Plutonium, Symbol Pu, radioaktives, durch Kernreaktionen zugängliches chem. Element aus der III. Nebengruppe des Periodensystems, der Gruppe der Actinoide zugehöriges Transuran, Schwermetall; Z 94, stabilstes Isotop: ²⁴⁴Pu (α-Strahler, Halbwertszeit 8,26·10⁷ a) Wertigkeit bevorzugt IV, ferner III, V, VI, VII, D. 19,737 g cm^-3, F. 639,5 °C, Kp. 3200 °C, Standardelektrodenpotential (Pu/Pu³⁺) -2,031 V.

P., das wichtigste der durch Kernumwandlung zugänglichen Transurane, ist ein silberweißes, in sechs allotropen Modifikationen auftretendes, unedles Metall, das man durch Reduktion von Plutonium(IV)-fluorid mit Lithium, Calcium oder Barium bei 1200 °C gewinnt. Durch konz. Schwefelsäure, Salpetersäure und Eisessig wird P., wahrscheinlich infolge Passivierung, nicht angegriffen, dagegen ist es in Salz- oder Perchlorsäure leicht löslich. Mit Nichtmetallen, wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff, reagiert P. bei erhöhter Temperatur zu binären Plutoniumverbindungen. P. und seine Verbindungen sind außerordentlich giftig. Größte Bedeutung hat heute das Isotop ²³⁹Pu erlangt, das durch Einwirkung von Neutronen auf Uran 238 entsteht und im technischen Maßstab gewonnen wird:

Die besondere Bedeutung des Isotops ²³⁹Pu beruht darauf, daß dieses Nuclid wie Uran 235 durch langsame Neutronen einer Kettenspaltreaktion unterliegt. In einem Brutreaktor von 106 kW Leistung wird täglich etwa 1 kg P. produziert. Die Umwandlung von ²³⁸U in ²³⁹Pu eröffnet die Möglichkeit, die vorhandenen Uranvorkommen, die nur etwa 0,7 % spaltbares ²³⁵U enthalten, vollständig zur Energiegewinnung zu nutzen. Die langlebigen Isotope ²⁴²Pu und ²⁴⁴Pu werden durch Neutronenbestrahlung aus ²³⁹Pu hergestellt. Das als Energiequelle in Radionuclidbatterien z. B. in der Raumfahrttechnik sowie für Herzschrittmacher genutzte Nuclid ²³⁸Pu gewinnt man durch Neutronenbestrahlung aus Neptunium 237:

In der Natur kommt Plutonium 239 in verschwindend kleiner Menge in Uranmineralen, wie Pechblende oder Carnotit, als Folge einer Neutronenabsorption durch Uran 238 vor.

Grundlage der Gewinnung von P. bilden abgebrannte Uranbrennelemente der Kernreaktoren. Für die Trennung des P. vor allem von Uran, Neptunium und den verschiedenen Uranspaltprodukten nutzt man die unterschiedliche Stabilität der Oxidationsstufen (UO₂²⁺ > NpO₂²⁺> PuO₂²⁺; Pu³⁺ >> Np³⁺, U⁴⁺) in Kombination mit Extraktions-, Fällungs- und Ionenaustauschverfahren, wobei vor allem Methylisobutylketon oder Tributylphosphat als Extraktionsmittel dienen. Bei der Verwendung von P. als Kernbrennstoff wird nicht elementares P. eingesetzt, vielmehr nutzt man die Oxide PuO₂ bzw. PuO₂/ UO₂; P. findet Verwendung beim Bau von Kernwaffen.