Toxicological Profile for Plutonium

PLUTONIUM 
150 
4.  CHEMICAL AND PHYSICAL INFORMATION 
Table 4-3.  Radiological Properties of Plutonium Isotopes 
Isotope 
CAS Registry 
No. 
Half-life 
Decay mode(s)/ 
Energy (MeV) 
Decay 
product(s) 
Specific activity 
(Ci/g) 
236
Pu 
15411-92-4 
2.87 years 
1.5x10
9 
years 
α/5.867 MeV 
SF/1.9x10
-7 
MeV 
232
U 
540 
237
Pu 
15411-93-5 
45.7 days 
EC/0.220(99.9%) 
α/ 5.747 (0.003%) 
233
U 
12,100
a 
238
Pu 
13981-16-3 
87.7 years 
4.75x10
10 
years 
α/5.593 
SF/ 1.8x10
-7 
234
U 
17 
239
Pu 
15117-48-3
b 
19257-39-7
c 
2.410x10
4 
years 
8x10
15 
years 
α/5.244 
SF/3x10
-10 
235
U 
0.063 
240
Pu 
14119-33-6 
6.56x10
3 
years 
1.14x10
11 
years 
α/5.255 
SF/5.7x10
-6 
236
U 
0.23 
241
Pu 
14119-32-5 
14.3 years 
<6x10
16 
years 
β
-
/0.0208 (99+%) 
α/5.139 (0.002%) 
SF/>2.4x10
-14 
241
Am 
237
U 
100 
242
Pu 
13982-10-0 
3.75x10
5 
years 
6.77x10
10 
years 
α/4.983 
SF/5.5x10
-4 
238
U 
0.0040 
243
Pu 
15706-37-3 
4.956 hours 
β
-
/0.582 
243
Am 
2.6x10
6c 
244
Pu 
14119-34-7 
8.00x10
7 
years 
6.6x10
10 
years 
α/4.665 (99.9%) 
SF/0.12 
240
U 
1.8x10
-5 
a
Calculated values 
b
Another CAS Registry number listed for 
239
Pu is 97918-67-7 
c
CAS Registry Number for 
239
Pu
4+ 
ion 
α 
= alpha particle emission; 
β
-
= negative beta emission; SF = spontaneous fission 
Sources:  Baum et al. 2002; ChemIDplus 2009; Clark et al. 2006; DOE 2005a; Lide 2008 

---

Figure 4-1.  
238
Pu Decay Series 
238
Pu 
Pu 
87.7 years 
Np 
234
U 
U 
2.46x10
5 
years 
Pa 
230
Th 
Th 
7.54x10
4 
years 
Ac 
226
Ra 
Ra 
1599 years 
Fr 
222
Rn 
Rn 
3.8325 days 
218
At 
At 
1.5 sec 
214
218
Po 
Po 
210
Po 
Po 
164 
3.10 minutes 
138.38 days 
µseconds 
214
Bi 
210
Bi 
Bi 
19.9 minutes 
5.01 days 
214
Pb 
210
Pb 
206
Pb 
Pb 
27 minutes 
22.3 years 
Stable 
210
Tl 
206
Tl 
Tl 
1.3 minutes 
4.20 minutes 
alpha (
α
) decay 
beta (
β
-
) decay 
Sources:  Baum et al. 2002; Lide 2005 
PLUTONIUM 
151 
4.  CHEMICAL AND PHYSICAL INFORMATION 

---

Figure 4-2. 
239
Pu Decay Series 
Am 
239
Pu 
Pu 
2.410x10
4 
years 
Np 
235
U 
U 
7.04x10
8 
years 
231
Pa 
Pa 
3.28x10
4 
years 
227
231
Th 
Th 
Th 
18.68 
1.063 days 
days 
227
Ac 
Ac 
21.772 years 
223
Ra 
Ra 
11.435 days 
Fr 
219
Rn 
Rn 
3.96 
seconds 
At 
215
Po 
Po 
0.001781 
seconds 
211
Bi 
Bi 
2.14 
minutes 
211
Pb 
207
Pb 
Pb 
36.1 minutes 
stable 
207
Tl 
Tl 
4.77 minutes 
alpha (
α
) decay 
beta (
β
-
) decay 
PLUTONIUM 
152 
4.  CHEMICAL AND PHYSICAL INFORMATION 
Sources:  Baum et al. 2002; Lide 2005 

---

PLUTONIUM 
153 
5.  PRODUCTION, IMPORT/EXPORT, USE, AND DISPOSAL 
5.1   PRODUCTION 
No information is available in the TRI database on facilities that manufacture or process plutonium 
because this chemical is not required to be reported under Section 313 of the Emergency Planning and 
Community Right-to-Know Act (Title III of the Superfund Amendments and Reauthorization Act of 
1986) (EPA 1998). 
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 
deutrons (
2
H).  Isotopes with mass numbers 228–247 have been identified; all are radioactive (Clark et al. 
2006).  Trace amounts of plutonium are found worldwide, mostly due to fall-out from atmospheric 
nuclear testing, which ended in 1980 and released several isotopes of plutonium, including 
238
Pu, 
239
Pu, 
240
Pu, and 
241
Pu (Clark et al. 2006; DOE 2005a; Eisenbud and Gesell 1997).  Plutonium is not considered 
a naturally occurring element; however, trace amounts of 
239
Pu are found in naturally occurring uranium 
ores, but the amounts are in such small amounts that extraction is not practical (Clark et al. 2006; EPA 
2006b; Lide 2008).  Small amounts of 
244
Pu exist in nature from remnants of primordial stellar 
nucleosynthesis (Clark et al. 2006).  Small amounts of plutonium were produced in natural reactors, such 
as the Oklo natural reactor in Gabon, which existed about 2 billion years ago (DOE 2005a).  The most 
common form of plutonium found in the environment is 
239
Pu, followed by 
240
Pu (DOE 1999a).  
Large quantities of plutonium were first produced during the 1940’s as part of the Manhattan Project in 
order to produce the atomic bomb.  Production continued throughout the years of the Cold War (DOE 
2005a).  The United States built and operated 14 plutonium-production reactors at the Hanford and 
Savannah River Sites starting in 1944 and ending in 1988 with the shutdown of the last reactor.  A total of 
approximately 100 metric tons of plutonium was produced during this time (DOE 1996b).  Currently, 
238,239, 240,241,242
Pu are commercially available from Oak Ridge National Laboratory for laboratory research 
(DOE 2007a).  
Plutonium is a byproduct of nuclear energy generation.  Most plutonium isotopes are produced in 
uranium-fueled reactors through neutron capture by 
238
U (Clark et al. 2006; Koch 2005).  Approximately 
1,855 metric tons of plutonium were estimated to exist worldwide at the end of 2003.  Most of the 
plutonium (1,370 metric tons) was found in irradiated fuel from nuclear power plants.  A plutonium 

---