Plutonium
Edwin McMillan yang sebelumnya telah menamai unsur transuranium pertama dengan nama neptunium (berasal dari nama planet "Neptunus") mengajukan bahwa unsur 94, sebagai unsur transuranium kedua, dinamakan dari planet "Pluto". Seaborg pada awalnya mempertimbangkan nama "plutium", namun kemudian merasa bahwa nama tersebut tidak sebagus "plutonium". Pemilihan simbol "Pu" oleh Seaborg pada
awalnya hanyalah sebagai lelucon, namun ternyata simbol tersebut kemudian tanpa disadari telah terdaftar ke dalam tabel periodik. Nama-nama alternatif lainnya yang pernah Seaborg dan ilmuwan lainnya pertimbangkan adalah "ultimum" ataupun "extremium" karena terdapat kepercayaan bahwa mereka telah menemukan unsur terakhir pada tabel periodik.
Sifat-sifat kimiawi plutonium ditemukan mirip dengan uranium setelah dilakukan kajian awal selama beberapa bulan. Penelitian kemudian dilanjutkan di laboratorium rahasia di Universitas Chicago. Pada 18 Agustus 1942, sejumlah kecil unsur ini diisolasi dan diukur untuk pertama kalinya. Sekitar 50 mikrogram plutonium-239 beserta uranium dan produk fisi diproduksi, namun hanya 1 mikrogram yang diisolasi. Prosedur ini mengizinkan para kimiawan menentukan massa atom unsur baru ini.
Pada November 1943, beberapa plutonium trifluorida berhasil direduksi dan menghasilkan sampel logam plutonium yang pertama. Plutonium yang dihasilkan cukup banyak dan membuat plutonium sebagai unsur pertama yang dihasilkan secara sintetik yang dapat dilihat dengan mata telanjang.
Sifat-sifat nuklir plutonium-239 juga dikaji; para peneliti menemukan bahwa ketika ia ditembakkan dengan neutron, ia akan memecah (fisi) dan melepaskan lebih banyak neutron dan energi. Neutron-neutron ini kemudian dapat menghantam atom plutonium-239 lainnya, dan mengakibatkan reaksi berantai yang meningkat secara eksponensial. Reaksi berantai ini dapat mengakibatkan ledakan yang cukup besar
untuk menghancurkan sebuah kota apabila isotop dalam jumlah yang cukup dikonsentrasikan dan mencapai massa kritis.
Semasa Perang Dunia II, pemerintah AS mencanangkan Proyek Manhattan yang ditugaskan untuk mengembangkan bom atom. Tiga tempat riset dan produksi utama proyek ini adalah fasilitas produksi plutonium Hanford Site, fasilitas pengayaan uranium di Oak Ridge, Tennessee, dan laboratorium riset dan desain senjata yang sekarang ini dikenal sebagai Laboratorium Nasional Los Alamos.
Reaktor produksi pertama yang memproduksi plutonium-239 adalah Reactor Grafit X-10. Ia mulai bekerja pada tahun 1943 dan dibangun di sebuah fasilitas di Oak Ridge yang kemudian menjadi Laboratorium Nasional Oak Ridge.
Pada 5 April 1944, Emilio Segrè yang berada di Los Alamos menerima sampel pertama plutonium yang dihasilkan oleh reaktor di Oak Ridge. Dalam waktu sepuluh hari, ia menemukan bahwa plutonium yang dihasilkan itu memiliki konsentrasi isotop Pu-240 yang lebih tinggi daripada plutonium yang dihasilkan dari siklotron. Pu-240 memiliki laju fisi spontan yang tinggi dan akan meningkatkan tingkat neutron latar sampel
plutonium. Desain senjata plutonium awal yang diberi kode nama "Thin Man" terpaksa dibatalkan karena peningkatan jumlah neutron spontan akan meningkatkan probabilitas terjadinya pra-detonasi.
Desain senjata plutonium yang dikerjakan di Los Alamos kemudian diubah menjadi bentuk implosi yang lebih rumit, diberi kode nama "Fat Man." Senjata implosi ("implosion") ini memiliki desain plutonium berbentuk bola padat yang dikompres menjadi bertekanan tinggi dengan lensa yang mudah meledak.
Konstruksi reaktor B Hanford, reaktor nuklir berskala industri yang pertama, diselesaikan pada Maret 1945. Reaktor B memproduksi bahan fisil yang digunakan untuk senjata plutonium yang digunakan semasa Perang Dunia II.
Uji bom atom pertama, diberi kode nama "Trinity" dan didetonasi pada 16 Juli 1945 dekat Alamogordo, New Mexico, menggunakan plutonium sebagai bahan fisilnya. Desain implosi senjata ini menggunakan lensa-lensa peledak yang digunakan untuk mengompres bola plutonium agar mencapai massa superkritis. Bola plutonium tersebut kemudian dihujani neutron yang dihasilkan oleh inisiator yang dibuat
dari berilium dan polonium. Dengan demikian, ia akan menjamin terjadinya reaksi berantai dan ledakan. Keseluruhan senjata ini memiliki berat lebih dari 4 ton, walaupun plutonium yang digunakan pada inti senjata hanyalah seberat 6.2 kg. Sekitar 20% plutonium yang digunakan dalam senjata Trinity menjalani fisi, menghasilkan ledakan dengan energi setara dengan kira-kira 20000 ton TNT.
Desain identik yang digunakan pada bom atom "Fat Man" dijatuhkan ke Nagasaki, Jepang pada 9 Agustus 1945, menewaskan 70000 orang dan mencederai 100000 lainnya. Bom "Little Boy" yang dijatuhkan ke Hiroshima tiga hari sebelumnya menggunakan uranium-235, dan bukannya plutonium. Jepang menyerah tanpa syarat pada 15 Agustus, secara efektif mengakhiri perang. Hanya setelah pengumuman bom atom pertama inilah keberadaan unsur plutonium diberitakan kepada publik.
Sejumlah besar timbunan plutonium tingkat senjata diproduksi oleh Uni Soviet dan Amerika Serikat selama Perang Dingin. Reaktor-reaktor milik Amerika Serikat di Hanford dan Savannah River Site di Carolina Selatan memproduksi 103 ton plutonium, dan diperkirakan 170 ton lainnya diproduksi di Rusia. Setiap tahun, sekitar 20 ton unsur ini masih diproduksi sebagai produk samping industri tenaga nuklir. Sebanyak 1000 ton
plutonium masih dalam penyimpanan, dengan 200 ton di antaranya berada di dalam atau diekstraksi dari senjata nuklir. Sejak berakhirnya Perang Dunia, timbunan plutonium ini telah menjadi fokus utama proliferasi nuklir. Di Amerika Serikat, beberapa plutonium yang diekstraksi dari senjata nuklir yang telah dibongkar dilebur menjadi dalam bentuk gelondongan gelas plutonium oksida
seberat dua ton. Gelas ini dibuat dari borosilikat yang dicampur dengan kadmium dan gadolinium. Gelondongan-gelodongan ini direncanakan ditutup dengan baja dan di simpan di lubang bawah tanah sejauh 4 km yang ditopang oleh beton. Sampai dengan tahun 2008, hanya tempat penyimpanan limbah nuklir Gunung Yucca yang dijadwalkan untuk menyimpan plutonium dengan cara demikian. Berbagai penentangan terhadap rencana ini telah menunda usaha penyimpanan limbah nuklir di Gunung Yucca ini.
Semasa dan setelah berakhirnya Perang Dunia II, para ilmuwan yang terlibat dalam Proyek Manhattan dan proyek-proyek riset senjata nuklir lainnya melakukan berbagai kajian pada efek plutonium terhadap hewan dan manusia. Pada kajian hewan, ditemukan bahwa beberapa miligram plutonium per kilogram jaringan tubuh merupakan dosis yang mematikan.
Sedangkan pada kasus percobaan pada manusia, disuntikkan larutan yang mengandung lima mikrogram plutonium ke tubuh pasien rumah sakit yang telah menderita sakit parah ataupun yang memiliki tingkat harapan hidup yang lebih kecil dari sepuluh tahun baik oleh karena usia maupun kondisi penyakit yang kronis. Kadar suntikan ini diturunkan menjadi satu mikrogram pada Juli 1945
setelah dari data percobaan hewan, ditemukan bahwa cara plutonium mendistribusikan dirinya pada tulang ternyata lebih berbahaya daripada radium.
Delapan belas subjek percobaan manusia disuntikkan plutonium tanpa sepengetahuan mereka. Percobaan ini dilakukan untuk mengembangkan alat diagnostik yang dapat menentukan kadar penyerapan plutonium dalam tubuh, sehingga dapat dikembangkan sebuah standar keamaan pekerjaan yang melibatkan plutonium.
Pada zaman sekarang, percobaan pada manusia ini dianggap sebagai pelanggaran kode etik kedokteran dan sumpah Hippokrates yang serius.
Oleh karena kemudahan isotop Pu-239 menjalani fisi dan ketersediaannya, ia merupakan komponen fisil utama dalam pembuatan senjata nuklir. Dengan membungkus bola plutonium padat dengan pemadat (lapisan tambahan yang dibuat dari bahan-bahan padat) akan menurunkan jumlah plutonium yang diperlukan untuk mencapai massa kritis dengan memantulkan kembali neutron yang lolos kembali ke inti