钚是什么?

钚是一种人造的具有放射性元素，由于杀伤力强大，主要是用作制造核武器。而且钚是世界上第二毒的物质，人类吸入钚元素则会引发癌症。有专家就指出，只要五克的钚，也就是大约一颗方糖的量，就足以令全球人类死亡。　

　　1945年，美国在日本长崎投下原子弹，造成四万人死亡。原子弹内的钚元素，更是让数万人患癌致死，可以说杀人于无形。钚，是一种放射性元素，早在1941年，科学家西博格在美国加州，首次利用中子撞击铀元素，分裂出钚元素。不过钚的最大杀伤力，是接触到人体后，会深入骨髓，损害细胞，令细胞产生基因变异，引发癌症。　

　　有专家表示，只要五克的分量，也就是大约一颗方糖那么多，就足以让全球人类死亡;而一粒药片大小的钚，就可以毒死两亿人;更可怕的是，钚在自然环境中，几千年甚至数千万年，都不会分解，对人体伤害深远。但医师表示，有少数药物可以帮助排出体内的钚。　

　　但医师也表示，这种方法排出钚的量有限，最好的预防办法还是远离会释出钚元素的核电站。钚有多个同位素，比如钚238、239、240等，同位素不同，稳定性以及半衰期都有差异。状态稳定的钚元素，分裂速度会较慢，半衰期就会较长，科学家会因应不同特性，利用钚作不同用途。比如钚238，半衰期大约88年，通常用来驱动太空船;而钚239，就会用于制造核武。除了人工制造，一般轻水反应堆的核废料中，也含有钚，但由于是钚242、钚240、钚239和238的混合物，浓度不足以制造核武。不过，一般核电站都是以氧化铀为燃料，但日本福岛核电站3号机组却使用钚与铀混合而成的和燃料，这是为什么呢?　

　　快堆的全名是快中子增殖反应堆，它的一个重要特点是，运行时一方面消耗裂变燃料，同时又生产出裂变燃料钚239等，而且产出大于消耗。理论上，快堆能将铀资源的利用率提高到百分之百，但考虑到加工、处理中的损耗，一般来说可以达到60%至70%的利用率，是压水堆燃料利用率的130至160倍，等于将实际铀资源的可采量提高上千倍。但有专家表示，快堆的应用的国家较少，会带来许多以前没有出出现的问题。　

　　由于快堆能够增殖产生的钚239，正是原子弹的原料，让外界产生日本发展核武器的猜测。　

　　目前世界储存武器级钚最多的是俄罗斯，大约有150吨。但2003年时，绿色和平组织根据当时日本的反应堆能力预测说，日本将在2020年武器级钚储备赶上俄罗斯，成为世界第一。日本著名右翼分子，东京都知事石原慎太郎在地震前几天接受英国媒体记者采访时就表示，日本可在一年内研制出核武器，来应对所谓中国威胁。有国际军事研究机构更表示，日本在核武方面实行的是“最后一根导线”策略，意思是日本在核武器研制的各个环节都不存在问题，差的只是一根完成引爆的导线，只要有需要，日本可以在很短时间内完成核武器的制造。所以现在日本当局最需要做的，就是把钚的使用情况清楚告诉公众。

 

      钚是一种放射性元素，是原子能工业的重要原料，可作为核燃料和核武器的裂变剂。投于长崎市和广岛市的原子弹，都使用了钚制作内核部分。其也是放射性同位素热电机的热量来源，常用于驱动太空船。钚是世界上第二毒的物质。　

　　钚（英语：Plutonium ，台湾译作钸）原子序数为94，元素符号是Pu，是一种具放射性的超铀元素。它属于锕系金属，外表呈银白色，接触空气后容易锈蚀、氧化，在表面生成无光泽的二氧化钚。钚有六种同素异形体和四种氧化态，易和碳、卤素、氮、硅起化学反应。钚暴露在潮湿的空气中时会产生氧化物和氢化物，其体积最大可膨胀70%，屑状的钚能自燃。它也是一种放射性毒物，会于骨髓中富集。因此，操作、处理钚元素具有一定的危险性。　

　　钚的毒性并不像以前普遍流传的那样严重，也决不是“地球上毒性第二的物质”，或其危害达到“微小粒致人死命”的程度。常见的氰化物、咖啡因、砷的毒性都比钚强。钚的致死量大于5mg。　

　　钚的毒理作用主要在于其重金属性，侵入人体后会潜伏在人体肺部、骨骼等组织细胞中，破坏细胞基因从而导致癌症。　

　　钚是天然存在于自然界中的质量最重的元素。它最稳定的同位素是钚-244，半衰期约为八千万年，足够使钚以微量存在于自然环境中。　

　　钚最重要的同位素是钚-239，半衰期为2.41万年，常被用制核子武器。钚-239和钚-241都易于裂变，即它们的原子核可以在慢速热中子撞击下产生核分裂，释放出能量、伽马射线以及中子辐射，从而形成核连锁反应，并应用在核武器与核反应炉上。　

　　钚-238的半衰期为88年，并放出α粒子。它是放射性同位素热电机的热量来源，常用于驱动太空船。　

　　钚-240自发裂变的比率很高，容易造成中子通量激增，因而影响了钚作为核武及反应器燃料的适用性。　

　　分离钚同位素的过程成本极高又耗时费力，因此钚的特定同位素时几乎都是以特殊反应合成。　

　　1940年，格伦·西奥多·西博格和埃德温·麦克米伦首度在柏克莱加州大学实验室，以氘撞击铀-238而合成钚元素。麦克米伦将这个新元素取名Pluto（意为冥王星），西博格便开玩笑提议定其元素符号为Pu（音类似英语中表嫌恶时的口语“pew”）。科学家随后在自然界中发现了微量的钚。二次大战时曼哈顿计划则首度将制造微量钚元素列为主要任务之一，曼哈顿计划后来成功研制出第一个原子弹。1945年7月的第一次核试验“三一原子弹”，以及第二次、投于长崎市和广岛市的“胖子原子弹”，都使用了钚制作内核部分。关于钚元素的人体辐射实验研究并在未经受试者同意之下进行，二次大战期间及战后都有数次核试验相关意外，其中有的甚至造成伤亡。核能发电厂核废料的清除，以及冷战期间所打造的核武建设在核武裁减后的废用，都延伸出日后核武扩散以及环境等问题。非陆上核试验也会释出残余的原子尘，现已依《部分禁止核试验条约》明令禁止。 

钚的发现　

　　1934年，恩里科·费米和罗马大学的研究团队发布消息，表示他们发现了元素94。费米将元素取名 “hesperium”，并曾在他1938年的诺贝尔奖演说中提及。然而，他们的研究成果其实是钡、氪等许多其他元素的混合物，但由于当时核分裂尚未发明，这个误会便一直延续。　

　　1940年美国G.T.西博格、E.M.麦克米伦、J.W.肯尼迪和A.C.沃尔用152.4cm回旋加速器加速的16兆电子伏氘核轰击铀时发现钚-238。第二年又发现钚的最重要的同位素钚-239。　

　　1941年3月，科学家团队将报告寄给《物理评论》杂志，但由于发现了新元素的同位素（钚-239）能产生核分裂、往后或许能用于制造原子弹，而在出版前遭到撤回。基于安全因素，报告延迟了一年、直到二次大战结束后才顺利登载。　

　　1945年，西博格比较了镎和钚，认为它们与铀的性质相似，同时又与稀土元素中钐相似，在1945年发表了他编排的元素周期表，建立了与镧系元素相同的锕系元素，把它们一起放置在元素周期表的下方，成为今天形式的元素周期表，并留下94号元素以后一系列的空位留待发现。　

　　埃德温·麦克米伦近期将第一个发现的超铀元素以行星海王星（Neptune）命名，并提议以冥王星（Pluto）为系列的下一个元素、即元素94取名。西博格原先属意取名“plutium”，但后来认为它的发音不如“plutonium”。他在一次玩笑中选择“Pu”作为元素符号，却在没有被事先通知的情况下，意外被正式纳入元素周期表。西博格亦曾因为误信他们已经找到周期表中最后一个可能存在的元素，而考虑过“ultimium”或“extremium”等名称。 

钚的应用　

　　炸弹　

　　同位素钚-239是核武器中最重要的裂变成份。将钚核置入反射体（质量数大的物质的反射层）中，能使逃逸的中子再反射回弹心，减少中子的损失，进而降低钚达到临界质量的标准量：从原需16公斤的钚，可减少至10公斤，即一个直径约10厘米的球体的量。它的临界质量约仅有铀-235的三分之一。　

　　曼哈顿计划期间制造的“胖子原子弹”型钚弹，为了达到极高的密度而选择使用易爆炸、压缩的钚，再结合中心中子源，以刺激反应进行、提高反应效率。因此，钚弹只需6.2公斤钚便可达到爆炸当量，相当于20公斤的三硝基甲苯（TNT）。在理想假设中，仅仅4公斤的钚原料（甚至更少），只要搭配复杂的装配设计，就可制造出一个原子弹。　

　　核废料　

　　一般轻水反应炉所产生的核废料中含有钚，但为钚-242、钚-239和钚-238的混合物。它的浓度不足以制作成核武器，不过可以改用作一次性的混氧燃料（MOX fuel）。在反应炉中以慢速热中子放射线照射钚时，会偶然发生中子俘获，而增加钚-242和钚-240的量。因此反应进行到第二轮之后，钚只能和快中子反应堆反应、消耗。在反应器中没有快中子时（普遍情况下），剩余的钚通常会被遗弃，形成寿命长、处理棘手的核废料成分。　

　　能源与热源　

　　同位素钚-238的半衰期为87.74年。它会放出大量热能，伴随着低能的伽马和自发裂变射线/粒子。它是α辐射体，同时具有高辐射能及低穿透性，故仅需低度防护措施。单一纸张就可以抵挡钚-238所放射出的α粒子；同时，每公斤的钚-238可产生约570瓦特热能。