الأكتينيدات

تضم سلسلة الأكتينيدات (تُلفظ /ˈæktɪnaɪd/) أو الأكتينويدات (تُلفظ / ˈæktɪnɔɪd / ) ما لا يقل عن 14 عنصرًا كيميائيًا فلزيًا في سلسلة 5f ، بأعداد ذرية تتراوح من 89 إلى 102، من الأكتينيوم إلى النوبليوم. ويُدرج العنصر ذو العدد الذري 103، اللورنسيوم، ضمنها أيضًا بشكل عام على الرغم من كونه جزءًا من سلسلة 6d الانتقالية. وتستمد سلسلة الأكتينيدات اسمها من أول عنصر فيها ، وهو الأكتينيوم . ويُستخدم الرمز الكيميائي غير الرسمي An في المناقشات العامة لكيمياء الأكتينيدات للإشارة إلى أي عنصر من عناصرها. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

يوصي الكتاب الأحمر الصادر عن الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) عام 1985 باستخدام مصطلح "أكتينويد" بدلاً من "أكتينيد" ، لأن اللاحقة " -يد" تشير عادةً إلى أيون سالب . ومع ذلك، ونظراً للاستخدام الشائع حالياً، لا يزال مصطلح "أكتينيد" مسموحاً به.

الأكتينيوم إلى النوبليوم عناصر من الفئة f ، بينما اللورنسيوم عنصر من الفئة d ^{[ 4 ] [ 5 ]} ومعدن انتقالي . ^{[ 6 ]} تتوافق هذه السلسلة في الغالب مع امتلاء الغلاف الإلكتروني 5f ، على الرغم من أن العديد من الذرات المعزولة في الحالة الأرضية لها تكوينات شاذة تتضمن امتلاء الغلاف 6d بسبب التنافر بين الإلكترونات. بالمقارنة مع اللانثانيدات ، وهي أيضًا في الغالب عناصر من الفئة f، تُظهر الأكتينيدات تكافؤًا أكثر تنوعًا . جميعها لها أنصاف أقطار ذرية وأيونية كبيرة جدًا وتُظهر نطاقًا واسعًا بشكل غير عادي من الخصائص الفيزيائية. في حين أن الأكتينيوم والأكتينيدات المتأخرة (من الكوريوم فصاعدًا) تتصرف بشكل مشابه لللانثانيدات، فإن عناصر الثوريوم والبروتكتينيوم واليورانيوم تُشبه المعادن الانتقالية في تركيبها الكيميائي ، بينما يحتل النبتونيوم والبلوتونيوم والأمريكيوم موقعًا وسيطًا .

جميع الأكتينيدات عناصر مشعة ، وتُطلق طاقة عند تحللها الإشعاعي. يُعد اليورانيوم والثوريوم، الموجودان طبيعيًا، والبلوتونيوم المُصنّع، أكثر الأكتينيدات وفرةً على سطح الأرض. وقد استُخدمت هذه العناصر في المفاعلات النووية ، كما يُعد اليورانيوم والبلوتونيوم عنصرين أساسيين في الأسلحة النووية . ولليورانيوم والثوريوم استخدامات متنوعة، حالية وتاريخية، ويُستخدم الأمريسيوم في غرف التأين لمعظم أجهزة كشف الدخان الحديثة .

نظراً لطول عمر النصف لهما، لا يوجد على الأرض وفي الفيزياء الفلكية بكميات كبيرة سوى الثوريوم واليورانيوم. ينتج عن التحلل الإشعاعي لليورانيوم كميات عابرة من الأكتينيوم والبروتاكتينيوم، كما تُنتج ذرات النبتونيوم والبلوتونيوم أحياناً من تفاعلات التحويل في خامات اليورانيوم . أما الأكتينيدات الأخرى فهي عناصر اصطناعية بالكامل . ^{[ 1 ] [ 7 ]} وقد أدت تجارب الأسلحة النووية إلى إطلاق ستة أكتينيدات على الأقل أثقل من البلوتونيوم في البيئة ؛ وأظهر تحليل الحطام الناتج عن أول تجربة لقنبلة هيدروجينية عام 1952 وجود الأمريسيوم والكوريوم والبركليوم والكاليفورنيوم ، ^{بالإضافة} إلى اكتشاف الأينشتاينيوم والفيرميوم . [ ^{8 ]}

في عروض الجدول الدوري ، تُعرض عناصر الفئة f عادةً كصفين إضافيين أسفل الجزء الرئيسي من الجدول. ^{[ 1 ]} هذا الاصطلاح مسألة جمالية وعملية تنسيقية بحتة؛ أما الجدول الدوري ذو التنسيق العريض، والذي نادرًا ما يُستخدم، فيُدرج سلسلتي 4f و5f في مكانهما الصحيح، كجزء من الصفين السادس والسابع (الدورات) من الجدول.

على غرار اللانثانيدات ، تُشكّل الأكتينيدات عائلة من العناصر ذات خصائص متشابهة. وتضم الأكتينيدات مجموعتين متداخلتين: عناصر ما بعد اليورانيوم ، التي تلي اليورانيوم في الجدول الدوري ، وعناصر ما بعد البلوتونيوم، التي تلي البلوتونيوم. وبالمقارنة مع اللانثانيدات، التي توجد في الطبيعة بكميات ملحوظة (باستثناء البروميثيوم )، فإن معظم الأكتينيدات نادرة. ولا يوجد معظمها في الطبيعة، ومن بين تلك الموجودة، لا يوجد سوى الثوريوم واليورانيوم بكميات تتجاوز آثارًا ضئيلة. وأكثر الأكتينيدات وفرةً أو سهولةً في التخليق هي اليورانيوم والثوريوم، يليهما البلوتونيوم والأمريكيوم والأكتينيوم والبروتكتينيوم والنبتونيوم والكوريوم. ^{[ 10 ]}

اقترح إنريكو فيرمي وجود عناصر ما بعد اليورانيوم عام 1934 ، استنادًا إلى تجاربه. ^{[ 11 ] [ 12 ]} ومع ذلك، ورغم معرفة أربعة من الأكتينيدات آنذاك، لم يكن مفهومًا بعد أنها تُشكّل عائلة مشابهة لللانثانيدات. كان الرأي السائد في الأبحاث المبكرة حول عناصر ما بعد اليورانيوم أنها عناصر منتظمة في الدورة السابعة، حيث يُقابل الثوريوم والبروتاكتينيوم واليورانيوم عناصر الهافنيوم والتنتالوم والتنغستن في الدورة السادسة على التوالي. وقد أدى تخليق عناصر ما بعد اليورانيوم تدريجيًا إلى تقويض هذا الرأي. وبحلول عام 1944، دفعت ملاحظة أن الكوريوم لا يُظهر حالات أكسدة أعلى من 4 (بينما يُمكن لنظيره المفترض في الدورة السادسة، البلاتين ، أن يصل إلى حالة أكسدة 6) غلين سيبورغ إلى صياغة " فرضية الأكتينيدات ". قدمت دراسات الأكتينيدات المعروفة واكتشافات عناصر ما وراء اليورانيوم الأخرى المزيد من البيانات لدعم هذا الموقف، لكن عبارة "فرضية الأكتينيدات" (والتي تعني ضمناً أن "الفرضية" هي شيء لم يتم إثباته بشكل قاطع) ظلت مستخدمة بشكل فعال من قبل العلماء حتى أواخر الخمسينيات. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

توجد حاليًا طريقتان رئيسيتان لإنتاج نظائر العناصر ما بعد البلوتونيوم: (1) تشعيع العناصر الأخف بالنيوترونات ؛ (2) التشعيع بجسيمات مشحونة مُسرّعة. تُعدّ الطريقة الأولى أكثر أهمية للتطبيقات، إذ إنّ التشعيع النيوتروني باستخدام المفاعلات النووية هو الطريقة الوحيدة لإنتاج كميات كبيرة من الأكتينيدات الاصطناعية؛ إلا أنها تقتصر على العناصر الخفيفة نسبيًا. أما ميزة الطريقة الثانية فتكمن في إمكانية الحصول على عناصر أثقل من البلوتونيوم، بالإضافة إلى نظائر فقيرة بالنيوترونات، والتي لا تتكوّن أثناء التشعيع النيوتروني. ^{[ 15 ]}

في الفترة ما بين عامي 1962 و1966، جرت محاولات في الولايات المتحدة لإنتاج نظائر ما بعد البلوتونيوم باستخدام سلسلة من ستة تفجيرات نووية تحت الأرض . استُخرجت عينات صغيرة من الصخور من منطقة التفجير مباشرةً بعد التجربة لدراسة نواتج التفجير، ولكن لم يُرصد أي نظائر ذات عدد كتلي أكبر من 257، على الرغم من التوقعات بأن يكون لهذه النظائر أعمار نصف طويلة نسبيًا لتحلل ألفا . عُزي عدم الرصد إلى الانشطار التلقائي نظرًا للسرعة العالية للنواتج، وإلى قنوات تحلل أخرى، مثل انبعاث النيوترونات والانشطار النووي . ^{[ 16 ]}

من الأكتينيوم إلى اليورانيوم

كان اليورانيوم والثوريوم أول الأكتينيدات المكتشفة . تم التعرف على اليورانيوم عام 1789 من قبل الكيميائي الألماني مارتن هاينريش كلابروث في خام البتشبلند . وقد أطلق عليه اسم كوكب أورانوس ، ^{[ 7 ]} الذي اكتُشف قبل ثماني سنوات. تمكن كلابروث من ترسيب مركب أصفر (يُرجح أنه ثنائي يورانات الصوديوم ) عن طريق إذابة البتشبلند في حمض النيتريك ومعادلة المحلول بهيدروكسيد الصوديوم . ثم اختزل المسحوق الأصفر الناتج بالفحم، واستخلص مادة سوداء ظنها معدنًا. ^{[ 17 ]} بعد ستين عامًا، حدد العالم الفرنسي يوجين ميلشيور بيليجو هذه المادة على أنها أكسيد اليورانيوم. كما عزل أول عينة من معدن اليورانيوم عن طريق تسخين رباعي كلوريد اليورانيوم مع البوتاسيوم المعدني . ^{[ 18 ]} حُسبت الكتلة الذرية لليورانيوم آنذاك بـ 120، لكن ديمتري مندليف صححها عام 1872 إلى 240 باستخدام قوانينه الدورية. وقد تأكدت هذه القيمة تجريبياً عام 1882 على يد ك. زيمرمان. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

اكتشف فريدريك فولر أكسيد الثوريوم في معدن الثوريانيت ، الذي عُثر عليه في النرويج عام 1827. ^{[ 21 ]} وفي عام 1828، وصف يونس جاكوب بيرزيليوس هذا المعدن بمزيد من التفصيل. ومن خلال اختزال رباعي كلوريد الثوريوم بالبوتاسيوم، عزل المعدن وأطلق عليه اسم الثوريوم نسبةً إلى إله الرعد والبرق النورسي ثور . ^{[ 22 ] [ 23 ]} وقد استخدم بيليجو نفس طريقة العزل لاحقًا لليورانيوم. ^{[ 7 ]}

اكتُشف الأكتينيوم عام 1899 على يد أندريه لويس ديبيرن ، مساعد ماري كوري ، في نفايات البتشبلند المتبقية بعد إزالة الراديوم والبولونيوم. وصف ديبيرن المادة (عام 1899) بأنها مشابهة للتيتانيوم ^{[ 24 ]،} و(عام 1900) بأنها مشابهة للثوريوم ^{[ 25 ]} . إلا أن اكتشاف ديبيرن للأكتينيوم أُثيرت حوله تساؤلات عامي 1971 ^{[ 26 ]} و2000 ^{[ 27 ]،} بحجة أن منشورات ديبيرن عام 1904 تُناقض عمله السابق بين عامي 1899 و1900. ويُعزى هذا الرأي إلى عمل فريدريك أوسكار جيزل عام 1902 ، الذي اكتشف عنصرًا مشعًا يُدعى إيمانيوم ، يتصرف بشكل مشابه لللانثانوم. يُشتق اسم الأكتينيوم من الكلمة اليونانية القديمة : ακτίς, ακτίνος (أكتيس، أكتينوس) ، والتي تعني شعاعًا أو حزمة. لم يُكتشف هذا المعدن من خلال إشعاعه الخاص، بل من خلال إشعاع نواتج تحلله. ^{[ 28 ] [ 29 ]} ونظرًا للتشابه الكبير بين الأكتينيوم واللانثانوم، وقلة وفرته، لم يُنتج الأكتينيوم النقي إلا في عام 1950. ويُعتقد أن مصطلح "الأكتينيدات" قد صاغه فيكتور غولدشميت في عام 1937. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

ربما تم عزل البروتاكتينيوم في عام 1900 بواسطة ويليام كروكس . ^{[ 32 ]} تم التعرف عليه لأول مرة في عام 1913، عندما صادف كازيمير فايانز وأوزوالد هيلموت جوهرينغ النظير قصير العمر ^234m Pa (نصف العمر 1.17 دقيقة) أثناء دراساتهم لسلسلة تحلل ²³⁸ U. أطلقوا على العنصر الجديد اسم brevium (من الكلمة اللاتينية brevis التي تعني قصير)؛ ^{[ 33 ] [ 34 ]} تم تغيير الاسم إلى بروتوأكتينيوم (من اليونانية πρῶτος + ἀκτίς بمعنى "عنصر الحزمة الأول") في عام 1918 عندما اكتشف فريقان من العلماء، بقيادة النمساوية ليز مايتنر وأوتو هان من ألمانيا، وفريدريك سودي وجون أرنولد كرانستون من بريطانيا العظمى، بشكل مستقل، نظير ²³¹ Pa الأطول عمراً بكثير . تم اختصار الاسم إلى بروتاكتينيوم في عام 1949. لم يتم توصيف هذا العنصر بشكل كبير حتى عام 1960، عندما عزل ألفريد مادوك وزملاؤه في المملكة المتحدة 130  غرامًا من البروتاكتينيوم من 60 طنًا من النفايات المتبقية بعد استخراج اليورانيوم من خامه. ^{[ 35 ]}

النبتونيوم وما فوق

تم اكتشاف النبتونيوم (المسمى نسبةً إلى كوكب نبتون ، الكوكب التالي لكوكب أورانوس، الذي سُمي اليورانيوم باسمه) على يد إدوين ماكميلان وفيليب إتش. أبيلسون عام 1940 في بيركلي، كاليفورنيا . ^{[ 36 ]} وقد أنتجا نظير ^{239Np (نصف عمره 2.4 يوم) عن طريق قذف اليورانيوم} بالنيوترونات البطيئة . ^{[ 35 ]} وكان أول عنصر من عناصر ما بعد اليورانيوم يُنتج صناعيًا. ^{[ 37 ]}

لا توجد العناصر ما بعد اليورانيوم بكميات كبيرة في الطبيعة، ويتم تصنيعها عادةً عبر تفاعلات نووية تُجرى في المفاعلات النووية. على سبيل المثال، عند تعريض اليورانيوم-238 للإشعاع النيوتروني من المفاعل، يتحول جزئيًا إلى البلوتونيوم-239 .

${\displaystyle {\ce {{^{238}_{92}U}+{}_{0}^{1}n->{}_{92}^{239}U->[\beta ^{-}][23.5\ {\ce {min}}]{}_{93}^{239}Np->[\beta ^{-}][2.3\ {\ce {days}}]{}_{94}^{239}Pu}}\left({\ce {->[\alpha ][2.4\cdot 10^{4}\ {\ce {years}}]}}\right){\ce {^{235}_{92}U}}}$

استخدم فيرمي وزملاؤه تفاعل التخليق هذا في تصميم المفاعلات الموجودة في موقع هانفورد ، والتي أنتجت كميات كبيرة من البلوتونيوم-239 للأسلحة النووية لمشروع مانهاتن والترسانة النووية للولايات المتحدة بعد الحرب. ^{[ 38 ]}

تُصنّع الأكتينيدات ذات الأرقام الكتلية الأعلى عن طريق قذف اليورانيوم والبلوتونيوم والكوريوم والكاليفورنيوم بأيونات النيتروجين أو الأكسجين أو الكربون أو النيون أو البورون في مسرع جسيمات . وهكذا، تم إنتاج النوبليوم عن طريق قذف اليورانيوم-238 بالنيون -22.

${\displaystyle {\ce {_{92}^{238}U + _{10}^{22}Ne -> _{102}^{256}No + 4_0^1n}}}$.

تم تخليق أول نظائر لعناصر ما بعد البلوتونيوم، الأمريسيوم-241 والكوريوم -242 ، في عام 1944 بواسطة جلين تي. سيبورغ ، ورالف أ. جيمس، وألبرت غيورسو . ^{[ 39 ]} تم الحصول على الكوريوم-242 عن طريق قذف البلوتونيوم-239 بجسيمات ألفا ذات طاقة 32 ميغا إلكترون فولت:

${\displaystyle {\ce {_{94}^{239}Pu + _2^4He -> _{96}^{242}Cm + _0^1n}}}$.

تم إنتاج نظائر الأمريسيوم-241 والكوريوم-242 أيضًا عن طريق تشعيع البلوتونيوم في مفاعل نووي. سُمّي العنصر الأخير نسبةً إلى ماري كوري وزوجها بيير، اللذين اشتهرا باكتشاف الراديوم وأبحاثهما في مجال النشاط الإشعاعي . ^{[ 40 ]}

أدى قذف الكوريوم-242 بجسيمات ألفا إلى إنتاج نظير الكاليفورنيوم ²⁴⁵ Cf في عام 1950، وأسفر إجراء مماثل عن إنتاج البركليوم-243 من الأمريسيوم-241 في عام 1949. ^{[ 41 ]} سُميت العناصر الجديدة نسبةً إلى بيركلي، كاليفورنيا ، قياسًا على نظيرها من اللانثانيدات، التيربيوم ، الذي سُمي نسبةً إلى قرية يتربي في السويد. ^{[ 42 ]}

في عام 1945، حصل بي بي كانينغهام على أول مركب كيميائي بكميات كبيرة لعنصر ما بعد البلوتونيوم، وهو هيدروكسيد الأمريسيوم . ^{[ 43 ]} وعلى مدى بضع سنوات، تراكمت كميات بالمليغرام من الأمريسيوم وكميات بالمايكروغرام من الكوريوم، مما سمح بإنتاج نظائر البركليوم ^{[ 44 ] [ 45 ]} والكاليفورنيوم. ^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]} وفي عام 1958، تم إنتاج كميات كبيرة من هذه العناصر، ^{[ 49 ]}  وحصل بي بي كانينغهام وجيه سي والمان على أول مركب كاليفورنيوم (0.3 ميكروغرام من CfOCl) في عام 1960. ^{[ 50 ]}

تم اكتشاف عنصري الأينشتاينيوم والفيرميوم في الفترة ما بين عامي 1952 و1953 في مخلفات التجربة النووية " آيفي مايك " (1 نوفمبر 1952)، وهي أول تجربة ناجحة لقنبلة هيدروجينية. أدى التعرض الفوري لليورانيوم-238 لتدفق نيوتروني كبير ناتج عن الانفجار إلى إنتاج نظائر ثقيلة من اليورانيوم، والتي خضعت لسلسلة من اضمحلالات بيتا إلى نويدات مثل الأينشتاينيوم-253 والفيرميوم -255 . في البداية، تم التكتم على اكتشاف العناصر الجديدة والبيانات الجديدة المتعلقة بالتقاط النيوترونات بأوامر من  الجيش الأمريكي حتى عام 1955 بسبب توترات الحرب الباردة . ^{[ 8 ] [ 51 ]} ومع ذلك، تمكن فريق بيركلي من تحضير الأينشتاينيوم والفيرميوم بوسائل مدنية، من خلال قصف البلوتونيوم-239 بالنيوترونات، ونشروا هذا العمل في عام 1954 مع التنويه بأنه لم يكن أول دراسة تُجرى على هذين العنصرين. ^{[ 52 ] [ 53 ]} رُفعت السرية عن دراسات "آيفي مايك" ونُشرت عام 1955. ^{[ 51 ]} أُنتجت أولى الكميات الكبيرة (أقل من ميكروغرام) من الإينشتاينيوم عام 1961 على يد كانينغهام وزملاؤه، ولكن لم يُجرَ ذلك على الفيرميوم حتى الآن. ^{[ 54 ]}

تم تخليق أول نظير للمندليفيوم، وهو ^256Md (نصف عمره 87 دقيقة)، بواسطة ألبرت غيورسو، وجلين تي. سيبورغ، وغريغوري روبرت تشوبان ، وبرنارد جي. هارفي ، وستانلي جيرالد طومسون، عندما قاموا بقصف هدف من ^253Es بجسيمات ألفا في السيكلوترون ذي الـ 60 بوصة في مختبر بيركلي للإشعاع ؛ وكان هذا أول نظير لأي عنصر يتم تخليقه ذرةً ذرة. ^{[ 55 ]}

كانت هناك عدة محاولات للحصول على نظائر النوبليوم من قبل مجموعات سويدية (1957) وأمريكية (1958)، ولكن أول نتيجة موثوقة كانت تخليق ²⁵⁶ No من قبل المجموعة الروسية لجورجي فليوروف في عام 1965، كما اعترفت به IUPAC في عام 1992. في تجاربهم، قام فليوروف وآخرون بقصف اليورانيوم-238 بالنيون-22. ^{[ 9 ]}

في عام 1961، حصل غيورسو وزملاؤه على أول نظير للورنسيوم عن طريق تشعيع الكاليفورنيوم (معظمه كاليفورنيوم-252 ) بأيونات البورون-10 والبورون -11 . ^{[ 9 ]} لم يكن العدد الكتلي لهذا النظير محددًا بدقة آنذاك (ربما 258 أو 259). في عام 1965، قام فليوروف وزملاؤه بتخليق 256Lr من ^{243Am و} 18 ^O. وبذلك ، اعترف الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) بفريقي الفيزياء النووية في دوبنا وبيركلي كمكتشفين مشاركين للورنسيوم.

يُعرف أربعة وثلاثون نظيرًا من الأكتينيوم ، وثماني حالات متماثلة مثارة لبعض نويداته ، تتراوح أعدادها الكتلية بين 203 و236. ^{[ 56 ]} وُجدت ثلاثة نظائر، هي الأكتينيوم ^{-225 والأكتينيوم-227 والأكتينيوم-228 ،} في الطبيعة ، بينما ^أُنتجت النظائر الأخرى في المختبر؛ وتُستخدم النظائر الطبيعية الثلاثة فقط في التطبيقات. الأكتينيوم-225 هو أحد نظائر سلسلة النبتونيوم المشعة ؛ ^{[ 59 ]} اكتُشف لأول مرة عام 1947 كناتج تحلل لليورانيوم-233 ، وهو باعث لأشعة ألفا بنصف عمر يبلغ 10 أيام. الأكتينيوم-225 أقل وفرة من الأكتينيوم-228، ولكنه أكثر جدوى في تطبيقات التتبع الإشعاعي. ^{[ 29 ]} يوجد الأكتينيوم-227 (نصف عمره 21.77 سنة) في جميع خامات اليورانيوم، ولكن بكميات ضئيلة. يحتوي غرام واحد من اليورانيوم (في حالة توازن إشعاعي) على 2 × 10 فقط^-10 غرام من ^{الأكتينيوم -227} . ^{[ 29 ] [ 56 ]} الأكتينيوم-228 هو أحد عناصر سلسلة الثوريوم المشعة التي تتكون من تحلل الراديوم ^-228 ؛ ^{[ 59 ]} وهو باعث لجسيمات بيتا ^{السالبة} بنصف عمر يبلغ 6.15 ساعة. يحتوي طن واحد من الثوريوم على 5 × 10^-8 غرام من ²²⁸ Ac. تم اكتشافه بواسطة أوتو هان في عام 1906. ^{[ 29 ]}

يوجد 32 نظيراً معروفاً للثوريوم، تتراوح أعدادها الكتلية بين 207 و238. ^{[ 56 ] ومن بين هذه النظائر، يُعدّ 232Th} الأطول عمراً ، ويبلغ عمر النصف له 10 ...عمر النصف البالغ 1.4 × 10 ^ ¹⁰  سنة يعني أنه لا يزال موجودًا في الطبيعة كنواة بدائية . أما ثاني أطول نظائر الثوريوم عمرًا فهو الثوريوم ^-230 ، وهو ناتج تحلل وسيط لليورانيوم ^-238، ويبلغ عمر النصف له 75400 سنة. وتوجد عدة نظائر أخرى للثوريوم بعمر نصف يزيد عن يوم واحد؛ وجميعها عابرة أيضًا في سلاسل تحلل الثوريوم ^-232 واليورانيوم ^-235 واليورانيوم ^-238 .

يُعرف تسعة وعشرون نظيرًا للبروتاكتينيوم بأعداد كتلية تتراوح بين 211 و239 ^{[ 56 ]} ، بالإضافة إلى ثلاث حالات متماثلة مثارة . وقد وُجد في الطبيعة فقط نظيرا ^231Pa و ²³⁴ Pa . تتميز جميع النظائر بعمر قصير، باستثناء البروتاكتينيوم-231 (عمر النصف 32760 سنة). يُعدّ نظيرا ^231Pa و ²³³ Pa من أهم النظائر ، حيث يُستخدم نظير 233Pa كمنتج وسيط في إنتاج اليورانيوم-233، وهو الأقل تكلفة بين النظائر الاصطناعية للبروتاكتينيوم. يتميز نظير ^233Pa بعمر نصف مناسب وطاقة إشعاع غاما ملائمة ، ولذلك استُخدم في معظم دراسات كيمياء البروتاكتينيوم. أما البروتاكتينيوم-233 فهو باعث لأشعة بيتا بعمر نصف يبلغ 26.97 يومًا. ^{[ 56 ] [ 60 ]}

يوجد 27 نظيراً معروفاً لليورانيوم ، تتراوح أعدادها الكتلية بين 215 و242 (باستثناء 220). ^{[ 57 ]} ثلاثة منها، وهي 234U ^و 235 ^U و ²³⁸ U، موجودة بكميات ملحوظة في الطبيعة. من بينها، يُعدّ ^233U الأكثر أهمية ، وهو الناتج النهائي لتحوّل ^232Th المُشعّع بالنيوترونات البطيئة. يتميّز ^233U بكفاءة انشطار أعلى بكثير بواسطة النيوترونات منخفضة الطاقة (الحرارية)، مقارنةً مثلاً بـ ^235U . أُجريت معظم الدراسات الكيميائية لليورانيوم على اليورانيوم-238 نظراً لعمر النصف الطويل له الذي يبلغ 4.4 × 10⁹ سنوات. ^{[ 61 ]}

يوجد 25 نظيراً للنبتونيوم بأعداد كتلية تتراوح بين 219 و244 (باستثناء 221)؛ ^{[ 57 ]} وجميعها شديدة الإشعاع. أكثرها شيوعاً بين العلماء هو النبتونيوم ²³⁷ طويل العمر ( _{نصف العمر}  = 2.20 × 10^{6 سنوات) و 239} Np و ²³⁸ Npقصيرة العمر _{( نصف العمر}  ~ يومين). ^{[ 37 ]}

يوجد 21 نظيراً معروفاً للبلوتونيوم ، تتراوح أعداد كتلها بين 227 و247. ^{[ 57 ]} النظير الأكثر استقراراً للبلوتونيوم هو ^244Pu بنصف عمر يبلغ 8.13 × 10⁷ سنوات. ^{[ 56 ]}

يُعرف ثمانية عشر نظيرًا للأمريسيوم بأعداد كتلية تتراوح بين 229 و247 (باستثناء 231). ^{[ 57 ]} أهمها ^241Am و ²⁴³ Am، وهما نظيران يُصدران جسيمات ألفا، بالإضافة إلى أشعة غاما ضعيفة ولكنها شديدة الكثافة؛ ويمكن الحصول عليهما في صورة نقية نظائريًا. دُرست الخصائص الكيميائية للأمريسيوم أولًا باستخدام ^241Am ، ثم تحول التركيز لاحقًا إلى ^243Am ، وهو أقل إشعاعًا بنحو 20 مرة. من عيوب ^243Am إنتاجه للنظير الوليد قصير العمر ^239Np ، والذي يجب أخذه في الاعتبار عند تحليل البيانات. ^{[ 62 ]}

من بين 19 نظيرًا للكوريوم ، تتراوح أعدادها الكتلية بين 233 و251، ^{[ 57 ] يُعدّ نظيرا 242Cm} و ²⁴⁴ Cm الأكثر سهولة في الحصول عليهما ؛ فهما باعثان لأشعة ألفا، لكن عمرهما أقصر بكثير من نظائر الأمريسيوم. لا يُصدر هذان النظيران أي إشعاع غاما تقريبًا، لكنهما يخضعان للانشطار التلقائي المصحوب بانبعاث نيوترونات. تتشكل نظائر الكوريوم الأطول عمرًا ( ^245-248Cm ، جميعها باعثة لأشعة ألفا) كمزيج أثناء تشعيع البلوتونيوم أو الأمريسيوم بالنيوترونات. عند التشعيع لفترة قصيرة، يهيمن نظير 246Cm على هذا المزيج ^، ثم يبدأ نظير ^248Cm بالتراكم. يتميز كلا هذين النظيرين، وخاصة نظير ^248Cm ، بعمر نصف أطول (3.48 × 10) .^{يبلغ عمر نظائر الكوريوم 247 أطول من نظيري الكوريوم 242} و ²⁴⁴ ، وهي أكثر ملاءمة لإجراء البحوث الكيميائية، إلا أنها تتميز بمعدل انشطار تلقائي مرتفع نسبيًا. ^{ويتمتع نظير الكوريوم 247} بأطول عمر بين نظائر الكوريوم (1.56 × 10) .⁷ سنوات)، ولكنها لا تتشكل بكميات كبيرة بسبب الانشطار القوي الناجم عن النيوترونات الحرارية.

تم تحديد سبعة عشر نظيرًا من البركليوم بأعداد كتلية 233، 234، 236، 238، و240-252. ^{[ 57 ]} يتوفر البركليوم ²⁴⁹ فقط بكميات كبيرة؛ وله عمر نصف قصير نسبيًا يبلغ 330 يومًا، ويصدر في الغالب جسيمات بيتا ضعيفة ، مما يجعل الكشف عنها صعبًا. إشعاع ألفا الخاص به ضعيف نسبيًا (1.45 × 10⁻⁶) .^(-3 % بالنسبة لإشعاع بيتا)، ولكنه يُستخدم أحيانًا للكشف عن هذا النظير. ^{يُعدّ 247Bk} باعثًا لجسيمات ألفا بنصف عمر طويل يبلغ 1380 عامًا، ولكنه يصعب الحصول عليه بكميات ملحوظة؛ إذ لا يتكوّن عند تشعيع البلوتونيوم بالنيوترونات لأن تحلل بيتا لنظائر الكوريوم ذات العدد الكتلي الأقل من 248 غير معروف. ^{[ 62 ]} (في الواقع، يُطلق 247Cm طاقةً عن طريق تحلله بيتا إلى ^{247Bk ،} ولكن لم يُرصد هذا الأمر قط).

تتكون نظائر الكاليفورنيوم العشرين ذات الأعداد الكتلية من 237 إلى 256 في المفاعلات النووية؛ ^{[ 57 ]} يُعد الكاليفورنيوم-253 باعثًا لجسيمات بيتا، بينما تُعد بقية النظائر باعثة لجسيمات ألفا. تتميز النظائر ذات الأعداد الكتلية الزوجية ( ²⁵⁰ Cf، ²⁵² Cf، و ²⁵⁴ Cf) بمعدل انشطار تلقائي مرتفع، وخاصةً ²⁵⁴ Cf الذي يتحلل 99.7% منه بالانشطار التلقائي. يتميز الكاليفورنيوم-249 بعمر نصف طويل نسبيًا (352 عامًا)، وانشطار تلقائي ضعيف، وانبعاث قوي لأشعة غاما، مما يُسهل التعرف عليه. لا يتشكل الكاليفورنيوم ^-249 بكميات كبيرة في المفاعل النووي بسبب بطء تحلل بيتا للنظير الأصلي ^249Bk وكبر مقطع التفاعل مع النيوترونات، ولكنه يتراكم في صورته النقية نظائريًا كناتج لتحلل بيتا للنظير ^249Bk (المختار مسبقًا) . يتكون الكاليفورنيوم الناتج عن تشعيع البلوتونيوم في المفاعل في الغالب من الكاليفورنيوم ^{-250 والكاليفورنيوم -252} ، حيث يسود الأخير عند كثافة النيوترونات العالية، ويعيق الإشعاع النيوتروني القوي دراسته. ^{[ 63 ]}

من بين نظائر الأينشتاينيوم الثمانية عشر المعروفة، والتي تتراوح أعدادها الكتلية بين 240 و257، ^{[ 57 ] يُعدّ 253Es} الأكثر توفرًا . وهو باعث لأشعة ألفا بنصف عمر يبلغ 20.47 يومًا، ويُصدر أشعة غاما ضعيفة نسبيًا، ويتميز بمعدل انشطار تلقائي منخفض مقارنةً بنظائر الكاليفورنيوم. كما يُنتج التشعيع النيوتروني المطوّل نظيرًا طويل العمر هو ^254Es ( _{نصف عمره}  275.5 يومًا). ^{[ 63 ]}

يُعرف عشرون نظيراً للفيرميوم بأعداد كتلية تتراوح بين 241 و260. تُعدّ نظائر ^254Fm و ²⁵⁵ Fm و ²⁵⁶ Fm نظائر مُشعّة لأشعة ألفا ذات عمر نصف قصير (ساعات)، ويمكن عزلها بكميات كبيرة. أما نظير ^257Fm (عمر _النصف = 100 يوم) فيمكن أن يتراكم عند التعرض لإشعاع قوي ومطوّل. وتتميز جميع هذه النظائر بمعدلات انشطار تلقائي عالية. ^{[ 63 ] [ 65 ]}

من بين النظائر السبعة عشر المعروفة للمندليفيوم (بأعداد كتلية تتراوح من 244 إلى 260)، ^{[ 57 ] يُعدّ 256Md} الأكثر دراسة ، والذي يتحلل بشكل رئيسي عن طريق التقاط الإلكترون (إشعاع ألفا ≈10%) بنصف عمر يبلغ 77 دقيقة. وهناك نظير آخر مُشعّ لأشعة ألفا، وهو ^258Md ، بنصف عمر يبلغ 53 يومًا. يُنتج كلا هذين النظيرين من الإينشتاينيوم النادر ( ^253Es و ²⁵⁵ Es على التوالي)، مما يحدّ من توافرهما. ^{[ 56 ]}

تتميز نظائر النوبليوم واللورنسيوم (والعناصر الأثقل) طويلة العمر بفترات نصف عمر قصيرة نسبيًا. يُعرف للنوبليوم 13 نظيرًا، بأعداد كتلية تتراوح بين 249 و260 و262. دُرست الخصائص الكيميائية للنوبليوم واللورنسيوم باستخدام نظير ^255No (نصف _العمر = 3 دقائق) ونظير ^256Lr ( _{نصف العمر} = 35 ثانية). أطول نظائر النوبليوم عمرًا هو ^259No ، بنصف عمر يبلغ حوالي ساعة واحدة. ^{[ 56 ]} أما اللورنسيوم، فيوجد له 14 نظيرًا معروفًا بأعداد كتلية تتراوح بين 251 و262 و264 و266. أكثرها استقرارًا هو ^266Lr بنصف عمر يبلغ 11 ساعة.    

من بين كل هذه النظائر، فإن النظائر الوحيدة التي توجد بكميات كافية في الطبيعة بحيث يمكن الكشف عنها بأكثر من مجرد آثار ضئيلة ولها مساهمة قابلة للقياس في الأوزان الذرية للأكتينيدات هي الثوريوم ²³² البدائي ، واليورانيوم ²³⁵ ، واليورانيوم ²³⁸ ، وثلاثة نواتج تحلل طويلة العمر لليورانيوم الطبيعي، وهي الثوريوم ^{230 ، والبروتكتينيوم 231} ، واليورانيوم ^234. يتكون الثوريوم الطبيعي من 0.02(2)% من الثوريوم ²³⁰ و99.98(2)% من الثوريوم ²³² ؛ ويتكون البروتكتينيوم الطبيعي من 100% من البروتكتينيوم ²³¹ ؛ ويتكون اليورانيوم الطبيعي من 0.0054(5)% من اليورانيوم ²³⁴ ، و0.7204(6)% من اليورانيوم ²³⁵ ، و99.2742(10)% من اليورانيوم ^{238. [ 66 ]}

يُظهر الشكل البياني للأكتينيدات جدولًا للنويدات، حيث يُمثل المحور الأفقي عدد النيوترونات (النظائر)، بينما يُمثل المحور الرأسي عدد البروتونات (العناصر). تقسم النقطة الحمراء النويدات إلى مجموعتين، مما يجعل الشكل أكثر إيجازًا. يُمثل كل نويدة بمربع يحمل العدد الكتلي للعنصر وعمر النصف له. ^{[ 67 ]} تُحدد نظائر الأكتينيدات الموجودة طبيعيًا (الثوريوم، اليورانيوم) بإطار سميك، وتُلون مُشعّات ألفا باللون الأصفر، ومُشعّات بيتا باللون الأزرق. يشير اللون الوردي إلى التقاط الإلكترون ( النبتونيوم ^{-236 )، بينما يُمثل اللون الأبيض} حالة شبه مستقرة طويلة الأمد ( الأمريسيوم ^-242 ).

يتميز تكوين نويدات الأكتينيدات بشكل أساسي بما يلي: ^{[ 68 ]}

• تفاعلات التقاط النيوترونات (n,γ)، والتي يتم تمثيلها في الشكل بسهم قصير إلى اليمين.
• كما تم أخذ تفاعلات (n,2n) وتفاعلات (γ,n) الأقل تكرارًا في الاعتبار، وكلاهما يتم تمييزه بسهم قصير إلى اليسار.
• وفي حالات نادرة للغاية، يحدث تفاعل (n,3n) فقط عن طريق النيوترونات السريعة، وهو ما يظهر في الشكل مع مثال واحد، مشار إليه بسهم طويل إلى اليسار.

بالإضافة إلى التفاعلات النووية الناتجة عن النيوترونات أو أشعة غاما ، يؤثر التحول الإشعاعي لنظائر الأكتينيدات أيضًا على مخزون النظائر في المفاعل. وتُشير الأسهم المائلة في الشكل إلى أنواع الاضمحلال هذه. يلعب اضمحلال بيتا السالب ، المشار إليه بسهم يشير إلى أعلى اليسار، دورًا رئيسيًا في توازن كثافة جسيمات النظائر. أما النظائر التي تتحلل بانبعاث البوزيترون (اضمحلال بيتا الموجب) أو التقاط الإلكترون (ε) فلا تحدث في المفاعل النووي إلا كنواتج لتفاعلات الإقصاء؛ ويُشار إلى اضمحلالها بأسهم تشير إلى أسفل اليمين. ونظرًا لطول أعمار النصف لهذه النظائر، فإن اضمحلال ألفا لا يكاد يُؤثر في تكوين واضمحلال الأكتينيدات في مفاعل الطاقة، لأن فترة بقاء الوقود النووي في قلب المفاعل قصيرة نسبيًا (بضع سنوات). باستثناء نظيرين قصيري العمر نسبيًا، هما ²⁴² كوريوم (نصف _العمر  = 163  يومًا) و ²³⁶ بلوتونيوم (نصف _العمر  = 2.9  سنة). في هاتين الحالتين فقط، يُشار إلى اضمحلال ألفا على خريطة النظائر بسهم طويل يشير إلى أسفل اليسار. لا يمكن إنتاج بعض نظائر الأكتينيدات طويلة العمر، مثل ²⁴⁴ بلوتونيوم و ²⁵⁰ كوريوم، في المفاعلات النووية لأن عملية التقاط النيوترونات لا تحدث بالسرعة الكافية لتجاوز نظائر بيتا قصيرة العمر، مثل ²⁴³ بلوتونيوم و ²⁴⁹ كوريوم؛ إلا أنه يمكن توليدها في الانفجارات النووية، التي تتميز بتدفقات نيوترونية أعلى بكثير.

يُعدّ الثوريوم واليورانيوم أكثر الأكتينيدات وفرةً في الطبيعة، حيث تبلغ تركيزاتهما الكتلية 16 جزءًا  في المليون و4  أجزاء في المليون على التوالي. ^{[ 69 ]} يوجد اليورانيوم في الغالب في قشرة الأرض على شكل خليط من أكاسيده في معدن اليورانينيت ، والذي يُسمى أيضًا بالبيتشبلند نظرًا للونه الأسود. وهناك عشرات المعادن الأخرى لليورانيوم، _مثل الكارنوتيت ( KUO₂VO₄ _· 3H₂O ₎ والأوتونيت ( Ca(UO₂ ₎ ₂ ₍ PO₄ ₎ ₂ _· nH₂O ₎ . يتكون التركيب النظائري لليورانيوم الطبيعي من ^238U ( بنسبة وفرة نسبية 99.2742%)، و ²³⁵ U (بنسبة وفرة نسبية 0.7204%)، و ²³⁴ U (بنسبة وفرة نسبية 0.0054%)؛ ومن بين هذه النظائر ، يتمتع ^238U بأكبر عمر نصف يبلغ 4.51 × 10⁻⁵^تسع سنوات. ^{[ 70 ] [ 71 ]} بلغ الإنتاج العالمي من اليورانيوم في عام 2009 نحو 50,572 طنًا ، استُخرج منها 27.3% في كازاخستان . ومن بين الدول الأخرى المهمة في تعدين اليورانيوم: كندا (20.1%)، وأستراليا (15.7%)، وناميبيا (9.1%)، وروسيا (7.0%)، والنيجر (6.4%). ^{[ 72 ]}

أكثر معادن الثوريوم وفرةً هي الثوريانيت ( ThO₂ )، والثوريت ( ThSiO₄ )، _{والمونازيت} ( ( Th,Ca,Ce)PO₄ _{) . تحتوي معظم معادن الثوريوم على اليورانيوم ،} والعكس صحيح؛ كما تحتوي جميعها على نسبة كبيرة من اللانثانيدات. توجد رواسب غنية من معادن الثوريوم في الولايات المتحدة (440,000 طن)، وأستراليا والهند (حوالي 300,000 طن لكل منهما)، وكندا (حوالي 100,000 طن). ^{[ 74 ]}

لا تتجاوز وفرة الأكتينيوم في قشرة الأرض 5 × 10^-15 %. ^{[ 60 ]} يتواجد الأكتينيوم في الغالب في المعادن الحاوية على اليورانيوم، ولكنه يوجد أيضًا في معادن أخرى، وإن كان بكميات أقل بكثير. يتوافق محتوى الأكتينيوم في معظم الأجسام الطبيعية مع التوازن النظائري للنظير الأصلي ^235U ، ولا يتأثر بهجرة الأكتينيوم الضعيفة. ^{[ 29 ]} يُعد البروتاكتينيوم أكثر وفرة (10-12 ^% ) في قشرة الأرض من الأكتينيوم. وقد اكتُشف في خام اليورانيوم عام 1913 على يد فايانز وغورينغ. ^{[ 33 ]} وكما هو الحال مع الأكتينيوم، فإن توزيع البروتاكتينيوم يتبع توزيع ^235U . ^{[ 60 ]}

يُعدّ عمر النصف لأطول نظائر النبتونيوم عمرًا، وهو 237Np ^، ضئيلاً للغاية مقارنةً بعمر الأرض. ولذلك، يتواجد النبتونيوم في الطبيعة بكميات ضئيلة جدًا، ناتجة عن نواتج تحلل وسيطة لنظائر أخرى. ^{[ 37 ]} وقد اكتُشفت آثار البلوتونيوم في معادن اليورانيوم لأول مرة عام 1942، وتُلخّص النتائج الأكثر منهجية المتعلقة بـ ^239Pu في الجدول (لم يتم الكشف عن أي نظائر أخرى للبلوتونيوم في تلك العينات). ويبلغ الحد الأعلى لوفرة أطول نظائر البلوتونيوم عمرًا، وهو ^244Pu ، 3 × 10^-20 %. لم يُعثر على البلوتونيوم في عينات من تربة القمر. ونظرًا لندرته في الطبيعة، يُنتج معظم البلوتونيوم صناعيًا. ^{[ 73 ]}

نظراً لقلة وفرة الأكتينيدات، فإن استخلاصها عملية معقدة ومتعددة المراحل. تُستخدم فلوريدات الأكتينيدات عادةً لأنها غير قابلة للذوبان في الماء ويمكن فصلها بسهولة عن طريق تفاعلات الأكسدة والاختزال . تُختزل الفلوريدات باستخدام الكالسيوم أو المغنيسيوم أو الباريوم : ^{[ 75 ]}

${\displaystyle {\begin{array}{l}{}\\{\ce {2AmF3{}+3Ba->[{\ce {1150-1350^{\circ }C}}]3BaF2{}+2Am}}\\{\ce {PuF4{}+2Ba->[{\ce {1200^{\circ }C}}]2BaF2{}+Pu}}\\{\ce {UF4{}+2Mg->[{\ce {>500^{\circ }C}}]U{}+2MgF2}}\\{}\end{صفيف}}}$

من بين الأكتينيدات، يُعد الثوريوم واليورانيوم الأسهل عزلاً. يُستخلص الثوريوم في الغالب من المونازيت : حيث يُفاعل بيروفوسفات الثوريوم (ThP₂O₇ _{) مع} حمض النيتريك ، ويُعالج نترات الثوريوم الناتج بفوسفات ثلاثي البوتيل . تُفصل شوائب العناصر الأرضية النادرة عن _{طريق زيادة} الرقم الهيدروجيني في محلول الكبريتات. ^{[ 75 ]}

في طريقة استخلاص أخرى، يُفكك المونازيت باستخدام محلول مائي بنسبة 45% من هيدروكسيد الصوديوم عند درجة حرارة 140  درجة مئوية. تُستخلص هيدروكسيدات المعادن المختلطة أولًا، ثم تُرشح عند درجة حرارة 80  درجة مئوية، وتُغسل بالماء، وتُذاب في حمض الهيدروكلوريك المركز . بعد ذلك، يُعادَل المحلول الحمضي باستخدام الهيدروكسيدات حتى يصل الرقم الهيدروجيني إلى 5.8، مما يؤدي إلى ترسيب هيدروكسيد الثوريوم (Th(OH) _₄ ) الملوث بنحو 3% من هيدروكسيدات العناصر الأرضية النادرة؛ بينما تبقى النسبة المتبقية من هيدروكسيدات العناصر الأرضية النادرة في المحلول. يُذاب هيدروكسيد الثوريوم في حمض غير عضوي، ثم يُنقى من العناصر الأرضية النادرة . تُعد إذابة هيدروكسيد الثوريوم في حمض النيتريك طريقة فعالة، لأن المحلول الناتج يُمكن تنقيته بالاستخلاص باستخدام المذيبات العضوية: ^{[ 75 ]}

Th ( OH) _₄ + 4 HNO₃ _→ Th(NO₃ ₎ ₄ ₊ 4 _H₂O

يتم فصل الثوريوم المعدني عن الأكسيد اللامائي أو الكلوريد أو الفلوريد عن طريق تفاعله مع الكالسيوم في جو خامل: ^{[ 77 ]}

ThO ₂ + 2 Ca → 2 CaO + Th

يُستخلص الثوريوم أحيانًا بالتحليل الكهربائي للفلوريد في خليط من كلوريد الصوديوم والبوتاسيوم عند درجة حرارة 700-800  درجة مئوية في بوتقة من الجرافيت . ويمكن استخلاص الثوريوم عالي النقاوة من يوديده باستخدام عملية قضيب البلورة . ^{[ 78 ]}

يُستخلص اليورانيوم من خاماته بطرقٍ متعددة. في إحدى هذه الطرق، يُحرق الخام ثم يُفاعل مع حمض النيتريك لتحويل اليورانيوم إلى حالة ذائبة. بمعالجة المحلول بمحلول فوسفات ثلاثي البوتيل (TBP) في الكيروسين، يتحول اليورانيوم إلى شكل عضوي UO₂ ₍ NO₃ ₎ ₂ ₍ TBP) _{₂ . تُصفّى الشوائب غير الذائبة} ، ويُستخلص اليورانيوم بالتفاعل مع الهيدروكسيدات على _هيئة ⁽ NH₄ ₎ ₂U₂O₇ _أو مع بيروكسيد الهيدروجين على _هيئة UO₄ · 2H₂O . ^[ ₇₅ ^]

عندما يكون خام اليورانيوم غنيًا بمعادن مثل الدولوميت والمغنيسيت ، تستهلك هذه المعادن كميات كبيرة من الأحماض. في هذه الحالة، تُستخدم طريقة الكربونات لاستخلاص اليورانيوم. المكون الرئيسي لهذه الطريقة هو محلول مائي من كربونات الصوديوم ، الذي يحول اليورانيوم إلى مركب [UO₂ ₍ CO₃ ) _₃ ] _⁴⁻ ^{، وهو مركب مستقر في المحاليل المائية عند تركيزات منخفضة من أيونات الهيدروكسيد. من مزايا طريقة كربونات الصوديوم انخفاض} تآكل المواد الكيميائية (مقارنةً بالنترات) وترسب معظم المعادن غير اليورانيوم من المحلول. أما عيبها فهو ترسب مركبات اليورانيوم الرباعية التكافؤ أيضًا. لذلك، يُعالج خام اليورانيوم بكربونات الصوديوم عند درجة حرارة مرتفعة وتحت ضغط أكسجين.

2 UO ₂ + O ₂ + 6 CO ²⁻ ₃ → 2 [UO ₂ (CO ₃ ) ₃ ] ⁴⁻

تشير هذه المعادلة إلى أن أفضل مذيب لمعالجة كربونات اليورانيل هو خليط من الكربونات والبيكربونات. عند درجة حموضة عالية، ينتج عن ذلك ترسيب ثنائي اليورانات ، الذي يُعالج بالهيدروجين في وجود النيكل، مما ينتج عنه رباعي كربونات اليورانيوم غير القابل للذوبان. ^{[ 75 ]}

تستخدم طريقة فصل أخرى الراتنجات البوليمرية كإلكتروليت متعدد . تؤدي عمليات التبادل الأيوني في الراتنجات إلى فصل اليورانيوم. يُغسل اليورانيوم من الراتنجات بمحلول من نترات الأمونيوم أو حمض النيتريك، مما ينتج عنه نترات اليورانيل ، _UO₂ (NO₃ ₎ ₂ _· 6H₂O _. عند تسخينه، يتحول إلى UO₃ _، والذي يتحول بدوره إلى _UO₂ باستخدام الهيدروجين.

UO₃ + _H₂ → _UO₂ + _H₂O​​

يؤدي تفاعل ثاني أكسيد اليورانيوم مع حمض الهيدروفلوريك إلى تحويله إلى رباعي فلوريد اليورانيوم ، والذي ينتج معدن اليورانيوم عند تفاعله مع معدن المغنيسيوم: ^{[ 77 ]}

4 HF + UO ₂ → UF ₄ + 2 H ₂ O

لاستخلاص البلوتونيوم، يُذاب اليورانيوم المُشعّع بالنيوترونات في حمض النيتريك، ويُضاف عامل مُختزل ( كبريتات الحديدوز _أو بيروكسيد الهيدروجين ₎ إلى المحلول الناتج. تُغيّر هذه الإضافة حالة أكسدة البلوتونيوم من +6 إلى +4، بينما يبقى اليورانيوم على شكل نترات اليورانيل (UO₂ ₍ NO₃ ) ₂ ₎ . يُعالج المحلول بعامل مُختزل ويُعادَل بكربونات الأمونيوم حتى _{يصل الرقم الهيدروجيني إلى 8 ،} مما يؤدي إلى ترسيب مركبات ^Pu⁴⁺ . ^{[ 75 ]}

وفي طريقة أخرى، يتم أولاً استخلاص أيونات البلوتونيوم ⁴⁺ واليورانيوم ^{2+ باستخدام فوسفات ثلاثي البوتيل} _، ثم يتم تفاعلها مع الهيدرازين لغسل البلوتونيوم المستخلص. ^{[ 75 ]}

تكمن الصعوبة الرئيسية في فصل الأكتينيوم في تشابه خصائصه مع خصائص اللانثانوم. ولذلك، يُصنّع الأكتينيوم إما في تفاعلات نووية من نظائر الراديوم أو يُفصل باستخدام إجراءات التبادل الأيوني. ^{[ 29 ]}

تتشابه الأكتينيدات مع اللانثانيدات في خصائصها. فكما تُملأ أغلفة الإلكترونات 4f في اللانثانيدات، تُملأ أغلفة الإلكترونات 5f في الأكتينيدات. ولأن أغلفة 5f و6d و7s و7p متقاربة في الطاقة، تنشأ العديد من التكوينات غير المنتظمة؛ لذا، في الذرات الغازية، وكما يظهر أول إلكترون 4f في السيريوم فقط، يظهر أول إلكترون 5f لاحقًا في البروتاكتينيوم. ومع ذلك، وكما أن اللانثانوم هو أول عنصر يستخدم غلاف 4f في المركبات، ^{[ 79 ]} فإن الأكتينيوم هو أول عنصر يستخدم غلاف 5f في المركبات. ^{[ 80 ]} وتكتمل أغلفة f معًا في الإيتربيوم والنوبليوم. ^{[ 81 ]} حصل ماكميلان وأبيلسون على أول دليل تجريبي على امتلاء الغلاف 5f في الأكتينيدات عام 1940. ^{[ 82 ]} وكما هو الحال في اللانثانيدات (انظر انكماش اللانثانيدات )، يتناقص نصف القطر الأيوني للأكتينيدات بشكل مطرد مع العدد الذري (انظر أيضًا انكماش الأكتينويدات ). ^{[ 83 ]}

لا يتطابق تغير التوزيع الإلكتروني في الحالة الغازية دائمًا مع السلوك الكيميائي. فعلى سبيل المثال، يمتد بروز حالة الأكسدة الأعلى، الشبيهة بعناصر الفلزات الانتقالية المبكرة، والتي تُقابل إزالة جميع إلكترونات التكافؤ، حتى اليورانيوم، على الرغم من أن أغلفة 5f تبدأ بالامتلاء قبل ذلك. من ناحية أخرى، تبدأ التوزيعات الإلكترونية المشابهة لنظائر اللانثانيدات عند البلوتونيوم، مع أن السلوك الشبيه باللانثانيدات لا يصبح سائدًا إلا مع بداية النصف الثاني من السلسلة عند الكوريوم. تُشكل العناصر الواقعة بين اليورانيوم والكوريوم منطقة انتقالية بين هذين النوعين من السلوك، حيث تستمر حالات الأكسدة الأعلى في الوجود، لكنها تفقد استقرارها مقارنةً بحالة +3. ^{[ 81 ]} تصبح حالة +2 أكثر أهمية قرب نهاية السلسلة، وهي حالة الأكسدة الأكثر استقرارًا للنوبليوم، آخر عناصر 5f. ^{[ 81 ]} ترتفع حالات الأكسدة مرة أخرى فقط بعد النوبليوم، مما يدل على بدء سلسلة جديدة من الفلزات الانتقالية 6d: يُظهر اللورنسيوم حالة الأكسدة +3 فقط، والرذرفورديوم حالة الأكسدة +4 فقط، مما يجعلهما على التوالي متجانسين مع اللوتيتيوم والهافنيوم في الصف 5d. ^{[ 81 ]}

خصائص الأكتينيدات (كتلة النظير الأطول عمراً بين قوسين مربعين) ^{[ 71 ] [ 84 ]}

عنصر	أ	ذ	با	يو	Np	بو	أكون	سم	كتاب	انظر	إس	إف إم	ماريلاند	لا	اليسار
الشحنة الأساسية ( Z )	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99	100	101	102	103
صورة
الكتلة الذرية	[227]	232.0377(4)	231.03588(2)	238.02891(3)	[237]	[244]	[243]	[247]	[247]	[251]	[252]	[257]	[258]	[259]	[266]
عدد النظائر الطبيعية [ 85 ]	3	8	3	8	3	4	0	0	0	0	0	0	0	0	0
النظائر الطبيعية [ 85 ] [ 86 ]	225، 227، 228	227–234	231، 233، 234	233–240	237، 239، 240	238–240، 244	—	—	—	—	—	—	—	—	—
النظائر ذات الكمية الطبيعية	—	230، 232	231	234، 235، 238	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
النظير الأطول عمراً	227	232	231	238	237	244	243	247	247	251	252	257	258	259	266
نصف عمر النظير الأطول عمراً	21.8  سنة	14 مليار سنة (1.4 × 10^ 10 سنة)	32500  سنة	4.47 مليار سنة (4.47 × 10⁹ سنة )	2.14 مليون سنة (2,140,000 سنة)	80.8 مليون سنة (80,800,000 سنة)	7370  سنة	15.6 مليون سنة (15,600,000 سنة)	1380  سنة	900  سنة	1.29  سنة	100.5 د	52  د	58 دقيقة	11 ساعة
النظير الأكثر شيوعًا	227	232	231	238	237	239	241	244	249	252	253	255	256	255	260
نصف عمر النظير الأكثر شيوعًا	21.8  سنة	14 مليار سنة (1.4 × 10^ 10 سنة)	32500  سنة	4.47 مليار سنة (4.47 × 10⁹ سنة )	2.14 مليون سنة (2,140,000 سنة)	24100  سنة	433  سنة	18.1  سنة	320  د	2.64  سنة	20.47  يومًا	20.07  ساعة	78  دقيقة	3.1  دقيقة	2.7  دقيقة
التوزيع الإلكتروني في الحالة الأرضية (الطور الغازي)	6d 1 7s 2	6d 2 7s 2	5f 2 6d 1 7s 2	5f 3 6d 1 7s 2	5f 4 6d 1 7s 2	5f 6 7s 2	5f 7 7s 2	5f 7 6d 1 7s 2	5f 9 7s 2	5f 10 7s 2	5f 11 7s 2	5f 12 7s 2	5f 13 7s 2	5f 14 7s 2	5f 14 7s 2 7p 1
حالات الأكسدة	2، 3	2، 3، 4	2، 3، 4، 5	2، 3، 4، 5، 6	3، 4، 5 ، 6، 7	3، 4 ، 5، 6، 7	2، 3 ، 4، 5، 6، 7	2، 3 ، 4، 6	2، 3 ، 4	2، 3 ، 4	2، 3 ، 4	2، 3	2، 3	2 ، 3	3
نصف القطر المعدني (نانومتر)	0.203	0.180	0.162	0.153	0.150	0.162	0.173	0.174	0.170	0.186	0.186	0.198 ​	0.194 ​	0.197 ​	0.171 ​
نصف القطر الأيوني (نانومتر): An 4+ An 3+	— 0.126	0.114 —	0.104 0.118	0.103 0.118	0.101 0.116	0.100 0.115	0.099 0.114	0.099 0.112	0.097 0.110	0.096 0.109	0.085 0.098	0.084 0.091	0.084 0.090	0.084 0.095	0.083 0.088
درجة الحرارة (°مئوية): انصهار، غليان	1050 3198	1842 4788	1568 ؟ 4027	1132.2 4131	639 ؟ 4174	639.4 3228	1176 ؟ 2607	1340 3110	986 2627	900 ؟ 1470	860 ؟ 996	1530 —	830 —	830 —	1630 —
الكثافة، جم/ سم³	10.07	11.78	15.37	19.06	20.45	19.84	11.7	13.51	14.78	15.1	8.84	9.7	10.3	9.9	14.4
جهد القطب القياسي (فولت): E ° (An 4+ /An 0 ) E ° (An 3+ /An 0 )	— −2.13	-1.83 —	-1.47 —	-1.38 -1.66	-1.30 -1.79	-1.25 -2.00	-0.90 -2.07	-0.75 -2.06	-0.55 -1.96	-0.59 -1.97	-0.36 -1.98	-0.29 -1.96	— −1.74	— −1.20	— −2.10
اللون: [M(H₂O ) ₙ ] ⁴⁺ [ M( H₂O ) ₙ ] ³⁺	— عديم اللون	أزرق عديم اللون	أصفر أزرق داكن	أخضر بنفسجي	أصفر مخضر بنفسجي	بني بنفسجي	وردة حمراء	أصفر عديم اللون	بيج أصفر مخضر	أخضر أخضر	- لون القرنفل	— —	— —	— —	— —

الخصائص الفيزيائية

البنى البلورية الرئيسية لبعض الأكتينيدات مقابل درجة الحرارة	نصف القطر المعدني والأيوني للأكتينيدات [ 84 ]

الأكتينيدات معادن نموذجية. جميعها لينة وذات لون فضي (لكنها تتأكسد في الهواء)، ^{[ 89 ]} وكثافتها وليونتها عالية نسبيًا . يمكن قطع بعضها بالسكين. تتراوح مقاومتها الكهربائية بين 15 و150 ميكرو أوم.سم. ^{[ 84 ]} صلابة الثوريوم مشابهة لصلابة الفولاذ اللين، لذا يمكن دحرجة الثوريوم النقي المسخن على شكل صفائح وسحبه إلى أسلاك. كثافة الثوريوم تقارب نصف كثافة اليورانيوم والبلوتونيوم، ولكنه أصلب منهما. جميع الأكتينيدات مشعة وبارامغناطيسية ، وباستثناء الأكتينيوم، لها عدة أطوار بلورية: البلوتونيوم له سبعة أطوار، واليورانيوم والنبتونيوم والكاليفورنيوم ثلاثة. لا توجد نظائر واضحة للهياكل البلورية للبروتاكتينيوم واليورانيوم والنبتونيوم والبلوتونيوم بين اللانثانيدات، وهي أكثر تشابهاً مع تلك الخاصة بالمعادن الانتقالية 3d . ^{[ 71 ]}

جميع الأكتينيدات قابلة للاشتعال التلقائي ، خاصةً عند تجزئتها بدقة، أي أنها تشتعل تلقائيًا عند تفاعلها مع الهواء في درجة حرارة الغرفة. ^{[ 89 ] [ 90 ]} لا تعتمد درجة انصهار الأكتينيدات بشكل واضح على عدد إلكترونات f .  يُعزى انخفاض درجة انصهار النبتونيوم والبلوتونيوم بشكل غير معتاد (حوالي 640 درجة مئوية) إلى تهجين مدارات 5f و 6 d وتكوين روابط اتجاهية في هذه المعادن. ^{[ 71 ]}

مقارنة نصف القطر الأيوني لللانثانيدات والأكتينيدات ^{[ 91 ]}

اللانثانيدات	Ln 3+ , Å	الأكتينيدات	An 3+ , Å	An 4+ , ​​Å
اللانثانوم	1.061	الأكتينيوم	1.11	–
السيريوم	1.034	الثوريوم	1.08	0.99
براسيوديميوم	1.013	بروتاكتينيوم	1.05	0.93
النيوديميوم	0.995	اليورانيوم	1.03	0.93
بروميثيوم	0.979	النبتونيوم	1.01	0.92
الساماريوم	0.964	البلوتونيوم	1.00	0.90
اليوروبيوم	0.950	الأمريسيوم	0.99	0.89
الغادولينيوم	0.938	الكوريوم	0.98	0.88
تيربيوم	0.923	البركليوم	–	–
ديسبروسيوم	0.908	الكاليفورنيوم	–	–
الهولميوم	0.894	أينشتاينيوم	–	–
الإربيوم	0.881	الفيرميوم	–	–
الثوليوم	0.869	المندليفيوم	–	–
الإيتربيوم	0.858	نوبيلوم	–	–
لوتيتيوم	0.848	لورنسيوم	–	–

على الرغم من وجود بعض التطبيقات الراسخة للأكتينيدات في الحياة اليومية، مثل أجهزة كشف الدخان (الأمريسيوم) ^{[ 109 ] [ 110 ]} وأغطية الغاز (الثوريوم) ^{[ 77 ]} ، إلا أنها تُستخدم في الغالب في الأسلحة النووية وكوقود في المفاعلات النووية. ^{[ 77 ]} يستغل المجالان الأخيران خاصية الأكتينيدات في إطلاق طاقة هائلة في التفاعلات النووية، والتي قد تتحول في ظل ظروف معينة إلى تفاعلات متسلسلة مستدامة ذاتيًا .

يُعدّ اليورانيوم-235 أهم نظير في تطبيقات الطاقة النووية . يُستخدم في المفاعلات الحرارية ، ولا يتجاوز تركيزه في اليورانيوم الطبيعي 0.72%. يمتص هذا النظير النيوترونات الحرارية بقوة، مُطلقًا كمية كبيرة من الطاقة. ينتج عن انشطار غرام واحد من اليورانيوم ^-235 حوالي 1 ميغاواط/يوم. ومن الجدير بالذكر أن _{اليورانيوم} ^-235 يُطلق نيوترونات أكثر مما يمتص؛ ^{[ 111 ]} وعند بلوغه الكتلة الحرجة ، يدخل _{اليورانيوم} ^-235 في تفاعل متسلسل ذاتي الاستدامة. ^{[ 71 ]} عادةً، تنقسم نواة اليورانيوم إلى شظيتين مع إطلاق 2-3 نيوترونات، على سبيل المثال: 

²³⁵ ₉₂ يو+ ¹ ₀ ن⟶ ¹¹⁵ ₄₅ ر+ ¹¹⁸ ₄₇ آغ+ 3 ¹ ₀ ن

ومن النظائر الأكتينية الواعدة الأخرى للطاقة النووية الثوريوم-232 ومنتجه من دورة وقود الثوريوم ، اليورانيوم-233 .

المفاعل النووي [ 71 ] [ 112 ] [ 113 ]

يتكون قلب معظم مفاعلات الجيل الثاني النووية من مجموعة من القضبان المعدنية المجوفة، المصنوعة عادةً من سبائك الزركونيوم ، والمملوءة بكريات الوقود النووي الصلب - والتي تتكون في الغالب من أكسيد أو كربيد أو نتريد أو أحادي كبريتيد اليورانيوم أو البلوتونيوم أو الثوريوم، أو خليط منها (ما يُعرف بوقود MOX ). ويُعد أكسيد اليورانيوم-235 الوقود الأكثر شيوعًا. تُبطئ النيوترونات السريعة بواسطة مواد مهدئة ، تحتوي على الماء أو الكربون أو الديوتيريوم أو البريليوم ، على شكل نيوترونات حرارية لزيادة كفاءة تفاعلها مع اليورانيوم-235. ويتم التحكم في معدل التفاعل النووي بإدخال قضبان إضافية مصنوعة من البورون أو الكادميوم أو مادة ماصة سائلة، عادةً ما تكون حمض البوريك . تُسمى المفاعلات المستخدمة لإنتاج البلوتونيوم بمفاعلات التوليد ؛ وهي ذات تصميم مختلف وتستخدم النيوترونات السريعة.

يُعدّ انبعاث النيوترونات أثناء انشطار اليورانيوم مهمًا ليس فقط للحفاظ على التفاعل النووي المتسلسل، بل أيضًا لتخليق الأكتينيدات الأثقل. يتحول اليورانيوم-239 عبر تحلل بيتا إلى بلوتونيوم-239، الذي يتمتع، مثل اليورانيوم-235، بالقدرة على الانشطار التلقائي. لم تُبنَ المفاعلات النووية الأولى في العالم لإنتاج الطاقة، بل لإنتاج البلوتونيوم-239 لاستخدامه في الأسلحة النووية.

يُستخدم حوالي نصف الثوريوم المُنتَج كمادة مُضيئة في أغطية الغاز. ^{[ 77 ]} يُضاف الثوريوم أيضًا إلى سبائك متعددة المكونات من المغنيسيوم والزنك . تتميز سبائك المغنيسيوم- الثوريوم بخفة وزنها وقوتها، بالإضافة إلى ارتفاع درجة انصهارها وليونتها، ولذلك تُستخدم على نطاق واسع في صناعة الطيران وإنتاج الصواريخ . كما يتميز الثوريوم بخصائص انبعاث إلكتروني جيدة ، مع عمر طويل وحاجز جهد منخفض للانبعاث. ^{[ 111 ]} يُستخدم المحتوى النسبي لنظائر الثوريوم واليورانيوم على نطاق واسع لتقدير عمر الأجرام المختلفة، بما في ذلك النجوم (انظر التأريخ الإشعاعي ). ^{[ 114 ]}

يُستخدم البلوتونيوم بشكل رئيسي في الأسلحة النووية ، حيث يُعد نظير البلوتونيوم-239 مكونًا أساسيًا نظرًا لسهولة انشطاره وتوافره. تسمح التصاميم القائمة على البلوتونيوم بتقليل الكتلة الحرجة إلى حوالي ثلث كتلة اليورانيوم-235. ^{[ 115 ]} استخدمت قنابل البلوتونيوم من نوع " الرجل البدين "، التي أُنتجت خلال مشروع مانهاتن، ضغطًا انفجاريًا للبلوتونيوم للحصول على كثافات أعلى بكثير من المعتاد، بالإضافة إلى مصدر نيوتروني مركزي لبدء التفاعل وزيادة الكفاءة. وبالتالي، لم  تكن هناك حاجة إلا إلى 6.2 كجم من البلوتونيوم للحصول على قوة تفجيرية تعادل 20 كيلوطن من مادة تي إن تي . ^{[ 116 ]} (انظر أيضًا تصميم الأسلحة النووية ). نظريًا، يمكن استخدام 4 كجم فقط  من البلوتونيوم - وربما أقل - لصنع قنبلة ذرية واحدة باستخدام تصاميم تجميع متطورة للغاية. ^{[ 117 ]}

يُعد البلوتونيوم-238 نظيرًا أكثر كفاءةً للمفاعلات النووية، نظرًا لصغر كتلته الحرجة مقارنةً باليورانيوم-235، إلا أنه يستمر في إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية (0.56 واط/غرام) ^{[ 110 ] [ 118 ]} عند تحلله حتى بعد إيقاف تفاعل الانشطار المتسلسل بواسطة قضبان التحكم. ويُحدّ من استخدامه ارتفاع سعره (حوالي 1000 دولار أمريكي/غرام). وقد استُخدم هذا النظير في المزدوجات الحرارية وأنظمة تقطير المياه في بعض الأقمار الصناعية والمحطات الفضائية. وكانت مركبات غاليليو وأبولو الفضائية (مثل أبولو 14 ^{[ 119 ]} ) مزودة بسخانات تعمل بكميات كبيرة من أكسيد البلوتونيوم-238؛ حيث تُحوّل هذه الحرارة أيضًا إلى كهرباء باستخدام المزدوجات الحرارية. وينتج عن تحلل البلوتونيوم-238 جسيمات ألفا غير ضارة نسبيًا، ولا يصاحبه أشعة غاما . لذلك،  يُستخدم هذا النظير (حوالي 160 ملغ) كمصدر للطاقة في أجهزة تنظيم ضربات القلب، حيث يدوم حوالي خمسة أضعاف مدة البطاريات التقليدية. ^{[ 110 ]}

يُستخدم الأكتينيوم-227 كمصدر للنيوترونات. وتُعدّ طاقته النوعية العالية (14.5 واط/غرام) وإمكانية الحصول على كميات كبيرة من المركبات المستقرة حراريًا من العوامل الجاذبة لاستخدامه في مولدات الطاقة الكهروحرارية طويلة الأمد للاستخدام عن بُعد. أما الأكتينيوم ^-228 ، فيُستخدم كمؤشر للنشاط الإشعاعي في البحوث الكيميائية، نظرًا لانبعاثه إلكترونات عالية الطاقة (2.18 ميغا إلكترون فولت) التي يُمكن رصدها بسهولة. وتُستخدم مخاليط الأكتينيوم ^-228 والراديوم ^-228 على نطاق واسع كمصدر مكثف لأشعة غاما في الصناعة والطب. ^{[ 29 ]}

يُعد تطوير مواد ذاتية التوهج مُطعّمة بالأكتينيدات ذات مصفوفات بلورية متينة مجالًا جديدًا لاستخدام الأكتينيدات، حيث أن إضافة النويدات المشعة المُصدرة لأشعة ألفا إلى بعض أنواع الزجاج والبلورات قد تُكسبها خاصية التلألؤ. ^{[ 120 ]}

يمكن للمواد المشعة أن تضر بصحة الإنسان عبر: (أ) التلوث الموضعي للجلد، (ب) التعرض الداخلي نتيجة ابتلاع النظائر المشعة، و(ج) التعرض الخارجي المفرط الناتج عن النشاط الإشعاعي بيتا وجاما . يُعد الأكتينيوم، إلى جانب الراديوم وعناصر ما بعد اليورانيوم، من أخطر السموم المشعة ذات النشاط الإشعاعي ألفا النوعي العالي . أهم ما يميز الأكتينيوم هو قدرته على التراكم والبقاء في الطبقة السطحية للهيكل العظمي . في المرحلة الأولى من التسمم، يتراكم الأكتينيوم في الكبد . ومن مخاطر الأكتينيوم الأخرى أنه يتحلل إشعاعيًا أسرع من إخراجه. امتصاصه من الجهاز الهضمي أقل بكثير (حوالي 0.05%) من امتصاص الراديوم. ^{[ 29 ]}

يميل البروتاكتينيوم في الجسم إلى التراكم في الكليتين والعظام. تبلغ الجرعة القصوى الآمنة من البروتاكتينيوم في جسم الإنسان 0.03 ميكروكوري ، أي ما يعادل 0.5 ميكروغرام من نظير البروتاكتينيوم ^231. ويبلغ تركيز هذا النظير، الذي قد يوجد في الهواء على شكل رذاذ ، 2.5 × 10⁻⁶أكثر سمية ^بثماني مرات من حمض الهيدروسيانيك . ^{[ 60 ]}

عند دخول البلوتونيوم إلى الجسم عبر الهواء أو الطعام أو الدم (مثل الجروح)، يستقر معظمه في الرئتين والكبد والعظام، بينما لا تتجاوز نسبته 10% في الأعضاء الأخرى، ويبقى فيها لعقود. يُعزى طول فترة بقاء البلوتونيوم في الجسم جزئيًا إلى ضعف ذوبانه في الماء. تُصدر بعض نظائر البلوتونيوم إشعاع ألفا المؤين، الذي يُلحق الضرر بالخلايا المحيطة. تبلغ الجرعة المميتة المتوسطة (LD50 ₎ لمدة 30 يومًا في الكلاب بعد حقن البلوتونيوم وريديًا 0.32 ملليغرام لكل كيلوغرام من كتلة الجسم، وبالتالي فإن الجرعة المميتة للإنسان تُقدّر بحوالي 22  ملليغرامًا لشخص يزن 70  كيلوغرامًا؛ ويجب أن تكون كمية التعرض التنفسي أكبر بأربع مرات تقريبًا. ويفترض تقدير آخر أن البلوتونيوم أقل سمية بخمسين مرة من الراديوم ، وبالتالي فإن الكمية المسموح بها من البلوتونيوم في الجسم يجب أن تكون 5  ميكروغرامات أو 0.3 ميكروكوري. هذه الكمية تكاد تكون غير مرئية تحت المجهر. بعد إجراء تجارب على الحيوانات، تم تخفيض الحد الأقصى المسموح به للجرعة إلى 0.65  ميكروغرام أو 0.04 ميكروكوري. كما كشفت الدراسات على الحيوانات أن أخطر طرق التعرض للبلوتونيوم هي الاستنشاق، حيث يبقى ما بين 5% و25% من المواد المستنشقة في الجسم. وبحسب حجم الجسيمات وذوبان مركبات البلوتونيوم، يتمركز البلوتونيوم إما في الرئتين أو في الجهاز اللمفاوي ، أو يُمتص في الدم ثم ينتقل إلى الكبد والعظام. ويُعد التلوث عن طريق الطعام أقل الطرق احتمالاً. في هذه الحالة، لا يمتص الدم سوى حوالي 0.05% من مركبات البلوتونيوم الذائبة و0.01% من المركبات غير الذائبة، بينما يُطرح الباقي. أما تعرض الجلد المتضرر للبلوتونيوم فيؤدي إلى احتفاظه بما يقارب 100% منه. ^{[ 94 ]}

يُعدّ استخدام الأكتينيدات في الوقود النووي، والمصادر المشعة المغلقة، أو المواد المتقدمة كالبلورات ذاتية التوهج، ذا فوائد محتملة عديدة. مع ذلك، يُثير ارتفاع سمية الأكتينيدات الإشعاعية وانتشارها في البيئة قلقًا بالغًا. ^{[ 121 ]} ولا يُعدّ استخدام الأشكال غير المستقرة كيميائيًا من الأكتينيدات في وقود MOX والمصادر المشعة المغلقة مناسبًا وفقًا لمعايير السلامة الحديثة. ويُمثّل تطوير مواد مستقرة ودائمة تحتوي على الأكتينيدات، توفر تخزينًا واستخدامًا وتخلصًا نهائيًا آمنًا، تحديًا كبيرًا. ومن الاحتياجات الأساسية تطبيق محاليل الأكتينيدات الصلبة في أطوار بلورية مضيفة متينة. ^{[ 120 ]}

• الأكتينيدات في البيئة
• اللانثانيدات
• الأكتينيدات الرئيسية
• الأكتينيدات الثانوية
• المتحولون عبر اليورانيوم