Toxicological Profile for Plutonium

PLUTONIUM 
175 
6.  POTENTIAL FOR HUMAN EXPOSURE 
239,240
Pu concentrations in water samples collected at the Priest Rapids Dam were 9.5x10
-6
 and 
2.7x10
-5
 pCi/L (3.5x10
-7
 and 1x10
-6
 Bq/L) in the particulate and dissolved fractions, respectively, in 
samples collected in 2004, and were 3.2x10
-5
 and 2.4x10
-5
 pCi/L (1.2x10
-6
 and 8.9x10
-7 
Bq/L) in the 
particulate and dissolved fractions, respectively, collected in 1999–2003 (DOE 2005c, 2005g).  Average 
239,240
Pu concentrations in river water samples collected at Richland, Washington were 1.5x10
-5
 and 
3.0x10
-5
 pCi/L (5.6x10
-8
 and 1.1x10
-6 
Bq/L) in the particulate and dissolved fractions, respectively, in 
samples collected in 2004, and were 2.5x10
-5
 and 3.0x10
-5
 pCi (9.3x10
-7
 and 1.1x10
-6 
Bq/L)in the 
particulate and dissolved fractions, respectively, collected in 1999–2003 (DOE 2005c, 2005g).  Dai et al. 
(2005) reported 
239
Pu concentrations ranging from <3x10
-4
 to 9.71x10
-2
 pCi/kg (<1x10
-5
–3.6x10
-3 
Bq/kg) 
in unfiltered water collected from the Hanford Site 100K-Area groundwater monitoring wells.  
The Mayak nuclear fuel reprocessing plant in Russia PA, discharged radioactive wastes into the Techa 
River, which belongs to the Kara Sea basin of the Arctic Ocean. 
239,240
Pu concentrations in water samples 
from the Techa River showed a decrease from approximately 3x10
3
 Bq/L down to 2 Bq/L, over a distance 
of 150 km starting from Dam 11, which is 30 km from the site of radioactive waste disposal (Akleyev et 
al. 2000). Børretzen et al. (2005) reported concentrations of 0.31 and 0.088 mBq/kg (8.4x10
-3
 and 
2.4x10
-3 
pCi/kg) for 
239
Pu and 
240
Pu, respectively, in water samples collected on June 26, 1994 from 
Reservoir 11 at Mayak, which received radioactive wastes,.  Levels in samples from the Asanov Swamp, 
downstream from the Mayak PA, were 0.12 and 0.13 mBq/kg (3.2x10
-3
 and 3.5x10
-3 
pCi/kg) for 
239
Pu and 
240
Pu, respectively. 
Skipperud et al. (2009) reported average 
239,240
Pu concentrations of 40.6, 29.0, and 6.4 Bq/m
3
 (1,100, 780, 
and 170 pCi/m
3
), respectively, in water samples collected in 1996 from the Ob Estuary, Yenisey Estuary 
(both of which have weapons-grade plutonium sources in their catchment areas), and Kara Sea, Russia. 
Surface water samples upstream and downstream from the Savannah River Site are analyzed quarterly or 
on a bi-annual basis for 
238
Pu and 
239
Pu (Agency for Toxic Substances and Disease Registry 2007).  From 
1993 to 2004, there were no detectable levels of 
238
Pu or 
239
Pu upstream or downstream from the facility 
(Agency for Toxic Substances and Disease Registry 2007).  
Groundwater samples were collected in May 1998 from four of the F-area wells at the Savannah River 
Site (Dai et al. 2002).  Well 1 is upgradient from the F-area seepage basins, and wells 2–4 define a 
transect along the contamination plume.  
239
Pu concentrations were lowest in well 1, at approximately 
1x10
6
 and 1x10
5
 atoms/kg (approximately 2x10
-5 
and 2x10
-6
 pCi/kg [7x10
-7
 and 7x10
-8 
Bq/kg]) in 
unfiltered and filtered fractions, respectively.  
239
Pu concentrations were highest in well 2, which is 

---

PLUTONIUM 
176 
6.  POTENTIAL FOR HUMAN EXPOSURE 
closest to the seepage basins, and were approximately 1x10
8
 and 1.5x10
8 
atoms/kg (approximately 
2x10
-3
 and 3.7x10
-3
 pCi/kg [7.4x10
-5
 and 1.4x10
-4
 Bq/kg]) in the unfiltered and filtered fractions, 
respectively (Dai et al. 2002). 
238
Pu concentrations ranging from <0.01 to 0.078 pCi/L (<3.7x10
-4
–2.9x10
-3 
Bq/L) and from <0.01 to 
0.059 pCi/L (<3.7x10
-4
–2.2x10
-3
 Bq/L) were reported in unfiltered and filtered (0.05 µm filtrate) 
groundwater, respectively, sampled near the disposal well at the Idaho Chemical Processing Plant, Idaho 
National Engineering Laboratory (Cleveland and Rees 1982).  Mururoa and Fangataufa Atolls were used 
from 1975 to 1996 for underground testing of nuclear weapons (Mulsow et al. 1999).  Of the nine sites at 
Mururoa sampled for underground water, only the site at Ceto, had a measurable concentration of 
239,240
Pu 
at 2x10
-5
 Bq/L (5x10
-4 
pCi/L).  The remaining eight sites at Mururoa and the two sites at Fangataufa had 
238
Pu
239,240
Pu concentrations ranging from <5x10
-5
 to <4x10
-6
 Bq/L (<1x10
-3
–<1x10
-4 
pCi/L).  
concentrations at both of these sites ranged from <2x10
-6
 to <5x10
-5 
Bq/L (5x10
-5
–<1x10
-3 
pCi/L) 
(Mulsow et al. 1999). 
Gordeev et al. (2007) reported 
239,240
Pu concentrations in groundwater samples obtained in 2005 from the 
Sary-Uzen nuclear excavation explosion site of the Semipalatinsk test area, Russia, ranging from 4x10
-3 
to 6.0x10
-2
 Bq/L (0.1–1.6 pCi/L).  Concentrations of 
239,240
Pu in water samples from the Tobol-Irtysh area 
of the Techa-Iset-Tobol-Irtysh-Ob river system, through which Mayak PA radioactive wastes are 
transported, were studied using samples collected from September 11 to 28, 2004 (Nikitin et al. 2007).  
239,240
Pu concentrations ranged from 4.1 mBq/m
3
 (0.11 pCi/m
3
) at the left-bank confluence of the Iset-
Tobol Rivers to 7.5 mBq/m
3
 (0.20 pCi/m
3
) at the left bank confluence of the Tobol-Irtysh Rivers; a value 
of 13.0 mBq/m
3
 (0.35 pCi/m
3
) was reported at midstream samples of the Ob River (Nikitin et al. 2007). 
6.4.3 
Sediment and Soil 
Average plutonium concentrations in surface soil from fallout range from about 0.01 to 0.1 pCi/g (4x10
-4
– 
4x10
-3 
Bq/g) (DOE 2005a).  Essentially all of the plutonium found in the surface of the Earth’s crust is a 
product of human activity occurring over the past 60 years (Ketterer and Szechenyi 2008). 
The Rocky Flats Plant in Colorado processed weapons-grade plutonium from 1952 to 1989 (Ibrahim et al. 
1997).  Contamination from plutonium production is composed mostly of 
239,240
Pu and a small amount 
(~3%) of 
238
Pu.  Other releases of plutonium to this site, now called the RFETS, include global fallout, 
low-level releases during normal plant operations, accidental releases during fires between 1957 and 

---