Plutoni la mot nguyen to hoa hoc hiem, co tinh phong xa cao voi ky hieu hoa hoc Pu va so nguyen tu 94. No la mot kim loai thuoc nhom actini voi be ngoai mau trang bac va bi xin khi tiep xuc voi khong khi, tao thanh mot lop phu mo khi bi oxy hoa. Nguyen to nay thong thuong bieu hien (exhibit) 6 dang thu hinh (allotrope) va bon trang thai oxy hoa. No phan ung voi cacbon, halogen, nito va silicon. Khi tiep xuc voi khong khi am, no tao thanh cac oxide va hydride lam the tich cac mau gian no len đen 70%, hay noi cach khac la no bong ra thanh dang bot co the tu boc chay. No cung la mot chat đoc phong xa ma tich tu trong tuy xuong. Nhung đac tinh nay va cac tinh chat khac khien cho viec xu ly plutoni tro nen nguy hiem.
Plutoni la nguyen to nguyen thuy nang nhat, đong vi ben nhat cua no la plutoni-244 co chu ky ban ra khoang 80 trieu nam đu lau đe nguyen to nay co the đuoc tim thay o dang vet trong tu nhien. Nhung plutoni la san pham phu thuong xuyen co mat khi nguyen tu urani bi tach lam đoi trong lo phan ung hat nhan. Mot so hat ha nguyen tu đuoc tang toc trong qua trinh phan hach bien đoi urani thanh plutoni.
Đong vi quan trong nhat cua plutoni la plutoni-239, voi chu ky ban ra 24.100 nam. Plutoni-239 la đong vi co ich nhat trong cac vu khi hat nhan. Plutoni-239 va plutoni-241 co kha nang phan hach, co nghia la cac nguyen tu cua no co the tach ra bang cach ban pha boi neutron nhiet chuyen đong cham giai phong nang luong, tia gamma va nhieu neutron hon. Cac neutron nay sau đo co the duy tri phan ung hat nhan day chuyen, đuoc ung dung trong cac vu khi hat nhan va lo phan ung hat nhan.
Plutoni-238 co chu ky ban ra 88 nam va phat ra cac hat alpha. No la mot nguon cung cap nhiet trong cac may phat đien hat nhan, mot loai đong co cung cap đien cho tau khong gian co nho. Plutoni-240 co ty le phan hach tu phat cao, lam tang thong luong neutron cua bat ky mau nao. Su co mat cua plutoni-249 han che kha nang su dung cua cac mau trong vu khi hat nhan hoac nhien lieu hat nhan, va xac đinh cap cua no. Cac đong vi cua plutoni đat va kho tach, vi the cac đong vi rieng biet thuong đuoc san xuat trong cac lo phan ung chuyen dung.
Plutoni đuoc mot nhom nghien cuu đung đau la Glenn T. Seaborg va Edwin McMillan tong hop đau tien nam 1940 tai Đai hoc California, Berkeley bang cach ban pha urani-238 boi hat nhan deuteron. McMillan đat ten nguyen to moi theo ten Pluto (Sao Diem Vuong), va Seaborg đe nghi ky hieu no la Pu. Sau đo, mot luong nho plutoni o dang vet cung đuoc phat hien trong tu nhien. Viec tao ra plutoni đuoc su dung voi luong lon lan đau tien trong phan chinh cua du an Manhattan suot chien tranh the gioi thu 2, đe tao ra bom nguyen tu đau tien. Vu thu hat nhan đau tien, "Trinity" (thang 7 nam 1945), va bom nguyen tu lan thu 2 đuoc su dung đe pha huy thanh pho (Nagasaki, Nhat Ban thang 8 nam 1945), "Fat Man", ca hai loi đeu dung plutoni-239. Cac nghien cuu thi nghiem anh huong cua plutoni đoi voi con nguoi đa đuoc tien hanh ma khong co su đong y truoc, va mot so tai nan (criticality accident), gay chet nguoi đa xay ra trong va sau chien tranh. Chat thai plutoni tu cac nha may đien hat nhan va tu viec giai tru vu khi hat nhan đuoc tao ra trong suot thoi ky chien tranh lanh la nhung moi nguy hiem cho moi truong. Cac nguon khac cua plutoni trong moi truong nhu bui phong xa tu cac vu thu hat nhan tren mat đat (hien nay đa bi cam).


Tinh chat = Tinh chat vat ly =

Plutoni co mau trang bac sang ban đau nhin thi rat giong niken, nhung no bi oxy hoa rat nhanh trong khong khi lam chuyen sang mau xam toi, mac du đoi khi cung gap mau luc xanh oliu va luc vang. O nhiet đo phong, plutoni co dang thu hinh α (alpha). Hinh dang cau truc pho bien nhat cua nguyen to nay gion va cung giong nhu gang xam tru khi no o dang hop kim voi cac kim loai khac lam cho no mem va de uon/dat. Khong giong voi hau het kim loai khac, no khong dan nhiet va dan đien tot. Plutoni co điem nong chay thap (640 °C) va co điem soi cao bat thuong (3,327 °C).
Phat xa hat alpha giai phong hat nhan heli nang luong cao la cach phat xa pho bien cua plutoni. 5 kg loi cua vu khi hat nhan đac trung chua khoang 12,5 × 1024 nguyen tu. Voi chu ky ban ra 24.100 nam, khoang 11,5 × 1012 trong so nguyen tu tren phan ra moi giay phat ra 5,157 MeV hat alpha bang voi 9,68 W. Nhiet sinh ra tu viec bat giu cac hat nay lam chung ta co cam giac am khi cham tay vao.
Đien tro suat cua plutoni o nhiet đo phong la rat cao so voi mat bang chu cua cac kim loai, va gia tri nay se cao hon o nhiet đo thap hon, đo la đieu bat thuong đoi voi mot kim loai. Xu huong nay tiep tuc khi nhiet đo giam xuon 100 K, duoi muc nay đien tro suat giam nhanh chong đoi voi cac nguyen chat (chua bi oxy hoa). Sau đo đien tro suat bat đau tang theo thoi gian o khoang 20 K do su pha huy buc xa, voi toc đo đuoc quyet đinh boi thanh phan đong vi cua mau.
Do tu chieu xa, mot mau plutoni se moi dien ra trong hau het cau truc tinh the cua no, tuc la su sap xep co thu tu cua cac nguyen tu cua no bi pha vo do phong xa theo thoi gian. Tu chieu xa cung co the dan đen viec toi lam chong lai mot vai hieu ung moi khi nhiet đo tang tren 100 K.
Khong giong hau het cac kim loai khac, plutoni tang ty trong khoang 2,5% khi no nong chay, nhung ty trong cua kim loai long thi the hien su suy giam tuyen tinh theo nhiet đo. Gan điem nong chay, plutoni long cung co đo nhot va ung suat mat rat cao so voi cac kim loai khac.


= Thu hinh =

Plutoni binh thuong co 6 dang thu hinh va mot dang thu 7 (zeta, ζ) o nhiet đo trong dai ap suat gioi han. Cac dang thu hinh khac nhau ve hinh dang sap xep cua nguyen to co điem rat giong nhau la noi nang nhung co ti trong va cau truc tinh the thay đoi đang ke. Đieu nay lam cho plutoni rat nhay cam voi nhung thay đoi ve nhiet đo, ap suat hoac va đieu đo lam cho the tich thay đoi đac trung sau khi chuyen pha tu dang thu hinh nay sang sang khac. Ty trong cua cac thu hinh khac nhau thay đoi tu 16,00 g/cm³ đen 19,86 g/cm³.
Viec ton tai cac dang thu hinh nay lam cho viec gia cong plutoni tro nen rat kho, vi no thay đoi trang thai mot cach de dang. Vi du dang α ton tai o nhiet đo phong trong plutoni chua đuoc gia cong. No co đac điem gia cong tuong tu nhu gang nhung bien đoi thanh dang β co tinh deo va de uon o nhiet đo cao hon mot chut. Cac nguyen nhan dan đen su phuc tap ve cac pha thi chua đuoc hieu mot cach toan ven. Dang α co cau truc tinh the đon ta co tinh đoi xung thap, co tinh gion, ben, nen đuoc, va dan suat kem.
Plutoni o dang δ thuong hinh thanh o nhiet đo tu 310 °C đen 452 °C, nhung no on đinh o nhiet đo phong khi o dang hop kim voi mot luong nho galli, nhom, hay cesi, lam tang kha nang lam viec va lam cho co the han no đuoc. Dang delta co cac tinh chat kim loai đac trung hon, va tuong đoi ben va de uon nhu nhom. Trong vu khi phan hach, song soc no đuoc dung đe nen loi plutoni cung gay ra su chuyen dang tu pha delta thong thuong sang pha alpha đac hon, co y nghia ung dung đe đat đen muc sieu toi han. Pha ε la dang thu hinh ran o nhiet đo cao nhat, the hien tinh tu khuech tan nguyen tu cao bat thuong so voi cac nguyen to khac.


= Phan hach hat nhan =

Plutoni la mot nguyen to co cac electron ngoai cung thuoc lop 5f đay la ranh gioi chuyen tiep giua gioi han ma cac electron cua no co the co lien ket hoac khong co lien ket voi mot nguyen tu rieng biet; no đuoc xem la mot trong so nhung nguyen tu phuc tap nhat. Đay la kim loai actini co tinh phong xa, đac biet la đong vi plutoni-239 la mot trong 3 đong vi phan hach nguyen thuy (hai đong vi con lai la urani-233 va urani-235); 
plutoni-241 cung co kha nang phan hach cao.
Xet ve kha nang phan hach, mot đong vi hat nhan nguyen tu phai co kha nang tach đoi khi bi tac đong boi neutron chuyen đong cham, va giai phong đu luong neutron can thiet đe duy tri phan ung day chuyen.
Plutoni-239 co he so sinh neutron (k) lon hon 1, do đo neu kim loai co đu khoi luong va yeu to hinh hoc thich hop (nhu khoi cau nen), no co the đat đen khoi luong toi han. Trong qua trinh phan hach, mot phan nang luong len ket đuoc giai phong o dang nhiet, đien tu va đong nang mal; mot kg plutoni-239 co the tao ra mot vu no tuong đuong voi 20.000 tan thuoc no TNT. Do tao ra nguon nang luong khong lo nen plutoni-239 đuoc ung dung lam vu khi hat nhan va đuoc dung trong lo phan ung.
Viec co mat đong vi plutoni-240 trong mau se lam gioi han kha nang cua bom hat nhan, vi plutoni-240 co toc đo phan hach tu phat tuong đoi cao (~440 phan hach mot giay/1 gram sinh ra hon 1.000 neutron/giay/gram) nen se lam tang muc neutron ban đau va lam tang nguy co đat đen trang thai sieu toi han cuc nhanh ma chua đat đen trang thai toi đa cua mot chuoi phan ung day chuyen can thiet. Plutoni đuoc xac đinh đat cap vu khi, cap nhien lieu hay cap nang luong lo phan ung tuy thuoc vao phan tram plutoni-240 co trong đo. Plutoni cap vu khi chua it hon 7% plutoni-240, con cap nhien lieu thi chua tu 7% đen duoi 19%, va cap nang luong lo phan ung thi chua tu 19% plutoni-240 tro len. Plutoni sieu cap chu đong vi plutoni-240 it hon 4% thi đuoc dung trong cac vu khi đat tren cac tau va tau ngam cua hai quan Hoa Ky do no co đo phong xa thap hon. Đong vi plutoni-238 khong the phan hach nhung co the trai qua qua trinh phan hach mot cach de dang bang cach dung neutron nhanh va no phat ra hat alpha.


= Cac đong vi =

Co 20 đong vi phong xa cua plutoni đa đuoc nhan biet. Cac đong vi song lau nhat la plutoni-244 co chu ky ban ra 80,8 trieu nam, plutoni-242 la 373.300 nam, va plutoni-239 la 24.110 nam. Tat ca cac đong vi phong xa con lai co chu ky ban ra nho hon 7.000 nam. Nguyen to nay cung co 8 đong phan hat nhan, mac du khong co đong phan nao on đinh va tat ca co chu ky ban ra nho hon 1 giay.
Cac đong vi cua plutoni co so khoi nam trong khoang tu 228 đen 247. Cac co che phan ra ban đau cua cac đong vi co so khoi thap hon đong vi ben nhat plutoni-244, la phan hach tu phat, phat ra hat alpha va hau het tao thanh cac đong vi urani (92 proton) va neptuni (93 proton). Co che phan ra ban đau đoi voi cac đong vi co so khoi cao hon đong vi plutoni-244 la phat ra hat beta va hau het tao thanh cac đong vi americi (95 proton). Plutoni-241 la đong vi me cua chuoi phan ra neptuni phan ra tao ra americi-241 va hat β hoac electron.
Plutoni-238 va 239 la cac đong vi tong hop pho bien nhat. Plutoni-239 đuoc tong hop thong qua phan ung giua urani (U) va neutron (n) thong qua giai đoan trung gian voi phan ra beta (β−) va neptuni (Np):

  
    
      
        
          
            
            
               
              92
            
            
              238
            
          
          U
           
          +
          
             
            
              0
            
            
              1
            
          
          n
           
          ⟶
          
             
            
               
              92
            
            
              239
            
          
          U
           
          
            
              →
              
                
                  23.5
                   
                  m
                  i
                  n
                
              
              
                
                  β
                  
                    −
                  
                
              
            
          
          
             
            
               
              93
            
            
              239
            
          
          N
          p
           
          
            
              →
              
                
                  2.3565
                   
                  d
                
              
              
                
                  β
                  
                    −
                  
                
              
            
          
          
             
            
               
              94
            
            
              239
            
          
          P
          u
        
      
    
    {\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23.5\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2.3565\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu} }
  

Neutron tu su phan hach urani-235 đuoc bat giu boi hat nhan urani-238 đe tao ra urani-239; qua mot phan ra beta se bien đoi mot neutron thanh proton đe tao ra Np-239 (chu ky ban ra 2,36 ngay) va qua mot phan ra beta khac đe tao ra plutoni-239. Nhung nguoi lam viec cho du an Tube Alloys đa du đoan tren ly thuyet phan ung nao nam 1940.
Plutoni-238 đuoc tong hop tu viec ban pha urani-238 bang cac hat nhan deuteron theo phan ung sau:

  
    
      
        
          
            
            
               
              92
            
            
              238
            
          
          U
           
          +
          
             
            
              1
            
            
              2
            
          
          D
           
          ⟶
          
             
            
               
              93
            
            
              238
            
          
          N
          p
           
          +
           
          2
          
             
            
              0
            
            
              1
            
          
          n
          
          ;
          
            
            
               
              93
            
            
              238
            
          
          N
          p
           
          
            
              →
              
                
                  2.117
                   
                
              
              
                
                  β
                  
                    −
                  
                
              
            
          
          
             
            
               
              94
            
            
              238
            
          
          P
          u
        
      
    
    {\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{1}^{2}D\ \longrightarrow \ _{\ 93}^{238}Np\ +\ 2\ _{0}^{1}n\quad ;\quad _{\ 93}^{238}Np\ {\xrightarrow[{2.117\ }]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{238}Pu} }
  

Trong qua trinh nay, hat nhan Deuteri đung vao urani-238 sinh ra 2 neutron va neptuni-238, đen luot no neptuni-238 phan ra tu phat bang cach phat ra cac hat beta am đe tao thanh plutoni-238.


= Nhiet phan ra va đac điem phan hach =
Cac đong vi plutoni trai qua phan ra phong xa sinh ra nhiet phan ra. Cac đong vi khac nhau sinh ra nhung luong nhiet khac nhau theo khoi luong cua chung. Nhiet phan ra thuong đuoc tinh theo đon vi watt/kilogram, hay milliwatt/gram.

Americi-241, san pham phan ra cua plutoni-241, co chu ky ban ra 430 nam, 1,2 phan hach tu phat/1 gram/1 giay, va nhiet phan ra la 114 watt/kg. Khi phan ra no phat ra cac tia gamma co kha nang đam xuyen manh. Su co mat cua no trong plutoni, xac đinh theo ham luong ban đau cua plutoni-241, đuoc xem la lam tang nguy hiem phoi nhiem phong xa đoi voi cac cau tuc xung quanh va con nguoi.


= Cac hop chat =

O nhiet đo phong, plutoni nguyen chat co mau bac nhung se chuyen sang mau xin khi bi oxy hoa. Plutoni co 4 trang thai oxy hoa pho bien trong dung dich goc nuoc va mot dang hiem gap hon gom:

Pu(III), ion Pu3+ (oai huong lam)
Pu(IV), ion Pu4+ (nau vang)
Pu(V), ion PuO2+ (hong tim)
Pu(VI), as PuO22+ (vang hong)
Pu(VII), as PuO53− (luc)–ion hoa tri 7 thi hiem gap
Mau sac cua cac dung dich plutoni tuy thuoc vao trang thai oxy hoa va anion acid tu nhien. Anion acid anh huong đen cap đo tap phuc - cach ma cach nguyen tu lien ket voi mot nguyen tu trung tam cua cac đong vi plutoni.
Plutoni kim loai đuoc tao ra tu phan ung cua plutoni tetrafluoride voi bari, calci hoac lithi o 1200 °C. No phan ung voi cac acid, oxy, va hoi nuoc nhung khong phan ung voi kiem, va de dang hoa tan trong cac acid clohydric, hydroiodic va perchloric. Kim loai nong chay phai đuoc cat giu trong moi truong chan khong hoac khi tro đe ngan phan ung voi khong khi. O 135 °C kim loai plutoni se boc chay trong khong khi va se no neu co mat cacbon tetrachlorua.

Plutoni la mot kim loai hoat đong. Trong khong khi am hoac argon am, no bi oxy hoa mot cach nhanh chong tao ra hon hop cac oxide va hydrit. Neu kim loai cua no tiep xuc đu lau voi mot luong hoi nuoc nhat đinh thi se hinh thanh mot lop bot PuO2 phu len be mat cua no. Qua trinh nay cung tao thanh plutoni hydrit nhung voi luong nuoc nhieu hon thi chi tao ra PuO2.
Voi lop ao nay, kim co kha nang tu boc chay, vi the kim loai plutoni thuong đuoc van chuyen trong moi truong tro va khong nhu nito hay argon. Oxy la cham cac hieu ung cua cac chat am va đong vai tro nhu chat thu đong.
Plutoni the hien toc đo phan ung manh, thuan nghich voi hydro tinh khiet tao thanh plutonium hydride. No cung san sang phan ung voi oxy tao thanh PuO va PuO2 cung nhu cac oxide trung gian; plutoni oxide tang hon 40% the tich so voi plutoni kim loai. No phan ung voi cac halogen tao ra cac hop chat dang PuX3, voi X co the la F, Cl, Br hoac I; PuF4 cung co mat. Cac oxyhalide sau cung đuoc tim thay: PuOCl, PuOBr va PuOI. No se phan ung o cacbon đe tao ra PuC, nito tao ra PuN va silic tao ra PuSi2.
Noi đuoc dung đe chua plutoni can chiu đuoc cac tinh chat khu manh cua no. Cac kim loai chiu lua nhu tantalum va tungsten cung voi cac oxide ben hon nhu boride, carbide, nitride va silicide co the chiu đuoc cac tinh chat nay. Qua trinh nong chay trong electric arc furnace co the đuoc dung đe tao ra cac thoi nho kim loai ma khong can dung noi nau.
Cerium đuoc dung lam chat co tinh chat hoa hoc giong plutoni đe lam vat dung chua, chiet tach va cac cong nghe khac.


= Tao hop kim =
Plutoni co the tao mot so hop kim va cac hop chat trung giann voi hau het cac kim loai khac, ngoai tru cac kim loai kiem nhu lithi, natri, kali, va rubidi; va cac kim loai kiem tho nhu magie, calci, stronti, va bari; va kim loai đat hiem nhu europi va ytterbi. Ngoai ra, cac kim loai co the gia cong nhu crom, molybden, niobi, tantali, va tungsten co the hoa tan trong dung dich plutoni, nhung khong hoa tan hoac hoa tan rat it trong plutoni ran. Galli, nhom, americi, scandi va ceri co the on đinh hoa đong phan δ cua plutoni o nhiet đo phong. Silic, indi, kem va zirconi cho phep tao thanh đong phan δ khi lam lanh nhanh. Mot luong lon hafni, holmi va thali cung cho phep duy tri pha δ o nhiet đo phong. Neptuni la nguyen to duy nhat co the on đinh pha α o nhiet đo cao hon.
Cac hop kim plutoni co the đuoc tao ra bang cach cho kim loai can thiet vao plutoni nong chay. Neu kim loai tao hop kim đu tinh khu, plutoni co the đuoc cho vao o dang oxide hay halide. Cac hop kim gali-plutoni pha δ va nhom-plutoni đuoc tao ra bang cach them plutoni(III) fluoride vao gali hoac nhom nong chay, đay la mot điem thuan loi nham tranh viec tiep xuc truc tiep voi kim loai plutoni co tinh phan ung cao.

Plutoni-galli đuoc dung đe on đinh hoa pha δ cua plutoni, nham tranh cac van đe gap phai khi no chuyen sang pha α va pha α-δ. Ung dung chu yeu cua no la trong cac pit cua implosion nuclear weapons.
Plutoni-nhom la mot hop kim thay the cho hop kim Pu-Ga. No la thanh phan ban đau dung trong viec on đinh hoa pha δ, nhung no co khuynh huong phan ung voi cac hat alpha va giai phong neutron lam giam cong nang cua no trong cac vu pit cua vu khi hat nhan. Hop kim plutoni-nhom cung co the đuoc ung dung lam mot phan cua nhien lieu hat nhan.
Hop kim plutoni-galli-coban (PuCoGa5) la mot chat sieu dan phi truyen thong o nhiet đo duoi 18,5 kelvin, cuong đo lon hon gia tri cao nhat giua cac he fermion nang, va co dong đien toi han lon.
Hop kim plutoni-zirconi co the đuoc su dung lam nhien lieu hat nhan.
Cac hop kim plutoni-ceri va plutoni-ceri-coban cung đuoc dung lam nhien lieu hat nhan.
Plutoni-urani, voi khoang 15–30% mol. plutoni, co the đuoc dung lam nhien lieu hat nhan cho cac lo phan ung tai sinh nhan. Do tinh tu chay va su nhay cam cao cua no đoi voi an mon tai điem tu boc chay hay viec phan huy sau khi tiep xuc voi khong khi nen can tao hop kim voi cac thanh phan khac. Them nhom, cacbon hay đong vao se khong lam cai thien tolam tang toc đo tu phan huy mot cach đang ke; con neu them zirconi va sat se tang tinh chong an mon nhung chung co the phan huy trong vai thang trong khong khi. neu them vao titan hay zirconi se lam tang điem nong chay cua hop kim.
Cac hop kim plutoni-urani-titan va plutoni-urani-zirconi đa đuoc nghien cuu đe dung lam nhien lieu hat nhan. Viec them vao nguyen to thu 3 se lam tang kha nang chong an mon, giam tinh chay, va tang tinh deo, tinh keo soi, đo ben va su no vi nhiet. Plutoni-urani-molybden co kha nang chong an mon tot nhat, vi no tao thanh mot lop oxide mong bao ve, nhung voi titan va zirconi thi chi co tac dung ve mat vat ly.
Hop kim thori-urani-plutoni đa đuoc nghien cuu đe lam nhien lieu hat nhan cho cac lo phan ung tai sinh nhanh.


= Xuat hien =
Mot luong rat nho dang vet cua it nhat 2 đong vi plutoni (plutoni-239 va 244) co the đuoc tim thay trong tu nhien. Cac vet cua plutoni-239 chi chiem khoang vai ppt, va cac san pham phan ra cua no cung đuoc tim thay trong tu nhien o mot so mo urani, nhu trong "lo phan ung phan hach tu nhien" o Oklo, Gabon. Ty le plutoni-239/urani o urani Mo Cigar Lake dao đong trong khoang tu 2.4 × 10−12 đen 44 × 10−12. Tham chi mot luong nho hon cua plutoni-244 nguyen thuy co mat trong tu nhien do chung co chu ky ban ra tuong đoi cao khoang 80 trieu nam. Cac ham luong vet cua Pu-239 co nguon goc tu cac kieu sau: trong nhung truong hop hiem, U-238 trai qua phan hach tu phat, va trong qua trinh nay, hat nhan phat ra mot hoac hai neutron tu do cung voi đong nang. Khi mot trong cac neutron nay va cham vao nguyen tu U-238 khac, no bi thap thu tao ra U-239. Voi thoi gian ton tai kha ngan, U-239 phan ra thanh neptuni-239 (Np-239), va sau đo Np-239 phan ra thanh Pu-239.
Vi đong vi Pu-240 co thoi gian ton tai tuong đoi lau co mat trong chuoi phan ra cua plutoni-244, no cung co the co mat, mac du gap 10.000 lan nhung van hiem hon. Cuoi cung, mot luong cuc nho plutoni-238 tham gia vao phan ra beta kep cua urani-238 cuc ki hiem gap, đuoc tim thay trong cac mau urnai tu nhien.
Mot luong vet nho plutoni thuong đuoc tim thay trong co the con nguoi tu cac nguon trong cac vu thu hat nhan duoi nuoc va trong khi quyen va mot luong nho tu cac tai nan hat nhan lon. Hau het cac vu thu hat nhan duoi nuoc va trong khi quyen đa bi dung theo Hiep uoc Cam thu hat nhan nam 1963, trong đo, cac nuoc tham gia ky ket gom Hoa Ky, Vuong quoc Anh, Lien Xo, va cac nuoc khac. Viec thu vu khi hat nhan trong khi quyen đa đuoc tiep tuc o cac nuoc khong tham gia vao Hiep uoc tren nhu Trung Quoc (thu bom hat nhan tren sa mac Gobi nam 1964, thu bom hydro nam 1967, va cac thu nghiem sau đo), va Phap (thu trong thap nien 1980).
Plutoni-239 la đong vi doi dao nhat cua plutoni co kha nang dung đe che tao vu khi hat nhan va trong lo phan ung.
Cung co gia thuyet cho rang mot luong nho plutoni đuoc tao ra tu viec ban phat cac quang urani boi tia vu tru.


Lich su = Phat hien =
Enrico Fermi va nhom nha khoa hoc cua Đai hoc Rome đa thong bao rang ho phat hien ra nguyen to thu 94 nam 1934. Fermi goi nguyen to nay la hesperium va đa đe cap đen no trong Nobel Lecture cua ong nam 1938. Thuc su, mau đo la mot hon hop gom bari, krypton, va cac nguyen to khac, nhung đieu đo đa chua đuoc biet đen vao thoi điem đo do su phan hach hat nhan chua đuoc phat hien.

Plutoni (đac biet la plutoni-238) đa đuoc tao ra đau tien vao ngay 14 thang 12 nam 14, 1940, va đuoc xac đinh tinh chat hoa hoc vao ngay 23 thang 2 nam 1941, boi Dr. Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, J. W. Kennedy, and A. C. Wahl khi ho dung hat nhan deuteron ban pha urani trong may gia toc 60 inch (150 cm) o Đai hoc California, Berkeley. Trong thi nghiem nam 1940, neptuni-238 đa đuoc tao ra mot cach truc tiep tu viec ban pha nhung bi phan ra phat ra tia beta 2 ngay sau đo, va tao ra nguyen to 94.
Mot bai bao ve viec phat hien nay đa đuoc nhom nghien cuu goi đen tap chi Physical Review vao thang 3 nam 1941. Bai bao đa đuoc rut lai truoc khi đuoc đang do ho phat hien rang mot đong vi cua nguyen to moi (plutoni-239) co the trai qua su phan hach hat nhan theo cach ma co the dung no lam bom hat nhan. Viec xuat ban đa đuoc tri hoan đen 1 nam sau khi ket thuc chien tranh the gioi thu 2 do van đe an ninh.
Edwin McMillan truoc đo đa đat ten cho nguyen to sieu urani đau tien theo ten hanh tinh Neptune va đa đe xuat rang nguyen to 94 tiep theo trong dai nay can đat theo ten hanh tinh tiep theo la Pluto. Seaborg ban đau du đinh đat ten nguyen to nay la "plutium", nhung sau đo ong nghi rang no nghe khong hay bang "plutonium." Ong chon ky hieu "Pu" nhu cach noi đua, ma khong can chu y vao bang tuan hoan. Cac ten thay the cung đa đuoc Seaborg va nhung nguoi khac xet đen nhu "ultimium" hay "extremium" do cac niem tin sai lam rang ho đa tim thay nguyen to co the cuoi cung va nang nhat trong bang tuan hoan.


= Nghien cuu thoi ky đau =
Tinh chat hoa hoc co ban cua plutoni đuoc phat hien la giong voi urani sau mot vai thang đau nghien cuu. Viec nghien cuu nguyen to nay thoi ky đau tien đa đuoc tien hanh tao phong thi nghiem Metallurgical bi mat thuoc Đai hoc Chicago. Vao ngay 18 thang 8 nam 1942, mot ham luong vet cua nguyen to nay đa đuoc co lap va đuoc đo đac lan đau tien. Khoang 50 microgram plutoni-239 cong voi urani va cac san pham phan hach đa đuoc tao ra va chi co khoang 1 microgram plutoni đa đuoc co lap. Cong đoan nay cho phep cac nha hoa hoc co the xac đinh khoi luong nguyen tu cua nguyen to moi.
Vao thang 11 nam 1943, mot luong plutoni trifluoride đa đuoc khu đe tao ra mau plutoni kim loai đau tien: chi mot vai microgram kim lai o dang hat. Mot luong vua đu plutoni đa đuoc tao ra bang phuong phap tong hop đe co the nhan thay bang mat thuong.
Cac tinh chat hat nhan cua plutoni-239 cung đa đuoc nghien cuu sau đo; cac nha nghien cuu phat hien rang khi mot neutron va cham vao no, no se tach ra (phan hach) bang cach giai phong cac neutron va nang luong. Cac neutron moi nay co the tuong tac voi cac nguyen tu plutoni-239 khac va qua trinh cu tiep tuc theo mot phan ung day chuyen nhanh theo ham mu. Qua trinh nay co the tao ra mot vu no đu lon đe pha huy mot thanh pho neu co đu đong vi đuoc co đong đe tao thanh mot khoi luong toi han.


= San xuat trong Du an Manhattan =
Trong suot chien tranh the gioi thu 2, chinh phu Hoa Ky đa tien hanh mot du an che tao bom nguyen tu mang ten Du an Manhattan (Manhattan Project). Ba vi tri san xuat va nghien cuu co ban cua du an la nha may san xuat plutoni o noi ma ngay nay la Hanford Site, cac co so lam giau urani o Oak Ridge, Tennessee, va phong thi nghiem thiet ke va nghien cuu vu khi, ngay nay la Phong thi nghiem Los Alamos.

Lo phan ung san xuat đau tien tao ra plutoni-239 la lo phan ung than chi X-10. No đa đuoc xay dung nam 1943 o co so Oak Ridge ma sau đo tro thanh Phong thi nghiem Oak Ridge.
Ngay 5 thang 4 nam 1944, Emilio Segre o Los Alamos nhan đuoc mau plutoni đuoc tao ra trong lo phan ung o Oak Ridge. Chi trong vong vai chuc ngay sau, ong phat hien ra rang plutoni tu lo phan ung co nong đo cao hon đong vi plutoni-240 đuoc tao ra tu may gia toc. Plutoni-240 co toc đo phan hach tu phat cao, lam tang luong neutron co ban cua mau plutoni. Vu khi plutoni loai sung đuoc đat ten theo ma la "Thin Man", phai bi huy bo do so luong cac neutron sinh ra tu qua trinh phan hach tu phat tang cao.
Toan bo thiet ke vu khi plutoni o Los Alamos đa đuoc thay đoi nhanh chong sau đo đe tao ra mot mau co kha nang no phuc tap hon mang ten "Fat Man". La vu khi no nen mot chat ran plutoni hinh cau đa đuoc nen chat voi mat đo cao voi cac thau kinh no, nhung can thiet đe dung plutoni cho muc đich lam vu khi.
Viec xay dung lo phan ung B o Hanford, mot lo phan ung hat nhan kich thuoc cong nghiep đau tien phuc vu viec san xuat vat lieu, đa đuoc hoan thanh vao thang 3 nam 1945. Lo phan ung B tao ra vat lieu co kha nang phan hach cho cac vu khi plutoni đuoc su dung trong suot chien tranh the gioi thu 2. B, D va F la nhung lo phan ung đau tien đuoc xay dung o Hanford, va sau lo phan ung san xuat plutoni đa đuoc xay them sau đo cung tai vi tri nay.
Nam 2004, mot hom an toan đuoc phat hien trong khi khai quat mot mang bi chon vui o Hanford nuclear site. Ben trong no co nhieu vat gom chai thuy tinh lon chua xi mang mau trang loai nay sau đo đuoc xac đinh la mau plutoni cap vu khi co nhat con ton tai. Phan tich đong vi tai Phong thi nghiem Pacific Northwest cho thay rang plutoni trong chai đa đuoc san xuat trong lo X-10 tai Oak Ridge trong nam 1944.


= Bom Trinity va Fat Man =

Qua bom nguyen tu thu nghiem đau tien co ten goi la "Trinity", đuoc tien hanh ngay 16 thang 7 nam 1945 o gan Alamogordo, New Mexico, su dung plutoni lam nguyen lieu phan hach. Thiet ke no cua "the Gadget" su dung cac thau kinh no truyen thong đe nen mot hinh cau plutoni thanh mot khoi sieu toi han, đuoc ban pha neutron mot cach lien tuc tu "Urchin", mot nguon neutron đuoc lam tu poloni va berylli. Khi đi cung nhau, chung đam bao rang mot phan ung chuoi va vu no xay ra va vu no xay ra. Khoi luong cua vu khi nang hon 4 tan, mac du nguoi ta chi dung 6,2 kg plutoni trong loi. Khoang 20% plutoni đuoc dung trong vu khi Trinity đa trai qua qua trinh phan hach đe tao ra vu no tuong đuong khoang 20.000 tan TNT.
Mot thiet ke giong het đuoc su dung trong qua bom "Fat Man" đa tha xuong Nagasaki, Nhat Ban, vao ngay 9 thang 8 nam 1945, lam chet 70.000 nguoi va lam bi thuong 100,000. Qua bom "Little Boy" tha xuong Hiroshima 3 ngay truoc đo đa su dung urani-235 chu khong phai plutoni.


= Su dung trong chien tranh Lanh va tro thanh chat thai =
Cac kho du tru plutoni cap vu khi lon đuoc ca Lien Xo va Hoa Ky xay dung trong thoi ky chien tranh Lanh. Cac lo phan ung hat nhan cua Hoa Ky o Hanford va Savannah River Site mien nam Carolina đa san xuat ra 103 tan, va uoc tinh co 170 tan đa đuoc san xuat o Nga. Moi nam co khoang 20 tan nguyen to nay đuoc san xuat đeu đeu o dang san pham phu cua nganh cong nghiep đien hat nhan. Co khoang 1000 tan plutoni co the đuoc du tru voi hon 200 tan đuoc lay ra tu cac vu khi hat nhan.
SIPRI đa uoc tinh rang plutoni the gioi nam 2007 vao khoang 500 tan, phan đeu trong cac ung dung dan dung va vu khi.

Khi chien tranh Lanh ket thuc, cac kho vu khi nay tro thanh tam điem cua su pho bien hat nhan. O Hoa Ky, mot so plutoni đuoc lay ra tu cac vu khi hat nhan đa đuoc thao go va đuoc lam nong chay đe tao thanh nhung khuc thuy tinh plutoni oxide nang 2 tan. Thuy tinh nay đuoc lam thanh borosilicate đuoc tron voi cadmi va gadolini. Cac khuc nay đuoc bao boc trong thep khong gi va đuoc tru cac nhieu cang tot o đo sau 4 km duoi long đat trong cac lo khoan va se đuoc lap bang be tong. Cho đen nam 2008, chi co co so o Hoa Ky đa len ke hoach luu tru plutoni theo cach nay tai khu chua chat thai hat nhan nui Yucca, nam cach Las Vegas, Nevada khoang 100 dam (160 km) ve phia đong bac.


= Thi nghiem y hoc =

Trong va sau khi ket thuc chien tranh the gioi thu 2, cac nha khoa hoc lam viec trong du an Manhattan va cac du an nghien cuu cac vu khi hat nhan khac đa tien hanh nghien cuu nhung anh huong cua plutoni tren cac đong vat trong phong thi nghiem va tren con nguoi. Cac nghien cuu tren đong vat cho thay rang vai gram plutoni/1 kg mo la mot lieu gay chet.
Trong truong hop tren con nguoi, đieu nay lien quan đen viec bom mot dung dich chua 5 microgram (điem hinh) tren cac benh nhan o benh vien đuoc cho la hoac benh nhan đa vao giai đoan cuoi cua đot đieu tri hoac co thoi gian song con lai duoi 10 nam tuy thuoc vao tuoi hoac tinh trang benh man tinh. Lieu tiem nay giam 1 microgram vao thang 7 nam 1945 sau khi cac nghien cuu tren đong vat cho thay rang cach plutoni phan bo trong xuong nguy hiem hon so voi radi.
Đa co 18 thu nghiem tren nguoi đuoc tien hanh voi plutoni ma khong co viec thong bao chap thuan cua đoi tuong. Cac thu nghiem đa đuoc su dung đe tao ra cac cong cu chan đoan nhu đe xac đinh muc đo hap thu plutoni trong co the nguoi va cung nham đe phat trien cac tieu chuan an toan khi lam viec voi plutoni.
Van đe nay ngay nay đuoc xem la vi pham nghiem trong y đuc va Hippocratic Oath. More sympathetic commentators have noted that while it was definitely a breach in trust and ethics, "the effects of the plutonium injections were not as damaging to the subjects as the early news stories painted, nor were they so inconsequential as many scientists, then and now, believe."


Ung dung = Nhien lieu oxide hon hop =

Nhien lieu hat nhan đa su dung tu cac lo phan ung nuoc nhe chua Plutoni o dang hon hop gom plutoni-242, 240, 239 va 238. Hon hop nay khong đuoc lam giau mot cach đay đu đe dung cho cac vu khi hat nhan, nhung no co the đuoc su dung lam nhien lieu MOX. Bat giu neutron ngau nhien lam cho mot luong plutoni-242 va 240 tang theo thoi gian Plutoni bi chieu xa trong lo phan ung boi cac neutron "nhiet" toc đo cham, vi the sau chu ky thu 2, Plutoni chi co the đuoc tieu thu boi cac lo phan ung neutron nhanh. Neu cac lo phan ung neutron nhanh khong co, luong Plutoni du thuong se bi loai bo, va tro thanh mot loai chat thai hat nhan co thanh to ton tai lau trong moi truong. Viec mong muon tieu thu loai plutoni nay va cac nhieu lieu sieu urani khac va lam giam luong phong xa trong chat thai la mot trong nhung ly do khien nguoi ta phat trien cac lo phan ung neutron nhanh.
Cong nghe hoa hoc pho bien nhat dung đe tai xu ly nhien lieu hat nhan đa qua su dung đe tach plutoni va urani co the đuoc su dung đe tao ra mot oxide hon hop la "nhien lieu MOX" cho mot so lo phan ung hat nhan. Plutonii cap vu khi co the can đuoc cho them vao hon hop nhieu lieu nay. Nhien lieu MOX đuoc dung trong cac lo phan ung nuoc nhe va chiem khoang 60 kg plutoni tren 1 tan nhien lieu; sau 4 nam, 3/4 luong plutoni bi tieu thu (chuyen thanh cac nguyen to khac). Cac lo phan ung tai sinh đuoc thiet ke đac biet đe tao ra vat lieu phan hach nhieu hon luong chung tieu thu.
Nhien lieu MOX đa đuoc su dung tu thap nien 1980 va hien nay đuoc su dung rong khap o chau Au. Thang 9 nam 2000, Hoa Ky va Nga ky ket mot thoa thuan ve loai bo va quan ly plutoni, theo đo, moi ben đong y loai bo 34 tan plutoni cap vu khi. Bo Nang luong Hoa Ky len ke hoach loai bo 34 tan plutoni cap vu khi o Hoa Ky vao cuoi nam 2019 bang cach chuyen plutoni thanh nhien lieu MOX dung cho cac lo phan ung hat nhan thuong mai.
Nhien lieu MOX nang cao tong luong đot chay. Mot thanh nhien lieu sau 3 nam su dung đuoc tai xu ly đe loai bo cac san pham thai, chung chiem khoang 3% tong khoi luong cac thanh nhien lieu. Bat ky đong vi urani hay plutoni đuoc tao ra trong thoi gian 3 nam nay đeu đuoc loai bo va thanh nhien lieu đuoc đua tro lai lo phan ung. Khi galli chiem 1% ve khoi luong trong cac hop kim plutoni cap vu khi thi no co kha nang gay can tro viec van hanh lau dai cac lo phan ung nuoc nhe.
Plutoni đuoc thu hoi tu cac nhien lieu lo phan ung hat nhan đa qua su dung đat ra mot moi nguy hiem pho bien vu khi hat nhan o muc it hon, vi su o nhiem nhieu hon voi cac đong vi khong phan hach nhu plutoni-240 va plutoni-242. Viec tach cac đong vi nay la khong kha thi. Mot lo phan ung chuyen dung van hanh dua tren viec đot nhien lieu o muc rat thap nhin chung can phai tao ra vat lieu thich hop cho viec su dung chung co hieu qua trong cac vu khi hat nhan. Trong khi plutoni cap vu khi đuoc đinh nghia la co chua it nhat 92% plutoni-239, thi Hoa Ky đa quan ly đe lam thiet bi no duoi 20Kt (kilo tan) dung plutoni đuoc tin la chi chua khoang 85% plutoni-239, con đuoc goi la plutoni 'cap nhien lieu'. Plutoni 'cap lo phan ung' đuoc tao ra tu chu trinh đot trong lo phan ung nuoc nhe thong thuong chua luong Pu-239 it hon 60%, voi parasitic Pu-240/Pu-242 len toi 30%, va 10-15% Pu-241 co kha nang phan hach. Nguoi ra khong ro lieu mot thiet bi su dung plutoni đuoc tao ra tu cac chat thai hat nhan dan dung đuoc tai xu ly co the no đuoc khong, tuy nhien, cac thiet bi nay co the tao ra cac tieng xeo xeo theo gia thuyet va phat tan cac vat lieu phong xa tren pham vi rong. IAEA phan loai mot cach than trong plutoni cua tat ca vectors đong vi nhu vat lieu "su dung truc tiep", đo la, "vat lieu hat nhan co the đuoc su dung cho viec che tao cac chat no hat nhan khong bao gom cac thanh phan bien to hay lam giau sau đo".
241Am gan đay đa đuoc đe nghi dung lam chat bien tinh trong cac thanh nhien lieu hat nhan dung plutoni nham han che kha nang phat tan hat nhan cua no.


Xem them Ky thuat hat nhan
Chu trinh nhien lieu hat nhan
Vat ly hat nhan


Ghi chu Tham khao Tai lieu CRC contributors (2006). David R. Lide (bien tap). Handbook of Chemistry and Physics (an ban thu 87). Boca Raton (FL): CRC Press, Taylor & Francis Group. ISBN 0-8493-0487-3. {{Chu thich sach}}: |author= co ten chung (tro giup)
Emsley, John (2001). "Plutonium". Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford (UK): Oxford University Press. tr. 324–329. ISBN 0-19-850340-7.{{Chu thich sach}}:  Quan ly CS1: ref trung mac đinh (lien ket)
Greenwood, N. N. (1997). Chemistry of the Elements. Earnshaw, A. (an ban thu 2). Oxford (UK): Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.{{Chu thich sach}}:  Quan ly CS1: ref trung mac đinh (lien ket)
Heiserman, David L. (1992). "Element 94: Plutonium". Exploring Chemical Elements and their Compounds. New York (NY): TAB Books. tr. 337–340. ISBN 0-8306-3018-X.{{Chu thich sach}}:  Quan ly CS1: ref trung mac đinh (lien ket)
Miner, William N. (1968). "Plutonium". Trong Clifford A. Hampel (bien tap). The Encyclopedia of the Chemical Elements. Schonfeld, Fred W. New York (NY): Reinhold Book Corporation. tr. 540–546. LCCN 68-29938.{{Chu thich sach}}:  Quan ly CS1: ref trung mac đinh (lien ket)
Stwertka, Albert (1998). "Plutonium". Guide to the Elements . Oxford (UK): Oxford University Press. ISBN 0-19-508083-1.{{Chu thich sach}}:  Quan ly CS1: ref trung mac đinh (lien ket)


Lien ket ngoai Sutcliffe, W.G. (1995). "A Perspective on the Dangers of Plutonium". Lawrence Livermore National Laboratory. Ban goc luu tru ngay 29 thang 9 nam 2006. Truy cap ngay 23 thang 4 nam 2011.
Johnson, C.M. (1997). "Nuclear Weapons: Disposal Options for Surplus Weapons-Usable Plutonium". CRS Report for Congress # 97-564 ENR. Davis, Z.S. Truy cap ngay 15 thang 2 nam 2009.
IEER contributors (2005). "Physical, Nuclear, and Chemical, Properties of Plutonium". IEER. Truy cap ngay 15 thang 2 nam 2009. {{Chu thich web}}: |author= co ten chung (tro giup)
Bhadeshia, H. "Plutonium crystallography".
Samuels, D. (2005). "End of the Plutonium Age". Discover Magazine. Quyen 26 so 11.
Pike, J. (2000). "Plutonium production". Sherman, R. Federation of American Scientists. Ban goc luu tru ngay 22 thang 8 nam 2011. Truy cap ngay 15 thang 2 nam 2009.
Nuclear Weapon Archive contributors. "Plutonium Manufacture and Fabrication". Nuclearweaponarchive.org. {{Chu thich web}}: |author= co ten chung (tro giup)
Ong, C. (1999). "World Plutonium Inventories". Nuclear Files.org. Ban goc luu tru ngay 21 thang 6 nam 2011. Truy cap ngay 15 thang 2 nam 2009.
LANL contributors (2000). "Challenges in Plutonium Science". Los Alamos Science. Quyen I & II so 26. Truy cap ngay 15 thang 2 nam 2009. {{Chu thich tap chi}}: |author= co ten chung (tro giup)
NLM contributors. "Plutonium, Radioactive". NLM Hazardous Substances Databank. Truy cap ngay 15 thang 2 nam 2009. {{Chu thich web}}: |author= co ten chung (tro giup)
Alsos contributors. "Annotated Bibliography on plutonium". Alsos Digital Library for Nuclear Issues. Ban goc luu tru ngay 3 thang 2 nam 2009. Truy cap ngay 15 thang 2 nam 2009. {{Chu thich web}}: |author= co ten chung (tro giup)
Chemistry in its element podcast (MP3) from the Royal Society of Chemistry's Chemistry World: Plutonium