Toxicological Profile for Plutonium

PLUTONIUM 
144 
3.  HEALTH EFFECTS 
Studies conducted in animals have shown that exposures to plutonium that occur in young animals result 
in greater distribution of plutonium to skeletal tissues and that neonates absorb a substantially larger 
fraction of an ingested dose of plutonium than adults.  These observations suggest that infants and 
children may have a higher, or altered, susceptibility to plutonium toxicity.  Studies on toxicokinetics and 
health effects for exposures that occur during postnatal development would improve our understanding of 
potential vulnerabilities of children to plutonium. 
In adults, approximately 50% of the plutonium body burden resides in bone.  The potential effects of 
increased mobilization of bone mineral during pregnancy, to support the development of the fetal 
skeleton, on maternal-fetal transfer of plutonium has not been examined.  Studies of plutonium levels in 
offspring of mothers who carry a bone burden of plutonium would improve our understanding of potential 
pre- and postnatal exposures the might emanate from maternal-fetal transfer. 
Child health data needs relating to exposure are discussed in Section 6.8.1, Identification of Data Needs: 
Exposures of Children. 
3.12.3  Ongoing Studies 
Dr. Charles Watson, from Washington State University, and several active or retired Pacific Northwest 
National Laboratory scientists are finishing a comprehensive report on the biological effects of inhaled 
239
PuO
2 
in beagle dogs; the completed report will be submitted to Radiation Research. 
The following ongoing studies were identified in the Federal Research In Progress database (FEDRIP 
2007). 
Dr. Richard Day, from the University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania, is continuing longitudinal 
follow-up health effects assessment of radiation exposures in a cohort of workers from the Mayak 
facilities in Russia.  Dr. Martha Linet, from the Division of Cancer Epidemiology and Genetics, National 
Cancer Institute, is studying populations exposed to occupational radiation, which includes a cohort of 
26,000 Mayak nuclear facility workers (in the former Soviet Union) exposed to particularly high doses of 
external radiation and alpha radiation from internalized plutonium.  Dr. Ray Lloyd, from the University of 
Utah, Salt Lake City, Utah, is testing recently-developed plutonium biokinetic models to human data from 
Russian nuclear workers to extend current biokinetic, dosimetric, and risk models to the human. 

---

PLUTONIUM 
145 
4.  CHEMICAL, PHYSICAL, AND RADIOLOGICAL INFORMATION 
4.1   CHEMICAL IDENTITY 
Information regarding the chemical identity of plutonium and selected plutonium compounds is located in 
Table 4-1. 
4.2   PHYSICAL, CHEMICAL, AND RADIOLOGICAL PROPERTIES 
Information regarding the physical and chemical properties of plutonium and selected plutonium 
compounds is located in Table 4-2.  Information regarding the radiological properties of selected 
plutonium isotopes is located in Table 4-3.  The decay schemes for 
239
Pu and 
241
Pu are summarized in 
Figures 4-1 and 4-2, respectively. 
Plutonium is a member of the actinide series and is a human-made element (atomic number 94).  
Actinides are the 15 elements starting with actinium, atomic number 89, and extending to lawrencium, 
atomic number 103.  All of the isotopes of the actinide elements are radioactive.  Plutonium was the first 
human-made element to be synthesized in weighable amounts.  
238
Pu was discovered in 1940 by Seaborg 
and co-workers; it was synthesized by the bombardment of uranium with deuterons (
2
H).  Isotopes with 
mass numbers 228–247 have been identified for plutonium; all are radioactive.  The most important 
isotope is 
239
Pu, which has a half-life that is sufficiently long (24,100 years) to permit its preparation in 
large amounts, making it possible to perform chemical studies.  Metallic plutonium exists in six allotropic 
modifications under ordinary pressure; a seventh phase exists under high pressure.  Five oxidation states, 
Pu(III), Pu(IV), Pu(V), Pu(VI), and Pu(VII), are known to exist in compounds and solution (Clark et al. 
2006).  Plutonium(III) and plutonium(IV) are considered to be the reduced forms of plutonium, while 
plutonium(V) and plutonium(VI) are the oxidized forms (DOE 1987a).  While the atomic mass of 
plutonium depends on the isotope, 244 is frequently listed as the mass of plutonium on periodic tables.  
244
Pu is the isotope with the longest half-life. 

---

PLUTONIUM 
146 
4.  CHEMICAL AND PHYSICAL INFORMATION 
Table 4-1.  Chemical Identity of Plutonium and Selected Plutonium Compounds 
Characteristic 
Information
a 
Chemical name 
Plutonium 
Plutonium(IV) dioxide  Plutonium nitride 
Synonym(s) 
No data 
Plutonium dioxide 
No data 
Registered trade name(s) 
No data 
No data 
No data 
Chemical formula 
Pu 
PuO
2 
PuN 
Identification numbers: 
CAS registry 
7440-07-5
b 
12059-95-9 
12033-54-4 
NIOSH RTECS 
No data 
No data 
No data 
EPA hazardous waste 
No data 
No data 
No data 
OHM/TADS 
No data 
No data 
No data 
DOT/UN/NA/IMDG shipping  No data 
No data 
No data 
EINECS 
231-117-7 
235-037-3 
No data 
HSDB 
6465 
No data 
No data 
NCI 
No data 
No data 
No data 

---