# Nettunio

Il nettunio è un elemento chimico con numero atomico 93 e il suo simbolo è Np. È un elemento transuranico incluso nella serie degli attinoidi sulla tavola periodica. Possiede 19 isotopi, tutti instabili, e si presenta, allo stato solido, in 3 forme allotropiche. Il suo isotopo più stabile ($^{237}$Np) è un sottoprodotto di reazione nei reattori nucleari e trova impiego nella costruzione di rilevatori di neutroni. È presente, in tracce, nei minerali di uranio.

## Storia

Il nettunio appartiene alla serie degli attinoidi e fu il primo elemento transuranico ad essere sintetizzato in laboratorio. Fu scoperto e battezzato «nettunio» (dal pianeta Nettuno, per analogia con l'uranio) da Edwin McMillan e Philip Hauge Abelson, nel 1940, all'interno del Radiation Laboratory (dal 1959, Lawrence Berkeley National Laboratory) dell'Università di Berkeley in California. I due fisici sintetizzarono l'isotopo $^{239}$Np (con un'emivita di 2,3 giorni) in un ciclotrone bombardando dell'uranio con neutroni lenti (ovvero con energia <1 eV).
    $\mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2\ 355\ g}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu}$
Prima di tale data, sono menzionati in letteratura almeno tre annunci della scoperta dell'elemento 93 – con il nome di ausonio (Enrico Fermi et alii), di boemio nel 1934 e di sequanio nel 1939 – tutti smentiti da successive verifiche.

## Caratteristiche

Allo stato solido, il nettunio si presenta come un metallo di colore argenteo, discretamente reattivo ed esistente in tre forme allotropiche:
* α-nettunio: ortorombico con densità 20,25 g/cm³ (20 250 kg/m³).
* β-nettunio (oltre i 280 °C), tetragonale con densità 19,36 g/cm³ (19 360 kg/m³) a 313 °C.
* γ-nettunio (oltre 577 °C), cubico con densità 18 g/cm³ (18 000 kg/m³) a 600 °C.

## Disponibilità

Tracce di nettunio sono presenti, in natura, nei minerali di uranio come prodotto di decadimento radioattivo del $^{237}$U. L'isotopo $^{237}$Np si può sintetizzare per riduzione di NpF$_3$ con vapori di bario o litio a circa 1200 °C, ma prevalentemente si ottiene come sottoprodotto di reazione dal combustibile nucleare esausto e/o durante la produzione di plutonio. $^{237}$Np viene prodotto anche per decadimento alfa di $^{241}$Am.
Con la cattura di un neutrone termico, un atomo di $^{235}$U passa allo stato eccitato di $^{236m}$U, un isomero metastabile con un'emivita di 1×10$^{−12}$ s. Escludendo gli atomi che decadono nuovamente in $^{235}$U per reazioni di scattering elastico e anelastico, circa l'84% dei nuclei eccitati subisce la fissione, mentre il restante 16% decade allo stato fondamentale di $^{236}$U cedendo 6,46 MeV sotto forma di radiazioni gamma.
       $\mathrm {^{235}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{236}U_{m}\ {\xrightarrow[{120\ ns}]}\ _{\ 92}^{236}U\ +\ \gamma }$
Un'ulteriore cattura neutronica produce $^{237}$U che ha un'emivita di 7 giorni e decade rapidamente in $^{237}$Np.
       $\mathrm {^{236}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{237}U\ {\xrightarrow[{6,75\ g}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{237}Np}$
$^{237}$U viene prodotto anche tramite una reazione (n,2n) con $^{238}$U (ma solo se i neutroni hanno alta energia).

## Isotopi

Sono noti 19 radioisotopi del nettunio, i più stabili dei quali sono il $^{237}$Np con emivita di 2,14 milioni di anni, il $^{236}$Np con emivita di 154 000 anni e $^{235}$Np con emivita di 396,1 giorni. Tutti gli altri isotopi radioattivi hanno emivite inferiori a 5 giorni e, per la maggior parte, inferiori ad 1 ora. Questo elemento ha anche 4 stati metastabili, di cui il più stabile è il $^{236m}$Np (t$_½$ 22,5 ore).
Gli isotopi di nettunio hanno un peso atomico variabile tra 225,034 u ($^{225}$Np) e 244,068 u ($^{244}$Np). Il principale modo di decadimento prima dell'isotopo più stabile ($^{237}$Np) è la cattura elettronica (con un decadimento alfa significativo), mentre quello più comune dopo l'isotopo più stabile è il decadimento beta. I prodotti di decadimento prima di $^{237}$Np sono isotopi di uranio (mentre il decadimento alfa produce, invece, isotopi di protoattinio) e i prodotti principali dopo di esso sono isotopi di plutonio.
| Radionuclide | Z(p) | N(n) | Massa (u) | emivita | spin nucleare |
| spin nucleare |||
| $^{225}$Np | 93 | 132 | 225,03391(8) | 3# ms [>2 µs] | 9/2−# |
| $^{226}$Np | 93 | 133 | 226,03515(10)# | 35(10) ms | |
| $^{227}$Np | 93 | 134 | 227,03496(8) | 510(60) ms | 5/2−# |
| $^{228}$Np | 93 | 135 | 228,03618(21)# | 61,4(14) s | |
| $^{229}$Np | 93 | 136 | 229,03626(9) | 4,0(2) min | 5/2+# |
| $^{230}$Np | 93 | 137 | 230,03783(6) | 4,6(3) min | |
| $^{231}$Np | 93 | 138 | 231,03825(5) | 48,8(2) min | (5/2)(+#) |
| $^{232}$Np | 93 | 139 | 232,04011(11)# | 14,7(3) min | (4+) |
| $^{233}$Np | 93 | 140 | 233,04074(5) | 36,2(1) min | (5/2+) |
| $^{234}$Np | 93 | 141 | 234,042895(9) | 4,4(1) d | (0+) |
| $^{235}$Np | 93 | 142 | 235,0440633(21) | 396,1(12) d | 5/2+ |
| $^{236}$Np | 93 | 143 | 236,04657(5) | 154(6)×10$^3$ a | (6−) |
| $^{236m}$Np | 60(50) keV | 60(50) keV | 60(50) keV | 22,5(4) h | 1 |
| $^{237}$Np | 93 | 144 | 237,0481734(20) | 2,144(7)×10$^6$ a | 5/2+ |
| $^{238}$Np | 93 | 145 | 238,0509464(20) | 2,117(2) g | 2+ |
| $^{238m}$Np | 2300(200)# keV | 2300(200)# keV | 2300(200)# keV | 112(39) ns | |
| $^{239}$Np | 93 | 146 | 239,0529390(22) | 2,356(3) d | 5/2+ |
| $^{240}$Np | 93 | 147 | 240,056162(16) | 61,9(2) min | (5+) |
| $^{240m}$Np | 20(15) keV | 20(15) keV | 20(15) keV | 7,22(2) min | 1(+) |
| $^{241}$Np | 93 | 148 | 241,05825(8) | 13,9(2) min | (5/2+) |
| $^{242}$Np | 93 | 149 | 242,06164(21) | 2,2(2) min | (1+) |
| $^{242m}$Np | 0(50)# keV | 0(50)# keV | 0(50)# keV | 5,5(1) min | 6+# |
| $^{243}$Np | 93 | 150 | 243,06428(3)# | 1,85(15) min | (5/2−) |
| $^{244}$Np | 93 | 151 | 244,06785(32)# | 2,29(16) min | (7−) |

## Composti

Possiede vari stati di ossidazione, i più alti dei quali sono quelli ottenuti in soluzione acquosa come Np$^{3+}$ (di colore purpureo analogamente allo ione Pm$^{3+}$) che produce, per ossidazione all'aria, Np$^{4+}$ (verde-giallo) e, successivamente, NpO2+2 (rosa pallido). Un altro stato di ossidazione conosciuto è NpO+2 (verde bluastro in soluzione acquosa) ottenuto per ossidazione di Np$^{4+}$ con acido nitrico caldo.
I principali composti del nettunio sono gli alogenuri NpF$_6$ (arancione), NpF$_4$ (verde), NpF$_3$ (viola-nero), NpCl$_4$ (rosso-marrone), NpCl$_3$ (bianco), NpBr$_4$ (rosso-marrone), NpBr$_3$ (verde), NpI$_3$ (marrone) e gli ossidi Np$_3$O$_8$ e NpO$_2$.

## Inquinamento da $^{237}$Np nel lungo periodo

Gli isotopi di nettunio più pesanti decadono rapidamente, mentre quelli più leggeri non possono essere prodotti per cattura neutronica; di conseguenza, la separazione chimica del nettunio dal combustibile nucleare esausto produce sostanzialmente il solo $^{237}$Np. Per tale motivo – e per la scarsa rilevanza come prodotto del decadimento naturale nei giacimenti di minerali uranili – questo radionuclide del nettunio si presta come indicatore dell'inquinamento di lungo periodo connesso con le attività nucleari umane.
Come altri tre prodotti di fissione ($^{99}$Tc, $^{129}$I e $^{234}$U) il radioisotopo $^{237}$Np possiede un'emivita molto lunga, è facilmente solubile in acqua e viene scarsamente assorbito dai minerali per cui, pur essendo un nuclide a bassa emissione radioattiva, potrebbe rappresentare, nel lungo periodo (> 10000 anni dallo stoccaggio) a causa del progressivo accumulo e dell'elevata mobilità, l'agente più significativo di inquinamento radioattivo per le falde acquifere e i bacini idrografici prossimali ai depositi di scorie se questi ultimi dovessero deteriorarsi.

## Applicazioni

$^{237}$Np trova impiego nella costruzione di dosimetri di neutroni veloci e ad alta energia, anche per uso personale, in campo ospedaliero e industriale. Lo stesso radioisotopo del nettunio è anche un prodotto di decadimento dell'americio presente nei rivelatori di fumo a ionizzazione.
L'irradiazione neutronica di $^{237}$Np origina $^{238}$Pu che è una sorgente di particelle α per i generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG) utilizzati, prevalentemente, nel campo dell'esplorazione spaziale. $^{237}$Np cattura un neutrone per formare $^{238}$Np che decade – per emissione beta dopo un paio di giorni – in $^{238}$Pu.
    $\mathrm {^{237}_{\ 93}Np\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 93}^{238}Np\ {\xrightarrow[{2\ 117\ g}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{238}Pu}$
Il nettunio è fissile e potrebbe teoricamente essere utilizzato come combustibile nei reattori a neutroni veloci o nelle armi nucleari. Nel 1992, il Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti declassificò un documento che attestava la possibilità di impiego di $^{237}$Np nella costruzione di armi nucleari. Nel settembre 2002, alcuni ricercatori dell'Università della California hanno creato, presso il Los Alamos National Laboratory, la prima massa critica di nettunio utilizzando, per gli esperimenti, una sfera di 6 kg di $^{237}$Np circondata da un guscio di uranio arricchito. I risultati degli esperimenti hanno mostrato che la massa critica è compresa attorno ai 58-60 kg.