同位素	豐度	半衰期	衰變模式	衰變能量MeV	衰變產(chǎn)物
Pu-238	人造	87.74年	自發(fā)分裂	204.66	-
			α衰變	5.5	U-234
Pu-239	微量	24100年	自發(fā)分裂	207.06	-
			α衰變	5.157	U-235
Pu-240	人造	6500年	自發(fā)分裂	205.66	-
			α衰變	5.256	U-236
Pu-241	人造	14年	自發(fā)分裂	210.83	-
			β衰變	0.02078	Am-241
Pu-242	人造	373000年	自發(fā)分裂	209.47	Kr-92，Ba-141，2個(gè)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(chǎn)生β衰變（β?）。透過反應(yīng)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(gè)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)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(jì)劃的學(xué)者曾在1940年推導(dǎo)出此反應(yīng)式。 　　钚-238是以氘核（D，重氫的原子核）撞擊鈾-238。透過反應(yīng)2合成。^[15] 　　在此反應(yīng)過程中，一個(gè)氘核撞擊鈾-238，生成兩個(gè)中子和镎-238；镎-238再發(fā)射負(fù)β粒子、產(chǎn)生自發(fā)衰變，形成钚-238。

衰變熱與裂變性質(zhì)

　　钚同位素會(huì)發(fā)生放射性衰變，釋放出衰變熱。不同的同位素，單位質(zhì)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(jì)。所有同位素在衰變時(shí)都會(huì)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(fā)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(xué)性質(zhì)

　　室溫時(shí)，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(tài)：^[9] 　　Pu（III）—Pu^3+（藍(lán)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(jià)離子較稀有 　　钚溶液所呈現(xiàn)的顏色決定于氧化態(tài)和酸陰離子的性質(zhì)。^[17]钚的酸陰離子種類影響了錯(cuò)合（原子與中心原子結(jié)合）的程度。

發(fā)現(xiàn)

　　1934年，恩里科·費(fèi)米和羅馬大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)布消息，表示他們發(fā)現(xiàn)了元素94。^[18]費(fèi)米將元素取名 “hesperium”，并曾在他1938年的諾貝爾獎(jiǎng)演說中提及。^[19]然而，他們的研究成果其實(shí)是鋇、氪等許多其他元素的混合物，但由于當(dāng)時(shí)核分裂尚未發(fā)明，這個(gè)誤會(huì)便一直延續(xù)。^[20] 　　1940年美國(guó)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(shí)發(fā)現(xiàn)钚-238。^[21]第二年又發(fā)現(xiàn)钚的最重要的同位素钚-239。 　　1941年3月，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)將報(bào)告寄給《物理評(píng)論》雜志^[22]，但由于發(fā)現(xiàn)了新元素的同位素（钚-239）能產(chǎn)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?；诎踩蛩?，報(bào)告延遲了一年、直到二次大戰(zhàn)結(jié)束后才順利登載。^[23] 　　1945年，西博格比較了镎和钚，認(rèn)為它們與鈾的性質(zhì)相似，同時(shí)又與稀土元素中釤相似，在1945年發(fā)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(hào)元素以后一系列的空位留待發(fā)現(xiàn)。 　　埃德溫·麥克米倫近期將第一個(gè)發(fā)現(xiàn)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(gè)元素、即元素94取名。^[12]西博格原先屬意取名“plutium”，但后來認(rèn)為它的發(fā)音不如“plutonium”。^[24]他在一次玩笑中選擇“Pu”作為元素符號(hào)，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?yàn)檎`信他們已經(jīng)找到周期表中最后一個(gè)可能存在的元素，而考慮過“ultimium”或“extremium”等名稱。^[25]

應(yīng)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(zhì)量 數(shù)大的物質(zhì)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(jìn)而降低钚達(dá)到臨界質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)量：從原需16公斤的钚，可減少至10公斤，即一個(gè)直徑約10厘米的球體的量。^[26]它的臨界質(zhì)量約僅有鈾-235的三分之一。^[12] 　　曼哈頓計(jì)劃期間制造的“胖子原子彈”型钚彈，為了達(dá)到極高的密度而選擇使用易爆炸、壓縮的钚，再結(jié)合中心中子源，以刺激反應(yīng)進(jìn)行、提高反應(yīng)效率。因此，钚彈只需6.2公斤钚便可達(dá)到爆炸當(dāng)量，相當(dāng)于20公斤的三硝基甲苯（TNT）。在理想假設(shè)中，僅僅4公斤的钚原料（甚至更少），只要搭配復(fù)雜的裝配設(shè)計(jì)，就可制造出一個(gè)原子彈。^[27]

核廢料

　　一般輕水反應(yīng)爐所產(chǎn)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(yīng)爐中以慢速熱中子放射線照射钚時(shí)，會(huì)偶然發(fā)生中子俘獲，而增加钚-242和钚-240的量。因此反應(yīng)進(jìn)行到第二輪之后，钚只能和快中子反應(yīng)堆反應(yīng)、消耗。在反應(yīng)器中沒有快中子時(shí)（普遍情況下），剩余的钚通常會(huì)被遺棄，形成壽命長(zhǎng)、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(huì)放出大量熱能，伴隨著低能的伽馬和自發(fā)裂變射線/粒子。^[29]它是α輻射體，同時(shí)具有高輻射能及低穿透性，故僅需低度防護(hù)措施。單一紙張就可以抵擋钚-238所放射出的α粒子；同時(shí)，每公斤的钚-238可產(chǎn)生約570瓦特?zé)崮堋?sup style="margin-left: 2px; cursor: pointer; color: rgb(51,102,204)">[29]^[12]

钚化合物

鹵化物

　　三氟化钚為藍(lán)紫色固體，熔點(diǎn)為1425±3℃；在沒有鋁或鋯離子存在時(shí)，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(yīng)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(diǎn)為1037℃，沸點(diǎn)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(jìn)行高溫反應(yīng)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(shí)是白色固體，液態(tài)和氣態(tài)呈棕色到紅棕色，熔點(diǎn)為51.59℃，沸點(diǎn)為62.16℃；六氟化钚在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，它是一個(gè)很強(qiáng)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(yīng)生成四氟化钚，與潮濕空氣或水發(fā)生非常激烈的反應(yīng)；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(yīng)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(lán)至綠色的固體，熔點(diǎn)為750℃，沸點(diǎn)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(yīng)而制得。在制備中，大多數(shù)其他元素生成揮發(fā)性的氯化物，而三氯化钚不揮發(fā)，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(wěn)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(jīng)制得的化合物還有：三溴化钚，熔點(diǎn)約為681℃；三碘化钚，熔點(diǎn)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(diǎn)為2280±30℃，蒸氣壓很低；它的化學(xué)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(yīng)生成三氟化物，有氧氣存在時(shí)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(yīng)還原生成金屬钚。由于二氧化钚具有高熔點(diǎn)、輻照穩(wěn)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(diǎn)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(shí)損失氧而制得，其熔點(diǎn)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(wěn)定，但在400℃時(shí)則劇烈燃燒；不與冷水作用，但與熱水反應(yīng)生成三價(jià)氫氧化物、氫和甲烷的混合物，以及少量的其他碳?xì)浠衔?；碳化钚與冷硝酸作用很慢。三碳化二钚的化學(xué)性質(zhì)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(yīng)而制得。反應(yīng)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(dǎo)熱性、低的蒸氣壓和較大的钚密度，可以做核反應(yīng)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(diǎn)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(jī)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(diǎn)高、钚密度高和好的導(dǎo)熱性，但它的主要缺點(diǎn)是在高溫下?lián)]發(fā)性較高和易分解。氮化钚可由氫化钚與氮在高于 230℃時(shí)反應(yīng)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(jié)晶水，隨后分解，最終產(chǎn)物為二氧化钚。钚的草酸鹽可由钚的相應(yīng)氧化態(tài)的鹽的稀酸溶液與草酸或草酸鈉沉淀而制得。
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