ピット (核兵器)
プルトニウムガリウム合金などの金属相プルトニウムは主に腐食と自己照射により劣化していく。
プルトニウムは化学的に反応性が高いが、乾燥空気中では表面に二酸化プルトニウムの不動態層を作るため、腐食速度は年間 200 nm 程度になる。しかし、湿った空気中では不動態層が侵されて室温での腐食速度は200倍(0.04mm/年)、100°Cでは10万倍(20mm/年)にもなる。プルトニウムは水から酸素を奪って酸化し、放出された水素を吸着したり水素化プルトニウムを生成する。水素化プルトニウムの相は20cm/時もの速度で成長し、薄い外殻はたちまち腐食してしまう。水の存在により、二酸化プルトニウムは非化学量論的酸化物(最大で PuO2.26)を生成する。プルトニウムの小片は自己発火性があるが、これは三酸化二プルトニウム(Pu2O3)の層が速やかに酸化されて二酸化プルトニウムとなり、このとき発生する熱によって熱容量の小さい小片は簡単に発火点(約 500 °C)に達するためである。
自己照射はプルトニウムのアルファ崩壊により起こる。プルトニウム239はアルファ崩壊によりアルファ粒子(すなわちヘリウム原子核)を放出してウラン235となる。 アルファ粒子は5MeVほどのエネルギーを持っており、結晶中を10 μmほど進んだ後、停止しところで周囲の原子から電子を奪ってヘリウム原子になる。また、不純物として含まれるプルトニウム241はベータ崩壊によりアメリシウム241となり、さらにアルファ崩壊によりネプツニウム237となる。
アルファ粒子は自らのエネルギーを電子に与えて止まるが、このとき熱が発生する。より重いウラン原子は約 85 keV のエネルギーを持つが、その 3/4 ほどのエネルギーによって結晶格子内で 12 nm ほど弾き出される。
タンパーとピットの間に空間を設けると、衝撃波がピットに達する前に速やかに加速されるため爆縮の効率が高まることが知られている。これは浮上型ピット(levitated-pit)と呼ばれており、1948年にファットマン型の原爆 Mark 4 で試されたが、すぐに中空ピットが開発されて時代遅れになってしまった。
浮上ピットを用いた初期の核兵器ではピットが取り外し可能になっていて、開放ピット("open pit")と呼ばれていた。ピットは本体とは別に、鳥かご("birdcage")と呼ばれる特別な容器に格納されていた。
プルトニウムを鋳造し、さらに機械加工するのは困難である。これは毒性・放射性のためだけではなく、多様な同素体を持ち容易に相転移してしまうためである。プルトニウム塊を冷やすと相転移により歪が生じ、ひび割れてしまう。この歪はモル濃度 3-3.5%(重量パーセント濃度では0.9-1.0%)のガリウムを添加してプルトニウムガリウム合金とすることで防ぐことができる。プルトニウムガリウム合金は広い温度範囲でδ相をとり安定である。溶融状態から冷却固化させたとき、プルトニウムは4回相転移するのに対してプルトニウムガリウム合金はε相からδ相に1回相転移するだけであり、取り扱いが容易になる。+3価をとる他の金属も利用できる可能性があるが、ガリウムは中性子吸収断面積が小さく、プルトニウムの腐食を防ぐ効果があるため非常に都合がよい。
放射線識別システムは核兵器査察のための手法の一つであり、核兵器の出自と状態を検証して核兵器を確実に識別できる。さまざまな物理的手法が用いられるが、たとえば高分解能ゲルマニウム検出器を用いたガンマ線分光法では、酸素17の第一励起状態を示す 870.7 keV のガンマ線を検出することにより、試料中に二酸化プルトニウムが含まれることを証明できる。プルトニウムの生産時期はプルトニウム241または娘核種のアメリシウム241の存在比を測定することで明らかにできる。しかし、受動的ガンマ線測定法は国際的な核兵器査察において論争の原因となり得る。なぜなら、各国で軍事機密として扱われているプルトニウムの同位体比などの核材料の特性が明らかにされてしまうからである。
1954年から1989年にかけて、アメリカの核兵器ピットはロッキーフラッツ工場で生産されていたが、安全上の理由により閉鎖された。アメリカ合衆国エネルギー省は同地でのピット生産再開を試みたが、何度も失敗している。結局、エネルギー省は1993年にベリリウムの生産を、1996年にピットの生産を、ロッキーフラッツ工場からロスアラモス国立研究所に移転させた。