【元素図鑑】プルトニウム Pu【元素記号は冗談でつけられた？！】

プルトニウムは、アクチノイド元素で、原子番号94の元素です。

元素図鑑

プルトニウムの基本情報

和名	プルトニウム
英名	Plutonium
語源	冥王星 (Pluto)
元素記号	Pu
原子番号	94
原子量	(239)
常温（25℃）での状態	固体（金属）
色	銀白色
臭い	ー
密度	19.840 g/cm3（25℃）
融点	639.5℃
沸点	3231℃
発見者	シーボーグ 他（アメリカ）[1940年]
含有鉱物	ー

プルトニウムの主な特徴

• 原子番号94のアクチニド元素で、ウラン（U）の次に位置する超ウラン元素
• 自然界に微量存在しますが、主に人工合成によって得られる放射性元素
• 銀白色の金属であり、空気中で酸化して灰色や黒色に変色する
• 金属的性質を持ちますが、6種類の同素体（α, β, γ, δ, δ′, ε相）があり、温度や圧力に応じて結晶構造が変化する
• 最も重要な同位体はプルトニウム-239（Pu-239）で、核燃料や核兵器の主材料として利用されている

プルトニウムの歴史

発見

プルトニウムは1940年、アメリカ合衆国カリフォルニア大学バークレー校の研究チーム
（グレン・T・シーボーグ（Glenn T. Seaborg）ら）によって初めて人工合成されました。

反応は以下の通りです。

238U + 2H → 239Np → 239Pu

ウラン-238（U-238）に重陽子を照射してネプツニウム-239（Np-239）を生成し、そのβ崩壊によってプルトニウム-239が得られました。

名前の由来

元素名「プルトニウム（Plutonium）」は、天王星（ウラン）、海王星（ネプツニウム）の次にある天体冥王星（Pluto）にちなんで命名されました。

元素記号はPuですが、これはシーボーグのユーモアによる命名の一面もあります。

プルトニウムの主な用途

プルトニウムは、核分裂特性を活かして以下の分野で利用されています。

• 核燃料： Pu-239は中性子を吸収して核分裂を起こしやすく、原子炉燃料として利用される（MOX燃料の主成分）
• 核兵器： Pu-239の臨界質量が小さいため、核兵器の核分裂物質として用いられる
• 放射性熱源： Pu-238はアルファ崩壊により大量の熱を放出し、探査機のRTG（放射性同位体熱電発電機）のエネルギー源となる

プルトニウムの生成方法

プルトニウムは主にウラン-238を原子炉で中性子照射することで合成されます。

1. U-238が中性子を捕獲してU-239になる
2. U-239がβ崩壊してNp-239（ネプツニウム）になる
3. Np-239がβ崩壊してPu-239になる

原子炉で生産された燃料棒を再処理することで、プルトニウムを抽出します。

プルトニウムを含む化合物

プルトニウムは+3〜+7価の酸化状態を取り、様々な化合物を形成します。

• PuO₂（二酸化プルトニウム）： 安定した酸化物で、核燃料やRTG用熱源として利用
• PuF₃, PuF₄（フッ化プルトニウム）： 精製工程や化学分離に使用
• PuCl₃（塩化プルトニウム）： 高温溶融塩化学で利用
• 硝酸プルトニウム： 再処理工程での中間体

水溶液中では、酸化還元反応により多様な価数が共存するため、化学分離が非常に難しい元素です。

プルトニウムに関わる研究事例

プルトニウムは核化学・物理学において重要な研究対象であり、以下の分野で研究が進められています。

• 核燃料サイクル研究： MOX燃料の再利用や長寿命核種の変換技術
• プルトニウム金属の物性研究： 多相性（同素体）や結晶構造の安定化研究
• 放射性廃棄物管理： プルトニウムの安全な分離・固定化技術の開発
• 核兵器解体と核不拡散： プルトニウムの管理と国際的監視体制の強化
• Pu-238熱電発電機の改良： 宇宙探査機向けの長寿命電源開発

参考図書