| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Нептуний ( 93 Np) обычно считается искусственным элементом, хотя следовые количества встречаются в природе, поэтому невозможно указать стандартный атомный вес. Как и все следовые или искусственные элементы, в нем нет стабильных изотопов. Первый изотоп быть синтезированы и идентифицирован был 239 Np в 1940 году, производится путем бомбардировки 238 U с нейтронами, чтобы произвести 239 U, который затем подвергают бета - распад до 239 Np.
В природе следовые количества обнаруживаются в реакциях захвата нейтронов атомами урана, но этот факт не был обнаружен до 1951 года.
Было охарактеризовано двадцать пять радиоизотопов нептуния, наиболее стабильным из которых является 237 Np с периодом полураспада 2,14 миллиона лет, 236 Np с периодом полураспада 154000 лет, и 235 Np с периодом полураспада 396,1 суток. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 4,5 суток, а у большинства из них период полураспада менее 50 минут. Этот элемент также имеет 4 мета-состояния, наиболее стабильным из которых является 236 кв.м. Np (t 1/2 22,5 часа).
Изотопы нептуния варьируются от 219 Np к 244 Np , хотя промежуточный изотоп 221 Np пока не наблюдалось. Первичная мода распада перед наиболее стабильным изотопом, 237 Np , является захватом электронов (с большим количеством альфа-излучения ), а основная мода после этого - бета-излучением. Первичные продукты распада перед 237 Np являются изотопами урана и протактиния, а первичными продуктами после них являются изотопы плутония. Уран-237 и нептуний-239 считаются ведущими опасными радиоизотопами в первый еженедельный период после ядерных осадков в результате ядерного взрыва, причем 239 Np доминируют «в спектре в течение нескольких дней».
Нуклид | Z | N | Изотопная масса ( Да ) | Период полураспада | Режим распада | Дочерний изотоп | Спин и паритет | Изотопное изобилие |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Энергия возбуждения | ||||||||
219 Np | 93 | 126 | 219.03162 (9) | 0,15 (+ 0,72-0,07) мс | α | 215 Па | (9 / 2-) | |
220 Np | 93 | 127 | 220.03254 (21) # | 25 (+ 14-7) мкс | α | 216 Па | 1- # | |
222 Np | 93 | 129 | 380 (+ 260-110) нс | α | 218 Па | 1- # | ||
223 Np | 93 | 130 | 223.03285 (21) # | 2,15 (+ 100-52) мкс | α | 219 Па | 9 / 2- | |
224 Np | 93 | 131 | 224.03422 (21) # | 38 (+ 26-11) мкс | α (83%) | 220 мл Па | 1- # | |
α (17%) | 220 м2 Па | |||||||
225 Np | 93 | 132 | 225.03391 (8) | 6 (5) мс | α | 221 Па | 9 / 2- # | |
226 Np | 93 | 133 | 226.03515 (10) # | 35 (10) мс | α | 222 Па | ||
227 Np | 93 | 134 | 227.03496 (8) | 510 (60) мс | α (99,95%) | 223 Па | 5 / 2- # | |
β + (0,05%) | 227 U | |||||||
228 Np | 93 | 135 | 228.03618 (21) # | 61,4 (14) с | β + (59%) | 228 U | ||
α (41%) | 224 Па | |||||||
β +, SF (0,012%) | (разные) | |||||||
229 Np | 93 | 136 | 229.03626 (9) | 4,0 (2) мин | α (51%) | 225 Па | 5/2 + # | |
β + (49%) | 229 U | |||||||
230 Np | 93 | 137 | 230.03783 (6) | 4,6 (3) мин | β + (97%) | 230 U | ||
α (3%) | 226 Па | |||||||
231 Np | 93 | 138 | 231.03825 (5) | 48,8 (2) мин | β + (98%) | 231 U | (5/2) (+ #) | |
α (2%) | 227 Па | |||||||
232 Np | 93 | 139 | 232.04011 (11) # | 14,7 (3) мин | β + (99,99%) | 232 U | (4+) | |
α (0,003%) | 228 Па | |||||||
233 Np | 93 | 140 | 233.04074 (5) | 36,2 (1) мин | β + (99,99%) | 233 U | (5/2 +) | |
α (0,001%) | 229 Па | |||||||
234 Np | 93 | 141 | 234,042895 (9) | 4,4 (1) г | β + | 234 U | (0+) | |
235 Np | 93 | 142 | 235.0440633 (21) | 396,1 (12) сут | EC | 235 U | 5/2 + | |
α (0,0026%) | 231 Па | |||||||
236 Np | 93 | 143 | 236,04657 (5) | 1.54 (6) × 10 5 лет | ЭК (87,3%) | 236 U | (6-) | |
β - (12,5%) | 236 Pu | |||||||
α (0,16%) | 232 Па | |||||||
236 кв.м. Np | 60 (50) кэВ | 22,5 (4) ч | ЭК (52%) | 236 U | 1 | |||
β - (48%) | 236 Pu | |||||||
237 Np | 93 | 144 | 237.0481734 (20) | 2,144 (7) × 10 6 лет | α | 233 Па | 5/2 + | След |
SF (2 × 10 −10 %) | (разные) | |||||||
КД (4 × 10 −12 %) | 207 тл 30 мг | |||||||
238 Np | 93 | 145 | 238.0509464 (20) | 2,117 (2) д | β - | 238 Pu | 2+ | |
238 кв.м. Np | 2300 (200) # кэВ | 112 (39) нс | ||||||
239 Np | 93 | 146 | 239.0529390 (22) | 2.356 (3) д | β - | 239 Pu | 5/2 + | След |
240 Np | 93 | 147 | 240.056162 (16) | 61,9 (2) мин | β - | 240 Pu | (5+) | След |
240 кв.м. Np | 20 (15) кэВ | 7,22 (2) мин | β - (99,89%) | 240 Pu | 1 (+) | |||
ИТ (0,11%) | 240 Нп | |||||||
241 Np | 93 | 148 | 241.05825 (8) | 13,9 (2) мин | β - | 241 Pu | (5/2 +) | |
242 Np | 93 | 149 | 242.06164 (21) | 2,2 (2) мин | β - | 242 Pu | (1+) | |
242 кв.м. Np | 0 (50) # кэВ | 5,5 (1) мин | 6 + # | |||||
243 Np | 93 | 150 | 243.06428 (3) # | 1,85 (15) мин | β - | 243 Pu | (5 / 2-) | |
244 Np | 93 | 151 | 244.06785 (32) # | 2,29 (16) мин | β - | 244 Pu | (7-) |
CD: | Распад кластера |
EC: | Электронный захват |
ЭТО: | Изомерный переход |
SF: | Самопроизвольное деление |
Актиниды и продукты деления по периоду полураспада
| ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Актиниды по цепочке распада | Период полураспада ( а ) | Продукты деления из 235 U по доходности | ||||||
4 п | 4 п +1 | 4 п +2 | 4 п +3 | |||||
4,5–7% | 0,04–1,25% | lt;0,001% | ||||||
228 Ра № | 4–6 а | † | 155 Eu þ | |||||
244 см ƒ | 241 Pu ƒ | 250 кф | 227 Ас № | 10–29 а | 90 Sr | 85 кр | 113м кд þ | |
232 U ƒ | 238 Pu ƒ | 243 см ƒ | 29–97 а | 137 Cs | 151 см þ | 121 м Sn | ||
248 Bk | 249 Cf ƒ | 242m Am ƒ | 141–351 а | Никакие продукты деления не имеют период полураспада в диапазоне 100–210 тыс. Лет. | ||||
241 Am ƒ | 251 Cf ƒ | 430–900 а | ||||||
226 Ra № | 247 Bk | 1,3–1,6 тыс. Лет назад | ||||||
240 Pu | 229 Чт | 246 см ƒ | 243 Am ƒ | 4,7–7,4 тыс. Лет | ||||
245 см ƒ | 250 см | 8,3–8,5 тыс. Лет | ||||||
239 Pu ƒ | 24,1 тыс. Лет назад | |||||||
230 Чт № | 231 Па № | 32–76 тыс. Лет назад | ||||||
236 Np ƒ | 233 U ƒ | 234 У № | 150–250 тыс. Лет назад | ‡ | 99 Tc ₡ | 126 Sn | ||
248 см | 242 Pu | 327–375 тыс. Лет назад | 79 Se ₡ | |||||
1,53 млн лет | 93 Zr | |||||||
237 Np ƒ | 2,1–6,5 млн лет | 135 Cs ₡ | 107 Pd | |||||
236 U | 247 см ƒ | 15–24 млн лет | 129 I ₡ | |||||
244 Pu | 80 млн лет | ... не более 15,7 млн лет | ||||||
232 Чт № | 238 У № | 235 U ƒ№ | 0,7–14,1 млрд лет | |||||
Легенда для верхнего индекса символов ₡ имеет тепловой захват нейтронов поперечного сечение в диапазоне 8-50 барн ƒ делящегося м метастабильного изомер № прежде всего в природе радиоактивных материалов (NORM) þ нейтронных яда (захват тепловых нейтронов поперечного сечения больше, чем 3k барн) † диапазон 4–97 a: Средноживущий продукт деления ‡ более 200 тыс. Лет назад: Долгоживущий продукт деления |
Нептуний-235 имеет 142 нейтрона и период полураспада 396,1 дня. Этот изотоп распадается:
Этот изотоп нептуния имеет массу 235.044 063 3 ед.
Нептуний-236 имеет 143 нейтрона и период полураспада 154 000 лет. Он может распадаться следующими способами:
Этот конкретный изотоп нептуния имеет массу 236,04657 ед. Это делящийся материал с критической массой 6,79 кг (15,0 фунта).
236 Np образуется в небольших количествах в результате реакций захвата (n, 2n) и (γ, n) 237 Np однако практически невозможно отделить в каких-либо значительных количествах от родительского 237 Np . Именно по этой причине, несмотря на его низкую критическую массу и высокое нейтронное сечение, он не исследовался в качестве ядерного топлива в оружии или реакторах. Тем не менее, 236 Np был рассмотрен для использования в масс-спектрометрии и в качестве радиоактивного индикатора, поскольку он распадается преимущественно за счет бета-излучения с длительным периодом полураспада. Было исследовано несколько альтернативных путей производства этого изотопа, а именно те, которые уменьшают изотопное разделение из 237 Np или изомер 236 кв.м. Np . Самые благоприятные реакции на накопление 236 Np было показано протонное и дейтронное облучение урана-238.
237 Np распадается через ряд нептуния, который заканчивается таллием-205, который является стабильным, в отличие от большинства других актинидов, которые распадаются на стабильные изотопы свинца.
В 2002, 237 Np было показано, что он способен поддерживать цепную реакцию с быстрыми нейтронами, как в ядерном оружии, с критической массой около 60 кг. Однако он имеет низкую вероятность деления при бомбардировке тепловыми нейтронами, что делает его непригодным в качестве топлива для легководных атомных электростанций (в отличие, например, от быстрых реакторов или систем с ускорителем ).
237 Np является единственным нептуний изотоп производится в значительном количестве в ядерном топливном цикле, и пути последовательного захвата нейтронов от урана-235 (который деления большинства, но не все время) и уран-236, или (п, 2п) реакций где а быстро нейтрон иногда выбивает нейтрон из урана-238 или изотопов плутония. В долгосрочной перспективе 237 Np также образуется в отработавшем ядерном топливе как продукт распада америция-241.
237 Np предполагалось, что это один из самых мобильных нуклидов в хранилище ядерных отходов Юкка-Маунтин.
Под воздействием нейтронной бомбардировки 237 Np может захватывать нейтрон, подвергаться бета-распаду и становиться 238 Пу , этот продукт полезен в качестве источника тепловой энергии в радиоизотопном термоэлектрическом генераторе для выработки электричества и тепла в космических аппаратах (таких как зонды New Horizons и Voyager ) и, в недавнем сообщении, в Марсианской научной лаборатории (Curiosity вездеход). Эти приложения экономически практичны, когда фотоэлектрические источники питания слабы или несовместимы из-за того, что зонды находятся слишком далеко от солнца или марсоходы сталкиваются с климатическими явлениями, которые могут блокировать солнечный свет на длительные периоды. Космические зонды и вездеходы также используют тепловую мощность генератора, чтобы поддерживать свои инструменты и внутренние устройства в тепле.