Le plutonium (en particulier le Pu-238) est isolé pour la première fois à Berkeley, en Californie.
Le plutonium-238 (238Pu ou Pu-238) est un isotope radioactif du plutonium qui a une demi-vie de 87,7 ans.
Le plutonium-238 est un émetteur alpha très puissant ; comme les particules alpha sont facilement bloquées, cela rend l'isotope du plutonium-238 adapté à une utilisation dans les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) et les unités de chauffage à radio-isotopes. La densité du plutonium-238 à température ambiante est d'environ 19,8 g/cc. Le matériau générera environ 0,57 watts/gramme de 238Pu.
Le plutonium est un élément chimique radioactif avec le symbole Pu et le numéro atomique 94. C'est un métal actinide d'apparence gris argenté qui ternit lorsqu'il est exposé à l'air et forme un revêtement terne lorsqu'il est oxydé. L'élément présente normalement six allotropes et quatre états d'oxydation. Il réagit avec le carbone, les halogènes, l'azote, le silicium et l'hydrogène. Lorsqu'il est exposé à l'air humide, il forme des oxydes et des hydrures qui peuvent dilater l'échantillon jusqu'à 70 % en volume, qui à leur tour s'écaillent sous forme de poudre pyrophorique. Il est radioactif et peut s'accumuler dans les os, ce qui rend la manipulation du plutonium dangereuse.
Le plutonium a été produit et isolé pour la première fois par synthèse à la fin de 1940 et au début de 1941, par un bombardement de deutéron d' uranium 238 dans le cyclotron de 1,5 mètre (60 pouces) de l' Université de Californie à Berkeley . Tout d'abord, le neptunium-238 (demi-vie 2,1 jours) a été synthétisé, qui a ensuite subi une désintégration bêta pour former le nouvel élément de numéro atomique 94 et de poids atomique 238 (demi-vie 88 ans). Puisque l'uranium a été nommé d'après la planète Uranus et le neptunium d'après la planète Neptune, l'élément 94 a été nommé d'après Pluton, qui à l'époque était également considérée comme une planète. Le secret de guerre a empêché l'équipe de l'Université de Californie de publier sa découverte jusqu'en 1948.
Le plutonium est l'élément ayant le numéro atomique le plus élevé dans la nature. Des traces apparaissent dans les gisements naturels d'uranium 238 lorsque l'uranium 238 capture les neutrons émis par la désintégration d'autres atomes d'uranium 238.
Le plutonium-239 et le plutonium-241 sont tous deux fissiles, ce qui signifie qu'ils peuvent entretenir une réaction nucléaire en chaîne, conduisant à des applications dans les armes nucléaires et les réacteurs nucléaires. Le plutonium-240 présente un taux élevé de fission spontanée, augmentant le flux de neutrons de tout échantillon le contenant. La présence de plutonium-240 limite l'utilisation d'un échantillon de plutonium pour les armes ou sa qualité comme combustible de réacteur, et le pourcentage de plutonium-240 détermine sa qualité (qualité armes, qualité combustible ou qualité réacteur). Le plutonium-238 a une demi-vie de 87,7 ans et émet des particules alpha. C'est une source de chaleur dans les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes, qui sont utilisés pour alimenter certains engins spatiaux. Les isotopes du plutonium sont coûteux et peu pratiques à séparer, de sorte que des isotopes particuliers sont généralement fabriqués dans des réacteurs spécialisés.
La production de plutonium en quantités utiles pour la première fois était une partie importante du projet Manhattan pendant la Seconde Guerre mondiale qui a développé les premières bombes atomiques. Les bombes Fat Man utilisées lors de l'essai nucléaire de Trinity en juillet 1945 et lors du bombardement de Nagasaki en août 1945 avaient des noyaux de plutonium. Des expériences de rayonnement humain étudiant le plutonium ont été menées sans consentement éclairé, et plusieurs accidents de criticité, certains mortels, se sont produits après la guerre. L'élimination des déchets de plutonium provenant des centrales nucléaires et des armes nucléaires démantelées construites pendant la guerre froide est une préoccupation liée à la prolifération nucléaire et à l'environnement. D'autres sources de plutonium dans l'environnement sont les retombées de nombreux essais nucléaires en surface, désormais interdits.