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  鈽和多數金屬一樣具銀灰色外表,又與鎳特別相似,但它在氧化後會迅速轉為暗灰色(有時呈黃色或橄欖綠),而將其氧化後,會產生一定的熱能。。鈽在室溫下以α型存在,是元素最普遍的結構型態(同素異形體),質地如鑄鐵般堅而易脆,但與其他金屬製成合金後又變得柔軟而富延展性。鈽和多數金屬不同,它不是熱和電的良好導體。它的熔點很低(640 °C),而沸點異常的高(3327 °C)。  鈽最普遍釋放的遊離輻射型別是α粒子發射(即釋放出高能的氦原子核)。最典型的一種核子武器核心即是以5公斤(約12.5 × 10個)鈽原子構成。由於鈽的半衰期為24100年,故其每秒約有11.5 × 10個鈽原子產生衰變,發射出5.157 MeV的α粒子,相當於9.68瓦特能量。α粒子的減速會釋放出熱能,使觸控時感覺溫暖。  電阻率是表物質所能抵抗電流流經強度的物理量。鈽室溫時的電阻率比一般金屬高很多,而且鈽和多數金屬相反,其電阻率隨溫度降低而提高。但近期研究指出,當溫度降至100K以下時,鈽的電阻率會急遽降低。電阻率由於輻射損傷,會在20K之後逐漸提高,速率因同位素結構而異。  鈽具有自發輻射性質,使得晶體結構產生疲勞,即原有秩序的原子排列因為輻射而隨時間產生紊亂。然而,當溫度上升超過100K時,自發輻射也能導致退火,削弱疲勞現象。  鈽和多數金屬不同:它的密度在熔化時變大(約2.5%),但液態金屬的密度又隨溫度呈線性下降。另外,接近熔點時,鈽的液態金屬具有很高的黏性和表面張力(相較於其他金屬)。

  在一般情況下,鈽有六種同素異形體,並在高溫、限定壓力範圍下有第七種(ζ)存在。這些同素異形體的內能相近,但擁有截然不同的密度和晶體結構。因此鈽對溫度、壓力以及化學性質的變化十分敏感,各同素異形體的體積並隨相變而具有極大差異性。密度因同核異構體而異,範圍自16.00 g/cm到19.86 g/cm不等。  諸多同素異形體的存在,造成鈽的狀態易變,使鈽元素的製造變得非常困難。例如,α型存在於室溫的純鈽中。它和鑄鐵有許多相似加工後性質,但只要稍微提高溫度,便會轉成具有可塑性和可鍛造性的β型。造成鈽複雜相圖的背後因素迄今仍未被完整解惑。α型屬於低對稱性的單斜結構,因此促成它的易碎性、強度、壓縮性及低傳導性。

  鈽是一種具放射性的<unk>系金屬。它的5f電子是離域和定域之間的過渡界線;鈽因此常被認為是最複雜的元素之一。它的同位素鈽-239是三個最重要的易裂變同位素之一(另外二者為鈾-233和鈾-235);鈽-241也具有高度易裂變性。所謂的具「易裂變性」(fissile),是指同位素的原子核受到慢中子撞擊後,能夠產生核分裂,並另釋放出足以支援核連鎖反應、進一步促使原子核分裂的中子。

  鈽有二十種放射性同位素。其中壽命最長的有鈽-244(半衰期為8080萬年)、鈽-242(半衰期為373300年)及鈽-239(半衰期為24110年)。其餘的放射性同位素半衰期都低於7000年。鈽也有八種亞穩態,但狀態並不穩定、半衰期都不超過一秒。  鈽的同位素的質量數範圍從228到247不等。其中質量數低於鈽-244(最穩定的同位素)的同位素,主要的衰變方式是自發裂變和α衰變,衰變產物通常生成鈾(92個質子)和<unk>(93個質子)的同位素(忽略裂變過程產生之二子核的大範圍)。質量數大於鈽-244的同位素則以β衰變為主要衰變方式,衰變產物多為<unk>(95個質子)。鈽-241是<unk>衰變系的母同位素,透過β粒子或電子放射衰變成<unk>-241。  鈽-238和鈽-239是最普遍的人造同位素。鈽-239是使用鈾(U)和中子(n),並以<unk>(Np)作為中間體,產生β衰變(β),透過下列反應合成:  鈾-235裂變中的中子被鈾-238原子核俘獲、形成鈾-239;β衰變將一箇中子轉變成質子,形成<unk>-239(半衰期為2.36日),另一次β衰變則形成鈽-239。合金管工程的學者曾在1940年推匯出此反應式。  鈽-238是以<unk>核(D,重氫的原子核)撞擊鈾-238,透過下列反應合成:  在此反應過程中,一個<unk>核撞擊鈾-238,生成兩個中子和<unk>-238;<unk>-238再發射負β粒子、產生自發衰變,形成鈽-238。

  鈽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。

  室溫時,純鈽金屬是銀灰色、但因氧化而鏽蝕。鈽在水溶液中形成四種離子氧化態:  鈽溶液所呈現的顏色決定於氧化態和酸陰離子的性質。鈽的酸陰離子種類影響了錯合(原子與中心原子結合)的程度。

  

  1934年,恩里科·費米和羅馬大學的研究團隊釋出訊息,表示他們發現了元素94。費米將元素取名 "hesperium",並曾在他1938年的諾貝爾獎演說中提及。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,但由於當時核分裂尚未發明,這個誤會便一直延續。 1940年12月14日,鈽(特別是鈽-238)才首度被製造、獨立分離出。1941年2月23日,格倫·西奧多·西博格、埃德溫·麥克米倫、約瑟夫·肯尼迪和歐亞哲博士在柏克萊加州大學,在一個60英寸(150公分)的迴旋加速器中以<unk>核撞擊鈾、首度成功地以物理方法得到鈽元素。在1940年的實驗裡,科學家以撞擊直接製造出<unk>-238,但在二天後產生β衰變,後被認定是元素94的形成。  1941年3月,科學家團隊將報告寄給《物理評論》雜誌,但由於發現了新元素的同位素(鈽-239)能產生核分裂、往後或許能用於製造原子彈,而在出版前遭到撤回。基於安全因素,報告延遲了一年、直到二次大戰結束後才順利登載。  埃德溫·麥克米倫將前發現的超鈾元素以行星海王星(Neptune)命名,並提議以冥王星(Pluto)為系列的下一個元素、即元素94取名。西博格原先屬意取名「plutium」,但後來認為它的發音不如「plutonium」。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週期表。西博格亦曾因為誤信他們已經找到週期表中最後一個可能存在的元素,而考慮過「ultimium」(意為「最終」)或「extremium」(意為「極度」)等名稱。

  世界上第一座鈽生產堆是1943年3月杜邦公司在橡樹嶺建設的X-10石墨反應堆及配套的鈽化學分離廠。反應堆是邊長為7.3 m的立方體,重1,500噸,由厚達2.1 m的高密度混凝土牆構成輻射防護屏障。鈾燃料裝在鋁質外殼的燃料棒內。空氣強制冷卻。1943年11月3日裝入30噸鈾後臨界執行,功率500至4000 kW,月產鈽500毫克。 為了批產鈽239,1943年10月10日杜邦公司開始在華盛頓州漢福德建設大型石墨水冷反應堆。功率25萬千瓦。混凝土廠房高37米。計劃建造6座反應堆,1944年2月反應堆動工,三座反應堆分別於1944年9月13日、12月17日、1945年2月5日啟動。  1944年4月,Emilio Segrè發現反應堆增殖鈽的自發裂變率是加速器製造鈽的5倍,這是因為前者含有一定量的鈽-240,因此不適用槍型原子彈,只能用於內爆原子彈。

  冷戰期間,蘇聯和美方都密集貯存大量的武器級鈽元素。美國在華盛頓州漢福德基地(Hanford Site)和薩凡納河基地(Savannah River Site)的核反應器便製造了103公噸鈽元素,俄國估計也有170公噸產量的武器級鈽元素。核能工業每年約產出20公噸的副產物鈽元素。多達1000公噸的鈽受到儲存,其中超過200公噸或用於製作、或提煉自核武器之中。斯德哥爾摩國際和平研究所(SIPRI)估計迄2007年全球約有500公噸的鈽庫存量,平均分配于軍用和民用。

  自二次大戰起,曼哈頓計劃和其他核武研究計劃的科學家便著手研究鈽對實驗動物及人體的影響。科學家發現,動物組織內只要含達每公斤數毫克的鈽就能致死。  人體實驗方面,科學家以醫院內邁入絕症末期,或因年齡或慢性疾病使預期壽命低於十年的患者為物件,在體內注射五微克劑量的鈽溶液。1945年7月,科學家在動物研究發現鈽在骨骼中擴散的情形危險程度更甚於鐳後,將人體注射劑量改降至一微克。  其中十八名人體實驗物件是在非知後同意的情況下被注射鈽溶液。人體實驗的目的是為了製作測定人體對鈽的吸收速度的診斷工具,以訂定對鈽相關工作的安全標準。  現在人們認為這次事件違反醫學倫理和希波克拉底誓詞。許多評論者雖認同此舉確實違背了信任及道德原則,但「鈽物質注射對人體的影響並不像初期新聞故事所描繪的那麼嚴重、有害」,不過「也不像當時和現今科學家所相信的、沒有絲毫的負面作用」。

  

  同位素鈽-239是核武器中最重要的裂變成分。將鈽核置入反射體(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,進而降低鈽達到臨界質量的標準量:從原需16公斤的鈽,可減少至10公斤,即一個直徑約10公分的球體的量。它的臨界質量約僅有鈾-235的三分之一。  曼哈頓計劃期間製造的「胖子原子彈」型鈽彈,為了達到極高的密度而選擇使用易爆炸、壓縮的鈽,再結合中心中子源,以刺激反應進行、提高反應效率。因此,鈽彈只需6.2公斤鈽便可達到爆炸當量,相當於2萬噸的三硝基甲苯(TNT)(參見核武器設計)。在理想假設中,僅僅4公斤的鈽原料(甚至更少),只要搭配複雜的裝配設計,就可製造出一個原子彈。

  一般輕水反應爐所產生的核廢料中含有鈽,但為鈽-242、鈽-239和鈽-238的混合物。它的濃度不足以製作成核武器,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鈽時,會偶然發生中子俘獲,而增加鈽-242和鈽-240的量。因此反應進行到第二輪之後,鈽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),剩餘的鈽通常會被遺棄,形成壽命長、處理棘手的核廢料成分。

  同位素鈽-238的半衰期為87.74年。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。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鈽-238所放射出的α粒子;同時,每公斤的鈽-238可產生約570瓦特熱能。以上特性使鈽-238適宜用於製作放射性同位素熱電機。

  中國大陸百科網站百度百科曾經謠傳只要約一粒方糖大小(約5克)的鈽便足以令全球人類死亡。香港無線電視的新聞節目曾引用此謠傳,結果被當地監管機構警告,指報道令觀眾驚恐,未有提供足夠證據確保報道準確。
鈽(Plutonium,中國大陸、香港譯作鈽)是原子序數94、元素符號為Pu的放射性超鈾元素。它屬於<unk>系金屬,外表呈銀白色,接觸空氣後容易腐蝕、氧化,在表面生成無光澤的二氧化鈽。鈽有六種同素異形體和四種氧化態,易和碳、鹵素、氮、矽起化學反應。鈽暴露在潮溼的空氣中時會產生氧化物和氫化物,其體積最大可膨脹70%,屑狀的鈽能自燃。它也是一種放射性毒物,會於骨髓中富集。因此,操作、處理鈽元素具有一定的危險性。