Jabarkan Isotop dan nukleosintesis dari Plutonium

Terdapat setidaknya dua puluh isotop radioaktif plutonium yang telah dikarakterisasi. Isotop yang berumur paling panjang adalah plutonium-244, dengan waktu paruh 80,8 juta tahun, plutonium-242, dengan waktu paruh 373.300 tahun, dan plutonium-239, dengan waktu paruh 24.110 tahun. Semua isotop radioaktif yang tersisa memiliki waktu paruh kurang dari 7.000 tahun. Unsur ini juga memiliki delapan keadaan metastabil, meskipun semuanya memiliki waktu paruh kurang dari satu detik. Plutonium-244 telah ditemukan di ruang antarbintang dan ia memiliki waktu paruh terpanjang dari semua radioisotop nonprimordial.

Isotop plutonium yang diketahui memiliki nomor massa yang berkisar mulai dari 228 hingga 247. Mode peluruhan utama isotop dengan nomor massa lebih rendah dari isotop paling stabil, plutonium-244, adalah fisi spontan dan emisi alfa, sebagian besar membentuk isotop uranium (92 proton) dan neptunium (93 proton) sebagai produk peluruhan (dengan mengabaikan berbagai inti anak yang dihasilkan oleh proses fisi). Mode peluruhan utama untuk isotop dengan nomor massa lebih tinggi dari plutonium-244 adalah emisi beta, sebagian besar membentuk isotop amerisium (95 proton) sebagai produk peluruhan. Plutonium-241 merupakan isotop induk dari deret peluruhan neptunium, meluruh menjadi amerisium-241 melalui emisi beta.

Plutonium-238 dan -239 adalah isotop yang paling sering disintesis. Plutonium-239 disintesis melalui reaksi berikut yang menggunakan uranium (U) dan neutron (n) melalui peluruhan beta (β−) dengan neptunium (Np) sebagai perantara:

{^{238}_{92}U} + {^{1}_{0}n} -> {^{239}_{92}U} ->[\beta^-] [23,5 \ \ce{mnt}] {^{239}_{93}Np} ->[\beta^-] [2,3565 \ \ce{hri}] {^{239}_{94}Pu}

Neutron yang berasal dari fisi uranium-235 ditangkap oleh inti uranium-238 untuk membentuk uranium-239; sebuah peluruhan beta akan mengubah neutron menjadi proton untuk membentuk neptunium-239 (waktu paruh 2,36 hari) dan peluruhan beta lebih lanjut akan membentuk plutonium-239. Egon Bretscher yang mengerjakan proyek Tube Alloys Britania Raya memprediksikan reaksi ini secara teoretis pada tahun 1940.

Plutonium-238 disintesis dengan membombardir uranium-238 dengan deuteron (D, inti hidrogen berat) dalam reaksi berikut:

Dalam proses ini, deuteron yang menabrak uranium-238 menghasilkan dua neutron beserta neptunium-238, yang secara spontan meluruh dengan memancarkan partikel beta negatif untuk membentuk plutonium-238. Plutonium-238 juga dapat diproduksi melalui penyinaran neutron dari neptunium-237.

Panas peluruhan dan sifat fisi

Isotop plutonium mengalami peluruhan radioaktif dan menghasilkan panas peluruhan. Isotop yang berbeda menghasilkan jumlah panas per massa yang berbeda. Panas peluruhan biasanya dinyatakan dengan satuan watt/kilogram, atau miliwatt/gram. Pada potongan plutonium yang lebih besar (misalnya lubang senjata) dan pembuangan panas yang tidak memadai, pemanasan sendiri yang dihasilkan dapat berdampak signifikan.