Isotop neptunium

Neptunium (93Np) biasanya dianggap sebagai unsur buatan, meskipun ia ditemukan dalam jumlah renik di alam, sehingga berat atom standarnya tidak dapat diberikan. Seperti semua unsur renik atau sintetis, ia tidak memiliki satu pun isotop stabil. Isotop neptunium pertama yang disintesis dan diidentifikasi adalah 239Np pada tahun 1940, diproduksi dengan membombardir 238U dengan neutron untuk menghasilkan 239U, yang kemudian mengalami peluruhan beta menjadi 239Np.

Jumlah renik ditemukan di alam dari reaksi penangkapan neutron oleh atom uranium, sebuah fakta yang tidak ditemukan sampai tahun 1951.

Dua puluh lima radioisotop neptunium telah dikarakterisasi, dengan yang paling stabil adalah 237Np dengan waktu paruh 2,14 juta tahun, 236Np dengan waktu paruh 154.000 tahun, dan 235Np dengan waktu paruh 396,1 hari. Semua isotop radioaktif yang tersisa memiliki waktu paruh kurang dari 4,5 hari, dan sebagian besar memiliki waktu paruh kurang dari 50 menit. Unsur ini juga memiliki 4 keadaan meta, dengan yang paling stabil adalah 236mNp (t1/2 22,5 jam).

Isotop neptunium berkisar mulai dari 219Np hingga 244Np, meskipun isotop antara 221Np belum teramati. Mode peluruhan utama sebelum isotop paling stabil, 237Np, adalah penangkapan elektron (dengan banyak emisi alfa), dan mode utama sesudahnya adalah emisi beta. Produk peluruhan utama sebelum 237Np adalah isotop uranium dan protaktinium, dan produk utama sesudahnya adalah isotop plutonium. 237U dan 239Np dianggap sebagai radioisotop berbahaya terkemuka dalam periode jam-hingga-minggu pertama setelah luruhan nuklir dari ledakan nuklir, dengan 239Np mendominasi "spektrum selama beberapa hari."

Daftar isotop

|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 126
| 219,03162(9)
| 0,15(+0,72-0,07) mdtk
| α
| 215Pa
| (9/2−)
|
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 127
| 220,03254(21)#
| 25(+14-7) μdtk
| α
| 216Pa
| 1-#
|
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 129
| 
| 380(+260-110) ndtk
| α
| 218Pa
| 1-#
|
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 130
| 223,03285(21)#
| 2,15(+100-52) μdtk
| α
| 219Pa
| 9/2−
|
|-
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 93
| rowspan=2 style="text-align:right" | 131
| rowspan=2|224,03422(21)#
| rowspan=2|38(+26-11) μdtk
| α (83%)
| 220m1Pa
| rowspan=2|1-#
| rowspan=2|
|-
| α (17%)
| 220m2Pa
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 132
| 225,03391(8)
| 6(5) mdtk
| α
| 221Pa
| 9/2−#
|
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 133
| 226,03515(10)#
| 35(10) mdtk
| α
| 222Pa
|
|
|-
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 93
| rowspan=2 style="text-align:right" | 134
| rowspan=2|227,03496(8)
| rowspan=2|510(60) mdtk
| α (99,95%)
| 223Pa
| rowspan=2|5/2−#
| rowspan=2|
|-
| β+ (0,05%)
| 227U
|-
| rowspan=3|
| rowspan=3 style="text-align:right" | 93
| rowspan=3 style="text-align:right" | 135
| rowspan=3|228,03618(21)#
| rowspan=3|61,4(14) dtk
| β+ (59%)
| 228U
| rowspan=3|
| rowspan=3|
|-
| α (41%)
| 224Pa
|-
| β+, SF (0,012%)
| (beberapa)
|-
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 93
| rowspan=2 style="text-align:right" | 136
| rowspan=2|229,03626(9)
| rowspan=2|4,0(2) mnt
| α (51%)
| 225Pa
| rowspan=2|5/2+#
| rowspan=2|
|-
| β+ (49%)
| 229U
|-
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 93
| rowspan=2 style="text-align:right" | 137
| rowspan=2|230,03783(6)
| rowspan=2|4,6(3) mnt
| β+ (97%)
| 230U
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| α (3%)
| 226Pa
|-
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 93
| rowspan=2 style="text-align:right" | 138
| rowspan=2|231,03825(5)
| rowspan=2|48,8(2) mnt
| β+ (98%)
| 231U
| rowspan=2|(5/2)(+#)
| rowspan=2|
|-
| α (2%)
| 227Pa
|-
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 93
| rowspan=2 style="text-align:right" | 139
| rowspan=2|232,04011(11)#
| rowspan=2|14,7(3) mnt
| β+ (99,99%)
| 232U
| rowspan=2|(4+)
| rowspan=2|
|-
| α (0,003%)
| 228Pa
|-
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 93
| rowspan=2 style="text-align:right" | 140
| rowspan=2|233,04074(5)
| rowspan=2|36,2(1) mnt
| β+ (99,99%)
| 233U
| rowspan=2|(5/2+)
| rowspan=2|
|-
| α (0,001%)
| 229Pa
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 141
| 234,042895(9)
| 4,4(1) hri
| β+
| 234U
| (0+)
|
|-
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 93
| rowspan=2 style="text-align:right" | 142
| rowspan=2|235,0440633(21)
| rowspan=2|396,1(12) hri
| EC
| 235U
| rowspan=2|5/2+
| rowspan=2|
|-
| α (0,0026%)
| 231Pa
|-
| rowspan=3|
| rowspan=3 style="text-align:right" | 93
| rowspan=3 style="text-align:right" | 143
| rowspan=3|236,04657(5)
| rowspan=3|1,54(6) thn
| EC (87,3%)
| 236U
| rowspan=3|(6−)
| rowspan=3|
|-
| β− (12,5%)
| 236Pu
|-
| α (0,16%)
| 232Pa
|-
| rowspan=2 style="text-indent:1em" | 
| rowspan=2 colspan="3" style="text-indent:2em" | 60(50) keV
| rowspan=2|22,5(4) jam
| EC (52%)
| 236U
| rowspan=2|1
| rowspan=2|
|-
| β− (48%)
| 236Pu
|-
| rowspan=3|
| rowspan=3 style="text-align:right" | 93
| rowspan=3 style="text-align:right" | 144
| rowspan=3|237,0481734(20)
| rowspan=3|2,144(7) thn
| α
| 233Pa
| rowspan=3|5/2+
| rowspan=3|Renik
|-
| SF (2%)
| (beberapa)
|-
| CD (4%)
| 207Tl30Mg
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 145
| 238,0509464(20)
| 2,117(2) hri
| β−
| 238Pu
| 2+
|
|-
| style="text-indent:1em" | 
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 2300(200)# keV
| 112(39) ndtk
|
|
|
|
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 146
| 239,0529390(22)
| 2,356(3) hri
| β−
| 239Pu
| 5/2+
| Renik
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 147
| 240,056162(16)
| 61,9(2) mnt
| β−
| 240Pu
| (5+)
| Renik
|-
| rowspan=2 style="text-indent:1em" | 
| rowspan=2 colspan="3" style="text-indent:2em" | 20(15) keV
| rowspan=2|7,22(2) mnt
| β− (99,89%)
| 240Pu
| rowspan=2|1(+)
| rowspan=2|
|-
| IT (0,11%)
| 240Np
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 148
| 241,05825(8)
| 13,9(2) mnt
| β−
| 241Pu
| (5/2+)
|
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 149
| 242,06164(21)
| 2,2(2) mnt
| β−
| 242Pu
| (1+)
|
|-
| style="text-indent:1em" | 
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 0(50)# keV
| 5,5(1) mnt
|
|
| 6+#
|
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 150
| 243,06428(3)#
| 1,85(15) mnt
| β−
| 243Pu
| (5/2−)
|
|-
| 
| style="text-align:right" | 93
| style="text-align:right" | 151
| 244,06785(32)#
| 2,29(16) mnt
| β−
| 244Pu
| (7−)
|

Aktinida vs produk fisi

Isotop penting

Neptunium-235
Neptunium-235 memiliki 142 neutron dan waktu paruh 396,1 hari. Isotop ini meluruh melalui:
Emisi alfa: energi peluruhannya 5,2 MeV dan produk peluruhannya adalah 231Pa.
Penangkapan elektron: energi peluruhannya 0,125 MeV dan produk peluruhannya adalah 235U

Isotop neptunium ini memiliki berat 235,0440633 u.

Neptunium-236
Neptunium-236 memiliki 143 neutron dan waktu paruh 154.000 tahun. Ia dapat meluruh melalui mode berikut:
Penangkapan elektron: energi peluruhannya 0,93 MeV dan produk peluruhannya adalah 236U. Ia biasanya meluruh (dengan waktu paruh 23 juta tahun) menjadi 232Th.
Emisi beta: energi peluruhannya 0,48 MeV dan produk peluruhannya adalah 236Pu. Ia biasanya meluruh (waktu paruh 2,8 tahun) menjadi 232U, yang biasanya meluruh (waktu paruh 69 tahun) menjadi 228Th, yang meluruh dalam beberapa tahun menjadi 208Pb.
Emisi alfa: energi peluruhannya 5,007 MeV dan produk peluruhannya adalah 236Pa. Ia meluruh dengan waktu paruh 1,3 hari menjadi 232U.

Isotop neptunium ini memiliki massa 236,04657 u. Ini adalah bahan fisil dengan massa kritis .

236Np diproduksi dalam jumlah kecil melalui reaksi penangkapan (n,2n) dan (γ,n) dari 237Np, namun, hampir tidak mungkin untuk memisahkannya dalam jumlah yang signifikan dari induknya, 237Np. Karena alasan inilah, meskipun massa kritisnya rendah dan penampang neutronnya tinggi, ia belum pernah diteliti sebagai bahan bakar nuklir dalam senjata atau reaktor. Namun demikian, 236Np telah dipertimbangkan untuk digunakan dalam spektrometri massa dan sebagai pelacak radioaktif, karena ia meluruh terutama oleh emisi beta dengan waktu paruh yang panjang. Beberapa jalur produksi alternatif untuk isotop ini telah diteliti, yaitu jalur yang mengurangi pemisahan isotop dari 237Np atau isomer 236mNp. Reaksi yang paling menguntungkan untuk mengakumulasi 236Np adalah iradiasi proton dan deuteron terhadap 238U.

Neptunium-237

237Np meluruh melalui deret neptunium, yang berakhir pada 205Tl yang stabil, tidak seperti kebanyakan aktinida lainnya, yang meluruh menjadi isotop timbal yang stabil.

Pada tahun 2002, 237Np terbukti mampu mempertahankan reaksi berantai dengan neutron cepat, seperti pada senjata nuklir, dengan massa kritis sekitar 60 kg. Namun, ia memiliki kemungkinan fisi yang rendah pada pemboman dengan neutron termal, yang membuatnya tidak cocok sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir air ringan (sebagai lawan dari reaktor cepat atau sistem yang digerakkan oleh akselerator, misalnya).

237Np adalah satu-satunya isotop neptunium yang diproduksi dalam jumlah yang signifikan dalam siklus bahan bakar nuklir, baik melalui penangkapan neutron berturut-turut oleh 235U (yang paling sering membelah tetapi tidak sepanjang waktu) dan 236U, maupun reaksi (n,2n) di mana sebuah neutron cepat kadang-kadang menghantam sebuah neutron lepas dari 238U atau isotop plutonium. Dalam jangka panjang, 237Np juga terbentuk dalam bahan bakar nuklir bekas sebagai produk peluruhan 241Am.

237Np diproyeksikan menjadi salah satu nuklida paling bergerak di gudang limbah nuklir Gunung Yucca.

Kegunaan dalam pemroduksian plutonium-238
Ketika terkena pemborbardiran neutron, 237Np dapat menangkap sebuah neutron, mengalami peluruhan beta, dan menjadi 238Pu, produk ini berguna sebagai sumber energi panas dalam generator termoelektrik radioisotop untuk produksi listrik dan panas di prob luar angkasa (seperti prob New Horizons dan Voyager) dan, yang terbaru, Mars Science Laboratory (wahana penjelajah Curiosity). Aplikasi ini praktis secara ekonomi di mana sumber daya fotovoltaik lemah atau tidak konsisten karena prob terlalu jauh dari matahari atau penjelajah menghadapi peristiwa iklim yang dapat menghalangi sinar matahari untuk waktu yang lama (seperti badai debu Mars). Prob dan penjelajah luar angkasa juga memanfaatkan keluaran panas dari generator untuk menjaga instrumen dan bagian dalamnya tetap hangat.

Referensi

 Massa isotop dari:

 Komposisi isotop dan massa atom standar dari:

 Data waktu paruh, spin, dan isomer dipilih dari sumber-sumber berikut.

Isotop neptunium
Neptunium
Neptunium