Izotopy neptunia - Isotopes of neptunium

Hlavní izotopy neptunia   ( 93 Np)
Izotop Rozklad
hojnost poločas ( t 1/2 ) režimu produkt
235 Np syn 396,1 d α 231 Pa
ε 235 U
236 Np syn 1,54 × 10 5  r ε 236 U
β - 236 Pu
α 232 Pa
237 Np stopa 2,144 × 10 6  r α 233 Pa
239 Np stopa 2,356 d β - 239 Pu

Neptunium ( 93 Np) je obvykle považováno za umělý prvek , ačkoli stopová množství se vyskytují v přírodě, takže nelze uvést standardní atomovou hmotnost . Stejně jako všechny stopové nebo umělé prvky nemá stabilní izotopy . První izotop být syntetizován a identifikovány byl 239 Np v roce 1940, vyrábí tím, že bombarduje 238 U s neutrony produkovat 239 U, který pak podstoupilo beta rozpad na 239 Np.

Stopová množství se v přírodě vyskytují z reakcí neutronů na zachycení atomy uranu , což bylo zjištěno až v roce 1951.

Bylo charakterizováno dvacet pět radioizotopů neptunia , přičemž nejstabilnější byl 237
Np
s poločasem rozpadu 2,14 milionů let, 236
Np
s poločasem rozpadu 154 000 let a 235
Np
s poločasem 396,1 dne. Všechny zbývající radioaktivní izotopy mají poločasy kratší než 4,5 dne a většina z nich má poločasy kratší než 50 minut. Tento prvek má také 4 meta stavy , přičemž nejstabilnější je 236 m
Np
(t 1/2 22,5 hodiny).

Izotopy neptunia se pohybují od 219
Np
na 244
Np
, i když meziprodukt izotop 221
Np
dosud nebyl pozorován. Režim primárního rozpadu před nejstabilnějším izotopem, 237
Np
, je elektronový záchyt (s velkou dávkou emise alfa ) a primární režim po je emise beta . Primární produkty rozpadu dříve 237
Np
jsou izotopy uranu a protaktinia a jejich primárními produkty jsou izotopy plutonia . Uran-237 a neptunium-239 jsou považovány za hlavní nebezpečné radioizotopy v první hodině po týdnu po jaderném spadu z jaderné detonace, přičemž „spektru několik dní dominuje“ 239 Np.

Seznam izotopů

Nuklid
Z N Izotopová hmotnost ( Da )
Poločas rozpadu

Režim rozpadu

Dcera
izotop

Točení a
parita
Izotopová
hojnost
Budicí energie
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%) (rozličný)
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 ES 235 U 5/2 +
α (0,0026%) 231 Pa
236
Np
93 143 236.04657 (5) 1,54 (6) × 10 5  r ES (87,3%) 236 U (6−)
β - (12,5%) 236 Pu
α (0,16%) 232 Pa
236 m
Np
60 (50) keV 22,5 (4) h EC (52%) 236 U 1
β - (48%) 236 Pu
237
Np
93 144 237.0481734 (20) 2,144 (7) × 10 6  r α 233 Pa 5/2 + Stopa
SF (2 × 10 −10 %) (rozličný)
CD (4 × 10 −12 %) 207 Tl
30 Mg
238
Np
93 145 238.0509464 (20) 2. 117 (2) d β - 238 Pu 2+
238 metrů
Np
2300 (200) # keV 112 (39) ns
239
Np
93 146 239.0529390 (22) 2,356 (3) d β - 239 Pu 5/2 + Stopa
240
Np
93 147 240.056162 (16) 61,9 (2) min β - 240 Pu (5+) Stopa
240 m
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+)
242 m
Np
0 (50) # keV 5,5 (1) min 6 + #
243
Np
93 150 243.06428 (3) # Min. 1,85 (15) β - 243 Pu (5 / 2−)
244
Np
93 151 244.06785 (32) # 2,29 (16) min β - 244 Pu (7−)
  1. ^ m Np - vzrušený jaderný izomer .
  2. ^ () - Nejistota (1 σ ) je uvedena stručně v závorkách za odpovídajícími posledními číslicemi.
  3. ^ # - Atomová hmotnost označená #: hodnota a nejistota odvozené nikoli z čistě experimentálních údajů, ale alespoň částečně z trendů z Mass Surface (TMS).
  4. ^ Režimy rozpadu:
    CD: Rozpad klastru
    ES: Zachycení elektronů
    TO: Izomerní přechod
    SF: Spontánní štěpení
  5. ^ Tučné kurzíva symbol jako dcera - Dceřiný produkt je téměř stabilní.
  6. ^ () hodnota rotace - označuje rotaci se slabými argumenty přiřazení.
  7. ^ a b # - Hodnoty označené # nejsou čistě odvozeny z experimentálních údajů, ale alespoň částečně z trendů sousedních nuklidů (TNN).
  8. ^ a b štěpný nuklid
  9. ^ Nejběžnější nuklid
  10. ^ a b Vyrobeno zachycením neutronů v uranové rudě
  11. ^ Meziproduktový produkt rozpadu 244 Pu

Aktinidy vs. štěpné produkty

Aktinidy a štěpné produkty do poločasu rozpadu
Aktinidy podle rozpadovém řetězci
Rozsah poločasu rozpadu ( a )
Štěpné produkty ze 235 U od výnosu
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 Srov 227 Ac 10–29 a 90 Sr 85 kr 113 m Cd þ
232 U ƒ 238 Pu ƒ 243 cm ƒ 29–97 a 137 Cs 151 Sm þ 121 m Sn
248 Bk 249 Cf ƒ 242 metrů Am ƒ 141–351 a

Žádné štěpné produkty
nemají poločas rozpadu
v rozmezí
100–210 ka ...

241 hodin ƒ 251 Srov ƒ 430–900 a
226 Ra 247 Bk 1,3–1,6 ka
240 Pu 229 čt 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 za 15,7 Ma

232 Th 238 U č 235 U ƒ 0,7–14,1 Ga

Legenda k symbolům horního indexu
thermal má průřez zachycení tepelných neutronů v rozmezí 8–50 stodol
ƒ  štěpný
metastabilní izomer
№ primárně přirozeně se vyskytující radioaktivní materiál (NORM)
þ  neutronový jed (průřez zachycení tepelných neutronů větší než 3 k stodoly)
† rozsah 4–97 a: Štěpný produkt se středně dlouhou životností
‡ nad 200 ka: Štěpný produkt s dlouhou životností

Pozoruhodné izotopy

Neptunium-235

Neptunium-235 má 142 neutronů a poločas rozpadu 396,1 dne. Tento izotop se rozpadá:

Tento izotop neptunia má hmotnost 235 044 063 3 u.

Neptunium-236

Neptunium-236 má 143 neutronů a poločas rozpadu 154 000 let. Může se rozpadat následujícími metodami:

  • Elektronový záchyt : energie rozpadu je 0,93 MeV a produktem rozpadu je uran-236 . To se obvykle rozpadá (s poločasem 23 milionů let) na thorium-232 .
  • Emise beta : energie rozpadu je 0,48 MeV a produkt rozpadu je plutonium-236 . To se obvykle rozpadá (poločas rozpadu 2,8 roku) na uran-232 , který se obvykle rozkládá (poločas rozpadu 69 let) na thorium-228 , které se rozpadá za několik let na olovo-208 .
  • Emise alfa : energie rozpadu je 5,007 MeV a produkt rozpadu je protaktinium-232 . Toto se rozpadá s poločasem 1,3 dne na uran-232.

Tento konkrétní izotop neptunia má hmotnost 236,04657 u. Jedná se o štěpný materiál s kritickou hmotností 6,79 kg (15,0 lb).

236
Np
je produkován v malém množství prostřednictvím (n, 2n) a (γ, n) záchytných reakcí 237
Np
, je však téměř nemožné oddělit se v jakémkoli významném množství od jeho rodiče 237
Np
. Z tohoto důvodu nebyl navzdory nízkému kritickému množství a vysokému průřezu neutronů zkoumán jako jaderné palivo ve zbraních nebo reaktorech. Nicméně, 236
Np
byl zvažován pro použití v hmotnostní spektrometrii a jako radioaktivní indikátor , protože se rozpadá převážně beta emisí s dlouhým poločasem. Bylo zkoumáno několik alternativních způsobů produkce tohoto izotopu, konkrétně těch, které snižují izotopovou separaci od 237
Np
nebo izomer 236 m
Np
. Nejpříznivější reakce se hromadí 236
Np
Bylo prokázáno, že jde o ozáření protonem a deuteronem uranu-238 .

Neptunium-237

Schéma rozpadu Neptunium-237 (zjednodušené)

237
Np
rozpadá se prostřednictvím řady neptunia , která končí thalliem-205 , které je stabilní, na rozdíl od většiny ostatních aktinidů , které se rozpadají na stabilní izotopy olova .

V roce 2002 237
Np
Bylo prokázáno, že je schopné udržet řetězovou reakci s rychlými neutrony , jako v jaderné zbrani , s kritickou hmotností kolem 60 kg. Má však nízkou pravděpodobnost štěpení při bombardování tepelnými neutrony , což jej činí nevhodným jako palivo pro lehké vodní jaderné elektrárny (například na rozdíl od systémů poháněných rychlým reaktorem nebo urychlovačem ).

237
Np
je pouze neptunium izotop vyráběny ve významném množství v jaderném palivovém cyklu , a to jak ze strany postupné zachycování neutronů od uranu-235 (který fissions většina, ale ne po celou dobu) a uranu-236 , nebo (n, 2n) reakcí, kde A rychle neutron občas srazí neutron uvolněný z uranu 238 nebo izotopů plutonia . Z dlouhodobého hlediska 237
Np
také se tvoří ve vyhořelém jaderném palivu jako produkt rozpadu americium-241 .

237
Np
byl projektován jako jeden z nejpohyblivějších nuklidů v úložišti jaderného odpadu na hoře Yucca .

Použití při výrobě plutonia-238

Při vystavení neutronovému bombardování 237
Np
může zachytit neutron, podstoupit rozpad beta a stát se 238
Pu
, tento produkt je užitečný jako zdroj tepelné energie v radioizotopovém termoelektrickém generátoru pro výrobu elektřiny a tepla v sondách v hlubokém vesmíru (jako jsou sondy New Horizons a Voyager ) a v poslední době Mars Science Laboratory (Curiosity) rover). Tyto aplikace jsou ekonomicky praktické tam, kde jsou fotovoltaické zdroje energie slabé nebo nekonzistentní kvůli sondám, které jsou příliš daleko od slunce nebo roverům, které čelí klimatickým jevům, které mohou dlouhodobě bránit slunečnímu záření. Vesmírné sondy a rovery také využívají tepelný výkon generátoru k udržení tepla svých nástrojů a vnitřních částí.

Reference