プルトニウム239
中性子照射がごく短期間だった場合に限り、再処理を行うことで高純度のプルトニウム239を得ることができる。
プルトニウム239はウラン235よりも核分裂を起こしやすく、核分裂の際に放出する中性子も多いため、臨界量は小さくなる。純プルトニウム239の場合には中性子放出を伴う自発核分裂の確率が十分小さい(10分裂/秒-kg)ため、連鎖反応が始まる前に臨界量以上の質量を集め、組み立てることができる。
しかし、実際には、原子炉で生成されるプルトニウムにはプルトニウム239がさらに中性子を捕獲したプルトニウム240も含まれる。プルトニウム240は高い確率で自発核分裂(415,000分裂/秒-kg)を起こすため、好ましくない同位体である。プルトニウム240を多量に含むプルトニウムは強い中性子線を放つため取り扱いが困難なうえ、ほとんどの核物質が核分裂に寄与しないまま核兵器が破壊される不完全核爆発を起こすからである(ただし、現代の核兵器では中性子点火器を使用し、余剰中性子はブースト反応で供給するため、不完全核爆発は大きな問題とはならない)。このため、プルトニウムを用いた核兵器はガンバレル型ではなく爆縮レンズ型に限られる(米国でもガンバレル型はごく初期に原子炉級プルトニウムを用いた試作検討が行われただけである)。