Isotop plutonium
Produksi dan kegunaan

238Pu biasanya tidak diproduksi dalam jumlah besar oleh siklus bahan bakar nuklir, tetapi beberapa darinya dihasilkan dari 237Np dengan penangkapan neutron (reaksi ini juga dapat digunakan dengan neptunium murni untuk menghasilkan 238Pu yang relatif bebas dari isotop plutonium lain untuk digunakan dalam generator termoelektrik radioisotop), dengan reaksi (n,2n) neutron cepat pada 239Pu, atau peluruhan alfa dari 242Cm, yang dihasilkan oleh penangkapan neutron dari 241Am. Ia memiliki penampang neutron termal yang signifikan untuk fisi, tetapi lebih mungkin untuk menangkap neutron dan menjadi 239Pu.
239Pu, sebuah isotop fisil yang merupakan bahan bakar nuklir yang paling banyak digunakan kedua dalam reaktor nuklir setelah 235U, dan bahan bakar yang paling banyak digunakan dalam bagian fisi dari senjata nuklir, dihasilkan dari 238U dengan penangkapan neutron dan diikuti oleh dua peluruhan beta.
240Pu, 241Pu, dan 242Pu diproduksi dengan penangkapan neutron lebih lanjut. Isotop bermassa ganjil, 239Pu dan 241Pu, memiliki sekitar 34 peluang untuk mengalami fisi saat menangkap neutron termal dan sekitar 14 peluang untuk mempertahankan neutron dan menjadi isotop berikutnya yang lebih berat. Isotop bermassa genap adalah bahan yang subur tetapi tidak fisil dan juga memiliki probabilitas keseluruhan (penampang lintang) yang lebih rendah dari penangkapan neutron; oleh karena itu, mereka cenderung terakumulasi dalam bahan bakar nuklir yang digunakan dalam reaktor termal, desain dari hampir semua pembangkit listrik tenaga nuklir saat ini. Dalam plutonium yang telah digunakan untuk kedua kalinya dalam reaktor termal dalam bahan bakar MOX, 240Pu bahkan mungkin merupakan isotop yang paling umum. Semua isotop plutonium dan aktinida lainnya, bagaimanapun, dapat dibelah dengan neutron cepat. 240Pu memang memiliki penampang penyerapan neutron termal sedang, sehingga produksi 241Pu dalam reaktor termal menjadi fraksi yang signifikan sebesar produksi 239Pu.
241Pu memiliki waktu paruh 14 tahun, dan memiliki penampang neutron termal yang sedikit lebih tinggi daripada 239Pu for both fission and absorption. untuk fisi dan penyerapan. Walaupun bahan bakar nuklir digunakan dalam reaktor, inti 241Pu lebih mungkin untuk membelah atau menangkap neutron daripada meluruh. 241Pu menyumbang proporsi fisi yang signifikan dalam bahan bakar reaktor termal yang telah digunakan selama beberapa waktu. Namun, dalam bahan bakar nuklir bekas yang tidak cepat mengalami pemrosesan ulang nuklir tetapi didinginkan selama bertahun-tahun setelah digunakan, banyak atau sebagian besar dari 241Pu akan meluruh melalui peluruhan beta menjadi 241Am, salah satu aktinida minor, sebuah pemancar alfa yang kuat, dan sulit untuk digunakan dalam reaktor termal.
242Pu memiliki penampang yang sangat rendah untuk penangkapan neutron termal; dan dibutuhkan tiga penyerapan neutron untuk menjadi isotop fisil lain (245Cm atau 241Pu) dan fisi. Meski begitu, ada kemungkinan salah satu dari kedua isotop fisil itu akan gagal membelah tetapi malah menyerap neutron keempat, menjadi 246Cm (dalam perjalanannya menjadi aktinida yang lebih berat seperti kalifornium, yang merupakan pemancar neutron dengan fisi spontan dan sulit untuk ditangani) atau menjadi 242Pu lagi; sehingga jumlah rata-rata neutron yang diserap sebelum fisi bahkan lebih tinggi dari 3. Oleh karena itu, 242Pu sangat tidak cocok untuk didaur ulang dalam reaktor termal dan akan lebih baik digunakan dalam reaktor cepat yang dapat langsung dipecah. Namun, penampang 242Pu yang rendah berarti bahwa relatif sedikit yang akan ditransmutasikan selama satu siklus dalam reaktor termal. Waktu paruh 242Pu adalah sekitar 15 kali lebih lama daripada waktu paruh 239Pu; oleh karena itu, radioaktivitasnya hanya 115 dari radioaktivitas 239Pu dan bukan merupakan salah satu kontributor radioaktivitas limbah nuklir terbesar. Emisi sinar gama
242Pu juga lebih lemah daripada isotop lainnya.
243Pu memiliki waktu paruh hanya 5 jam, meluruh melalui peluruhan beta menjadi 243Am. Karena 243Pu memiliki sedikit kesempatan untuk menangkap neutron tambahan sebelum meluruh, siklus bahan bakar nuklirnya tidak menghasilkan 244Pu yang berumur panjang dalam jumlah yang signifikan.