Jabarkan Penemuan dari Neptunium

Ketika penelitian mengenai fisi nuklir berkembang pada awal 1939, Edwin McMillan di Laboratorium Radiasi Berkeley Universitas California memutuskan untuk menjalankan percobaan pembombardiran uranium menggunakan siklotron 60 inci (1,52 m) yang kuat yang baru saja dibangun di universitas itu. Tujuannya adalah untuk memisahkan berbagai produk fisi yang dihasilkan oleh pengeboman dengan mengeksploitasi kekuatan besar yang diperoleh fragmen dari tolakan listrik bersama setelah fisi. Meskipun dia tidak menemukan catatan apa pun dari ini, McMillan memang mengamati dua waktu paruh peluruhan beta baru dalam target uranium trioksida itu sendiri, yang berarti bahwa apa pun yang menghasilkan radioaktivitas itu tidak saling tolak seperti produk fisi normal. Dia segera menyadari bahwa salah satu waktu paruh sangat cocok dengan periode peluruhan uranium-239 selama 23 menit yang diketahui, tetapi waktu paruh 2,3 hari lainnya tidak diketahui. McMillan membawa hasil eksperimennya ke kimiawan dan sesama profesor Berkeley Emilio Segrè untuk mencoba mengisolasi sumber radioaktivitas itu. Kedua ilmuwan memulai pekerjaan mereka menggunakan teori yang berlaku bahwa unsur 93 akan memiliki sifat kimia yang mirip dengan renium, tetapi Segrè dengan cepat menentukan bahwa sampel McMillan sama sekali tidak mirip dengan renium. Sebaliknya, ketika dia mereaksikannya dengan hidrogen fluorida (HF) dengan zat pengoksidasi kuat yang ada, ia berperilaku seperti anggota tanah jarang. Karena unsur-unsur ini terdiri dari sebagian besar produk fisi, Segrè dan McMillan memutuskan bahwa waktu paruhnya pasti hanya merupakan produk fisi lainnya, memberi judul makalah "An Unsuccessful Search for Transuranium Elements" (Pencarian yang Tidak Berhasil untuk Unsur Transuranium).

Namun, karena lebih banyak informasi mengenai fisi telah tersedia, kemungkinan bahwa fragmen fisi nuklir masih ada di target menjadi semakin kecil. McMillan dan beberapa ilmuwan, termasuk Philip H. Abelson, mencoba lagi untuk menentukan apa yang menghasilkan waktu paruh yang tidak diketahui itu. Pada awal 1940, McMillan menyadari bahwa percobaannya pada tahun 1939 dengan Segrè gagal menguji reaksi kimia dari sumber radioaktif dengan ketelitian yang memadai. Dalam percobaan baru, McMillan mencoba memasukkan zat yang tidak diketahui itu ke HF dengan adanya zat pereduksi, sesuatu yang belum pernah dia lakukan sebelumnya. Reaksi ini mengakibatkan sampel mengendap dengan HF, suatu tindakan yang secara definitif mengesampingkan kemungkinan bahwa zat yang tidak diketahui adalah logam tanah jarang. Tak lama setelah ini, Abelson, yang telah menerima gelar sarjana dari universitas, mengunjungi Berkeley untuk liburan singkat dan McMillan meminta kimiawan yang lebih mampu untuk membantu pemisahan hasil percobaan. Abelson dengan sangat cepat mengamati bahwa apa pun yang menghasilkan waktu paruh 2,3 hari itu tidak memiliki sifat kimiawi seperti unsur yang telah diketahui dan sebenarnya lebih mirip dengan uranium daripada logam tanah jarang. Penemuan ini akhirnya memungkinkan sumbernya diisolasi dan kemudian, pada tahun 1945, mengarah pada klasifikasi deret aktinida. Sebagai langkah terakhir, McMillan dan Abelson menyiapkan sampel yang jauh lebih besar dari uranium yang dibombardir yang memiliki waktu paruh 23 menit yang menonjol dari 239U dan menunjukkan secara meyakinkan bahwa waktu paruh 2,3 hari yang tidak diketahui itu meningkat kekuatannya bersamaan dengan penurunan dalam aktivitas 23 menit melalui reaksi berikut:

{^{238}_{92}U} + {^{1}_{0}n} -> {^{239}_{92}U} ->[\beta^-][23\ \ce{mnt}] {^{239}_{93}Np} ->[\beta^-][2,355\ \ce{hri}] {^{239}_{94}Pu} (Waktu yang tertulis adalah waktu paruh.)

Ini membuktikan bahwa sumber radioaktif yang tidak diketahui itu berasal dari peluruhan uranium dan, ditambah dengan pengamatan sebelumnya bahwa sumber itu berbeda secara kimiawi dari semua unsur yang telah diketahui, membuktikan tanpa keraguan bahwa unsur baru telah ditemukan. McMillan dan Abelson menerbitkan hasil mereka dalam sebuah makalah berjudul Radioactive Element 93 (Unsur Radioaktif 93) dalam Physical Review pada 27 Mei 1940. Mereka tidak mengajukan nama untuk unsur tersebut dalam makalah tersebut, tetapi mereka segera memutuskan nama neptunium karena Neptunus adalah planet berikutnya setelah Uranus di Tata Surya. Kesuksesan McMillan dan Abelson dibandingkan dengan Nishina dan Kimura yang hampir meleset dapat dikaitkan dengan waktu paruh 239Np yang menguntungkan untuk analisis radiokimia dan peluruhan cepat dari 239U, berbeda dengan peluruhan 237U yang lebih lambat dan waktu paruh yang sangat panjang dari 237Np.