प्लूटोनियम के समस्थानिक

प्लूटोनियम (94Pu) एक कृत्रिम तत्व है, यूरेनियम द्वारा न्यूट्रॉन ग्रहण से से उत्पन्न ट्रेस मात्रा को छोड़कर, और इस प्रकार एक मानक परमाणु भार नहीं दिया जा सकता है। सभी कृत्रिम तत्वों की तरह, इसका कोई स्थिर समस्थानिक नहीं है। यह प्रकृति में पाए जाने से बहुत पहले संश्लेषित किया गया था, पहला समस्‍थानिक 1940 में 238Pu संश्लेषित किया गया था। बीस प्लूटोनियम रेडियो समस्‍थानिक की विशेषता बताई गई है। सबसे स्थिर प्लूटोनियम -244 80.8 मिलियन वर्षों के अर्द्ध-आयु के साथ, प्लूटोनियम -242 373,300 वर्षों के अर्द्ध-आयु के साथ, और प्लूटोनियम -239 24,110 वर्षों के अर्द्ध-आयु के साथ हैं। शेष सभी रेडियोधर्मी समस्थानिकों का आधा जीवन 7,000 वर्ष से कम है। इस तत्व की आठ मेटा अवस्थाएँ भी हैं; सभी का अर्ध-जीवन एक सेकंड से भी कम है।

परमाणु भार में प्लूटोनियम के समस्थानिक 228.0387 u (228Pu) से 247.074 u (247Pu) तक होते हैं। सबसे स्थिर समस्‍थानिक, 244Pu, से पहले प्राथमिक क्षय मोड, सहज विखंडन और अल्फा उत्सर्जन हैं; प्राथमिक मोड के पश्चात बीटा उत्सर्जन है। 244Pu  से पहले के प्राथमिक क्षय उत्पादो यूरेनियम  और नेपच्यूनियम के समस्थानिक हैं (विखंडन उत्पादो पर विचार नहीं करते हैं), और प्राथमिक क्षय उत्पादों के पश्चात अमेरिका के समस्थानिक हैं।

समस्थानिकों की सूची

 * रोस्पैन = 2 |228Pu
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 134
 * रोस्पान=2|228.03874(3)
 * रोस्पैन = 2 |$1.1 s$
 * ए (99.9%)
 * 224U
 * रोस्पान=2|0+
 * रोस्पैन = 2 |
 * बीटा क्षय|β+ (.1%)
 * 228एनपी
 * 229Pu
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 94
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 135
 * 229.04015(6)
 * 120(50) एस
 * α
 * 225यू
 * 3/2+#
 * रोस्पैन = 2 |230पु
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 136
 * रोस्पैन=2|230.039650(16)
 * रोस्पैन=2|1.70(17) मिनट
 * α
 * 226यू
 * रोस्पान=2|0+
 * रोस्पैन = 2 |
 * बी+ (दुर्लभ)
 * 230एनपी
 * रोस्पैन = 2 |231पु
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 137
 * रोस्पैन=2|231.041101(28)
 * रोस्पैन=2|8.6(5) मिनट
 * β+
 * 231एनपी
 * रोस्पैन=2|3/2+#
 * रोस्पैन = 2 |
 * दुर्लभ)
 * 227यू
 * रोस्पैन = 2 |232पु
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 138
 * रोस्पैन=2|232.041187(19)
 * रोस्पैन=2|33.7(5) मिनट
 * इलेक्ट्रॉन ग्रहण (89%)
 * 232एनपी
 * रोस्पान=2|0+
 * रोस्पैन = 2 |
 * एक (11%)
 * 228यू
 * रोस्पैन = 2 |233पु
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 139
 * रोस्पैन=2|233.04300(5)
 * रोस्पैन=2|20.9(4) मिनट
 * β+ (99.88%)
 * 233एनपी
 * रोस्पैन=2|5/2+#
 * रोस्पैन = 2 |
 * एक (.12%)
 * 229यू
 * रोस्पैन = 2 |234पु
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 140
 * रोस्पैन=2|234.043317(7)
 * रोस्पान=2|8.8(1) एच
 * ईसी (94%)
 * 234एनपी
 * रोस्पान=2|0+
 * रोस्पैन = 2 |
 * एक (6%)
 * 230यू
 * रोस्पैन = 2 |235पु
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 141
 * रोस्पैन=2|235.045286(22)
 * रोस्पैन=2|25.3(5) मिनट
 * β+ (99.99%)
 * 235एनपी
 * रोस्पैन=2|(5/2+)
 * रोस्पैन = 2 |
 * ए (.0027%)
 * 231यू
 * रोस्पैन = 3 |236पु
 * रोस्पेन = 3 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 3 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 142
 * रोस्पैन=3|236.0460580(24)
 * रोस्पैन=3|2.858(8) y
 * α
 * 232यू
 * रोस्पान=3|0+
 * रोस्पैन = 3 |
 * सहज विखंडन (1.37×10−7%)
 * (विभिन्न)
 * क्लस्टर क्षय (2×10-12%)
 * 208पंजाब 28मिलीग्राम
 * रोस्पैन = 2 |237पु
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 143
 * रोस्पान=2|237.0484097(24)
 * रोस्पैन=2|45.2(1) डी
 * चुनाव आयोग
 * 237एनपी
 * रोस्पैन=2|7/2−
 * रोस्पैन = 2 |
 * एक (.0042%)
 * 233यू
 * शैली = टेक्स्ट-इंडेंट: 1em | 237m1पु
 * कोलस्पैन = 3 स्टाइल = टेक्स्ट-इंडेंट: 2em | 145.544(10)2 केवी
 * 180(20) मि.से
 * आइसोमेरिक संक्रमण
 * 237पु
 * 1/2+
 * शैली = टेक्स्ट-इंडेंट: 1em | 237m2पु
 * कोलस्पैन = 3 स्टाइल = टेक्स्ट-इंडेंट: 2em | 2900(250) केवी
 * 1.1(1) माइक्रोसे
 * रोस्पैन=4|प्लूटोनियम-238|238पु
 * रोस्पेन = 4 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 4 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 144
 * रोस्पान=4|238.0495599(20)
 * रोस्पैन=4|87.7(1) y
 * α
 * 234यू
 * रोस्पान=4|0+
 * रोस्पैन=4|ट्रेस
 * एसएफ (1.9×10−7%)
 * (विभिन्न)
 * सीडी (1.4×10-14%)
 * 206पारा 32सि
 * सीडी (6x10-15%)
 * 180यब 30मिलीग्राम 28मिलीग्राम
 * रोस्पैन=2|प्लूटोनियम-239|239पु
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 145
 * रोस्पान=2|239.0521634(20)
 * रोस्पैन=2|2.411(3)×10 4 व
 * ए
 * 235यू
 * रोस्पान=2|1/2+
 * रोस्पैन=2|ट्रेस
 * एसएफ (3.1×10-10%)
 * (विभिन्न)
 * शैली = टेक्स्ट-इंडेंट: 1em | 239m1पु
 * कोलस्पैन = 3 स्टाइल = टेक्स्ट-इंडेंट: 2em | 391.584(3) केवी
 * 193(4) एनएस
 * 7/2−
 * शैली = टेक्स्ट-इंडेंट: 1em | 239m2पु
 * कोलस्पैन = 3 स्टाइल = टेक्स्ट-इंडेंट: 2em | 3100(200) केवी
 * 7.5(10) माइक्रोसे
 * (5/2+)
 * रोस्पैन=3|प्लूटोनियम-240|240पु
 * रोस्पेन = 3 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 3 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 146
 * रोस्पान=3|240.0538135(20)
 * रोस्पैन=3|6.561(7)×10 3 व
 * ए
 * 236यू
 * रोस्पान=3|0+
 * रोस्पैन=3|ट्रेस
 * एसएफ (5.7×10−6%)
 * (विभिन्न)
 * सीडी (1.3×10-13%)
 * 206पारा 34अगर
 * रोस्पैन=3|प्लूटोनियम-241|241पु | रोस्पेन = 3 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 3 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 147
 * रोस्पान=3|241.0568515(20)
 * रोस्पैन=3|14.290(6) y
 * β- (99.99%)
 * 241 पूर्वाह्न
 * रोस्पैन=3|5/2+
 * रोस्पैन = 3 |
 * ए (.00245%)
 * 237यू
 * एसएफ (2.4×10-14%)
 * (विभिन्न)
 * शैली = टेक्स्ट-इंडेंट: 1em | 241m1पु
 * कोलस्पैन = 3 स्टाइल = टेक्स्ट-इंडेंट: 2em | 161.6(1) केवी
 * 0.88(5) माइक्रोसे
 * 1/2+
 * शैली = टेक्स्ट-इंडेंट: 1em | 241m2पु
 * कोलस्पैन = 3 स्टाइल = टेक्स्ट-इंडेंट: 2em | 2200(200) केवी
 * 21(3) माइक्रोसे
 * रोस्पैन=2|प्लूटोनियम-242|242पु
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 148
 * रोस्पैन=2|242.0587426(20)
 * रोस्पैन=2|3.75(2)×105य
 * ए
 * 238यू
 * रोस्पान=2|0+
 * रोस्पैन = 2 |
 * एसएफ (5.5×10−4%)
 * (विभिन्न)
 * 243पु | शैली = पाठ-संरेखण: सही | 94
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 149
 * 243.062003(3)
 * 4.956(3) एच
 * β -
 * 243हूँ
 * 7/2+
 * शैली = टेक्स्ट-इंडेंट: 1em | 243मीपु
 * कोलस्पैन = 3 स्टाइल = टेक्स्ट-इंडेंट: 2em | 383.6(4) केवी
 * 330(30) एनएस
 * (1/2+)
 * रोस्पैन=3|प्लूटोनियम-244|244पु
 * रोस्पेन = 3 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 3 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 150
 * रोस्पैन=3|244.064204(5)
 * रोस्पैन=3|8.00(9)×10 7 व
 * ए (99.88%)
 * 240यू
 * रोस्पान=3|0+
 * रोस्पैन=3|ट्रेस
 * एस एफ (.123%)
 * (विभिन्न)
 * β−बी- (7.3×10−9%)
 * 244से.मी
 * 245पु
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 94
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 151
 * 245.067747(15)
 * 10.5(1) एच
 * β -
 * 245मेरे पास है
 * (9/2−)
 * 246पु
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 94
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 152
 * 246.070205(16)
 * 10.84(2) डी
 * β -
 * 246मीस
 * 0+
 * 247पु
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 94
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 153
 * 247.07407(32)#
 * 2.27(23) डी
 * β -
 * 247मेरे पास है
 * 1/2+#
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 2 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 148
 * रोस्पैन=2|242.0587426(20)
 * रोस्पैन=2|3.75(2)×105य
 * ए
 * 238यू
 * रोस्पान=2|0+
 * रोस्पैन = 2 |
 * एसएफ (5.5×10−4%)
 * (विभिन्न)
 * 243पु | शैली = पाठ-संरेखण: सही | 94
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 149
 * 243.062003(3)
 * 4.956(3) एच
 * β -
 * 243हूँ
 * 7/2+
 * शैली = टेक्स्ट-इंडेंट: 1em | 243मीपु
 * कोलस्पैन = 3 स्टाइल = टेक्स्ट-इंडेंट: 2em | 383.6(4) केवी
 * 330(30) एनएस
 * (1/2+)
 * रोस्पैन=3|प्लूटोनियम-244|244पु
 * रोस्पेन = 3 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 94
 * रोस्पेन = 3 शैली = पाठ-संरेखण: दायां | 150
 * रोस्पैन=3|244.064204(5)
 * रोस्पैन=3|8.00(9)×10 7 व
 * ए (99.88%)
 * 240यू
 * रोस्पान=3|0+
 * रोस्पैन=3|ट्रेस
 * एस एफ (.123%)
 * (विभिन्न)
 * β−बी- (7.3×10−9%)
 * 244से.मी
 * 245पु
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 94
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 151
 * 245.067747(15)
 * 10.5(1) एच
 * β -
 * 245मेरे पास है
 * (9/2−)
 * 246पु
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 94
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 152
 * 246.070205(16)
 * 10.84(2) डी
 * β -
 * 246मीस
 * 0+
 * 247पु
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 94
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 153
 * 247.07407(32)#
 * 2.27(23) डी
 * β -
 * 247मेरे पास है
 * 1/2+#
 * 246.070205(16)
 * 10.84(2) डी
 * β -
 * 246मीस
 * 0+
 * 247पु
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 94
 * शैली = पाठ-संरेखण: सही | 153
 * 247.07407(32)#
 * 2.27(23) डी
 * β -
 * 247मेरे पास है
 * 1/2+#
 * 247मेरे पास है
 * 1/2+#

उल्लेखनीय समस्थानिक

 * प्लूटोनियम -238 की अर्द्ध-आयु 87.74 वर्ष होती है और अल्फा कणों का उत्सर्जन करता है। रेडियोसमस्‍थानिक थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के लिए शुद्ध 238पु, जो कुछ अंतरिक्ष यान को नेप्टुनियम-237 पर न्यूट्रॉन ग्रहण द्वारा निर्मित किया जाता है, लेकिन खर्च किए गए परमाणु ईंधन से प्लूटोनियम में कुछ प्रतिशत 238पु, 237एनपी से उत्पन्न, 242सेमी, का अल्फा क्षय, या (एन,2एन) प्रतिक्रियाएँ हो सकती हैं।
 * प्लूटोनियम -239 वर्षों 24,100 के अर्ध-आयु के साथ प्लूटोनियम का सबसे महत्वपूर्ण समस्थानिक है। 239पु और 241पु विखंडनीय हैं, जिसका अर्थ है कि उनके परमाणुओं के नाभिक धीमी गति से चलने वाले न्यूट्रॉन तापमान द्वारा बमबारी करके, ऊर्जा जारी करने, गामा विकिरण और अधिक न्यूट्रॉन विकिरण करके  परमाणु विखंडन कर सकते हैं। इसलिए यह परमाणु शृंखला प्रतिक्रिया को बनाए रख सकता है, जिससे परमाणु हथियारो और परमाणु रिएक्टरों में अनुप्रयोग हो सकते हैं। 239पु को परमाणु रिएक्टर में न्यूट्रॉन के साथ यूरेनियम-238 को विकिरणित करके संश्लेषित किया जाता है, फिर ईंधन के परमाणु पुनर्संसाधन के माध्यम से पुनर्प्राप्त किया जाता है। इसके अतिरिक्त न्यूट्रॉन ग्रहण क्रमिक रूप से भारी समस्थानिक उत्पन करता है।
 * प्लूटोनियम -240 में सहज विखंडन की उच्च दर होती है, जो प्लूटोनियम युक्त पृष्ठभूमि न्यूट्रॉन विकिरण को बढ़ाता है। प्लूटोनियम को 240पु: हथियार ग्रेड (<7%), ईंधन ग्रेड (7-19%) और रिएक्टर ग्रेड (> 19%) के अनुपात में वर्गीकृत किया गया है। निचले ग्रेड परमाणु हथियारों और तापीय रिएक्टरों के लिए कम अनुकूल हैं, लेकिन तेजी से रिएक्टरों को ईंधन दे सकते हैं।
 * प्लूटोनियम 241- विखंडनीय है, लेकिन बीटा 14 साल के आधे जीवन के साथ अमेरिकियम -241 में भी क्षय हो जाता है।
 * प्लूटोनियम -242 विखंडनीय नहीं है, बहुत उपजाऊ नहीं है (फटकर टुकड़े टुकड़े हो जाना योग्य बनने के लिए 3 और न्यूट्रॉन ग्रहण की आवश्यकता होती है), इसमें कम न्यूट्रॉन ग्रहण न्यूट्रॉन क्रॉस-सेक्शन होता है, और किसी भी हल्के समस्थानिक की तुलना में लंबा अर्ध-आयु होता है।
 * प्लूटोनियम -244 प्लूटोनियम का सबसे स्थिर समस्थानिक है, जिसकी अर्ध-आयु लगभग 80 मिलियन वर्ष है। यह परमाणु रिएक्टरों में महत्वपूर्ण रूप से उत्पादित नहीं होता है क्योंकि 243पु का आधा जीवन छोटा होता है, लेकिन कुछ परमाणु विस्फोटों में उत्पन्न होता है। प्लूटोनियम-244 इंटरस्टेलर स्पेस में पाया गया है और किसी भी गैर मौलिक विकिरण समस्थानिक की तुलना में सबसे लंबा अर्ध-आयु होता है।

उत्पादन और उपयोग
239Pu, एक विखंडनीय समस्‍थानिक है जो यूरेनियम-235 के पश्चात परमाणु रिएक्टरों में दूसरा सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला परमाणु ईंधन है, और परमाणु हथियारों के परमाणु विखंडन वाले भाग में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला ईंधन है, यूरेनियम -238 से न्यूट्रॉन ग्रहण द्वारा दो बीटा क्षय के पश्चात उत्पन्न होता है।

240Pu, 241Pu, और 242Pu आगे न्यूट्रॉन ग्रहण द्वारा निर्मित होते हैं। विषम-द्रव्यमान समस्थानिक 239पु और 241पु में तापीय [[न्यूट्रॉन]] पर कब्जा करने पर विखंडन से गुजरने का लगभग 3/4 मौका है और न्यूट्रॉन को बनाए रखने और अगला भारी समस्थानिक बनने का लगभग 1/4 मौका है। सम-द्रव्यमान समस्थानिक उर्वर सामग्री हैं, लेकिन विखंडनीय नहीं हैं और न्यूट्रॉन ग्रहण की कम समग्र संभावना (न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन की अवधारणा) भी है; इसलिए, वे तापीय रिएक्टर में उपयोग किए जाने वाले परमाणु ईंधन में जमा होते हैं, जो आज लगभग सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का डिज़ाइन है। MOX ईंधन में तापीय रिएक्टरों में दूसरी बार उपयोग किए गए प्लूटोनियम में, 240पु सबसे आम समस्थानिक भी हो सकता है। सभी प्लूटोनियम समस्थानिक और अन्य एक्टिनाइड्स, चूंकि, तेज न्यूट्रॉन के साथ विखंडनीय हैं। 240Pu में एक मध्यम तापीय न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन होता है, जिससे कि तापीय रिएक्टर में 241Pu उत्पादन 239Pu उत्पादन जितना बड़ा हो जाता है।

241पु की अर्ध-आयु 14 वर्ष है, और विखंडन और अवशोषण दोनों के लिए 239पु की तुलना में थोड़ा अधिक तापीय न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन है। जबकि एक रिएक्टर में परमाणु ईंधन का उपयोग किया जा रहा है, 241पु नाभिक के विखंडन या न्यूट्रॉन को क्षय करने की तुलना में अधिक होने की संभावना है। 241पु तापीय रिएक्टर ईंधन में विखंडन के एक महत्वपूर्ण अनुपात के लिए जिम्मेदार है जिसका उपयोग कुछ समय के लिए किया गया है। हालाँकि, खर्च किए गए परमाणु ईंधन में जो जल्दी से परमाणु पुनर्संसाधन से नहीं गुजरता है, बल्कि इसके अतिरिक्त उपयोग के पश्चात वर्षों तक ठंडा रहता है, 241पु बीटा क्षय से अमेरिकियम-241, लघु एक्टिनाइड्स में से एक, एक मजबूत अल्फा उत्सर्जक, और तापीय रिएक्टरों में उपयोग करना कठोर होगा।

तापीय न्यूट्रॉन कैप्चर के लिए 242Pu का क्रॉस सेक्शन विशेष रूप से कम है; और एक अन्य विखंडनीय समस्थानिक (या तो क्यूरियम-245 या 241पु) और विखंडन बनने के लिए तीन न्यूट्रॉन अवशोषण की आवश्यकता होती है। फिर भी, एक मौका है कि उन दो विखंडनीय समस्थानिकों में से कोई भी विखंडन करने में विफल रहेगा, बल्कि एक चौथे न्यूट्रॉन को अवशोषित करेगा, क्यूरियम -246 (कलिफ़ोरनियम जैसे भारी एक्टिनाइड्स के रास्ते पर, जो सहज विखंडन द्वारा एक न्यूट्रॉन उत्सर्जक है और संभालना मुश्किल है) या फिर से 242Pu बनना; इसलिए विखंडन से पहले अवशोषित न्यूट्रॉनों की औसत संख्या 3 से भी अधिक है। इसलिए, 242Pu एक तापीय रिएक्टर में पुनर्चक्रण के लिए विशेष रूप से अनुपयुक्त है और एक तेज रिएक्टर में इसका बेहतर उपयोग किया जाएगा जहां इसे सीधे विखंडित किया जा सकता है। चूंकि, 242Pu's के कम क्रॉस सेक्शन का तात्पर्य है कि इसका अपेक्षाकृत कम भाग तापीय रिएक्टर में एक चक्र के समय रूपांतरित होगा। 242पु की अर्ध-आयु 239पु की अर्ध-आयु इसे लगभग 15 गुना अधिक है; इसलिए, यह रेडियोधर्मी के रूप में 1/15 है और परमाणु अपशिष्ट रेडियोधर्मिता के बड़े योगदानकर्ताओं में से एक नहीं है। 242पु का गामा किरण उत्सर्जन भी अन्य समस्थानिकों की तुलना में कमजोर है।

243पु का आधा जीवन केवल 5 घंटे का होता है, बीटा क्षय से अमेरिकियम-243। क्योंकि 243पु के पास क्षय से पहले एक अतिरिक्त न्यूट्रॉन को पकड़ने का बहुत कम अवसर है, परमाणु ईंधन चक्र लंबे समय तक चलने वाले 244पु का महत्वपूर्ण मात्रा में उत्पादन नहीं करता है।

238पु सामान्य रूप से परमाणु ईंधन चक्र द्वारा बड़ी मात्रा में उत्पादित नहीं होता है, लेकिन कुछ न्यूट्रॉन ग्रहण द्वारा नेप्च्यूनियम -237 से उत्पन्न होते है (इस प्रतिक्रिया का उपयोग शुद्ध नेप्च्यूनियम के साथ भी किया जा सकता है जिससे कि 238पु अपेक्षाकृत अन्य प्लूटोनियम समस्थानिकों का उत्पादन रेडियोसमस्‍थानिक थर्मोइलेक्ट्रिक में उपयोग के लिए किया जा सके।), 239Pu पर तेज न्यूट्रॉन की (n,2n) प्रतिक्रिया से, या क्यूरियम-242 के अल्फा क्षय द्वारा, जो 241Am से न्यूट्रॉन ग्रहण द्वारा निर्मित होता है। इसमें विखंडन के लिए महत्वपूर्ण तापीय न्यूट्रॉन क्रॉस सेक्शन है, लेकिन न्यूट्रॉन को पकड़ने और 239Pu बनने की संभावना अधिक है।

प्लूटोनियम-240, -241 और -242
239पु के लिए विखंडन क्रॉस सेक्शन (भौतिकी) तापीय न्यूट्रॉन के लिए 747.9 बार्न (यूनिट) है, जबकि सक्रियण क्रॉस सेक्शन 270.7 बार्न है (अनुपात प्रत्येक 4 न्यूट्रॉन ग्रहण के लिए 11 विखंडन का अनुमान लगाता है)। उच्च प्लूटोनियम समस्थानिक तब बनते हैं जब यूरेनियम ईंधन का लंबे समय तक उपयोग किया जाता है। उच्च बर्नअप उपयोग किए गए ईंधन के लिए, उच्च प्लूटोनियम समस्थानिकों की सांद्रता कम बर्नअप ईंधन की तुलना में अधिक होगी जिसे हथियार ग्रेड प्लूटोनियम प्राप्त करने के लिए पुन: संसाधित किया जाता है।

प्लूटोनियम-239
प्लूटोनियम -239 परमाणु हथियारों के उत्पादन और कुछ परमाणु रिएक्टरों में ऊर्जा के स्रोत के रूप में उपयोग की जाने वाली तीन विखंडनीय सामग्रियों में से एक है। अन्य विखंडनीय पदार्थ यूरेनियम-235 और यूरेनियम-233 हैं। प्लूटोनियम-239 वास्तव में प्रकृति में उपस्थित नहीं है। इसे परमाणु रिएक्टर में यूरेनियम-238 की न्यूट्रॉन से बमबारी करके बनाया गया है। अधिकांश रिएक्टर ईंधन में यूरेनियम-238 मात्रा में मौजूद है; इसलिए इन रिएक्टरों में प्लूटोनियम-239 लगातार बनाया जाता है। चूँकि प्लूटोनियम-239 स्वयं ऊर्जा जारी करने के लिए न्यूट्रॉन द्वारा विभाजित किया जा सकता है, प्लूटोनियम-239 परमाणु रिएक्टर में ऊर्जा उत्पादन का एक भाग प्रदान करता है।

प्लूटोनियम-238
सामान्य प्लूटोनियम उत्पादक रिएक्टरों के प्लूटोनियम में 238पु की कम मात्रा होती है। हालाँकि, समस्थानिक पृथक्करण किसी अन्य विधि की तुलना में काफी महंगा होगा:जब एक 235यू परमाणु एक न्यूट्रॉन को पकड़ता है, तो यह 236यू की उत्तेजित अवस्था में परिवर्तित हो जाता है। उत्तेजित 236U नाभिकों में से कुछ विखंडन से गुजरते हैं, लेकिन कुछ गामा विकिरण उत्सर्जित करके 236U की मूल अवस्था में क्षय हो जाते हैं। आगे न्यूट्रॉन ग्रहण 237U बनाता है, जिसकी अर्द्ध-आयु 7 दिनों की होती है और इस प्रकार जल्दी से 237Np तक क्षय हो जाता है।चूंकि लगभग सभी नेप्च्यूनियम इस तरह से उत्पादित होते हैं या समस्‍थानिक होते हैं जो जल्दी से क्षय हो जाते हैं, नेप्टुनियम के रासायनिक पृथक्करण से लगभग शुद्ध 237Np प्राप्त होता है। इस रासायनिक पृथक्करण के पश्चात, 237Np को फिर से रिएक्टर न्यूट्रॉन द्वारा 238Np में परिवर्तित करने के लिए विकिरणित किया जाता है, जो 2 दिनों के आधे जीवन के साथ 238Pu में क्षय हो जाता है।

प्लूटोनियम-240 परमाणु हथियारों के लिए एक बाधा के रूप में
प्लूटोनियम-240 एक छोटी लेकिन महत्वपूर्ण दर ($5.8$%) पर द्वितीयक क्षय मोड के रूप में सहज विखंडन से गुजरता है। 240पु की उपस्थिति परमाणु बम में प्लूटोनियम के उपयोग को सीमित करती है, क्योंकि स्वतः सहज विखंडन से न्यूट्रॉन प्रवाह समय से पहले श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू कर देता है, जिससे ऊर्जा का शीघ्र विमोचन होता है जो भौतिक रूप से पूर्ण अंतःस्फोट तक पहुंचने से पहले कोर को फैला देता है। यह अधिकांश कोर को श्रृंखला अभिक्रिया में भाग लेने से रोकता है और बम की शक्ति को कम करता है।

लगभग 90% 239पु से अधिक वाले प्लूटोनियम को हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम कहा जाता है; वाणिज्यिक बिजली रिएक्टरों से खर्च किए गए परमाणु ईंधन से प्लूटोनियम में सामान्यतः कम से कम 20% 240पु होता है और इसे रिएक्टर-ग्रेड प्लूटोनियम कहा जाता है। हालाँकि, आधुनिक परमाणु हथियार फ्यूजन बूस्टिंग का उपयोग करते हैं, जो प्रीटोनेशन समस्या को कम करता है; यदि पिट (परमाणु हथियार) एक किलोटन के एक अंश का भी ड्यूटेरियम-ट्रिटियम संलयन शुरू करने के लिए पर्याप्त है, तो न्यूट्रॉन के परिणामस्वरूप फटने से दसियों किलोटन की उपज सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त प्लूटोनियम का विखंडन होगा।

240पु के कारण संदूषण के कारण प्लूटोनियम हथियारों को अंतःस्फोट विधि का उपयोग करना चाहिए। सैद्धांतिक रूप से, शुद्ध 239पु का उपयोग बंदूक की तरह के परमाणु हथियार में किया जा सकता है, लेकिन शुद्धता के इस स्तर को प्राप्त करना निषेधात्मक रूप से कठिन है। प्लूटोनियम-240 संदूषण परमाणु हथियारों के अभिकल्पना के लिए मिश्रित आशीर्वाद सिद्ध करना हुआ है। चूंकि इसने मैनहट्टन परियोजना के समय विलंब और सिरदर्द उत्पन किया क्योंकि अंतःस्फोट प्रौद्योगिकी विकसित करने की आवश्यकता थी, वही कठिनाइयाँ वर्तमान में परमाणु प्रसार के लिए एक अड़चन हैं। बंदूक के प्रकार के हथियारों की तुलना में अंतःस्फोट उपकरण भी स्वाभाविक रूप से अधिक कुशल और आकस्मिक विस्फोट के लिए कम प्रवण होते हैं।

संदर्भ

 * समस्‍थानिक समूह से:
 * समस्थानिक रचनाएँ और मानक परमाणु द्रव्यमान:
 * निम्न स्रोतों से चयनित अर्ध-जीवन, चक्रण और समावयवी डेटा।
 * निम्न स्रोतों से चयनित अर्ध-जीवन, चक्रण और समावयवी डेटा।
 * निम्न स्रोतों से चयनित अर्ध-जीवन, चक्रण और समावयवी डेटा।
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