钚（Pu）是核燃料和核武器的一种重要原料，在长崎爆炸的核弹胖子就是使用了6.2千克钚239装药。在正常密度下，纯铀235球体的临界质量约50千克，钚239球为15～16千克，所以在原子弹小型化的发展趋势之下，钚239扮演着越来越重要的角色。
钚239主要由反应堆来生产。反应堆里裂变放出的中子，经过减速剂降低能量变成慢中子。这些慢中子，有的与铀235 发生裂变，释放大量能量和继续放出中子；有的则被铀238俘获而生成超铀元素。镉是专门吸收中子的，控制棒插入深，被吸收的中子多，参加反应的中子就少，裂变功率降低；反之，裂变功率就提高。监测反应堆功率，适当调节控制棒的深浅，就可保证反应堆安全运行。
反应堆工作原理示意图
一个铀238 原子核，俘获一个中子变成铀239。在几天中，铀239自发地经过两次b衰变变为钚239。反应方程式如下：
N + 238U ® 239U + g
239U ® 239Np + e- + n （半衰期24分）
239Np ® 239Pu + e- + n （半衰期2.35天）
因此，只需把金属铀放在反应堆中照射后，产生的新核素（铀239和镎239）放置一段时间后就衰变成钚239。
由于反应堆最终产物成分复杂，且钚是一种有毒元素，导致钚的提纯非常困难。目前提纯钚239的最成熟的方法是溶剂萃取法。将反应堆的产物放入水中贮存 2～4 个月，使其中的铀239和镎239大部分转变成钚239，以提高产物产出。然后进行铀、钚与其他产物的分离。最常用的磷酸三丁脂(简称 TBP)–煤油作溶剂进行萃取。反应如下：
UO2(NO3)2 + 2TBP ⇋ UO2(NO3)2•2TBP
Pu(NO3)4 + 2TBP ⇋ Pu(NO3)4•2TBP
反应式中，硝酸溶液为水相， TBP为有机相。反应生成的溶剂化合物UO2 (NO3)2 · 2TBP 和 Pu(NO3)4 · 2TBP 溶于有机溶剂而不溶于水。溶剂中，铀主要以六价铀酰离子的形式存在，而钚大部分以正四价钚离子存在。
铀和钚的萃取过程
然后进行反萃取，即将含有铀和钚的有机溶液与稀硝酸充分混合接触，大部分铀和钚将重新转移到水中。物质在互不相溶的两相液体中达到萃取平衡时，它在有机相中的浓度与在水相中的浓度的比值，叫做分配系数。分配系数表示被萃取物进入有机相的能力，分配系数越大，表示它进入有机相的部分越多，留在水相的越少。物质分配系数的大小，与本身性质和萃取剂的性质有关以及环境条件有关。配制合适的萃取剂，使得从铀–钚硝酸溶液中萃取钚时，钚的分配系数高于铀的分配系数，可以达到浓缩钚的目的。这样一步一步地反复进行萃取，就实现了铀与钚的分离。
分离出来的钚大多数是一种钚盐，必须经过处理以便获得金属形式的钚。例如将四氟化钚和还原剂（如金属钙）预先混合，然后在高压炉中加热，就可把四氟化钚还原成金属钚。还原后，再经过酸洗，除去杂质，即得到清洁的钚。
钚生产流程图
至此，便可以将生产并提纯的钚239用于原子弹的制造了。