• 大多数核电站产生的能量有超过三分之一是来自钚。钚在反应堆中是作为副产物产生的。
• 从反应堆燃料中回收的钚被制成混合氧化物燃料（MOX）进行循环利用。
• 在快中子堆中钚是主要燃料，从不易裂变的U-238中增殖得到。
• 钚是自然产生的，但是除了极少量的钚以外其余的在地壳中都难以找到。
• 由于20世纪50年代和60年代大气核武器测试，在生物圈中遗留有几吨的钚。

在实际情形中，有两种不同类别的钚要考虑：反应堆级别的和武器级别的。第一种级别是作为核反应堆乏燃料的副产物回收得到的，这一过程中燃料被辐照大约3年时间。第二种级别专门作为军事用途，在生产钚的反应堆中铀燃料被辐照2-3个月之后得到钚。两种级别在同位素组成方面大不相同，但是它们都有潜在增殖风险。

无论是反应堆级别的还是武器级别的的钚，对与核燃料循环来说它们都是宝贵的资源。在传统核反应堆中，1千克钚-239产生的热量足够用于产生一千万千瓦时的电。

钚与核能

钚由核反应堆中的铀产生。在进行反应堆操作时，1000兆瓦电力的核反应堆包含装有几百千克的钚的铀燃料。

与其他重元素一样，钚有很多同位素，它们的原子核有不同中子数目。由于钚的15种同位素在某种程度上都是不稳定的，所以它们全都具有放射性，都能够发生衰变，放出粒子和一些伽马射线。

所有钚同位素都能与快中子发生裂变反应，尽管只有两种是易裂变核素（与慢中子反应）。由于这个原因在快中子堆（FNR）中钚的所有同位素都显得尤为重要，而在传统轻水堆中只有钚-239起主导作用。

主要的钚同位素为：

• 钚-238，（半衰期88年，α衰变成铀-234，释放6MeV能量）
• 钚-239，易裂变核素（半衰期24000年，α衰变成铀-235）
• 钚-240，可裂变物质（半衰期6560年，α衰变成铀-236）
• 钚241，易裂变核素（半衰期4年，β衰变成镅-241）
• 钚-242，（半衰期374000年，α衰变成铀-238）
• 元素周期表上显示钚的原子质量为244，这表示钚-244是最稳定同位素，它的半衰期最长，为8200万年。它也是唯一能在自然界中找到的微量钚同位素，显然钚-244是在地球形成时通过宇宙射线照射产生的。它能发生α衰变成铀-240。

在核反应堆中形成的最常见同位素为易裂变的钚-239，它是通过铀-238发生中子俘获再发生β衰变产生的，钚-239能与铀-235裂变产生几乎一样的能量。在轻水堆（LWR）中，堆芯处产生的钚有超过半数在原处就作为燃料“燃烧”了，这一过程能产生约三分之一的总热量。对于剩下的钚，六分之一通过中子俘获成为钚-240和钚-241。大约1.15%的钚作为乏燃料从工业轻水堆（燃耗为42 GWd/t）中被移出，其中包括53%的钚-239，25%的钚-240，15%的钚-241，5%的钚-242，以及2%的钚-238，它们是主要的热源和放射源。早些年前（到1964年）用来生产军用钚的英国镁诺克斯合金反应堆其燃耗为0.4 GWd/t。

钚-240是第二常见的钚同位素，由钚-239发生中子俘获形成。在核燃料中钚-240的浓度平稳增加，原因是钚-240与钚-239不同，它不经历裂变产生能量。（在快中子堆中，钚-240是可裂变物质，这意味着这样的反应堆能够比轻水堆更有效地利用回收得到的钚。）与反应堆中发生的裂变数量级不同，钚-240与中子发生较高速率的自发裂变。这使得反应堆级别的钚完全不适用于原子弹中。反应堆级别的钚定义为钚-240浓度为19%或更高，反应堆级别的钚也叫做“民用钚”。

钚-238，钚-240和钚-242通过原子核自发裂变产生一部分中子，但是自发裂变的速率很低。这些核素与钚-239一样也发生衰变，放出α粒子和热量。

一个1000兆瓦电力的轻水反应堆一年会产生25吨核废料，其中包括290千克的钚。如果钚是从反应堆核废料中提取，它能在常用燃料中用作铀-235的替代品，发生裂变的主要是钚-239，钚-241也有所贡献。为了回收钚，核废料经过处理，重新获得钚的氧化物，它们与贫化铀的氧化物混在一起生产混合氧化物燃料，其中钚-239的浓度约为8%。

钚也能用在快中子反应堆中，在快堆中所有的钚同位素都发生裂变，因此钚就是快堆中的燃料。与铀一样，在快堆中钚的潜能得到充分认识。六项正在发展的第四代反应堆设计中有四项是快中子堆。在这些反应堆中，钚会在燃耗较高的堆芯中产生，除了钚-239之外的钚同位素的比率会保持在较高水平。

在商业核电站和研究应用中，钚通常以钚的氧化物的形式（PuO₂）存在的，它是一种在水中拥有极低溶解度和高熔点（2,390 ºC）的稳定陶瓷材料。纯钚有六种同素异形的形式或晶体结构，比其他任何元素都要多。当温度发生改变时，它会改变结构，每一种都有不同的机械特性和电特性。其中一种的密度是铅（19.8 g/cm³）的两倍。在640°C时它会熔化成具有腐蚀性的液体。α相很硬很脆，与铸铁类似，如果把它分离出来它会在空气中燃烧成PuO₂。β、γ和δ相密度均比α相小。如果将钚与镓制成合金，钚就变得更容易加工。

毒性和对健康的影响

尽管在化学上有毒性，还有电离辐射作用，钚却远非地球上的最毒物质，也并没有达到很少量就能置人于死地的地步。从这两点来看在日常生活中有一些物质有比钚的化学毒性（砷、氰化物、咖啡因）和辐射毒性（烟雾探测器）更强。

下面有三种钚进入人体的最主要途径：

• 摄取
• 外伤感染
• 吸入

钚的摄取不是一种很危险的情形，因为钚很难被胃肠道吸收，而且在钚造成危害之前它就被身体排出了。

尽管成千上万的人在工作中与钚打交道，但是外伤感染还是很少发生的。通过远程操作、防护服和大范围的健康监测程序，这些人员的健康得到保护。

钚对健康的主要危害来自吸入。虽然像钚这种重金属很难弥散在大气中，但是一些类似于二氧化钚的物质，在尺寸小于10微米的时候就是比较危险的。一旦吸入，很多物质立即就被放出，或与其他微粒物一起通过支气管系统的粘液进入到胃肠道。有一些会很容易发生转移，先是到血液或是淋巴系统，随后到身体的各个部位，尤其是肝脏和骨骼。钚的持续α辐射最终会导致癌症。

钚-239的危害与其他被人体吸入的发生α辐射的放射性核素是相似的。它比短寿命、强放射性的核素危害性要小，比如氡的子代衰变产物氡气，它们在环境中很常见，分布也较为广泛。

在20世纪40年代在美国核武器工厂工作的26名工人受到了钚污染。这些工人的健康检查显示没有造成很严重的后果，也没有发生死亡。在20世纪90年代，钚被注射和吸入到一些志愿者体内，也没有发现很严重的后果。钚是一种有毒物质，需要小心处理，但是我们需要对其危险性有正确的认知。