Изотопы нептуния - Isotopes of neptunium

Основные изотопы нептуния   ( 93 Np)
Изотоп Разлагаться
избыток период полураспада ( т 1/2 ) Режим продукт
235 нп син 396,1 г α 231 Па
ε 235 U
236 нп син 1,54 × 10 5  лет ε 236 U
β - 236 Pu
α 232 Па
237 нп след 2,144 × 10 6  лет α 233 Па
239 нп след 2.356 г β - 239 Pu

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».

Список изотопов

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-)
  1. ^ m Np - Возбужденный ядерный изомер .
  2. ^ () - Неопределенность (1 σ ) дана в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  3. ^ # - Атомная масса с пометкой #: значение и погрешность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из трендов по массовой поверхности (TMS).
  4. ^ Режимы распада:
    CD: Распад кластера
    EC: Электронный захват
    ЭТО: Изомерный переход
    SF: Самопроизвольное деление
  5. ^ Дочерний символ выделен жирным курсивом - Дочерний продукт почти стабилен.
  6. ^ () значение спина - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
  7. ^ a b # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
  8. ^ a b Делящийся нуклид
  9. ^ Самый распространенный нуклид
  10. ^ a b Производится при захвате нейтронов в урановой руде
  11. ^ Промежуточный продукт распада 244 Pu

Актиниды против продуктов деления

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% <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

Известные изотопы

Нептуний-235

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

Нептуний-236 имеет 143 нейтрона и период полураспада 154 000 лет. Он может распадаться следующими способами:

  • Захват электронов : энергия распада 0,93 МэВ, продукт распада - уран-236 . Обычно он распадается (с периодом полураспада 23 миллиона лет) до тория-232 .
  • Бета-излучение : энергия распада 0,48 МэВ, продукт распада - плутоний-236 . Обычно он распадается (период полураспада 2,8 года) до урана-232 , который обычно распадается (период полураспада 69 лет) до тория-228 , который через несколько лет распадается до свинца-208 .
  • Альфа-излучение : энергия распада 5,007 МэВ, продукт распада - протактиний-232 . Он распадается с периодом полураспада 1,3 дня до урана-232.

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 .

Нептуний-237

Схема распада нептуния-237 (упрощенная)

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 .

Использование в производстве плутония-238

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.

Рекомендации