=":14" /> sau cu aerul umed. Din cauza autoiradierii, suferă un proces de „îmbătrânire” (similar cu [[Metamictizare|metamictizarea]] [[Mineral|mineralelor]]). Metalul se dizolvă ușor în [[acid clorhidric]] sau [[Acid percloric|percloric]]. Reacționează cu [[Bor (element)|borul]], [[carbon]]ul, [[halogen]]ii, [[azot]]ul, [[Fosfor|fosforul]], [[siliciu]]l, [[Oxigen|oxigenul]], [[Hidrogen|hidrogenul]] etc.<ref name=":0" /> Creuzetele utilizate la reducerea plutoniului trebuie construite din materiale care să reziste caracterului puternic reducător al acestuia. Metale [[Material refractar|refractare]] precum [[tantal]] sau [[wolfram]], precum și oxizii, borurile, carburile, nitrurile stabile ale acestora, îndeplinesc acesta calitate. De asemenea, reacția în arc electric poate fi utilizată drept metodă alternativă pentru producerea a mici cantități de plutoniu metalic.<ref name=":0" />

În ceea ce privește aliajele, acestea pot fi obținute prin adăugare unui sau mai multe metale la o topitură de plutoniu; cele mai comune sunt cele cu [[galiu]] și [[aluminiu]]. Multe alte diagrame de fază au fost studiate și sistematizate în 1980.<ref name=":8">{{Citat web|url=http://www.ans.org/store/item-250005/|accessdate=15/11/2018|autor=O.J. Wick|titlu=Plutonium Handbook, American Chemical Society, 1980, 966 pp.}}</ref> Exemple de astfel de aliaje sunt:

* Plutoniu-galiu, utilizat pentru stabilizarea fazei δ (în vederea eliminării problemelor specifice fazei α) este aliajul cel mai utilizat pentru armele nucleare de implozie.<ref>Kolman, D. G. & Colletti, L. P. (2009). "[[The aqueous corrosion behavior of plutonium metal and plutonium–gallium alloys exposed to aqueous nitrate and chloride solutions]]". ''ECS transactions''. Electrochemical Society. '''16''' (52): 71</ref>
* Plutoniu-aluminiu reprezintă o alternativă la aliajul Pu-Ga. Aluminiul a fost primul element considerat pentru stabilizarea fazei δ, dar tendința de a se activa ca urmare a bombardamentului cu particule alfa (cu emitere de neutroni) a redus în timp utilizarea sa. Aliajul Pu-Al poate fi utilizat – de asemenea – drept component al [[Combustibil nuclear|combustibilului nuclear]].<ref>Hurst, D. G.; Ward, A. G. (1956). ''[https://scintillators.ru/booc/criticality/reports/ref_066.pdf Canadian Research Reactors]''. Ottawa: Atomic Energy of Canada Limited.</ref>
* Plutoniu-galiu-cobalt (PuCoGa<sub>5</sub>) este un supraconductor neconvențional, prezentând [[supraconductibilitate]] la 18,5 K, un ordin de mărime mai mult decât majoritatea altor astfel de materiale.<ref>Curro, N. J. (2006). ''[[Unconventional superconductivity in PuCoGa5|Unconventional superconductivity in PuCoGa<sub>5</sub>]]''. Los Alamos National Laboratory</ref>
* Plutoniu-zirconiu, la rândul său utilizat drept combustibil nuclear.<ref>McCuaig, Franklin D. ''[https://patents.google.com/patent/US4059439 Pu–Zr alloy for high-temperature foil-type fuel]''. U.S. Patent 4,059,439, 22/11/1977</ref>

* Plutoniu-ceriu și plutoniu-ceriu-cobalt, cu aceeași utilizare (combustibil pentru reactorul nuclear).<ref>Jha, D. K. (2004). ''[https://books.google.ro/books?id=L79odes2ihEC&pg=PA73&redir_esc=y&hl=ro#v=onepage&q&f=false Nuclear Energy]''. Discovery Publishing House.</ref>
* Plutoniu-uraniu (15–30% Pu) poate fi utilizat pentru reactori reproducători (care produc mai mult [[Izotop fisil|material fisil]] decât consumă). Este piroforic și susceptibil de coroziune aproape de punctul de autoaprindere, trecând în formă pulverulentă după expunere la aer; din aceste cauze, este necesară alierea cu alte componente. Aluminiul, carbonul sau cuprul nu îmbunătățesc rata de trecere în formă pulverulentă; aliajele ce conțin zirconiu și fier prezintă rezistență sporită la coroziune, dar trec în formă de pulbere după câteva luni de la expunerea la aer. Adăugarea de titan și/sau zirconiu ridică semnificativ punctul de topire al aliajului.<ref name=":15">A. E. Kay, H. B. Waldron (1965). [https://books.google.ro/books?id=8r8NAAAAQAAJ&pg=PA456&redir_esc=y&hl=ro ''Plutonium 1965'']: Proceedings of the Third International Conference on Plutonium, London, 1965. Chapman & Hall, 1967.</ref>
* Plutoniu-uraniu-titan și plutoniu-uraniu-zirconiu au fost aliaje investigate drept combustibil nuclear. Adăugarea celui de-al treilea component crește rezistența la coroziune, reduce inflamabilitatea și îmbunătățește proprietăți precum ductilitatea, prelucrabilitatea, rezistența și expansiunea termică. Plutoniu-uraniu-molibden este aliajul cu cea mai bună rezistență la coroziune, formând un strat protector de oxid, dar titanul și zirconiul sunt preferate din motive fizice.<ref name=":15" />
* Thoriu-uraniu-plutoniu a fost investigat drept combustibil pentru reactori reproducători.<ref name=":15" />

==== Plutoniul în soluție ====

[[Fișier:Plutonium in solution.jpg|thumb|Stările de oxidare ale plutoniului în soluții apoase]]

În [[soluție apoasă|soluții apoase]]<ref name=":0" /> plutoniul prezintă patru [[stare de oxidare|stări de oxidare]] stabile, o a cincea [[disproporționare|disproporționând]] rapid. Culorile diferite ajută la recunoașterea facilă a stării de oxidare în care plutoniul este prezent: Pu(III), ca Pu<sup>3+</sup>; Pu(IV), ca Pu<sup>4+</sup>; Pu(V), ca PuO<sub>2</sub><sup>+</sup>; Pu(VI), ca PuO<sub>2</sub><sup>2+</sup>; Pu(VII), ca PuO<sub>4</sub><sup>–</sup>.

PuO<sub>2</sub><sup>+</sup> este instabil în soluție și disproporționează în Pu<sup>4+</sup> și PuO<sub>2</sub><sup>2+</sup>; Pu<sup>4+</sup> astfel format oxidează PuO<sub>2</sub><sup>+</sup> rămas, fiind redus la Pu<sup>3+</sup>. Astfel, soluțiile de PuO<sub>2</sub><sup>+</sup> au tendința de a se transforma în timp în amestecuri de Pu<sup>3+</sup> și PuO<sub>2</sub><sup>2+</sup>.<ref name=":13">{{Citat web|url=https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-00-4100-37|accessdate=10/10/2018|autor=D.L. Clark|titlu=The chemical complexity of plutonium, Los Alamos Science, 26 (2000) 364-381}}</ref> O astfel de reacție – care implică patru stări de oxidare diferite ale aceluiași element – este unică în chimie:

<chem display="inline">PuO_{2}^{+} {+} Pu^{4+} {->} PuO_{2}^{2+} {+} Pu^{3+}</chem>

Culorile soluțiilor de plutoniu depind atât de starea de oxidare a acestuia, cât și de natura anionului acid.<ref>G. Matlack, (2002). ''A Plutonium Primer: An Introduction to Plutonium Chemistry and its Radioactivity''. Los Alamos National Laboratory. LA-UR-02-6594</ref> Acesta din urmă influențează gradul de complexare (adică modul în care atomii donori se leagă de atomul central) al speciei de plutoniu. În plus față de stările de oxidare amintite, starea de oxidare formală +2 este cunoscută pentru compusul de coordinație [K(2,2,2-cryptand)] [Pu<sup>II</sup>Cp″<sub>3</sub>], Cp″ = C<sub>5</sub>H<sub>3</sub>(SiMe<sub>3</sub>)<sub>2</sub>.<ref>C.J. Windorff, G.P. Chen, J.N. Cross, W.J. Evans, F. Furche, A.J. Gaunt, M.T. Janicke, S.A: Kozimor, B.L. Scott, „Identification of the Formal +2 Oxidation State of Plutonium: Synthesis and Characterization of {Pu<sup>II</sup>[C<sub>5</sub>H<sub>3</sub>(SiMe<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]<sub>3</sub>}−”. ''J. Am. Chem. Soc''. '''139''' (2017): 3970–3973</ref>

=== Izotopi și proprietăți nucleare ===

[[Fișier:Sasahara.svg|thumb|Schemă de producere și dezintegrare a celor mai importanți izotopi ai plutoniului]]

Plutoniul este un [[element radioactiv]], toți izotopii săi fiind radioactivi. Sunt cunoscuți 20 izotopi ai plutoniului cu [[Masă atomică|masa]] cuprinsă între 228 și 247.<ref>{{Citat web|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0375947415001384|accessdate=10/12/2018|autor=J.B. Roberto, C.W. Alexander, R.A. Boll, J.D. Burns, J.G. Ezold, L.K. Felker, S.L. Hogle, K.P. Rykaczewski|titlu=Actinide targets for the synthesis of super-heavy elements, Nuclear Physics A 944 (2015) 99-116}}</ref> 

Izotopul <sup>238</sup>Pu este un emițător alfa (t<sub>1/2</sub>= 87,7 ani, produs de dezintegrare <sup>234</sup>U, E<sub>α</sub>=5,5 MeV). 

Cel mai răspândit izotop este <sup>239</sup>Pu, care se dezintegrează alfa (t<sub>1/2</sub> de circa 24000 de ani, produs de dezintegrare <sup>235</sup>U, E<sub>α</sub>=5,2 MeV). <sup>239</sup>Pu este un [[izotop fisil]] (fisionabil sub neutroni termici), ceea ce face ca utilizarea acestuia să fie strict controlată, din motive de [[proliferare nucleară]].<ref name=":3" />

Izotopul <sup>240</sup>Pu este un emițător alfa (t<sub>1/2</sub> de circa 6560 de ani, produs de dezintegrare <sup>236</sup>U, E<sub>α</sub>=5,3 MeV). Este un [[izotop fertil]], transformându-se – în urma activării sub neutroni rapizi – în <sup>241</sup>Pu.<ref name=":0" /><ref name=":3" />

Izotopul <sup>241</sup>Pu este un emițător beta (timp de înjumătățire de 14,4 ani, produs de dezintegrare <sup>241</sup>Am, E<sub>β</sub>=0,02 MeV). <sup>241</sup>Pu este un [[izotop fisil]], contribuind la randamentul total de fisiune. Totuși, transmutația sa relativ rapidă în <sup>241</sup>Am, face ca prezența sa să fie nedorită în plutoniul militar sau pentru uz sub formă de combustibil nuclear de tip MOX.<ref name=":3" />

<math>\mathrm{^{241}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow[14,35 \ a]{\beta^-} \ ^{241}_{\ 95}Am\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{242}_{\ 95}Am\ \xrightarrow[16,02 \ h]{\beta^-} \ ^{242}_{\ 96}Cm\ \left( \xrightarrow[162,8 \ d]{\alpha} \ ^{238}_{\ 94}Pu \right)}</math>

Izotopul <sup>242</sup>Pu este un emițător alfa (t<sub>1/2</sub> de circa 273000 ani, produs de dezintegrare <sup>238</sup>U, E<sub>α</sub>=5,0 MeV).<ref name=":3" />

Sistemul periodic al elementelor indică izotopul cosmogenic  <sup>244</sup>Pu ca fiind cel mai stabil [[izotop]] al plutoniului (t<sub>1/2</sub> de circa 80,8 milioane de ani,  produs de dezintegrare <sup>240</sup>U).<ref name=":3" />

Pentru circa o treime din evenimentele de ciocnire a <sup>239</sup>Pu cu neutroni se produce <sup>240</sup>Pu.  În funcție de conținutul de <sup>240</sup>Pu (care nu fisionează sub neutroni lenți) în amestecul izotopic, plutoniul se clasifică în:<ref name=":3" />

* plutoniul pentru arme nucleare (eng. ''weapon grade plutonium''), care conține mai puțin de 7% <sup>240</sup>Pu;
* plutoniu pentru combustibil nuclear (eng. ''fuel grade plutonium''), care conține 7–18% <sup>240</sup>Pu;
* plutoniul de reactor, (eng. ''reactor grade plutonium''), care conține mai mult de 18% <sup>240</sup>Pu.

=== Răspândire ===

Este considerat a fi un [[Element sintetic|element chimic sintetic]], chiar dacă urme de <sup>239</sup>Pu se găseau în natură în [[Zăcământ|zăcămintele]] [[Minereu uranifer|bogate în uraniu]] și înainte de 1945.<ref>{{Citat web|url=https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01184a083|accessdate=15/11/2018|autor=G.T. Seaborg, M.L. Perlman|titlu=Search for elements 94 and 93 in Nature. Presence of 94(239) in pitchblende, J. Am. Chem. Soc. 70 (1948) 1571–1573}}</ref> Acest izotop este produs ca urmare a proceselor de [[Activare cu neutroni|activare neutronică]] a <sup>238</sup>U cu [[Neutron|neutroni]] emiși în urma [[Fisiune spontană|fisiunii spontane]] a altor nuclee de <sup>238</sup>U.<ref name=":3" /> Prezența sa a fost semnalată în zona [[Reactor natural de fisiune nucleară|reactorilor naturali de fisiune]] de la Oklo. Raportul <sup>239</sup>Pu/U-nat în [[Minereu uranifer|minereul uranifer]] de la Cigar Lake variază între 2,4×10<sup>−12</sup> și 44×10<sup>−12</sup>.<ref>D. Curtis, J. Fabryka-Martin, D. Paul, J. Cramer, (1999). "Nature's uncommon elements: plutonium and technetium". ''Geochimica et Cosmochimica Acta''. '''63'''(2): 275–285.</ref> Cantități și mai reduse de <sup>238</sup>Pu  se pot forma ca urmare a unei dezintegrări beta duble a nucleelor de <sup>238</sup>U.<ref>I. Peterson, „Uranium displays rare type of radioactivity”. ''Science News''. Wiley-Blackwell. '''140''' (23): 373.</ref>

De asemenea, <sup>244</sup>Pu (cu [[Perioadă de înjumătățire|timp de înjumătățire]] de 80,8 milioane de ani) este un radioizotop primordial<ref>{{Citat web|url=http://pages.jh.edu/~dsverje1/Hazen.et.al(2009).pdf|accessdate=13/11/2018|autor=R.M. Hazen, R.C. Ewing, D.S. Sverjensky|titlu=Evolution of uranium and thorium minerals, Am. Mineral. 94 (2009) 1293-1311}}</ref> și a jucat probabil un oarecare rol în formarea mineralelor în primul miliard de ani de existență a [[Pământ|Pământului]]; evidențe ale fisiunii spontane ale acestui radioizotop au putut fi găsite în meteoriți.<ref>I.D. Hutcheon, B.P. Price, „Plutonium-244 Fission Tracks: Evidence in a Lunar Rock 3.95 Billion Years Old”. ''Science,'' '''176''' (4037): 909–911. </ref> Prezența anterioară a <sup>244</sup>Pu în [[Sistem Solar|Sistemul Solar]] a fost confirmată în baza excesului actual de produși ai [[Serie de dezintegrare|seriei de dezintegrare]] 4n, fie <sup>232</sup>Th (din dezintegrarea alfa), fie izotopi ai [[Xenon|xenonului]] (din fisiune spontană). Din punct de vedere chimic, aceștia din urmă sunt mai ușor de pus în evidență comparativ cu raportul <sup>244</sup>Pu/<sup>232</sup>Th (cele două actinide prezintă [[Proprietate chimică|proprietăți chimice]] asemănătoare, astfel că excesul de thoriu nu conduce la concluzia evidentă că acesta ar rezulta ca fiică a plutoniului).<ref>J. Kunz, T. Staudacher, C.J. Allègre, „Plutonium-Fission Xenon Found in Earth's Mantle”, ''Science''. '''280''' (5365): 877–880</ref> <sup>244</sup>Pu are cel mai mare timp de înjumătățire dintre toți izotopii [[Element transuranian|elementelor transuraniene]], fiind produs doar în urma proceselor-''r'' în [[Supernovă|supernove]] și în coliziunea [[Stea neutronică|stelelor neutronice]]; atunci când sunt ejectate nuclee de mare viteză în urma unor astfel de procese – nuclee care ajung pe Pământ – dintre nucleele elementelor transuraniene doar <sup>244</sup>Pu mai poate fi detectat, mulțumită timpului său de înjumătățire îndelungat. Din acest motiv, urme de <sup>244</sup>Pu de origine interstelară pot fi găsite pe fundul oceanelor. Cum <sup>240</sup>Pu apare ca [[produs de dezintegrare]] al <sup>244</sup>Pu, acesta trebuie să fie prezent la rândul său în echilibru secular cu părintele său, chiar dacă în cantități mult mai reduse.<ref>A. Wallner, T. Faestermann, J. Feige, C. Feldstein, K. Knie, G. Korschinek, W Kutschera, A. Ofan, M. Paul, F. Quinto, G. Rugel, P. Steiner, P. (30 martie 2014). „Abundance of live <sup>244</sup>Pu in deep-sea reservoirs on Earth points to rarity of actinide nucleosynthesis”. ''Nature Communications''. '''6''' (2014) </ref>

Inventarul de plutoniu a crescut semnificativ odată cu începutul erei atomice, fiind [[produs de activare]] a uraniului atât în [[Reactor nuclear|reactori nucleari]], cât și în [[Armă nucleară|bombele atomice]] în baza [[Reacție nucleară|reacției nucleare]]:

<chem>
{^{238}_{92}U} + {^{1}_{0}n} -> {^{239}_{92}U} ->[\beta^-] [23.5 \ \ce{min}] {^{239}_{93}Np} ->[\beta^-] [2.3565 \ \ce d] {^{239}_{94}Pu}
</chem>

Urme de plutoniu pot fi detectate în organismul uman,<ref name=":1">{{Citat web|url=https://books.google.de/books?hl=en&lr=&id=2EfYXzwPo3UC&oi=fnd&pg=PP2&dq=Emsley,+John+(2001).+%22Plutonium%22.+Nature%27s+Building+Blocks:+An+A%E2%80%93Z+Guide+to+the+Elements.+Oxford+(UK):+Oxford+University+Press&ots=qct4bIFcL3&sig=H6-KZjdCnQYMVv542Ac2gS-Whpg&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false|accessdate=15/11/2018|autor=J. Emsley|titlu="Plutonium". Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford (UK) Oxford University Press, 2001}}</ref> prezența sa datorându-se [[Contaminare radioactivă|contaminării radioactive]] (în natură sunt disperate câteva tone de plutoniu<ref name=":3">{{Citat web|url=http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/fuel-recycling/plutonium.aspx|accessdate=16/11/2018|autor=|titlu=World Nuclear Association - Plutonium}}</ref> ca urmare a [[Test nuclear|testelor]] și [[Accident nuclear|accidentelor nucleare]]). Concentrația de plutoniu este estimată a fi de 0,37 Bq/kg sol și între 6ˑ10<sup>-8</sup>–1,4ˑ10<sup>-7</sup> Bq/m<sup>3</sup> aer.<ref name=":5">{{Citat web|url=https://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp143.pdf|accessdate=17/11/2018|autor=|titlu=Toxicological profile of plutonium, US-DoE Report}}</ref>

== Producție ==

=== Proiectul Manhattan ===
{{articol principal|Proiectul Manhattan}}

[[Fișier:Fat Man West Point Museum.JPG|thumb|Învelișul unei bombe atomice cu plutoniu Mark III, având aceeași configurație și aceleași dimensiuni ca și [[Fat Man]]]]

În timpul celui de-[[Al Doilea Război Mondial]], guvernul SUA a implementat [[proiectul Manhattan]], cu rolul de a dezvolta [[Armă nucleară|arme nucleare]]. Locurile în care au fost implementate facilitățile de cercetare și de producție sunt [[Hanford]] ([[Washington (stat)|Washinton]]) și ceea ce sunt acum cunoscute ca fiind [[Oak Ridge National Laboratory]] ([[Tennessee]]), respectiv [[Laboratorul Național Los Alamos|Los Alamos National Laboratory]] ([[New Mexico]]).<ref name=":7" /><ref name=":2" /> 

<sup>239</sup>Pu a fost obținut în scopuri militare pentru prima oară prin bombardarea neutronică a <sup>238</sup>U în reactorul [[Moderator de neutroni|moderat]] cu [[grafit]] „X-10” (Oak Ridge), care a intrat în regim critic pe 4 noiembrie 1943 și a produs pentru prima oară plutoniu la începutul anului următor. În noiembrie 1943, o primă probă de câteva micrograme de plutoniu metalic a fost produsă prin reducerea trifluorurii de plutoniu.<ref name=":12">W.N. Miner, F.W. Schonfeld, ''Plutonium''. In C.A. Hampel. ''The Encyclopedia of the Chemical Elements''. New York (NY): Reinhold Book Corporation (1968) 540–546</ref> Astfel, plutoniul a devenit primul [[element sintetic]] vizibil cu ochiul liber.<ref name=":12" />

Ideal, plutoniul pentru aplicații militare ar trebui să fie monoizotopic, <sup>239</sup>Pu. Probele transferate la Los Alamos în aprilie 1944 au indicat însă faptul că acestea conțineau concentrații ridicate de <sup>240</sup>Pu (izotop care prezintă o probabilitate crescută de [[fisiune spontană]]) comparativ cu plutoniul produs în [[ciclotron]].<ref name=":9" /> Acest fapt conduce la prezența unei cantități însemnate de neutroni, crescând riscul de pre-detonare. Din acest motiv, proiectul prin care se dorea realizarea unei arme nucleară de tip proiectil (cu nume de cod „Thin Man” – ''Slăbuțul'') a fost abandonat.<ref name=":9">{{Citat carte|nume=|authors=L. Hoddeson, P.W. Henriksen, R.A. Meade, C. Westfall|an=1993|titlu=Critical assembly: a technical history of Los Alamos during the Oppenheimer years, 1943-1945|pagină=|editură=New York: Cambridge University Press}}</ref> Acesta a fost înlocuit cu proiectul de implozie „[[Fat Man]]” – ''Grăsanul'', mai complicat din punct de vedere tehnic.<ref name=":9" /> 

[[Fișier:Implosion nuclear weapon design3.gif|250 px|thumb|Schema de principiu a unei bombe nucleare de implozie]]

În martie 1945 a fost terminată construcția „Handford B”, primul reactor de producție izotopică a plutoniului la scară industrială.<ref>Darleane C Hoffman, Albert Ghiorso, Glenn T Seaborg, The Plutonium People, pp. 43-99, in The Plutonium People - The Inside Story, Imperial College Press (2000), 564 pp.</ref> Aici s-a produs [[Izotop fisil|materialul fisil]] necesar bombei nucleare „Fat Man”. În ianuarie 1945, plutoniul înalt purificat a fost supus unei concentrări finale și a fost apoi trimis la Los Alamos începând din februarie 1945, unde au fost definitivate bombele nucleare pe bază de plutoniu.<ref name=":9" />

Prima dintre acestea (în greutate totală de circa 4 tone, conținând 6,2 kg plutoniu) a fost detonată sub numele de cod [[Testul Trinity|''Trinity'']] la 16 iulie 1945 lângă [[Alamogordo, New Mexico|Alamogordo]] ([[New Mexico]]). Succesul [[Test nuclear|testului nuclear]] (circa 20% din plutoniu a fisionat în regim divergent) a condus la detonarea bombei „Fat Man” deasupra orașului [[Nagasaki]] ([[Japonia]]) în 9 august 1945.<ref name=":9" />

=== Era atomică ===
{{articol principal|Proliferare nucleară|Reactor nuclear|Deșeu radioactiv}}

[[SUA]] și [[Uniunea Republicilor Sovietice Socialiste|URSS]] au produs cantități însemnate (de ordinul sutelor de tone)<ref>{{Citat web|url=https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/ss-2001/PDF%20files/Session%209/Paper%209-06.pdf|accessdate=15/11/2018|autor=N. Zarimpas|titlu=Building transparency in nuclear-weapon states: the political and technological dimensions, IAEA-SM-367/9/06}}</ref> de plutoniu pentru aplicații militare prin [[Activare cu neutroni|activarea cu neutroni]] a <sup>238</sup>U în reactori de iradiere.<ref name=":2">{{Citat web|url=https://isis-online.org/uploads/isis-reports/documents/plutonium_watch2005.pdf|accessdate=15/11/2018|autor=D, Albright, K. Kramer|titlu=Plutonium Watch: Tracking Plutonium Inventories}}</ref> La nivelul anului 2003, a fost estimat că pe [[Pământ]] ar fi existat o cantitate de circa 1830 t plutoniu,<ref name=":0" /><ref name=":2" /> rezultată atât din activități militare cât și civile. Alte aproximativ 70-75 t se adaugă anual la acest inventar (fiind obținute ca produs secundar în reactori nucleari comerciali prin activarea [[Combustibil nuclear|combustibilului nuclear]]).<ref name=":17">{{Citat carte|nume=Lide|prenume=D.R.|an=2006|titlu=Handbook of Chemistry and Physics (87th ed.)|pagină=|editură=Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group}}</ref> Practic, 35 de țări dețin în prezent plutoniu, printre acestea numărându-se și [[România]]. Cantitatea de plutoniu estimată a exista în [[Combustibil nuclear epuizat|combustibilul nuclear epuizat]] rezultat din [[Centrala Nucleară de la Cernavodă|centrala nucleară de la Cernavodă]] era în 2003 de circa 2,4 t<ref name=":2" /> (de câteva ori mai mare în prezent).  

Plutoniul civil era distribuit în 2003 astfel: circa 1340 t este conținut de către în [[Combustibil nuclear epuizat|combustibilul nuclear epuizat]] și circa 330 t combustibil neiradiat (incluzând aici aproximativ 100 t de plutoniu militar declarat de către SUA și [[Rusia]] drept exces, în urma tratatelor de dezarmare).<ref name=":2" /> Aproximativ 155 t se regăseau în componența armelor nucleare (existente sau dezasamblate).<ref name=":1" /> Pentru a înțelege semnificația acestei cantități, acesta trebuie raportată la [[Masă critică|masa critică]] a <sup>239</sup>Pu. Este evident deci că acest inventar trebuie administrat cu prudență pentru mult timp de acum înainte, într-un context politic, socioeconomic și tehnologic complex.<ref name=":0" />

=== Plutoniul pentru nave spațiale ===
<sup>238</sup>Pu este obținut prin bombardarea cu neutroni a <sup>237</sup>Np provenit din reactori de cercetare sau ținte de iradiere. <sup>238</sup>Np, odată format, se dezintegrează rapid, formând <sup>238</sup>Pu. 

<chem>
{^{237}_{93}Np} + {^{1}_{0}n} -> {^{238}_{93}Np} ->[\beta^-] [2.117 \ \ce{d}] {^{238}_{94}Pu}
</chem>

În prezent există foarte puține locuri în care se mai produce <sup>238</sup>Pu. Rezerva [[NASA]] a scăzut la 35 kg, ceea ce ar fi suficient pentru misiunile asumate până în 2025.<ref name=":3" /> Începând din 2019, Oak Ridge National Laboratory urmează să producă anual circa 1,5 kg <sup>238</sup>Pu.<ref name=":3" /> 

== Compuși ai plutoniului ==
{{articol principal|Chimia actinidelor}}Sunt cunoscuți diverși compuși binari cu:<ref name=":0" /><ref name=":8" /> 

* hidrogenul (PuH<sub>''x''</sub>, ''x''= 1,9-3,0): există diverse [[Hidrură|hidruri]] ale plutoniului, în general nestoechiometrice; toate sunt formate prin reacția directă a elementelor la temperaturi de sub 200 °C. De asemenea, astfel de compuși se formează (alături de Pu<sub>2</sub>O<sub>3</sub> și PuO<sub>2</sub>) în urma reacției dintre plutoniul metalic și aerul umed la 200–350 °C.
* borul (PuB<sub>2</sub>, PuB<sub>4</sub>, PuB<sub>6</sub>, PuB<sub>12</sub> și PuB<sub>66</sub>): borurile se formează prin reacția directă a elementelor la temperaturi de 800–1200 °C în atmosferă inertă la presiune scăzută. 
* carbonul (Pu<sub>3</sub>C<sub>2</sub>, PuC<sub>1-''x''</sub>, Pu<sub>2</sub>C<sub>3</sub> și PuC<sub>2</sub>): [[Carbură|carburile]] se formează fie prin reacția dintre elemente, fie prin descompunerea unor compuși ai plutoniului (precum oxalați, [[Acetat|acetați]] etc.) în atmosferă inertă. Carburile de plutoniu sunt considerate ca fiind potențiali [[Combustibil nuclear|combustibili nucleari]] sub formă de soluții solide cu uraniul: U<sub>1-''x''</sub>Pu<sub>''x''</sub>C sau U<sub>1-''x''</sub>Pu<sub>''x''</sub>C<sub>2</sub>.
* azotul (PuN) – posibil combustibil nuclear sub forma [[Azotură|nitrură]] U<sub>1-''x''</sub>Pu<sub>''x''</sub>N, fosforul (PuP), sulful (PuS, Pu<sub>3</sub>S<sub>4</sub>, PuS<sub>2</sub>), seleniul (PuSe, Pu<sub>3</sub>Se<sub>4</sub>, Pu<sub>2</sub>Se<sub>3</sub>, PuSe<sub>1,8–2,0</sub>), telurul (PuTe, Pu<sub>3</sub>Te<sub>4</sub>, PuTe<sub>3</sub>, PuTe<sub>1,81–2,02</sub>), siliciul (Pu<sub>5</sub>Si<sub>3</sub>, Pu<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>, PuSi, Pu<sub>3</sub>Si<sub>5</sub> și PuSi<sub>2</sub>).
* oxigenul (PuO, Pu<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, PuO<sub>2</sub> etc.): [[Oxid|oxizii]] se formează la arderea plutoniului în aer sau la descompunere termică sau hidrotermală a unor compuși (de exemplu, oxalați). Dioxidul de plutoniu este un combustibil nuclear des utilizat sub formă de soluții solide cu uraniul: U<sub>1-''x''</sub>Pu<sub>''x''</sub>O<sub>2</sub> (MOX).
* halogenii: [[Fluorură|fluoruri]] și oxofluoruri (PuF<sub>3</sub>, PuOF, PuF<sub>4</sub>, PuF<sub>6</sub>), cloruri (PuCl<sub>3</sub>, PuCl<sub>4</sub>), [[Bromură|bromuri]] și oxobromuri (PuBr<sub>3</sub>, PuOBr), ioduri și oxoioduri (PuI<sub>3</sub>, PuOI) etc. [[Halogenură|Halogenurile]] duble de plutoniu și metale alcaline (de exemplu, NaPuF<sub>4</sub>, KPuF<sub>4</sub> etc.) sunt considerate precum combustibil nuclear sub formă de săruri topite.

Dintre compușii în stare solidă cei mai cunoscuți sunt:<ref name=":0" /><ref>S. Cotton, ''Lanthanide and actinide chemistry'', 2006, John Wiley & Sons, Ltd.</ref><ref>{{Citat web|url=https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.9b00679|accessdate=29/06/2019|autor=J.-F. Vigier, K. Popa, L. Martel, D. Manara, O. Dieste Blanco, D. Freis, R.J.M. Konings,|titlu=Plutonium and americium aluminate perovskites, Inorg. Chem. 58 (2019) 9118-9126}}</ref>

* plutonații (plutoniul apare sub formă anionică), în care plutoniul poate prezenta diverse stări de oxidare:
**Pu(IV): BaPuO<sub>3</sub>, SrPuO<sub>3</sub>, Li<sub>8</sub>PuO<sub>6</sub>, Ba<sub>2</sub>CePuO<sub>6</sub> etc.;
**Pu(V): Li<sub>3</sub>PuO<sub>4</sub>, Ba<sub>3</sub>PuO<sub>5,5</sub> etc. 
**Pu(VI): K<sub>2</sub>PuO<sub>4</sub>, Rb<sub>2</sub>PuO<sub>4</sub>, Cs<sub>2</sub>PuO<sub>4</sub>, SrPuO<sub>4</sub>, Li<sub>4</sub>PuO<sub>5</sub>, Na<sub>4</sub>PuO<sub>5</sub>, L<sub>6</sub>PuO<sub>6</sub>, Na<sub>6</sub>PuO<sub>6</sub>, Ba<sub>3</sub>PuO<sub>6</sub> etc. 
**Pu(VII): Li<sub>5</sub>PuO<sub>6</sub>, Na<sub>5</sub>PuO<sub>6</sub>.

* combinații în formă cationică cu elemente ale blocului ''p'' și ''d'': 
**Pu(III): PuAlO<sub>3</sub>, PuScO<sub>3</sub>, PuVO<sub>3</sub>, PuCrO<sub>3</sub>, PuAsO<sub>4</sub>, PuPO<sub>4</sub> etc.
**Pu(IV): PuSiO<sub>4</sub>, PuGeO<sub>4</sub>, Pu(TeO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>, Pu(TaO<sub>3</sub>)<sub>4</sub>, PuP<sub>2</sub>O<sub>7</sub> etc. 

Extrem de importanți sunt oxalații, care se descompun termic la dioxid de plutoniu de dimensiuni [[Nanomaterial|nanometrice]] (ceea ce conduce la pulberi de combustibil cu [[Sinterizare|sinterabilitate]] foarte bună). O metodă recentă demonstrează că oxalatul de Pu(IV) poate fi descompus hidrotermal la PuO<sub>2</sub> la numai 95 °C.<ref>{{Citat web|url=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ce/c8ce00446c#!divAbstract|accessdate=19/11/2018|autor=K. Popa, O. Walter, O. Dieste Blanco, A. Guiot, D. Bouëxière,  J.-Y. Colle, L. Martel, M. Naji, D. Manara|titlu=A low-temperature synthesis method for AnO2 nanocrystals (An = Th, U, Np, and Pu) and associate solid solutions, CrystEngComm 20 (2018) 4614-4622}}</ref><gallery>
Fișier:Pudioxide.png|Structura PuO<sub>2</sub>
Fișier:Magnesium-diboride-3D-balls.png|Structura PuB<sub>2</sub>
Fișier:CaHexaboride.jpg|Structura PuB<sub>6</sub>
Fișier:Kristallstruktur Plutonium(III)-bromid.png|Structura PuBr<sub>3</sub>
Fișier:Kristallstruktur Uran(IV)-fluorid.png|Structura PuF<sub>4</sub>
Fișier:Monazite structure.png|Structura PuPO<sub>4</sub>
Fișier:NpP2O7.jpg|Structura PuP<sub>2</sub>O<sub>7</sub>
</gallery>

[[Complex (chimie)|Compuși coordinativi]]: având în vedere multiplele stări de oxidare și geometrii posibile, chimia de coordinație a plutoniului este extrem de diversă. Astfel, au fost sintetizați din soluții apoase sau neapoase diverși compuși ai Pu(III), Pu(IV) și Pu(VI) cu liganzi extrem de diverși din punct de vedere al tipului atomului donor și al denticității ([[halogenură]], [[fosfat]], [[Azotat|nitrat]], [[amină]], [[amidă]], salen, etc.).<ref>{{Citat web|url=https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1292336|accessdate=10/12/2018|autor=M.P. Neu, J.H. Matonic, D.M. Smith, B.L. Scott|titlu=Structures of plutonium coordination compounds: A review of past work, recent single crystal x-ray diffraction results, and what we’re learning about plutonium coordination chemistry, AIP Conference Proceedings 532 (2000) 381}}</ref><ref>{{Citat web|url=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/cc/c2cc34967a#!divAbstract|accessdate=10/12/2018|autor=S.D. Reilly,  A.J. Gaunt,  B.L. Scott,  G. Modolo, M. Iqbal,  W. Verboom, M.J. Sarsfieldd|titlu=Plutonium(IV) complexation by diglycolamide ligands-coordination chemistry insight into TODGA-based actinide separations, Chem. Commun. 48 (2012) 9732-9734}}</ref><ref>{{Citat web|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/chem.201803413|accessdate=10/12/2018|autor=O. Walter|titlu=Actinide organometallic complexes with π‐ligands, Chem. Eur. J., in press}}</ref>

== Utilizare ==

=== Material exploziv ===
{{articol principal|Armă nucleară|Contaminare radioactivă|Explozie nucleară|Test nuclear}}

[[Fișier:Nuclear use locations world map.PNG|thumb|Localizarea țărilor care dețin în mod oficial arme nucleare și a testelor efectuate]]

[[Fișier:Nuclear Test Film - Operation Teapot.webm|thumb|Filmare a operațiunii Teapot (test nuclear)]]

Plutoniul este materialul fisionabil esențial pentru [[Armă nucleară|armele nucleare]] moderne. Tonul [[Proliferare nucleară|proliferării nucleare]] l-a dat competiția SUA-URSS. De atunci au avut loc peste 2000 de teste nucleare, dintre care aproximativ 500 atmosferice.<ref name=":1" /> Cu foarte puține excepții (bazate pe uraniu îmbogățit), acestea au utilizat plutoniu ca material exploziv de fisiune. Singurele țări cunoscute că au detonat asemenea dispozitive sunt [[Statele Unite ale Americii]], [[Uniunea Sovietică]], [[Marea Britanie]], [[Franța]], [[China]], [[India]], [[Pakistan]] și [[Coreea de Nord]].<ref name=":3" /> Producea și testarea [[Armă nucleară|armelor nucleare]] a condus la contaminarea excesivă a anumitor regiuni, peste limitele admisibile (în fosta URSS, SUA, [[Atolul Bikini]] etc.), ceea ce le face nelocuibile pentru mult timp de acum încolo.<ref name=":3" />

Plutoniul poate fi folosit pentru fabricarea [[Armă radiologică|armelor radiologice]] (bomba murdară).<ref>C. Brown, Transcendental terrorism and dirty bombs: Radiological weapons threat revisited. ''Occasional Paper: Center for Strategy and Technology''. 54 (2006) 24–27</ref>

=== Combustibil pentru reactori nucleari ===
{{articol principal|Ciclul combustibilului nuclear|Combustibil nuclear|Combustibil nuclear epuizat|Reactor nuclear}}

[[Fișier:Plutonium and uranium extraction from nuclear fuel-eng.svg|thumb|right|Schemă a procesului de extracție a uraniului și plutoniului din [[Combustibil nuclear epuizat|combustibilul nuclear epuizat]]]] 

Combustibilul nuclear epuizat rezultat din reactori nucleari răciți cu apă ușoară conține un amestec de izotopi ai plutoniului, anume: <sup>238</sup>Pu, <sup>239</sup>Pu, <sup>240</sup>Pu și <sup>242</sup>Pu. Prin [[reprocesare]], acesta poate fi separat și reutilizat sub formă de combustibil (U,Pu)O<sub>2</sub> (MOX, eng. „mixed oxides”) în același tip de reactori. Acest tip de combustibil este utilizat la scară largă în scopuri comerciale încă din anii '80.<ref>{{Citat web|url=http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/fuel-recycling/mixed-oxide-fuel-mox.aspx|accessdate=16/11/2018|autor=|titlu=World Nuclear Association - Mixed Oxide (MOX) Fuel}}</ref> Practic, 5% din combustibilul nuclear utilizat în prezent este de tip MOX, producând circa o treime din totalul de energie de origine nucleară la nivel mondial.<ref name=":3" />

Prin captură neutronică, conținutul de <sup>240</sup>Pu și <sup>242</sup>Pu devine semnificativ, acest plutoniu „ars”, nemaifisionând sub neutroni termalizați, ci doar sub neutroni rapizi. Acest plutoniu de reactor mai poate fi utilizat doar în reactori cu neutroni rapizi,<ref name=":4">{{Citat web|url=http://www.thesciencecouncil.com/pdfs/PlentifulEnergy.pdf|accessdate=16/11/2018|autor=C.E. Till, Y.A. Chang|titlu=Plentiful energy: The story of the integral fast reactor, the complex history of a simple reactor technology, with emphasis on its scientific basis for non-specialists,}}</ref> sau poate fi stocat, constituind componenta de viață lungă (tip C) a [[Deșeu radioactiv|deșeurilor radioactive]]. Cu cât gradul de ardere este mai ridicat, cu atât cantitatea relativă de <sup>239</sup>Pu în amestecul izotopic este mai scăzută, ceea ce conduce la reducerea riscului de [[proliferare nucleară]].<ref name=":4" /> Cu toate acestea, [[IAEA]] clasifică<ref name=":3" /> – în mod conservativ – toți vectorii de plutoniu cu potențial uz direct, adică „un material nuclear care poate fi utilizat pentru producerea de explozivi nucleari în absența transmutației nucleare sau a îmbogățirii izotopice”.

În vederea reutilizării, plutoniul este supus unor operații tehnologice de separare și purificare. Impuritățile care însoțesc plutoniul în combustibilul nuclear epuizat sunt alte actinide ([[uraniu]]<nowiki/>l și [[Actinide minore|actinidele minore]]: [[neptuniu]], [[americiu]], [[curiu]]) și [[Produs de fisiune|produși de fisiune]] ([[bariu]], [[ceriu]], [[cesiu]], [[lantan]], [[molibden]], [[paladiu]], [[praseodim]], [[samariu]], [[stronțiu]], [[xenon]], [[zirconiu]] etc.).<ref name=":0" /> Procesul industrial prin care uraniul și plutoniul sunt izolate de [[Produs de fisiune|produșii de fisiune]] și celelalte materiale ce intră în compoziția combustibilul uzat se numește [[reprocesare]].<ref>{{Citat web|url=https://fas.org/sgp/crs/nuke/RS22542.pdf|accessdate=29/06/2019|autor=Anthony Andrews|titlu=Nuclear Fuel Reprocessing: U.S. Policy
Development, CRS Report for Congress}}</ref>

Metodele de separare a plutoniului (și a altor actinide) din combustibilul iradiat pot fi clasificate în două grupe majore: procese apoase și neapoase.<ref name=":0" /> Procesele apoase sunt de tip lichid–lichid ([[Extracție (chimie)|extracție cu solvenți]]), de [[schimb ionic]] și de [[Precipitare (chimie)|precipitare]]. Exemple de procese neapoase sunt electrorafinarea în săruri topite și volatilizarea fluorurilor. Aproape toate metodele de separare se bazează pe stările de oxidare multiple pe care plutoniul le poate adopta în forme chimice diferite. Cel mai cunoscut proces de separare a plutoniului este PUREX (''Plutonium, Uranium, Reduction, EXtraction''), un proces de extracție cu [[tributil fosfat]]. Un alt proces apos foarte eficient este precipitarea cu acid oxalic a Pu<sup>IV</sup>.<ref>{{Citat web|url=https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/chem.2016.14.issue-1/chem-2016-0018/chem-2016-0018.pdf|accessdate=10/12/2018|autor=O. Walter, K. Popa, O. Dieste Blanco|titlu=Hydrothermal decomposition of actinide(IV) oxalates: a new aqueous route towards reactive actinide oxide nanocrystals, Open Chem. 14 (2016) 170-174}}</ref>

=== Sursă de energie ===
{{articol principal|Agenția Spațială Europeană|Cursa Spațială|NASA|Sondă spațială}}

[[Fișier:HD.17.051 (12661522154).jpg|thumb|right|[[Stimulator cardiac]] cu un conținut original de 150 mg <sup>238</sup>Pu]] 

[[Fișier:Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator for Curiosity.jpg|thumb|right|Generator termoelectric radioizotopic pentru misiuni multiple utilizat pentru [[Mars Science Laboratory|roverul Curiosity]]]] 

[[Fișier:Putting the Plutonium 238 fuel into the SNAP 27.jpg|thumb|right|Astronautul [[Alan Bean|Alan L. Bean]] ([[Apollo 12]]) transferând combustibilul de <sup>238</sup>Pu de pe [[Modulul lunar Apollo|modulul lunar]]]] 

Dintre cei peste 2900 de [[Radioizotop|radioizotopi]] cunoscuți în prezent, doar 22<ref name=":10">{{Citat web|url=http://www.world-nuclear.org/information-library/non-power-nuclear-applications/transport/nuclear-reactors-for-space.aspx|accessdate=17/11/2018|autor=|titlu=World Nuclear Association - Nuclear Reactors and Radioisotopes for Space}}</ref> prezintă un cumul de proprietăți nucleare care să-i recomande pentru utilizarea lor ca surse de putere ca generatoare termoelectrice radioizotopice (eng. „Radioisotope Thermoelectric Generators”, RTG) utilizate la [[Sondă spațială|sondele spațiale]] (în baza [[Efectul Seebeck|efectului Seebeck]]).<ref name=":3" /> <sup>238</sup>Pu este scump, relativ greu de obținut în prezent și ridică probleme de [[radioprotecție]] pentru operatori. Chiar și așa, acesta este considerat în continuare de către NASA ca fiind cel mai indicat pentru astfel de aplicații.<ref name=":3" />

Puterea specifică rezultată ca urmare a evenimentelor de dezintegrare (0,57 W/g) este suficientă pentru utilizarea sa ca [[stimulator cardiac]], surse de putere pentru generatoarele termoelectrice, [[Baliză|balize]] de navigare etc. <sup>238</sup>Pu a fost utilizat ca sursă de putere pentru circa 30 de vehicule spațiale ale NASA. De exemplu, sonda spațială [[Cassini-Huygens]] are trei generatori cu 33 kg  <sup>238</sup>PuO<sub>2</sub>, care produc o 870 W.<ref name=":3" /> În misiunile recente se utilizează generatoarele termoelectrice radioizotopice pentru misiuni multiple (eng. „Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generators”, MMRTG).<ref name=":10" />

=== Sursă de neutroni ===
{{articol principal|Sursă de neutroni}}[[Dezintegrare alfa|Dezintegrarea alfa]] a <sup>239</sup>Pu a fost utilizată de-a lungul timpului pentru producerea de [[Sursă de neutroni|surse de neutroni]] de tip plutoniu-[[beriliu]] în baza reacției nucleare:<ref name=":19">{{Citat web|url=https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/44/026/44026243.pdf|accessdate=22/07/2019|autor=H.R. Vega-Carrillo, V.M. Hernández-Dávila, T. Rivera-Montalvo, A. Sánchez|titlu=Characterization of a 239PuBe isotopic neutron source}}</ref>

<chem>
{^{9}_{4}Be} + {^{4}_{2}He} -> {^{1}_{0}n} + {^{12}_{6}C}
</chem>

Energia acestei reacții nucleare este de 5,7 MeV și se împarte între produșii de reacție. Prezența unei cantități oarecare de <sup>241</sup>Pu este binevenită, întrucât acesta se dezintegrează în <sup>241</sup>Am, la rândul său emitor alfa. astfel, [[flux]]ul de neutroni va crește în prima parte a vieții sursei.<ref name=":19" />

== Precauții ==
Aspectele legate de piroforicitatea metalului au fost deja semnalate, iar cele referitoare la [[:en:Nuclear_safety_and_security|siguranța reactorilor nucleari]] nu fac obiectul acestui articol.

=== Masa critică ===
{{articol principal|Masă critică}}

Prin [[masă critică]] se înțelege cea mai mică cantitate de material fisionabil, care este capabil a întreține o reacție nucleară în lanț. Masa critică a unui material fisionabil depinde de numeroase caracteristici ale elementului (sau ale izotopului acestuia). Masa critică a plutoniului este de ordinul kilogramelor, depinzând de compoziția amestecului izotopic, geometria sistemului și materialele reflectoare utilizate. Ideal, 4 kg de <sup>239</sup>Pu sunt suficiente pentru întreținerea reacției nucleară în lanț.<ref name=":3" /> În practică însă, acesta este mai mare (de exemplu, ''[[Fat Man]]'' a conținut 6,19 kg plutoniu).<ref>{{Citat web|url=https://www.governmentattic.org/5docs/TheNewWorld1939-1946.pdf|accessdate=29/06/2019|autor=Richard G. Hewlett, Oscar E. Anderson, Jr.|titlu=The New World, 1939/1946, A History of The United
States Atomic Energy Commission, Volume I}}</ref>

Sunt necesare precauții suplimentare atunci când se manipulează cantități de plutoniu cu o masă apropiată de cea critică, având în vedere faptul că acesta este de doar o treime din cea corespunzătoare izotopului <sup>235</sup>U.<ref name=":16" /> O masă critică de plutoniu emite cantități letale de [[Neutron|neutroni]] și [[Radiație gama|radiații gama]].<ref name=":12" /> În soluție plutoniul formează mai ușor o masă critică comparativ cu aceeași cantitate în formă solidă, întrucât este moderat de atomii de hidrogen din apă.<ref name=":17" />

Câteva accidente de criticalitate (unele fatale, ca urmare a [[Sindromul iradierii acute|iradierii acute]]) au fost raportate de-a lungul timpului în SUA (Hanford, Idaho Falls, Los Alamos, Oak Ridge, Wood River Junction), URSS (Electrostal, Mayak, Novosibirsk, Obninsk, Tomsk), Marea Britanie (Windscale) și Japonia (Tokay-mura).<ref>{{Citat web|url=https://www.orau.org/PTP/Library/accidents/la-13638.pdf|accessdate=17/11/2018|autor=T.P. McLaughlin, S.P. Monahan, N.L. Pruvost, V.V. Frolov, B.G. Ryazanov, V.I.Sviridov|titlu=A review of criticality incidents, 2000 Revision, Los Alamos report LA-13638}}</ref> 

=== Toxicitate ===

[[Fișier:SAL Plutonium Laboratory (06410093) (8536481054).jpg|thumb|right|Laborator [[Agenția Internațională pentru Energie Atomică|IAEA]] în care se manipulează plutoniu]]Plutonul ridică probleme de toxicitate din două puncte de vedere: radiotoxicitatea, respectiv toxicitatea plutoniului ca [[Metale grele|metal greu]]. 

Având în vedere răspândirea redusă,<ref name=":5" /> [[Expunere la radiații ionizante|expunerea]] la cantități semnificative din punct de vedere toxicologic poate fi întâlnită doar în cazul lucrătorilor expuși profesional sau al persoanelor aflate în raza de acțiune a unui accident/test nuclear; astfel, informații asupra (radio)toxicologiei plutoniului provin din studiul supraviețuitorilor dezastrului de la [[Nagasaki]], al militarilor implicați în testele nucleare și al personalului expus profesional.<ref name=":02"><cite class="citation news">[http://www.merckmanuals.com/professional/injuries-poisoning/radiation-exposure-and-contamination/radiation-exposure-and-contamination "Radiation Exposure and Contamination - Injuries; Poisoning - Merck Manuals Professional Edition"]. ''Merck Manuals Professional Edition''<span class="reference-accessdate">. Retrieved <span class="nowrap">2017-09-06</span></span>.</cite></ref> S-a raportat și un număr redus de subiecți umani injectați cu câteva micrograme de plutoniu, în absența consimțământului acestora; acest episod este considerat o abatere majoră de la [[Jurământul lui Hippocrate|etica medicală]].<ref name=":18">{{Citat web|url=https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-95-4005-09|accessdate=08/12/2018|autor=W. Moss, R. Eckhardt|titlu=The Human Plutonium Injection Experiments, Los Alamos Science 23 (1995) 178-233}}</ref> 

Aspectele de expunere externă sunt similare expunerii la oricare alt radioizotop ca sursă de radiații ionizante. Astfel, expunerea acută sau cronică poate produce probleme de sănătate, incluzând aici [[sindromul iradierii acute]], alterarea materialului genetic sau diverse forme de cancer radioindus.<ref name=":03"><cite class="citation news">[http://www.merckmanuals.com/professional/injuries-poisoning/radiation-exposure-and-contamination/radiation-exposure-and-contamination "Radiation Exposure and Contamination - Injuries; Poisoning - Merck Manuals Professional Edition"]. ''Merck Manuals Professional Edition''<span class="reference-accessdate">. Retrieved <span class="nowrap">2017-09-06</span></span>.</cite></ref> Dimpotrivă, dezintegrarea predominant alfa și timpii de înjumătățire ridicați fac ca izotopii plutoniului să fie mai puțin periculoși decât – de exemplu – cei cu uz medial.<ref name=":11" />

Doar 0,04% din plutoniul ingerat este absorbit de către organismul uman. Odată încorporat însă, este excretat foarte greu, cu un timp biologic de înjumătățire de circa 200 de ani; compușii plutoniului se acumulează în [[Măduvă osoasă|măduva osoasă]]; de asemenea, acesta este colectat și concentrat în [[ficat]]. Astfel de cazuri de contaminare internă au fost detectate și relaționate cu incidența cancerului pulmonar semnalat în cazul lucrătorilor expuși profesional.<ref name=":11">{{Citat web|url=https://journals.lww.com/epidem/Fulltext/2017/09000/Risk_of_Lung_Cancer_Mortality_in_Nuclear_Workers.7.aspx|accessdate=17/11/2018|autor=J. Grellier, W. Atkinson, P. Bérard, D. Bingham, A. Birchall, E. Blanchardon, R. Bull, I. Guseva Canu,  C. Challeton-de Vathaire, R. Cockerill, M.T. Do, H. Engels, J. Figuerola, A. Foster, L. Holmstock, C. Hurtgen, D. Laurier, M. Puncher, A.E. Riddell, E. Samson, I. Thierry-Chef, M. Tirmarche, M. Vrijheid, E. Cardis,|titlu=Risk of lung cancer mortality in nuclear workers from internal exposure to alpha particle-emitting radionuclides, Epidemiology 28 (2017) 675-684}}</ref> Pentru limitarea expunerii externe și a reducerii riscului încorporării, manipularea plutoniului se face fără contact direct.

== Referințe ==
<references />

== Vezi și ==
{{Div col|3}}
* [[Actinide]]
* [[Al Doilea Război Mondial]]
* [[Armă nucleară]]
* [[Centrală nucleară]]
* [[Ciclul combustibilului nuclear]]
* [[Chimia actinidelor]]
* [[Combustibil nuclear]]
* [[Combustibil nuclear epuizat]]
* [[Contaminare radioactivă]]
* [[Deșeu radioactiv]]
* [[Distrugere reciprocă asigurată]]
* [[Energie nucleară]]
* [[Explozie nucleară]]
* [[Fat Man]]
* [[Fisiune nucleară]]
* [[Masă critică]]
* [[Material nuclear]]
* [[Metallurgical Laboratory]]
* [[Poligonul de teste nucleare din Nevada]]
* [[Poligonul Semipalatinsk]]
* [[Proliferare nucleară]]
* [[Radiofobie]]
* [[Război nuclear]]
* [[Războiul Rece]]
* [[Reactor nuclear]]
* [[Reacție nucleară în lanț]]
* [[Serie de dezintegrare]]
* [[Sindromul iradierii acute]]
* [[Test nuclear]]
* [[Tratatul de Neproliferare Nucleară]]
* [[Uraniu]]
{{Div col end}}

== Legături externe ==
*{{en icon}}[https://www.iaea.org/about/history/atoms-for-peace-speech IAEA – Atoms for Peace Speech (Dwight D. Eisenhower)]
*{{en icon}}[https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/31/060/31060372.pdf IAEA – Nuclear Explosions]
*{{en icon}}[https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/P061_scr.pdf IAEA – Safe Handling and Storage of Plutonium]
*{{en icon}}[https://www-pub.iaea.org/books/iaeabooks/8105/Safety-of-Uranium-and-Plutonium-Mixed-Oxide-Fuel-Fabrication-Facilities IAEA – Safety of Uranium and Plutonium Mixed Oxide Fuel Fabrication Facilities]
*{{en icon}}[http://fissilematerials.org/blog/2017/10/2016_civilian_plutonium_r.html International Panel on Fissile Materials – 2016 civilian plutonium reports submitted to IAEA]
*{{en icon}}[https://www.oecd-nea.org/ndd/reports/1989/nea6519-plutonium-fuel.pdf OECD – Plutonium Fuel]
*{{en icon}}[http://www.osti.gov/includes/opennet/includes/Understanding%20the%20Atom/Plutonium.pdf Plutonium (by V.N. Miner)]
*{{en icon}}[http://isis-online.org/isis-reports/detail/plutonium-watch-tracking-plutonium-inventories Plutonium Watch (by D. Albright and K. Kramer)]

{{articol bun}}
{{elemente chimice}}
{{Proiectul Manhattan}}

{{Control de autoritate}}
[[Categorie:Actinide]]
[[Categorie:Carcinogeni]]
[[Categorie:Elemente chimice]]
[[Categorie:Elemente sintetice]]
[[Categorie:Fisiune nucleară]]
[[Categorie:Materiale nucleare]]
[[Categorie:Proiectul Manhattan]]