Toxicological Profile for Plutonium

PLUTONIUM 
165 
6.  POTENTIAL FOR HUMAN EXPOSURE 
Mexico, may release treated radioactive wastes under controlled conditions.  Production facilities, such as 
the Hanford and Savannah River Plants, and experimental reactor stations, for example, the Idaho 
National Engineering Laboratory, Idaho Falls, Idaho, also released treated plutonium-bearing radioactive 
wastes under controlled conditions to soils (Hanson 1975).  
Atmospheric weapons testing fallout has been a global source of transuranics, including plutonium, in 
soils (Agency for Toxic Substances and Disease Registry 1999; Harley 1980; NEA/OECD 1981).  The 
Centers for Disease Control and Prevention (CDC) has estimated that the total deposition of plutonium 
from weapons tests at the Nevada Test Site was 1.8x10
4
 Ci (6.7x10
14 
Bq) (CDC 2005). 
During 2004, only facilities in the 200 Areas of the Hanford Site discharged radioactive liquid effluents to 
the ground at a State-Approved Land Disposal Site.  Releases of 
238
Pu and 
239,240
Pu were 6.9x10
-6
 and 
7.5x10
-6
 Ci (2.5x10
5
 and 2.8x10
5 
Bq), respectively (DOE 2005c).  
Several of the major nuclear facilities in the United States use plutonium and some of these have released 
plutonium to the environment.  These releases have taken place at remote sites and generally have not 
been measurable outside the plant property.  Approximately 2 Ci (7x10
10
 Bq) of plutonium have been 
disposed in the Los Alamos National Laboratory canyon waste disposal sites (Harley 1980).  The 
Savannah River Plant, Aiken, South Carolina, has released a total of 5 Ci (2x10
11 
Bq) of plutonium to 
local soil (Harley 1980).  Leakage of stored waste released between 10–100 Ci (3.7x10
11
–3.7x10
12 
Bq) of 
plutonium to the soil over a period of several years at the Rocky Flats facility, Golden, Colorado (DOE 
1980g).  A break in a waste transfer line caused the release of about 300 Ci (1x10
13
 Bq) of 
238
Pu at the 
Mound Plant, Miamisburg, Ohio, in 1969 (DOE 1980g). 
A fire on May 11, 1969, occurred at the plutonium processing facility at Rocky Flats, which caused 
concerns about possible contamination of the surrounding areas (Agency for Toxic Substances and 
Disease Registry 2005).  Studies showed that while trace amounts of plutonium were present in soil, the 
distribution was not consistent with the wind direction at the time of the fire.  It was determined that the 
major source of plutonium contamination was leakage from drums of machine oil containing plutonium 
that were being stored in an outdoor area (Eisenbud and Gesell 1997). 
Another source of soil contamination at Rocky Flats was the leakage of plutonium-contaminated oil.  
Plutonium was present as the dioxide when it was released.  The dioxide was then adsorbed to the soil.  
Fugitive dust emissions caused plutonium-contaminated soil to be distributed away from the spill.  Most 

---

PLUTONIUM 
166 
6.  POTENTIAL FOR HUMAN EXPOSURE 
of the plutonium remained on the surface, although some was released and migrated downward through 
the soil column (Little and Whicker 1978). 
A U.S. military aircraft carrying four nuclear bombs collided with a tanker aircraft during refueling in 
Palomares, Spain, in January, 1966.  The bombs broke free of the airplane and the high explosive in two 
of the weapons detonated when the bombs hit the ground.  Initial surveys showed plutonium 
concentrations of 3x10
-5 
Ci/m
2
 (1x10
6 
Bq/m
2
), in the form of a finely powdered dioxide, were spread over 
2 hectares (20,000 m
2
) (Harley 1980).  A large amount of the contaminated soil was brought back to the 
Savannah River facility in the United States for decontamination and the soil with low-level 
contamination was plowed to a depth of 30 cm (Harley 1980). 
Plutonium has been identified in 6 soil and 9 sediment samples collected from 1,689 NPL hazardous 
waste sites, where it was detected in some environmental media (HazDat 2007). 
6.3   ENVIRONMENTAL FATE 
6.3.1 
Transport and Partitioning 
Plutonium enters the environment primarily through releases to the atmosphere or direct discharge to 
ponds, streams, or oceans.  Emissions to the atmosphere will result in plutonium fallout.  In the case of 
weapons testing, approximately one-fifth of the plutonium released falls on the test site (Harley 1980).  
The rest is carried in the atmosphere, adsorbed to particulate matter and is transported back to earth via 
dry or wet deposition.  Once plutonium is deposited either on the land or surface water, sorption to soils 
or sediments is the primary environmental fate of plutonium.  A small fraction of plutonium reaching the 
soil will become solubilized either through chemical or biological processes, depending upon its chemical 
form.  In soluble form, plutonium can either migrate in groundwater or surface water or be available for 
uptake into plants; colloidal forms of plutonium are not as available for uptake as soluble forms. 
Atmospheric releases of plutonium occurred as a result of former atmospheric nuclear weapons testing or 
routine or nonroutine nuclear reactor operations and fuel reprocessing.  The rate at which plutonium is 
removed from the atmosphere depends on the chemical and physical properties of the particles, as well as 
the meteorological conditions.  The larger the particles, the faster fallout will occur.  The particle size 
expected to be released from either of the above mentioned sources ranges from 0.3 to 1.1 μm.  At the 
highest altitudes, aerosols in the atmosphere descend by gravity; at lower levels, they are transported with 
the general air movement (UNSCEAR 2000a).  In the lower stratosphere, the mean residence time of 

---