Izotopy neptunu - Isotopes of neptunium

Główne izotopy neptunu   ( 93 Np)
Izotop Rozkład
obfitość okres półtrwania ( t 1/2 ) tryb produkt
235 Np syn 396,1 d α 231 Pa
ε 235 U
236 Np syn 1,54 × 10 5  lat ε 236 U
β - 236 Pu
α 232 Pa
237 Np ślad 2,144 × 10 6  lat α 233 Pa
239 Np ślad 2.356 d β - 239 Pu

Neptun ( 93 Np) jest zwykle uważany za sztuczny pierwiastek , chociaż w przyrodzie występują ilości śladowe, więc nie można podać standardowej masy atomowej . Podobnie jak wszystkie pierwiastki śladowe lub sztuczne, nie ma stabilnych izotopów . Pierwszy izotop być syntetyzowany i identyfikuje się 239 NP 1940, produkowanym przez bombardowanie 238 U z neutronów w celu wytworzenia 239 U, który następnie został poddany rozpadu beta do 239 Np.

Ilości śladowe występują w przyrodzie w wyniku reakcji wychwytu neutronów przez atomy uranu , co zostało odkryte dopiero w 1951 roku.

Scharakteryzowano dwadzieścia pięć radioizotopów neptunowych , z których najbardziej stabilna jest istota 237
Np
z okresem półtrwania 2,14 miliona lat, 236
Np
z okresem półtrwania 154 000 lat i 235
Np
z okresem półtrwania 396,1 dni. Wszystkie pozostałe izotopy radioaktywne mają okresy półtrwania krótsze niż 4,5 dnia, a większość z nich ma okresy półtrwania krótsze niż 50 minut. Ten element ma również 4 stany meta , z najbardziej stabilną istotą 236m
Np
(t 1/2 22,5 godziny).

Zakres izotopów neptunu wynosi od 219
Np
do 244
Np
, chociaż pośredni izotop 221
Np
nie został jeszcze zaobserwowany. Podstawowy tryb rozpadu przed najbardziej stabilnym izotopem, 237
Np
, to wychwytywanie elektronów (z dużą ilością emisji alfa ), a głównym trybem po nim jest emisja beta . Główne produkty rozpadu wcześniej 237
Np
izotopami uranu i protaktynu , a ich podstawowymi produktami są izotopy plutonu . Uran-237 i neptun-239 są uważane za wiodące niebezpieczne radioizotopy w pierwszym okresie z godziny na tydzień po opadzie jądrowym z wybuchu jądrowego, z 239 Np dominującym w „widmie przez kilka dni”.

Lista izotopów

Nuklid
Z N Masa izotopowa ( Da )
Pół życia

Tryb zanikania


Izotop córki

Spin i
parzystość

Bogactwo izotopowe
Energia wzbudzenia
219
Np
93 126 219.03162 (9) 0,15 (+ 0,72-0,07) ms α 215 Pa (9 / 2−)
220
Np
93 127 220.03254 (21) # 25 (+ 14-7) μs α 216 Pa 1- #
222
Np
93 129 380 (+ 260-110) ns α 218 Pa 1- #
223
Np
93 130 223.03285 (21) # 2,15 (+ 100-52) μs α 219 Pa 9 / 2−
224
Np
93 131 224.03422 (21) # 38 (+ 26-11) μs α (83%) 220m1 Pa 1- #
α (17%) 220m2 Pa
225
Np
93 132 225.03391 (8) 6 (5) ms α 221 Pa 9 / 2− #
226
Np
93 133 226.03515 (10) # 35 (10) ms α 222 Pa
227
Np
93 134 227.03496 (8) 510 (60) ms α (99,95%) 223 Pa 5 / 2− #
β + (0,05%) 227 U
228
Np
93 135 228.03618 (21) # 61,4 (14) s β + (59%) 228 U
α (41%) 224 Pa
β + , SF (0,012%) (różnorodny)
229
Np
93 136 229.03626 (9) 4,0 (2) min α (51%) 225 Pa 5/2 + #
β + (49%) 229 U
230
Np
93 137 230.03783 (6) 4,6 (3) min β + (97%) 230 U
α (3%) 226 Pa
231
Np
93 138 231.03825 (5) 48,8 (2) min β + (98%) 231 U (5/2) (+ #)
α (2%) 227 Pa
232
Np
93 139 232.04011 (11) # 14,7 (3) min β + (99,99%) 232 U (4+)
α (0,003%) 228 Pa
233
Np
93 140 233.04074 (5) 36,2 (1) min β + (99,99%) 233 U (5/2 +)
α (0,001%) 229 Pa
234
Np
93 141 234.042895 (9) 4.4 (1) d β + 234 U (0+)
235
Np
93 142 235.0440633 (21) 396,1 (12) d WE 235 U 5/2 +
α (0,0026%) 231 Pa
236
Np
93 143 236.04657 (5) 1,54 (6) × 10 5  lat WE (87,3%) 236 U (6−)
β - (12,5%) 236 Pu
α (0,16%) 232 Pa
236m
Np
60 (50) keV 22,5 (4) godz WE (52%) 236 U 1
β - (48%) 236 Pu
237
Np
93 144 237.0481734 (20) 2,144 (7) × 10 6  lat α 233 Pa 5/2 + Ślad
SF (2 × 10–10 %) (różnorodny)
CD (4 × 10–12 %) 207 Tl
30 Mg
238
Np
93 145 238.0509464 (20) 2.117 (2) d β - 238 Pu 2+
238m
Np
2300 (200) # keV 112 (39) ns
239
Np
93 146 239,0529390 (22) 2.356 (3) d β - 239 Pu 5/2 + Ślad
240
Np
93 147 240.056162 (16) 61,9 (2) min β - 240 Pu (5+) Ślad
240m
Np
20 (15) keV 7,22 (2) min β - (99,89%) 240 Pu 1 (+)
IT (0,11%) 240 Np
241
Np
93 148 241.05825 (8) 13,9 (2) min β - 241 Pu (5/2 +)
242
Np
93 149 242,06164 (21) 2,2 (2) min β - 242 Pu (1+)
242m
Np
0 (50) # keV 5,5 (1) min 6 + #
243
Np
93 150 243.06428 (3) # 1,85 (15) min β - 243 Pu (5 / 2−)
244
Np
93 151 244.06785 (32) # 2,29 (16) min β - 244 Pu (7−)
  1. ^ m Np - wzbudzony izomer jądrowy .
  2. ^ () - Niepewność (1 σ ) jest podana w zwięzłej formie w nawiasach po odpowiednich ostatnich cyfrach.
  3. ^ # - Masa atomowa oznaczona #: wartość i niepewność nie pochodzą z czysto eksperymentalnych danych, ale przynajmniej częściowo z trendów z powierzchni masy (TMS).
  4. ^ Tryby rozpadu:
    PŁYTA CD: Rozpad klastra
    WE: Wychwytywanie elektronów
    TO: Przejście izomeryczne
    SF: Spontaniczne rozszczepienie
  5. ^ Pogrubiony symbol kursywy jako córka - produkt córki jest prawie stabilny.
  6. ^ () wartość wirowania - wskazuje spin ze słabymi argumentami przypisania.
  7. ^ a b # - Wartości oznaczone # nie pochodzą wyłącznie z danych eksperymentalnych, ale przynajmniej częściowo z trendów sąsiednich nuklidów (TNN).
  8. ^ a b Nuklid rozszczepialny
  9. ^ Najczęściej nuklid
  10. ^ a b Wytwarzany przez wychwytywanie neutronów w rudach uranu
  11. ^ Pośredni produkt rozpadu 244 Pu

Aktynowce a produkty rozszczepienia

Aktynowce i produkty rozszczepienia według okresu półtrwania
Aktynowce w łańcuchu rozpadu Okres półtrwania
( a )
Produktów rozszczepienia z 235 Ü wydajnością
4 n 4 n +1 4 n +2 4 n +3
4,5–7% 0,04–1,25% <0,001%
228 Ra 4–6 a 155 Eu þ
244 Cm ƒ 241 Pu ƒ 250 Por 227 Ac 10–29 a 90 Sr 85 Kr 113m Cd þ
232 U ƒ 238 Pu ƒ 243 Cm ƒ 29–97 a 137 Cs 151 Sm þ 121m Sn
248 Bk 249 Por. Ƒ 242m Am ƒ 141–351 a

Żadne produkty rozszczepienia nie
mają okresu półtrwania
w zakresie
100–210 ka ...

241 Am ƒ 251 Por. Ƒ 430–900 a
226 Ra 247 Bk 1,3–1,6 ka
240 Pu 229 Th 246 Cm ƒ 243 Am ƒ 4,7–7,4 ka
245 Cm ƒ 250 cm 8,3–8,5 ka
239 Pu ƒ 24,1 ka
230 Th 231 Pa 32–76 ka
236 Np ƒ 233 U ƒ 234 U 150–250 ka 99 Tc 126 Sn
248 cm 242 Pu 327–375 ka 79 Se
1,53 Ma 93 Zr
237 Np ƒ 2,1–6,5 Ma 135 Cs 107 Pd
236 U 247 Cm ƒ 15–24 Ma 129 I
244 Pu 80 Ma

... ani poza 15,7 Ma

232 Th 238 U 235 U ƒà 0,7–14,1 Ga

Legenda do symboli w indeksie górnym
₡ ma przekrój wychwytu neutronów termicznych w zakresie 8–50 stodół
ƒ  izomer rozszczepialny
metastabilny
№ przede wszystkim naturalnie występujący materiał promieniotwórczy (NORM)
þ  trucizna neutronów (przekrój wychwytu neutronów termicznych większy niż 3 tys. Stodół)
† zakres 4–97 a: średniożyciowy produkt rozszczepienia
‡ powyżej 200 ka: długożyciowy produkt rozszczepienia

Znane izotopy

Neptun-235

Neptun-235 ma 142 neutrony i okres półtrwania 396,1 dnia. Ten izotop rozpada się przez:

Ten izotop neptunu ma masę 235,044 063 3 u.

Neptunium-236

Neptun-236 ma 143 neutrony, a jego okres półtrwania wynosi 154 000 lat. Może rozpadać się następującymi metodami:

  • Wychwytywanie elektronów : energia rozpadu wynosi 0,93 MeV, a produktem rozpadu jest uran-236 . To zwykle rozpada się (z okresem półtrwania 23 milionów lat) do toru-232 .
  • Emisja beta : energia rozpadu wynosi 0,48 MeV, a produktem rozpadu jest pluton-236 . Zwykle rozpada się (okres półtrwania 2,8 roku) do uranu-232 , który zwykle rozpada się (okres półtrwania 69 lat) do toru-228 , który rozpada się w ciągu kilku lat do ołowiu-208 .
  • Emisja alfa : energia rozpadu wynosi 5,007 MeV, a produktem rozpadu jest protaktyn-232 . Ten rozpada się z okresem półtrwania 1,3 dnia do uranu-232.

Ten konkretny izotop neptunu ma masę 236,04657 u. Jest to materiał rozszczepialny o masie krytycznej 6,79 kg (15,0 funta).

236
Np
jest wytwarzany w małych ilościach w reakcjach wychwytywania (n, 2n) i (γ, n) 237
Np
Jednak oddzielenie w znaczących ilościach od jego rodzica jest prawie niemożliwe 237
Np
. Z tego powodu, pomimo małej masy krytycznej i dużego przekroju neutronów, nie był on badany jako paliwo jądrowe w broni lub reaktorach. Niemniej jednak, 236
Np
został rozważony do stosowania w spektrometrii mas i jako znacznik promieniotwórczy , ponieważ rozpada się głównie w wyniku emisji beta z długim okresem półtrwania. Zbadano kilka alternatywnych dróg produkcji tego izotopu, a mianowicie te, które zmniejszają separację izotopów 237
Np
lub izomer 236m
Np
. Najkorzystniejsze reakcje kumulują się 236
Np
okazały się być promieniowaniem protonowym i deuteronowym uranu-238 .

Neptunium-237

Schemat rozpadu Neptunium-237 (uproszczony)

237
Np
rozpada się za pośrednictwem szeregu neptunowego , który kończy się na talu-205 , który jest stabilny, w przeciwieństwie do większości innych aktynowców , które rozpadają się na stabilne izotopy ołowiu .

W 2002, 237
Np
wykazano, że jest zdolny do podtrzymywania reakcji łańcuchowej z szybkimi neutronami , jak w przypadku broni jądrowej , o masie krytycznej około 60 kg. Jednak ma małe prawdopodobieństwo rozszczepienia podczas bombardowania neutronami termicznymi , co sprawia, że ​​nie nadaje się jako paliwo do lekkich elektrowni jądrowych (w przeciwieństwie na przykład do szybkich reaktorów lub systemów napędzanych akceleratorem ).

237
Np
jest jedynym izotopem neptunu wytwarzanym w znacznych ilościach w jądrowym cyklu paliwowym , zarówno w wyniku kolejnych wychwytywania neutronów przez uran-235 (który rozszczepia się najczęściej, ale nie zawsze), jak i uran-236 lub (n, 2n) reakcje, w których następuje szybki neutron czasami wyrzuca neutron z uranu-238 lub izotopów plutonu . W dłuższej perspektywie 237
Np
tworzy się również w wypalonym paliwie jądrowym jako produkt rozpadu ameryku-241 .

237
Np
miał być jednym z najbardziej mobilnych nuklidów w składowisku odpadów jądrowych w górach Yucca .

Zastosowanie w produkcji plutonu-238

Po wystawieniu na bombardowanie neutronami 237
Np
może wychwycić neutron, ulec rozpadowi beta i stać się 238
Pu
, produkt ten jest użyteczny jako źródło energii cieplnej w radioizotopowym generatorze termoelektrycznym do produkcji energii elektrycznej i ciepła w sondach kosmicznych (takich jak sondy New Horizons i Voyager ) oraz, ostatnio zauważono, Mars Science Laboratory (Curiosity wędrowiec). Zastosowania te są ekonomicznie praktyczne, gdy fotowoltaiczne źródła energii są słabe lub niespójne z powodu sond znajdujących się zbyt daleko od słońca lub łazików w obliczu zjawisk klimatycznych, które mogą blokować światło słoneczne przez długi czas. Sondy kosmiczne i łaziki również wykorzystują moc cieplną generatora do utrzymywania ciepła swoich instrumentów i elementów wewnętrznych.

Bibliografia