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應用領域

同位(wei)素钚(bu)(bu)-239是核(he)武器中最重要的(de)(de)(de)(de)裂(lie)變成(cheng)份。將钚(bu)(bu)核(he)置入反(fan)射體（質(zhi)量數大的(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)反(fan)射層）中，能使(shi)逃逸的(de)(de)(de)(de)中子再反(fan)射回彈心，減少(shao)中子的(de)(de)(de)(de)損失，進而(er)降低钚(bu)(bu)達到臨界質(zhi)量的(de)(de)(de)(de)標準量：從原需16公(gong)斤的(de)(de)(de)(de)钚(bu)(bu)，可減少(shao)至10公(gong)斤，即一(yi)個直徑約10厘(li)米的(de)(de)(de)(de)球(qiu)體的(de)(de)(de)(de)量。它的(de)(de)(de)(de)臨界質(zhi)量約僅有鈾-235的(de)(de)(de)(de)三分之一(yi)。

曼哈頓(dun)計(ji)劃期間制造(zao)的“胖子(zi)原子(zi)彈(dan)”型钚(bu)彈(dan)，為了(le)達(da)到(dao)極高的密度而(er)選擇使用易爆(bao)(bao)炸(zha)、壓縮的钚(bu)，再結合中心中子(zi)源(yuan)，以刺激反應進(jin)行、提高反應效率。因此，钚(bu)彈(dan)只需(xu)6.2公斤钚(bu)便可達(da)到(dao)爆(bao)(bao)炸(zha)當(dang)量，相當(dang)于兩萬噸的三(san)硝基甲(jia)苯（TNT）。在理想(xiang)假設中，僅(jin)僅(jin)4公斤的钚(bu)原料（甚至(zhi)更(geng)少(shao)），只要搭配(pei)復雜的裝配(pei)設計(ji)，就可制造(zao)出一個(ge)原子(zi)彈(dan)。

核廢料(liao)(liao)：一般(ban)輕(qing)水反應爐(lu)所產(chan)生(sheng)的(de)核廢料(liao)(liao)中(zhong)含有钚(bu)(bu)，但為钚(bu)(bu)-242、钚(bu)(bu)-239和(he)钚(bu)(bu)-238的(de)混合(he)物。它的(de)濃度不(bu)足以制作(zuo)成(cheng)核武器，不(bu)過可以改(gai)用作(zuo)一次性的(de)混氧(yang)燃(ran)料(liao)(liao)（MOX fuel）。在反應爐(lu)中(zhong)以慢速熱中(zhong)子(zi)放射線照射钚(bu)(bu)時(shi)(shi)，會(hui)偶然發生(sheng)中(zhong)子(zi)俘獲(huo)，而增加钚(bu)(bu)-242和(he)钚(bu)(bu)-240的(de)量。因此反應進行到第二輪(lun)之(zhi)后，钚(bu)(bu)只能和(he)快中(zhong)子(zi)反應堆反應、消耗。在反應器中(zhong)沒有快中(zhong)子(zi)時(shi)(shi)（普(pu)遍(bian)情(qing)況下），剩余的(de)钚(bu)(bu)通常會(hui)被遺棄，形(xing)成(cheng)壽(shou)命(ming)長、處理(li)棘手(shou)的(de)核廢料(liao)(liao)。

歷史沿革

1934年(nian)(nian)，恩里科·費(fei)(fei)米(mi)和羅馬大學的(de)(de)研究團隊(dui)發(fa)布消息(xi)表(biao)示他(ta)們發(fa)現了元(yuan)素94。1783年(nian)(nian)胡塞(sai)·德盧亞爾和浮士圖·德盧亞爾兄弟(di)發(fa)現從黑鎢礦可以獲(huo)得同(tong)樣(yang)的(de)(de)酸。費(fei)(fei)米(mi)將元(yuan)素取名“hesperium”，并曾在(zai)他(ta)1938年(nian)(nian)的(de)(de)諾貝爾獎(jiang)演(yan)說中提(ti)及。然而，他(ta)們的(de)(de)研究成果其(qi)實(shi)是(shi)鋇、氪等(deng)許多其(qi)他(ta)元(yuan)素的(de)(de)混(hun)合(he)物。但由(you)于當時(shi)核分裂尚(shang)未(wei)發(fa)現，這個(ge)誤(wu)會(hui)便一直延續。

1940年美國G.T.西博格、E.M.埃德溫·麥克米倫、J.W.肯尼迪和A.C.沃爾用152.4cm回旋加(jia)速器加(jia)速的(de)16兆電(dian)子伏氘核轟擊鈾時發現(xian)钚-238。第二年又發現(xian)钚的(de)最(zui)重要(yao)的(de)同位素钚-239。

1941年，經找到周期表中最后一個可能(neng)存在的元素，而考慮(lv)過“ultimium”或“extremium”等名稱。

元素簡介

钚（Plutonium），原子序數(shu)為(wei)94，元素(su)符(fu)號是(shi)Pu，是(shi)一種具(ju)放(fang)射性的超(chao)鈾元素(su)。半衰期為(wei)24萬5千年。它屬(shu)于(yu)錒系(xi)金屬(shu)，外表呈(cheng)銀(yin)白色，接觸空(kong)氣后容易(yi)銹蝕、氧(yang)化，在表面(mian)生成無光澤(ze)的二(er)氧(yang)化钚。

钚(bu)有(you)六(liu)種同位素和四(si)種氧(yang)化(hua)態，易(yi)和碳、鹵素、氮、硅起化(hua)學反應。钚(bu)暴露在潮濕的(de)空氣中時會產生氧(yang)化(hua)物和氫化(hua)物，其體積(ji)最大(da)可膨脹(zhang)70%，屑狀的(de)钚(bu)能自燃。它也是一種放射性毒物，會于骨髓(sui)中富集。因此，操(cao)作、處(chu)理(li)钚(bu)元素具有(you)一定(ding)的(de)危險(xian)性。

物理性質

钚和(he)多(duo)數金(jin)(jin)屬(shu)一樣具銀(yin)灰色外(wai)表(biao)，又(you)與鎳特別相似，但它在(zai)氧化(hua)后會迅(xun)速(su)轉為暗灰色（有時呈(cheng)黃色或橄欖綠(lv)）。钚在(zai)室溫下以α型(xing)存在(zai)，是元素最(zui)普遍的(de)(de)結(jie)構型(xing)態（同素異(yi)(yi)形體），質地如鑄鐵般堅(jian)而質脆(cui)，但與其(qi)他金(jin)(jin)屬(shu)制成合金(jin)(jin)后又(you)變(bian)得柔軟而富延展性(xing)。钚和(he)多(duo)數金(jin)(jin)屬(shu)不(bu)同，它不(bu)是熱和(he)電的(de)(de)良好導體。它的(de)(de)熔點(dian)(dian)很低(di)（640°C），而沸點(dian)(dian)異(yi)(yi)常的(de)(de)高（3235°C）。

钚在室溫(wen)時的(de)電(dian)(dian)阻(zu)率(lv)比一般金屬(shu)(shu)高(gao)很多，而且钚和多數(shu)金屬(shu)(shu)相反，其電(dian)(dian)阻(zu)率(lv)隨(sui)溫(wen)度降(jiang)低而提(ti)高(gao)。但研(yan)究指出，當溫(wen)度降(jiang)至100K以下時，钚的(de)電(dian)(dian)阻(zu)率(lv)會急劇降(jiang)低。電(dian)(dian)阻(zu)率(lv)由于(yu)輻射損傷，會在20K之(zhi)后逐(zhu)漸(jian)提(ti)高(gao)，速率(lv)因同位素結構而異。

钚具有自發輻射性質，使得(de)晶體結(jie)構產生疲(pi)勞，即(ji)原(yuan)有秩序的(de)原(yuan)子(zi)排列因為(wei)輻射而(er)隨時(shi)間(jian)產生紊亂。然而(er)，當溫(wen)度上升超過(guo)100K時(shi)，自發輻射也能導致退火，削(xue)弱(ruo)疲(pi)勞現象(xiang)。

钚和多數(shu)金屬(shu)(shu)(shu)不同：它的(de)(de)密(mi)度在熔化時變大（約2.5%），但液(ye)(ye)態(tai)金屬(shu)(shu)(shu)的(de)(de)密(mi)度又隨溫度呈線性下降。另外(wai)，接(jie)近(jin)熔點(dian)時，钚的(de)(de)液(ye)(ye)態(tai)金屬(shu)(shu)(shu)具有很高的(de)(de)黏(nian)性和表面張力（相較于其他(ta)金屬(shu)(shu)(shu)）。

钚(bu)最(zui)普遍釋(shi)放的游離(li)輻射類型是(shi)α粒(li)子(zi)(zi)(zi)發射（即(ji)釋(shi)放出(chu)高(gao)能(neng)的氦原子(zi)(zi)(zi)核）。最(zui)典型的一種核武器(qi)核心即(ji)是(shi)以(yi)5公斤（約12.5×1024個(ge)）钚(bu)原子(zi)(zi)(zi)構(gou)成。由于钚(bu)的半衰期為(wei)24100年，故其每(mei)秒(miao)約有(you)11.5×1012個(ge)钚(bu)原子(zi)(zi)(zi)產生衰變(bian)，發射出(chu)5.157MeV的α粒(li)子(zi)(zi)(zi)，相當于9.68瓦(wa)特能(neng)量。α粒(li)子(zi)(zi)(zi)的減速(su)會釋(shi)放出(chu)熱(re)能(neng)，使觸摸時感(gan)覺(jue)溫暖。

化學性質

钚及其(qi)(qi)同位素(su)因為其(qi)(qi)放(fang)(fang)射性(xing)而(er)有一定危(wei)(wei)險性(xing)。钚產生的(de)(de)α射線(xian)(xian)并不會穿(chuan)透人(ren)體(ti)(ti)的(de)(de)皮(pi)膚(fu)而(er)進(jin)(jin)入(ru)人(ren)體(ti)(ti)，但钚可能(neng)被人(ren)體(ti)(ti)吸入(ru)或(huo)消化(hua)而(er)進(jin)(jin)入(ru)人(ren)體(ti)(ti)從而(er)對內臟(zang)造(zao)成不利(li)影響(xiang)。α射線(xian)(xian)會造(zao)成細胞(bao)的(de)(de)損(sun)傷(shang)、染色(se)體(ti)(ti)的(de)(de)損(sun)傷(shang)，理(li)論(lun)上可能(neng)導致癌癥發(fa)病率的(de)(de)上升。但是這種影響(xiang)并不會比其(qi)(qi)它(ta)能(neng)放(fang)(fang)出α射線(xian)(xian)的(de)(de)放(fang)(fang)射性(xing)物質(zhi)危(wei)(wei)害更大(da)。相比之下，钚的(de)(de)半衰(shuai)期很長，使得單位時間里的(de)(de)輻射量相對要小(xiao)，危(wei)(wei)害也就更小(xiao)。在自然(ran)界廣泛存在的(de)(de)氡的(de)(de)放(fang)(fang)射危(wei)(wei)害就要比钚大(da)的(de)(de)多(duo)。钚容易在人(ren)體(ti)(ti)的(de)(de)肝臟(zang)和骨(gu)骼中聚(ju)集(ji)，但該過程非常緩慢。

在(zai)20世紀四十年代，美國(guo)就有26名工作人員因核武器研究(jiu)，受到了钚(bu)的(de)污(wu)染(ran)。但是在(zai)他(ta)們身(shen)上(shang)并沒有出(chu)現嚴重的(de)健康(kang)影響(xiang)，更沒有人因此(ci)而死亡。

在一般情況(kuang)下，钚有(you)六種同(tong)(tong)素(su)(su)異(yi)形體(ti)(ti)，并(bing)在高溫(wen)、限定(ding)壓(ya)力(li)范圍(wei)下有(you)第(di)七(qi)種（zeta，ζ）存在。這些同(tong)(tong)素(su)(su)異(yi)形體(ti)(ti)的內(nei)能相(xiang)近，但(dan)擁有(you)截然(ran)不同(tong)(tong)的密度(du)(du)和晶體(ti)(ti)結構。因此钚對溫(wen)度(du)(du)、壓(ya)力(li)以及化學(xue)性質的變(bian)化十分(fen)敏(min)感，各同(tong)(tong)素(su)(su)異(yi)形體(ti)(ti)的體(ti)(ti)積并(bing)隨(sui)相(xiang)變(bian)而具有(you)極大差異(yi)性。密度(du)(du)因同(tong)(tong)素(su)(su)異(yi)形體(ti)(ti)而異(yi)，范圍(wei)自16.00g/cm3到19.86g/cm3不等。

諸多同素異形體的(de)(de)存在，造(zao)成(cheng)(cheng)钚(bu)(bu)的(de)(de)狀態易變，使(shi)钚(bu)(bu)元素的(de)(de)制造(zao)變得非(fei)常困難。例如，α型存在于室溫的(de)(de)純钚(bu)(bu)中。它(ta)和鑄鐵有(you)許多相似加(jia)工后性(xing)質，但(dan)只要稍(shao)微提高溫度，便會(hui)轉成(cheng)(cheng)具(ju)有(you)可塑性(xing)和可鍛(duan)造(zao)性(xing)的(de)(de)β型。造(zao)成(cheng)(cheng)钚(bu)(bu)復雜(za)相圖的(de)(de)背后因素迄今(jin)仍(reng)未被完整解惑。α型屬于低對稱性(xing)的(de)(de)單斜(xie)結構，因此促成(cheng)(cheng)它(ta)的(de)(de)易碎性(xing)、強度、壓縮(suo)性(xing)及低傳導性(xing)。

钚是(shi)一(yi)種具(ju)放射性的(de)錒系金屬。它(ta)的(de)5f電子(zi)(zi)是(shi)離域和(he)定域之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)過(guo)渡界線。钚因此(ci)常被(bei)認為是(shi)最復雜的(de)元素(su)之(zhi)(zhi)一(yi)。它(ta)的(de)同(tong)位(wei)素(su)钚-239是(shi)三個最重要的(de)易(yi)裂(lie)變同(tong)位(wei)素(su)之(zhi)(zhi)一(yi)（另(ling)外(wai)二者為鈾-233和(he)鈾-235）；钚-241也具(ju)有高(gao)度易(yi)裂(lie)變性。所(suo)謂的(de)具(ju)“易(yi)裂(lie)變性”（fissile），是(shi)指同(tong)位(wei)素(su)的(de)原子(zi)(zi)核受到慢(man)中子(zi)(zi)撞擊后(hou)，能夠產(chan)生(sheng)核分裂(lie)，并另(ling)釋放出(chu)足以支持核連鎖(suo)反應(ying)、進(jin)一(yi)步促使(shi)原子(zi)(zi)核分裂(lie)的(de)中子(zi)(zi)。

環狀金(jin)屬钚重5.3公(gong)斤，直徑約(yue)11厘米，足(zu)夠(gou)制作一(yi)枚核(he)彈。它的形狀有助于維系(xi)臨界(jie)安(an)全。

钚(bu)(bu)有二十種(zhong)放射性同(tong)位(wei)(wei)(wei)素(su)。在(zai)自然(ran)界(jie)中(zhong)(zhong)只找(zhao)到(dao)兩種(zhong)钚(bu)(bu)同(tong)位(wei)(wei)(wei)素(su)，一(yi)種(zhong)是從(cong)氟碳鈰(shi)鑭礦(kuang)中(zhong)(zhong)找(zhao)到(dao)的(de)(de)微量钚(bu)(bu)-244，已知(zhi)钚(bu)(bu)的(de)(de)同(tong)位(wei)(wei)(wei)素(su)中(zhong)(zhong)壽命最長(chang)的(de)(de)是钚(bu)(bu)-244，半衰期是8.26×107年，它具有足夠長(chang)的(de)(de)半衰期，可能(neng)是地(di)球上原始存在(zai)的(de)(de)。另一(yi)種(zhong)是從(cong)含(han)鈾礦(kuang)物中(zhong)(zhong)找(zhao)到(dao)的(de)(de)钚(bu)(bu)-239，是鈾-238吸收自然(ran)界(jie)里的(de)(de)中(zhong)(zhong)子而形成(cheng)的(de)(de)。其他钚(bu)(bu)同(tong)位(wei)(wei)(wei)素(su)都(dou)是通(tong)過人工核反應(ying)合(he)成(cheng)的(de)(de)。

其(qi)中壽命最長的有钚(bu)(bu)-244（半(ban)衰(shuai)期(qi)為(wei)8080萬年(nian)(nian)）、钚(bu)(bu)-242（半(ban)衰(shuai)期(qi)為(wei)373300年(nian)(nian)）及钚(bu)(bu)-239（半(ban)衰(shuai)期(qi)為(wei)24110年(nian)(nian)）。其(qi)余(yu)的放(fang)射性(xing)同位(wei)素半(ban)衰(shuai)期(qi)都低于7000年(nian)(nian)。钚(bu)(bu)也有八(ba)種亞穩(wen)態，但(dan)狀態并不(bu)穩(wen)定(ding)、半(ban)衰(shuai)期(qi)都不(bu)超(chao)過(guo)一秒。

钚的(de)(de)(de)(de)同(tong)(tong)(tong)位(wei)(wei)(wei)素的(de)(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)數范圍(wei)從228到247不等。其(qi)中質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)數低于钚-244（最穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)同(tong)(tong)(tong)位(wei)(wei)(wei)素）的(de)(de)(de)(de)同(tong)(tong)(tong)位(wei)(wei)(wei)素，主要的(de)(de)(de)(de)衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)變(bian)(bian)(bian)方式(shi)是(shi)自發裂變(bian)(bian)(bian)和α衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)變(bian)(bian)(bian)，衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)變(bian)(bian)(bian)產物通常生(sheng)成(cheng)鈾（92個質(zhi)(zhi)(zhi)子(zi)）和镎（93個質(zhi)(zhi)(zhi)子(zi)）的(de)(de)(de)(de)同(tong)(tong)(tong)位(wei)(wei)(wei)素（忽(hu)略裂變(bian)(bian)(bian)過(guo)程產生(sheng)之二(er)子(zi)核的(de)(de)(de)(de)大范圍(wei)）。質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)數大于钚-244的(de)(de)(de)(de)同(tong)(tong)(tong)位(wei)(wei)(wei)素則以β衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)變(bian)(bian)(bian)為主要衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)變(bian)(bian)(bian)方式(shi)，衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)變(bian)(bian)(bian)產物多(duo)為镅（95個質(zhi)(zhi)(zhi)子(zi)）。钚-241是(shi)镎衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)變(bian)(bian)(bian)系的(de)(de)(de)(de)母同(tong)(tong)(tong)位(wei)(wei)(wei)素，透過(guo)β粒(li)子(zi)或電子(zi)放射衰(shuai)(shuai)(shuai)(shuai)變(bian)(bian)(bian)成(cheng)镅-241。

钚-238和钚-239是最普遍的人造同位(wei)素。钚-239是使(shi)用鈾（U）和中子（n），并以镎（Np-239）作為(wei)中間體(ti)，產生β衰(shuai)變（β）。透(tou)過(guo)反應1合成(cheng)。

鈾(you)-235裂變(bian)中的中子被鈾(you)-238原子核俘獲(huo)、形(xing)成(cheng)鈾(you)-239；β衰(shuai)變(bian)將一個中子轉變(bian)成(cheng)質子，形(xing)成(cheng)镎-239（半衰(shuai)期為(wei)2.36日），另一次(ci)β衰(shuai)變(bian)則形(xing)成(cheng)钚-239。合(he)金(jin)管計劃(hua)的學者曾在1940年(nian)推導出(chu)此反應式。

钚-238是以氘核（D，重氫(qing)的原子核）撞擊鈾-238。透過反應2合成(cheng)。

在此(ci)反應過程中(zhong)(zhong)，一個(ge)氘核(he)撞擊鈾-238，生成兩個(ge)中(zhong)(zhong)子(zi)和镎-238；镎-238再(zai)發(fa)射負β粒子(zi)、產生自發(fa)衰變，形成钚-238。

钚同位素會(hui)發(fa)生(sheng)放(fang)(fang)射性衰變，釋放(fang)(fang)出(chu)(chu)衰變熱。不同的同位素，單位質(zhi)量(liang)所(suo)釋出(chu)(chu)的熱量(liang)也有所(suo)差異。衰變熱的單位通常以“瓦(wa)特/公(gong)斤”或(huo)“毫瓦(wa)特/公(gong)克(ke)”計。所(suo)有同位素在衰變時都會(hui)釋放(fang)(fang)出(chu)(chu)微(wei)弱的伽馬(ma)射線。

它最穩定的同位素(su)是钚-244，半衰(shuai)期約(yue)為八千(qian)萬年(nian)，足夠使(shi)钚以微量存在(zai)于自(zi)然(ran)環境中(zhong)。

钚(bu)最(zui)重要的同位素是钚(bu)-239，半衰期為(wei)24100年，常被(bei)用制核(he)子(zi)武器。钚(bu)-239和钚(bu)-241都易(yi)于裂變，即它們的原子(zi)核(he)可以在慢速熱(re)中(zhong)子(zi)撞擊下產生(sheng)核(he)分裂，釋放(fang)出(chu)能量、伽馬(ma)射(she)線（γ射(she)線）以及中(zhong)子(zi)輻射(she)，從而形成核(he)連鎖反應，并應用在核(he)武器與核(he)反應爐上。

钚-238的(de)半衰期為88年，并放出阿爾法粒子（α粒子）。它是放射性同位素熱電機的(de)熱量來源，常用(yong)于(yu)驅動太空船。

钚-240自發裂變的(de)比率很(hen)高，容易(yi)造成中子(zi)通量激增，因而影響了(le)钚作為核武及反應(ying)器(qi)燃料的(de)適(shi)用性。

分離钚同位素的(de)(de)過程成(cheng)本(ben)極(ji)高又(you)耗時(shi)費(fei)力，因此钚的(de)(de)特(te)定同位素時(shi)幾(ji)乎(hu)都(dou)是以特(te)殊反(fan)應合成(cheng)。

1940年，格倫·西(xi)奧多·西(xi)博格和埃德溫·麥(mai)克(ke)米(mi)倫首度在(zai)柏克(ke)萊加州大學實驗(yan)室，以氘撞擊鈾(you)-238而合成(cheng)(cheng)钚(bu)元(yuan)(yuan)素(su)。麥(mai)克(ke)米(mi)倫將(jiang)這個(ge)新元(yuan)(yuan)素(su)取名Pluto（意為冥(ming)王(wang)星），西(xi)博格便開玩笑提議(yi)定(ding)其元(yuan)(yuan)素(su)符號為Pu（音類(lei)似英語(yu)中表嫌惡時(shi)的(de)(de)口(kou)語(yu)“pew”）。科(ke)學家隨后(hou)(hou)在(zai)自(zi)然界中發現了微量的(de)(de)钚(bu)。二次大戰時(shi)曼哈頓(dun)計(ji)劃(hua)則首度將(jiang)制(zhi)造(zao)微量钚(bu)元(yuan)(yuan)素(su)列為主要任務(wu)之(zhi)一，曼哈頓(dun)計(ji)劃(hua)后(hou)(hou)來成(cheng)(cheng)功(gong)研制(zhi)出(chu)第(di)一個(ge)原(yuan)(yuan)子(zi)彈。1945年7月的(de)(de)第(di)一次核(he)(he)(he)試驗(yan)“三一原(yuan)(yuan)子(zi)彈”，以及(ji)第(di)二次、投于(yu)長崎(qi)市的(de)(de)“胖(pang)子(zi)原(yuan)(yuan)子(zi)彈”，都使用(yong)了钚(bu)制(zhi)作(zuo)內核(he)(he)(he)部分。關于(yu)钚(bu)元(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)人體輻射實驗(yan)研究并在(zai)未經受試者同(tong)意之(zhi)下進行，二次大戰期間(jian)及(ji)戰后(hou)(hou)都有數(shu)次核(he)(he)(he)試驗(yan)相關意外，其中有的(de)(de)甚至(zhi)造(zao)成(cheng)(cheng)傷亡。核(he)(he)(he)能發電廠核(he)(he)(he)廢(fei)料的(de)(de)清除，以及(ji)冷戰期間(jian)所打造(zao)的(de)(de)核(he)(he)(he)武建設在(zai)核(he)(he)(he)武裁減(jian)后(hou)(hou)的(de)(de)廢(fei)用(yong)，都延伸出(chu)日后(hou)(hou)核(he)(he)(he)武擴散以及(ji)環境等問題。非(fei)陸上核(he)(he)(he)試驗(yan)也(ye)會釋出(chu)殘余的(de)(de)原(yuan)(yuan)子(zi)塵，現已依《部分禁止核(he)(he)(he)試驗(yan)條約(yue)》明令禁止。

晶體結構

單斜(xie)(xie)晶(jing)(jing)(jing)系。單斜(xie)(xie)晶(jing)(jing)(jing)型(xing)（钚(bu)(bu)(bu)α和钚(bu)(bu)(bu)β）、斜(xie)(xie)方晶(jing)(jing)(jing)型(xing)（钚(bu)(bu)(bu)γ）、面(mian)心立(li)方晶(jing)(jing)(jing)型(xing)（钚(bu)(bu)(bu)δ）、體心四方晶(jing)(jing)(jing)型(xing)（钚(bu)(bu)(bu)δ'）、體心立(li)方晶(jing)(jing)(jing)型(xing)（钚(bu)(bu)(bu)ε）。

室溫時，純钚金屬是銀灰色、但(dan)因氧(yang)(yang)化(hua)而銹蝕。钚在水溶液中形成四種(zhong)離子氧(yang)(yang)化(hua)態(tai)：

Pu（III）—Pu3+（藍紫(zi)色）

Pu（IV）—Pu4+（黃棕色）

Pu（V）—PuO2+（粉紅色）

Pu（VI）—PuO22+（粉桔色）

Pu（VII）—PuO53-（綠色）七價離(li)子較(jiao)稀有钚(bu)溶(rong)液(ye)所呈現的顏色決定于(yu)氧化態(tai)和酸陰離(li)子的性質。

钚的(de)酸陰離(li)子(zi)種類影(ying)響了錯合（原子(zi)與中心原子(zi)結合）的(de)程(cheng)度。

三氟(fu)(fu)化钚(bu)為藍紫色固體，熔(rong)點為1425±3℃；在(zai)沒(mei)有(you)鋁或鋯離子存(cun)在(zai)時(shi)，很(hen)難溶(rong)于酸(suan)中。三氟(fu)(fu)化钚(bu)可(ke)由钚(bu)(IV)的硝酸(suan)鹽、氧化物(wu)、氫(qing)氧化物(wu)等化合物(wu)與無水氟(fu)(fu)化氫(qing)在(zai)550~600℃反應制(zhi)得(de)，也可(ke)在(zai)含钚(bu)(III)的水溶(rong)液中加入(ru)氟(fu)(fu)離子沉(chen)淀而(er)制(zhi)得(de)。三氟(fu)(fu)化钚(bu)是還原法制(zhi)金(jin)屬钚(bu)的原料。

四氟化(hua)钚為淡棕色（PuF4·2.5H2O為粉(fen)紅色），熔(rong)點為1037℃，沸(fei)點約1277℃；微溶于水，只(zhi)能溶于含有硼酸(suan)、鋁(lv)(III)或鐵(III)的(de)(de)溶液中。四氟化(hua)钚可由钚(IV)的(de)(de)氧化(hua)物(wu)、硝酸(suan)鹽(yan)、草酸(suan)鹽(yan)等化(hua)合物(wu)在有氧氣存在的(de)(de)條件(jian)下(xia)與無水氟化(hua)氫進(jin)行高溫反(fan)應而制得。四氟化(hua)钚也是還(huan)原法(fa)制金屬钚的(de)(de)原料(liao)。

六氟(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)在-180℃時是白色(se)固體，液態(tai)和(he)氣態(tai)呈(cheng)棕色(se)到紅棕色(se)，熔點為(wei)(wei)51.59℃，沸點為(wei)(wei)62.16℃；六氟(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)在熱力學上是不穩定的(de)(de)，它(ta)是一個(ge)很強的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑；能與(yu)(yu)四氟(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鈾、二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)硫、一氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳、二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳等反(fan)應生(sheng)成(cheng)四氟(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)，與(yu)(yu)潮濕空氣或水發生(sheng)非(fei)常激(ji)烈的(de)(de)反(fan)應；六氟(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)由(you)于(yu)α輻(fu)解而不斷生(sheng)成(cheng)四氟(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)。六氟(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)可由(you)二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)或四氟(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)在500~700℃高溫下與(yu)(yu)氟(fu)(fu)氣反(fan)應制得(de)。钚(bu)(VI)的(de)(de)其他氟(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)有PuO2F2、M2PuO2F4·H2O和(he)MPuO2F3·H2O（M為(wei)(wei)NH4、Na、K等）。

三(san)(san)氯(lv)(lv)化(hua)钚是(shi)藍(lan)至(zhi)綠色的(de)固體，熔點為750℃，沸點為1767℃；易吸潮，易溶于酸和水。三(san)(san)氯(lv)(lv)化(hua)钚可由(you)多種方法制備(bei)，通(tong)常由(you)二氧化(hua)钚與光氣在高溫下反應而(er)(er)制得(de)。在制備(bei)中，大多數其(qi)他元素(su)生成揮發性的(de)氯(lv)(lv)化(hua)物(wu)，而(er)(er)三(san)(san)氯(lv)(lv)化(hua)钚不揮發，因而(er)(er)钚的(de)純(chun)度較(jiao)高。三(san)(san)氯(lv)(lv)化(hua)钚也是(shi)制備(bei)金屬钚的(de)一種化(hua)合物(wu)。

四氯(lv)(lv)化钚是不穩定化合物，容(rong)易(yi)分解，不易(yi)制得。钚(IV)的其(qi)他氯(lv)(lv)化物有M2PuCl6（M為Cs、Rb、K、Na等(deng)）。

其(qi)他已經制得的化(hua)合物還有：三(san)溴化(hua)钚，熔(rong)點約為681℃；三(san)碘化(hua)钚，熔(rong)點約777℃。

二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)(bu)(bu)是綠棕色(se)到黃棕色(se)的(de)(de)(de)(de)固體，在(zai)(zai)氦氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)熔(rong)點(dian)(dian)(dian)為2280±30℃，蒸(zheng)氣(qi)(qi)壓(ya)很低；它的(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)學惰(duo)性很大，在(zai)(zai)鹽酸和硝酸中(zhong)(zhong)(zhong)溶解極(ji)慢且不完(wan)全，在(zai)(zai)沸(fei)騰的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)溴酸中(zhong)(zhong)(zhong)溶解較快，用硫酸氫(qing)(qing)鈉等熔(rong)劑在(zai)(zai)熔(rong)融(rong)條(tiao)件下(xia)可(ke)溶解二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)(bu)(bu)；高(gao)溫下(xia)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)(bu)(bu)可(ke)與(yu)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)反應(ying)(ying)生(sheng)成三(san)(san)氟(fu)(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)物，有(you)氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)存(cun)在(zai)(zai)時生(sheng)成四氟(fu)(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)物；高(gao)溫下(xia)與(yu)氟(fu)(fu)(fu)作用生(sheng)成六氟(fu)(fu)(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)(bu)(bu)，與(yu)鋅鎂合金反應(ying)(ying)還原生(sheng)成金屬(shu)钚(bu)(bu)(bu)。由(you)(you)于(yu)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)(bu)(bu)具(ju)有(you)高(gao)熔(rong)點(dian)(dian)(dian)、輻照穩定、同金屬(shu)互容(rong)以及容(rong)易制(zhi)備等特性，是核燃料(liao)的(de)(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)適用的(de)(de)(de)(de)組(zu)成形式(shi)。二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)(bu)(bu)可(ke)由(you)(you)金屬(shu)钚(bu)(bu)(bu)或(huo)其化(hua)(hua)(hua)(hua)合物（磷酸鹽除外）在(zai)(zai)空(kong)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)灼燒制(zhi)得(de)，也可(ke)由(you)(you)含氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)合物在(zai)(zai)真空(kong)或(huo)惰(duo)性氣(qi)(qi)氛中(zhong)(zhong)(zhong)加(jia)熱(re)到1000℃而制(zhi)得(de)。β-三(san)(san)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)二(er)钚(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)熔(rong)點(dian)(dian)(dian)為2085±25℃；可(ke)由(you)(you)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)(bu)(bu)與(yu)碳在(zai)(zai)氦中(zhong)(zhong)(zhong)加(jia)熱(re)到1625℃制(zhi)得(de)。α-三(san)(san)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)二(er)钚(bu)(bu)(bu)可(ke)由(you)(you)在(zai)(zai)真空(kong)中(zhong)(zhong)(zhong)加(jia)熱(re)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)(bu)(bu)到1650～1800℃而制(zhi)得(de)。α-三(san)(san)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)二(er)钚(bu)(bu)(bu)由(you)(you)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)(bu)(bu)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)(hua)時損失氧(yang)(yang)而制(zhi)得(de)，其熔(rong)點(dian)(dian)(dian)為2360±20℃。

碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)：已知有二(er)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)三钚(bu)、碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)、三碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)二(er)钚(bu)和(he)二(er)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)。室(shi)溫下(xia)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)在(zai)(zai)空氣中(zhong)穩(wen)定，但(dan)在(zai)(zai)400℃時則劇烈(lie)燃燒(shao)；不(bu)與(yu)(yu)冷水(shui)作(zuo)用(yong)，但(dan)與(yu)(yu)熱水(shui)反應(ying)生成三價氫氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)、氫和(he)甲烷的(de)(de)(de)(de)混合物(wu)，以及少量的(de)(de)(de)(de)其他碳(tan)氫化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)；碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)與(yu)(yu)冷硝酸作(zuo)用(yong)很慢。三碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)二(er)钚(bu)的(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學性質與(yu)(yu)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)略有不(bu)同(tong)，三碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)二(er)钚(bu)在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫下(xia)的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)作(zuo)用(yong)及在(zai)(zai)酸和(he)沸水(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)水(shui)解作(zuo)用(yong)都比(bi)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)弱。钚(bu)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)可由金屬(shu)钚(bu)、二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)或氫化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)钚(bu)在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫下(xia)與(yu)(yu)石墨反應(ying)而制(zhi)得。反應(ying)條件不(bu)同(tong)，可以制(zhi)得不(bu)同(tong)組(zu)分的(de)(de)(de)(de)钚(bu)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)。钚(bu)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)由于具有較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)導熱性、低的(de)(de)(de)(de)蒸氣壓和(he)較大的(de)(de)(de)(de)钚(bu)密度，可以做核(he)反應(ying)堆(dui)的(de)(de)(de)(de)燃料。

氮化(hua)(hua)物(wu)(wu)：已知(zhi)钚(bu)的唯一(yi)氮化(hua)(hua)物(wu)(wu)為(wei)氮化(hua)(hua)钚(bu)。氮化(hua)(hua)钚(bu)在氬氣氛中(zhong)熔點為(wei)2450±50℃；遇冷(leng)水(shui)緩慢水(shui)解并生成二氧化(hua)(hua)钚(bu)，氮化(hua)(hua)钚(bu)易(yi)溶于無(wu)機酸中(zhong)；與氮化(hua)(hua)鈾能形成一(yi)系列(lie)固(gu)溶體(ti)。氮化(hua)(hua)钚(bu)具備核燃料的

某些特性(xing)，如熔(rong)點(dian)高、钚密(mi)度高和好的導熱(re)性(xing)，但它的主要缺(que)點(dian)是在(zai)高溫下(xia)揮發性(xing)較高和易(yi)分解。氮(dan)化钚可由(you)氫化钚與氮(dan)在(zai)高于230℃時反應(ying)而(er)制(zhi)得。

草酸(suan)鹽(yan)：钚(bu)(III)的(de)(de)(de)草酸(suan)鹽(yan)Pu2(C2O4)3·10H2O和钚(bu)(IV)的(de)(de)(de)Pu(C2O4)2·6H2O都是難(nan)溶性化合(he)物(wu)，隨(sui)著加熱，它們逐漸失去其結晶水，隨(sui)后分解，最終產物(wu)為二氧(yang)化钚(bu)。钚(bu)的(de)(de)(de)草酸(suan)鹽(yan)可(ke)由(you)钚(bu)的(de)(de)(de)相應氧(yang)化態的(de)(de)(de)鹽(yan)的(de)(de)(de)稀酸(suan)溶液與(yu)草酸(suan)或草酸(suan)鈉沉淀而制(zhi)得。

能(neng)源與熱源：同(tong)位素钚-238的(de)(de)半衰期為87.74年。它(ta)會放出(chu)大量熱能(neng)，伴(ban)隨(sui)著低能(neng)的(de)(de)伽馬和(he)自發裂(lie)變射(she)線/粒(li)子(zi)。它(ta)是α輻射(she)體，同(tong)時具有高輻射(she)能(neng)及低穿透(tou)性，故僅需低度防(fang)護措施。單一紙(zhi)張就可(ke)以抵擋(dang)钚-238所(suo)放射(she)出(chu)的(de)(de)α粒(li)子(zi)；同(tong)時，每公(gong)斤的(de)(de)钚-238可(ke)產生約570瓦(wa)特熱能(neng)。

毒性分析

對(dui)钚毒性(xing)(xing)的(de)(de)誤(wu)解由來已久，關于(yu)它(ta)是(shi)劇毒的(de)(de)物質、“一丁(ding)點(dian)就能(neng)致人死亡”的(de)(de)說法(fa)在西(xi)方(fang)世界也(ye)同(tong)樣流傳(chuan)廣泛。推測，钚可能(neng)是(shi)受到了劇毒的(de)(de)釙的(de)(de)牽連。兩者的(de)(de)衰(shuai)變(bian)類型相同(tong)，化學符號接近(jin)(jin)（Po、Pu），連中(zhong)文寫(xie)法(fa)、讀音都那么那么的(de)(de)相近(jin)(jin)，也(ye)難怪不明真相的(de)(de)群眾們(men)把他們(men)的(de)(de)各類性(xing)(xing)質掰到一起去。

流言

據BBC報道，前英(ying)國政府(fu)輻(fu)射(she)事(shi)務顧(gu)問巴斯比博(bo)士表示，日本核電站的(de)(de)問題極為(wei)嚴重(zhong)，尤其令人(ren)擔心的(de)(de)是福(fu)島核電站三號反(fan)應(ying)堆。他稱，該反(fan)應(ying)堆遇到麻煩(fan)，因為(wei)它使(shi)用的(de)(de)是一(yi)種不(bu)同(tong)的(de)(de)燃料：它不(bu)是鈾，而是一(yi)種鈾钚(bu)混合(he)燃料，而钚(bu)是極為(wei)危險的(de)(de)，因此一(yi)旦這(zhe)種物(wu)質(zhi)泄(xie)漏出來，將使(shi)海(hai)嘯(xiao)災難雪上加霜。钚(bu)是世(shi)界上毒(du)性(xing)第(di)二大的(de)(de)物(wu)質(zhi)（世(shi)界上毒(du)性(xing)第(di)一(yi)大的(de)(de)物(wu)質(zhi)為(wei)釙）。一(yi)片(pian)藥片(pian)大小的(de)(de)钚(bu)，足以毒(du)死2億(yi)人(ren)，5克的(de)(de)钚(bu)足以毒(du)死所有人(ren)類。钚(bu)的(de)(de)毒(du)性(xing)比砒霜大4．86億(yi)倍。

真相

2011年3月(yue)14日(ri)凌晨03：11的(de)(de)BBC新聞(wen)(wen)(wen)，報道了(le)前英國政府輻射事務顧(gu)問(wen)巴斯(si)比博(bo)士（Dr Christopher Busby）對(dui)福(fu)島核電站(zhan)3號機組的(de)(de)擔憂(you)。這條(tiao)新聞(wen)(wen)(wen)的(de)(de)背景是(shi)日(ri)本內閣官房長官枝野幸(xing)男2011年3月(yue)13日(ri)警告說(shuo)(shuo)，福(fu)島第一(yi)(yi)核電站(zhan)3號機組反應堆面臨(lin)遭遇外部氫氣爆炸風(feng)險。但是(shi)關于钚(bu)的(de)(de)毒性(xing)問(wen)題，卻不似流言所(suo)描(miao)述(shu)的(de)(de)那么可怕。“一(yi)(yi)片藥(yao)片大(da)小的(de)(de)钚(bu)足(zu)以毒死2億人(ren)，5克的(de)(de)钚(bu)足(zu)以毒死所(suo)有(you)(you)人(ren)類”的(de)(de)說(shuo)(shuo)法更是(shi)沒有(you)(you)任(ren)何的(de)(de)科學依據。香港無線電視(shi)的(de)(de)新聞(wen)(wen)(wen)節目曾引(yin)用(yong)此(ci)謠傳，結果被當地監管機構(gou)警告，指報道令觀眾(zhong)驚恐，未(wei)有(you)(you)提供足(zu)夠證據確(que)保報道準(zhun)確(que)。

結論

钚的(de)毒性(xing)并沒(mei)有謠言描述的(de)那么(me)可(ke)怕，“5克的(de)钚足以毒死所有人類”純屬(shu)無稽之談。使用鈾(you)钚混合燃料(liao)的(de)反應(ying)堆如(ru)果(guo)發生爆(bao)炸泄露，并不會比使用鈾(you)燃料(liao)的(de)傳(chuan)統反應(ying)堆要來(lai)的(de)更(geng)危險。對于钚危害的(de)擔憂，更(geng)多的(de)是來(lai)自于钚的(de)電離輻射(she)能力。

钚(bu)衰變時(shi)會產生α射線。α射線的穿透能(neng)力非(fei)常弱，在空氣中前進幾(ji)厘米就將能(neng)量耗(hao)盡。對于環(huan)境中的钚(bu)并不用太擔心。一旦钚(bu)進入到(dao)人(ren)體內，形成的內照(zhao)射會對人(ren)體有一定的影響。

根據報導，中國核(he)科學家鄧稼(jia)先曾在1979年(nian)(nian)一次核(he)航彈空投試驗(yan)失(shi)敗(bai)后接(jie)觸過用于制造其核(he)裝(zhuang)置(zhi)的(de)钚，最終(zhong)仍(reng)活到1986年(nian)(nian)（死因為長期放射(she)傷害導致的(de)癌癥），可見钚并沒有如謠言中所描述(shu)的(de)劇(ju)烈(lie)急(ji)毒性。

而(er)英國(guo)女王伊莉莎(sha)白二世(shi)訪問哈維爾核(he)子實驗室時，就(jiu)曾(ceng)受邀(yao)觸摸了一塊以塑料包裹的钚環(huan)，以親自體會(hui)其溫暖(nuan)的觸感。基(ji)于钚本(ben)身的化學毒(du)性并不(bu)那么大，電離輻射(she)(she)能力也(ye)(ye)不(bu)比其它放射(she)(she)性元素要來的特殊，加上鈾(you)钚混(hun)合燃(ran)料里钚也(ye)(ye)只有7%，3號(hao)反應堆(dui)如果發生爆(bao)炸泄露，并不(bu)會(hui)比其它使用鈾(you)燃(ran)料的反應堆(dui)要來的更危險。