Izotopii neptuniului - Isotopes of neptunium
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Neptuniul ( 93 Np) este de obicei considerat un element artificial , deși cantități de urme se găsesc în natură, deci nu se poate da o greutate atomică standard . Ca toate oligoelementele sau elementele artificiale, nu are izotopi stabili . Primul izotop care a fost sintetizat și identificat a fost 239 Np în 1940, produs prin bombardarea a 238 U cu neutroni pentru a produce 239 U, care a suferit apoi dezintegrarea beta până la 239 Np.
Urme de cantități se găsesc în natură din reacțiile de captare a neutronilor de către atomii de uraniu , fapt care nu a fost descoperit până în 1951.
Au fost caracterizați douăzeci și cinci de radioizotopi de neptuni , cu cea mai stabilă ființă 237
Np
cu un timp de înjumătățire de 2,14 milioane de ani, 236
Np
cu un timp de înjumătățire de 154.000 de ani și 235
Np
cu un timp de înjumătățire de 396,1 zile. Toți restul izotopilor radioactivi au perioade de înjumătățire plasmatică mai mici de 4,5 zile, iar majoritatea acestora au perioade de înjumătățire plasmatică mai mici de 50 de minute. Acest element are și 4 meta-stări , cea mai stabilă fiind 236m
Np
(t 1/2 22,5 ore).
Izotopii neptuniului variază de la 219
Np
la 244
Np
, deși izotopul intermediar 221
Np
nu a fost încă observat. Modul de descompunere primar înainte de cel mai stabil izotop, 237
Np
, este captarea electronilor (cu o cantitate mare de emisii alfa ), iar modul principal după aceea este emisia beta . Produsele primare de degradare înainte 237
Np
sunt izotopi de uraniu și protactiniu , iar produsele primare după aceea sunt izotopi de plutoniu . Uraniul-237 și neptuniul-239 sunt priviți drept principalii radioizotopi periculoși în prima oră-săptămână după căderea nucleară dintr-o detonare nucleară, 239 Np dominând „spectrul timp de câteva zile”.
Lista izotopilor
Nucleid |
Z | N |
Masa izotopică ( Da ) |
Jumătate de viață |
Modul de descompunere |
Izotop fiică |
Rotire și paritate |
Abundența izotopică |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Energie de excitație | ||||||||
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 (.012%) | (variat) | |||||||
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 (.003%) | 228 Pa | |||||||
233 Np |
93 | 140 | 233.04074 (5) | 36,2 (1) min | β + (99,99%) | 233 U | (5/2 +) | |
α (.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 | CE | 235 U | 5/2 + | |
α (.0026%) | 231 Pa | |||||||
236 Np |
93 | 143 | 236.04657 (5) | 1,54 (6) × 10 5 ani | CE (87,3%) | 236 U | (6−) | |
β - (12,5%) | 236 Pu | |||||||
α (0,16%) | 232 Pa | |||||||
236m Np |
60 (50) keV | 22,5 (4) h | CE (52%) | 236 U | 1 | |||
β - (48%) | 236 Pu | |||||||
237 Np |
93 | 144 | 237.0481734 (20) | 2,144 (7) × 10 6 ani | α | 233 Pa | 5/2 + | Urmă |
SF (2 × 10 −10 %) | (variat) | |||||||
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 + | Urmă |
240 Np |
93 | 147 | 240.056162 (16) | 61,9 (2) min | β - | 240 Pu | (5+) | Urmă |
240m Np |
20 (15) keV | 7,22 (2) min | β - (99,89%) | 240 Pu | 1 (+) | |||
IT (.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−) |
- ^ m Np - Izomer nuclear excitat .
- ^ () - Incertitudinea (1 σ ) este dată în formă concisă între paranteze după ultimele cifre corespunzătoare.
- ^ # - Masa atomică marcată #: valoare și incertitudine derivate nu din date pur experimentale, ci cel puțin parțial din tendințele din suprafața masei (TMS).
-
^
Moduri de descompunere:
CD: Dezintegrarea clusterelor CE: Captarea electronilor ACEASTA: Tranziție izomerică SF: Fisiune spontană - ^ Simbolul cursiv îndrăzneț ca fiică - Produsul fiică este aproape stabil.
- ^ () valoarea de rotire - Indică rotirea cu argumente de atribuire slabe.
- ^ a b # - Valorile marcate cu # nu sunt pur derivate din date experimentale, ci cel puțin parțial din tendințele nuclidilor vecini (TNN).
- ^ A b fisionabile nuclid
- ^ Cel mai frecvent nuclid
- ^ a b Produs prin captarea neutronilor în minereul de uraniu
- ^ Produs intermediar de descompunere de 244 Pu
Actinide vs produse de fisiune
Actinide și produse de fisiune până la timpul de înjumătățire
|
||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Actinidele prin lanț de descompunere |
Gama de înjumătățire ( a ) |
Produse de fisiune de 235 U după randament | ||||||
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 Cf | 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 Cf ƒ | 242m Am ƒ | 141–351 a |
Niciun produs de fisiune nu |
||||
241 Am ƒ | 251 Cf 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 |
... nici dincolo de 15,7 Ma |
||||||
232 Th № | 238 U № | 235 U ƒ№ | 0,7-14,1 Ga | |||||
Legenda pentru simbolurile superscripționate |
Izotopi notabili
Neptunium-235
Neptunul-235 are 142 de neutroni și un timp de înjumătățire de 396,1 zile. Acest izotop se descompune prin:
- Emisia alfa : energia de descompunere este de 5,2 MeV și produsul de descompunere este protactiniu-231 .
- Captarea electronilor : energia de descompunere este de 0,125 MeV, iar produsul de dezintegrare este de uraniu-235
Acest izotop al neptuniului are o greutate de 235.044 063 3 u.
Neptunium-236
Neptunul-236 are 143 de neutroni și un timp de înjumătățire de 154.000 de ani. Se poate descompune prin următoarele metode:
- Captarea electronilor : energia de descompunere este de 0,93 MeV, iar produsul de dezintegrare este uraniul-236 . Acest lucru se descompune de obicei (cu un timp de înjumătățire de 23 de milioane de ani) la toriu-232 .
- Emisia beta : energia de descompunere este de 0,48 MeV, iar produsul de dezintegrare este plutoniul-236 . Acest lucru se descompune de obicei (timp de înjumătățire de 2,8 ani) la uraniu-232 , care de obicei se descompune (timp de înjumătățire de 69 de ani) la toriu-228 , care se descompune în câțiva ani până la plumb-208 .
- Emisie alfa : energia de descompunere este de 5,007 MeV, iar produsul de descompunere este protactiniu-232 . Aceasta se descompune cu un timp de înjumătățire de 1,3 zile până la uraniu-232.
Acest izotop particular al neptuniului are o masă de 236,04657 u. Este un material fisionabil cu o masă critică de 6,79 kg (15,0 lb).
236
Np
este produs în cantități mici prin (n, 2n) și (γ, n) reacții de captare a 237
Np
cu toate acestea, este aproape imposibil să se separe în cantități semnificative de părinții săi 237
Np
. Din acest motiv, în ciuda masei critice reduse și a secțiunii transversale ridicate a neutronilor, nu a fost cercetat ca combustibil nuclear în arme sau reactoare. Cu toate acestea, 236
Np
a fost considerat pentru utilizare în spectrometrie de masă și ca un trasor radioactiv , deoarece se descompune predominant prin emisie beta cu un timp de înjumătățire lung. Au fost investigate mai multe căi alternative de producție pentru acest izotop, și anume cele care reduc separarea izotopică de 237
Np
sau izomerul 236m
Np
. Cele mai favorabile reacții de acumulat 236
Np
s-au dovedit a fi ironii de protoni și deuteroni ai uraniului-238 .
Neptunium-237
237
Np
se descompune prin seria neptuniului , care se termină cu taliul-205 , care este stabil, spre deosebire de majoritatea celorlalte actinide , care se descompun în izotopi stabili ai plumbului .
În 2002, 237
Np
s-a dovedit a fi capabil să susțină o reacție în lanț cu neutroni rapizi , ca într-o armă nucleară , cu o masă critică de aproximativ 60 kg. Cu toate acestea, are o probabilitate redusă de fisiune la bombardarea cu neutroni termici , ceea ce îl face nepotrivit ca combustibil pentru centralele nucleare cu apă ușoară (spre deosebire de sistemele cu reactor rapid sau accelerator , de exemplu).
237
Np
este izotopul numai Neptuniu produs în cantitate semnificativă în ciclul combustibilului nuclear , atât prin succesive de captare a neutronilor de uraniu-235 (care fisiuni cel mai mult, dar nu tot timpul) și uraniu-236 reacții, sau (n, 2n) în cazul în care un rapid neutronul scoate ocazional un neutron din uraniu-238 sau izotopi de plutoniu . Pe termen lung, 237
Np
se formează, de asemenea, în combustibilul nuclear uzat ca produs de degradare al americiului-241 .
237
Np
a fost proiectat a fi unul dintre cei mai mobili nuclizi din depozitul de deșeuri nucleare din Muntele Yucca .
Utilizare în producția de plutoniu-238
Când este expus bombardamentului cu neutroni 237
Np
poate captura un neutron, poate suferi o descompunere beta și poate deveni 238
Pu
, acest produs fiind util ca sursă de energie termică într-un generator termoelectric radioizotop pentru producerea de energie electrică și căldură în sondele spațiale adânci (cum ar fi sondele New Horizons și Voyager ) și, de notă recentă, Mars Science Laboratory (Curiosity) rover). Aceste aplicații sunt practice din punct de vedere economic în cazul în care sursele de energie fotovoltaică sunt slabe sau inconsistente din cauza sondelor care sunt prea departe de soare sau rover-urilor care se confruntă cu evenimente climatice care pot obstrucționa lumina soarelui pentru perioade lungi de timp. Sondele spațiale și rover-urile utilizează, de asemenea, puterea de căldură a generatorului pentru a menține instrumentele și componentele interne calde.
Referințe
- Masele izotopice din:
- Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), „Evaluarea N UBASE a proprietăților nucleare și a degradării” , Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 .001
- Compoziții izotopice și mase atomice standard din:
- de Laeter, John Robert ; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin JR; Taylor, Philip DP (2003). "Ponderile atomice ale elementelor. Revizuirea 2000 (Raport tehnic IUPAC)" . Chimie pură și aplicată . 75 (6): 683-800. doi : 10.1351 / pac200375060683 .
- Wieser, Michael E. (2006). "Ponderile atomice ale elementelor 2005 (Raport tehnic IUPAC)" . Chimie pură și aplicată . 78 (11): 2051–2066. doi : 10.1351 / pac200678112051 . Prezentare rezumativă .
- Date de înjumătățire, centrifugare și izomeri selectate din următoarele surse.
- Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), „Evaluarea N UBASE a proprietăților nucleare și a degradării” , Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 .001
- Centrul Național de Date Nucleare . „Baza de date NuDat 2.x” . Laboratorul Național Brookhaven .
- Holden, Norman E. (2004). "11. Tabelul izotopilor". În Lide, David R. (ed.). Manualul de chimie și fizică al CRC (ediția a 85-a). Boca Raton, Florida : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9 .