钚239，这一元素以其独特的双面特性在科技史上留下了深刻的印记。作为核能的关键原料，它既是终结二战的巨大力量，也是冷战期间军备竞赛的核心。然而，钚239的毒性同样令人畏惧，其放射性带来的危害至今令人警惕。本文将带您探索钚239从发现到应用，再到潜在危险的复杂旅程。
01钚239：核能时代的开启者
正如《自然的音符：118种化学元素的故事》一书中所提到的, 钚元素，尤其是钚-239，在核能领域扮演着举足轻重的角色。它不仅能够自我维持核链式反应，释放出巨大的能量，还是核反应堆中的重要燃料，为全球超过13%的电力需求提供了动力。此外，钚的非裂变同位素钚-238在太空探索中也有着不可替代的作用，为无人太空船提供电能，展现了科学探索的无限可能。
钚对20世纪产生了无可争议的影响。......钚可以在发电或是科研用的核反应堆中作为燃料。2010年，核电站满足了全球超过13%的电力需求[4]。钚的非裂变同位素钚-238可以在放射性同位素发电装置(即核电池)中得到利用，它结合了长工作寿命和高能量密度。这也让它适合为无人太空船提供电能，例如“好奇号”火星漫游车和“新地平线号”探测器。“新地平线号”探测器在2015年到达了冥王星并收集了数据，它的仪器由10.9 kg238PuO2所驱动。因此，在以天体命名的所有元素中，钚是迄今为止唯一一个飞往其同名天体的元素。
02核反应堆与钚239的生成及利用
《万物的历程：我们日常生活中的物理原理》中介绍到, 核反应堆通过链式反应释放核能，其中快速裂变反应堆能够利用铀238原子核转变为钚239原子核，进而提取更多能量。然而，这一过程也带来了扩散核武的危险，因为钚239可以被化学分离并用于制造核武器。这种双刃剑的特性使得核技术的和平利用与潜在威胁并存。
核反应堆的工作原理:热裂变反应堆可以在天然或低浓缩铀中维持受控的链式反应。通过在慢化剂中将其裂变中子减速到热速，反应堆能够使这些中子几乎只与稀有的铀 235核相互作用，并使更常见的铀238核几乎不受影响。为了使用铀238原子核，快速裂变或增殖反应会使用更浓缩的铀，而不使用慢化剂。虽然链式反应最初主要在铀235核之间进行，但快速裂变中子会逐渐将铀238核转变为钚239核。与铀235原子核一样，那些钚239原子核是可裂变的，也可以参与链式反应，所以快速裂变反应最终就能从所有原始铀原子核中提取能量。钚239跟铀之间也能在化学上分离，可被用于制造核武器。因此，快速裂变反应堆就存在着扩散核武的危险。
03钚239：核能应用的双刃剑
《倚天仗剑看世界》中介绍到, 钚239在核能应用中具有重要地位，其临界质量是决定核裂变反应能否自行维持的关键参数。纯钚239的临界质量相对较小，这意味着在制造核武器时，所需的钚239量相对较少，从而增加了其作为核武材料的吸引力。然而，这也带来了核扩散的风险，因为较少的材料量可能更容易被窃取或走私。此外，钚239的高比威力也使其成为高效能核武器的理想选择，但同时也加剧了核军备竞赛和核战争的风险。因此，钚239可被视为核能应用的双刃剑，既具有强大的潜力，也伴随着巨大的挑战和危险。
临界质量是在一定条件下,能实现自行维持链式裂变反应所需的核裂变材料的最小质量,也是制造一枚核武器最少需要多少裂变材料的评定依据。对给定的裂变材料种类，质量越多，链式裂变反应的发展就会越剧烈。例如相钚一239（密度为15.7克/立方厘米）裸球的临界质量约为16千克;而α相钚-239（密度为19.4克/立方厘米）裸球的临界质量只有10千克左右。实际使用的中子反射层，可使临界质量降到原来的1/2或1/3。这样，在正常密度下，只要有5- 10千克钚- 239，就可以达到临界质量。(2)比威力。是指核航弹或导弹弹头核装置的当量与质量之比,常用的单位是吨/千克。比威力的大小,标志着核武器性能的好坏和技术水平的高低。核武器比威力的理论值,实际上是不可能达到的,因为核材料不可能达到百分之百的燃烧率。投在长崎的原子弹只用了大约6千克的金属钚,其中只有1千克的钚在爆炸中产生了裂变反应，比威力约为4.4万吨/千克。此后，比威力不断提高，氢弹研制成功后，比威力大幅度提高，达1000吨/干克以上。