Изотопи на нептуниумот

Нептуниумот (<sub>93</sub>Np) обично се смета за вештачки елемент, иако во природата се наоѓаат количини во трагови, па затоа не може да се даде стандардна атомска тежина. Како и сите елементи во трагови или вештачки елементи, и тој нема стабилни изотопи. Првиот изотоп кој бил синтетизиран и идентификуван бил <sup>239</sup>Np во 1940 година, произведен со бомбардирање со неутрони за производство , кој потоа претрпел бета-распад до .
Количините во трагови се наоѓаат во природата од реакциите на неутронски зафат од атомите на ураниум, факт што не бил откриен до 1951 година.
Карактеризирани се 25 радиоизотопи на нептуниум, а најстабилен е со полураспад од 2,14 милиони години, со полураспад од 154.000 години и со полураспад од 396,1 дена. Сите преостанати радиоактивни изотопи имаат полураспад помал од 4,5 дена, а поголемиот дел од нив имаат полураспад помал од 50 минути. Овој елемент има и пет мета состојби, од кои најстабилна е (t<sub>1/2</sub> 22,5 часа).
Изотопите на нептуниум се движат од до , иако среден изотоп сè уште не е забележан. Примарниот режим на распаѓање пред најстабилниот изотоп, , е електронски зафат (со добра доза на алфа-распад ), а примарниот режим потоа е бета-распад. Примарните распадни производи пред се изотопи на ураниумот и протактиниум, а примарни производи потоа се изотопи на плутониумот . Нептуниумот е најтешкиот елемент по кој е позната местоположбата на линијата на јадрено прокапување; најлесниот врзан изотоп е <sup>220</sup> Np.
1 Список на изотопи
93, 126, 219.031602(99), 570(450) μs, α, <sup>215</sup>Pa, 9/2−#
, 93, 127, 220.032716(33), α, <sup>216</sup>Pa, 1−#
93, 129, 222.033575(41), 480(190)&bsp;ns, α, <sup>218</sup>Pa, 1−#
93, 130, 223.032913(89), 2.5(8) μs, α, <sup>219</sup>Pa, (9/2−)
, 93, 131, 224.034388(31), α (83%), <sup>220m1</sup>Pa, 2−#
α (17%), <sup>220m2</sup>Pa
93, 132, 225.033943(98), 6.5(35) ms, α, <sup>221</sup>Pa, 9/2−#
93, 133, 226.03523(11), 35(10) ms, α, <sup>222</sup>Pa
93, 134, 227.034975(83), 510(60) ms, α, <sup>223</sup>Pa, 5/2+#
93, 135, 228.03631(11)#, 61.4(14) s, ЕЗ (59%), <sup>228</sup>U, 4+#
α (41%), <sup>224</sup>Pa
β<sup>+</sup>, СЦ (0.0126%), (различен)
93, 136, 229.03629(11), 4.00(18) min, α (68%), <sup>225</sup>Pa, 5/2+#
β<sup>+</sup> (32%), <sup>229</sup>U
93, 137, 230.037828(59), 4.6(3) min, β<sup>+</sup> (>97%), <sup>230</sup>U, 4+#
α (<3%), <sup>226</sup>Pa
93, 138, 231.038244(55), 48.8(2) min, β<sup>+</sup> (98%), <sup>231</sup>U, 5/2+#
α (2%), <sup>227</sup>Pa
93, 139, 232.04011(11)#, 14.7(3) min, β<sup>+</sup>, <sup>232</sup>U, (5−)
93, 140, 233.040739(55), 36.2(1) min, β<sup>+</sup>, <sup>233</sup>U, 5/2+#
α (0.0007%), <sup>229</sup>Pa
93, 141, 234.0428932(90), 4.4(1) d, β<sup>+</sup>, <sup>234</sup>U, (0+)
<ref, ~9 min, IT, <sup>234</sup>Np, 5+
EЗ, <sup>234</sup>U
93, 142, 235.0440615(15), 396.1(12) d, ЕЗ, ''<sup>235</sup>U'', 5/2+
α (0.00260%), <sup>231</sup>Pa
, 93, 143, 236.046568(54), 1.53(5)×10<sup>5</sup> y, EЗ (86.3%), <sup>236</sup>U, (6−)
β<sup>−</sup> (13.5%), <sup>236</sup>Pu
α (0.16%), <sup>232</sup>Pa
, 60(50) keV, 22.5(4) h, EЗ (50%), <sup>236</sup>U, (1−)
β<sup>−</sup> (50%), <sup>236</sup>Pu
93, 144, 237.0481716(12), 2.144(7)×10<sup>6</sup> y, α, <sup>233</sup>Pa, 5/2+, Trace, 18(14) keV, 7.22(2) min, β<sup>−</sup> (99.88%), <sup>240</sup>Pu, (1+)
IT (0.12%), <sup>240</sup>Np
93, 148, 241.058349(33)<ref, 13.9(2) min, β<sup>−</sup>, <sup>241</sup>Pu, (5/2+)
93, 149, 242.061738(87)<ref, 2.2(2) min, β<sup>−</sup>, <sup>242</sup>Pu, (1+)
, 50(50)# keV, 5.5(1) min, β<sup>−</sup>, <sup>242</sup>Pu, (6+)
93, 150, 243.064204(34)#, 1.85(15) min, β<sup>−</sup>, <sup>243</sup>Pu, 5/2+#
93, 151, 244.06789(11)#, 2.29(16) min, β<sup>−</sup>, <sup>244</sup>Pu, 7−#
2 Забележителни изотопи
2.1 Нептуниум-235
Нептуниум-235 има 142 неутрони и полураспад од 396,1 денови. Овој изотоп се распаѓа со:
* Алфа-емисија: распадната енергија е 5,2 MeV, а распадниот производ е протактиниум-231.
* Зафаќање на електрони : распадната енергија е 0,125 MeV, а распадниот производ е ураниум-235
Овој изотоп на нептуниум има тежина од 235,044 063 3 u.
2.2 Нептуниум-236
Нептуниум-236 има 143 неутрони и полураспад од 154.000 години. Може да се распадне со следниве методи:
* Електронски зафат: распадната енергија е 0,93 MeV, а распадниот производ е ураниум-236. Ова обично се распаѓа (со полураспад од 23 милиони години) до ториум-232 .
* Бета емисија: распадната енергија е 0,48 MeV, а распадниот производ е плутониум-236 . Ова обично се распаѓа (полураспад 2,8 години) до ураниум-232, кој обично се распаѓа (полураспад 69 години) до ториум-228, кој се распаѓа за неколку години до олово-208.
* Алфа емисија: распадната енергија е 5.007 MeV, а распадниот производ е протактиниум-232 . Ова се распаѓа со полураспад од 1,3 дена до ураниум-232.
Овој посебен изотоп на нептуниум има маса од 236,04657 u. Тоа е материјал кој подлежи на цепење; има проценета критична маса од , иако прецизни експериментални податоци не се достапни.
се произведува во мали количини преку (n,2n) и (γ,n) реакциите на зафаќање на  елементот . Сепак, речиси е невозможно да се одвои во какви било значајни количини од неговиот родител  . Поради оваа причина, и покрај неговата мала критична маса и високиот неутронски пресек, тој не е опширно истражуван како јадрено гориво во оружје или реактори. Сепак,   не постои. се смета за употреба во масена спектрометрија и како радиоактивен трагач, бидејќи се распаѓа претежно со бета емисија со долг полураспад. Испитани се неколку алтернативни начини на производство за овој изотоп, имено оние кои го намалуваат изотопското одвојување од не постои. или изомерот   не постои. Најповолните реакции за акумулирање  не се покажале дека се зрачење со протон и деутрон на ураниум-238.
2.3 Нептуниум-237
се распаѓа преку серијата нептуниум, која завршува со талиум-205, кој е стабилен, за разлика од повеќето други актиноиди, кои се распаѓаат до стабилни изотопи на олово.
Во 2002 година, се покажал дека е способен да одржува верижна реакција со брзи неутрони, како кај јадреното оружје, со критична маса од околу 60 кг. Сепак, има мала веројатност за цепење при бомбардирање со топлински неутрони, што го прави несоодветно како гориво за јадрените централи со лесна вода (за разлика од брзите реактори или системи со акцелератор, на пример).
2.3.1 Инвентар на потрошено јадрено гориво
е единствениот изотоп на нептуниум произведен во значителна количина во циклусот на јадрено гориво, и со последователниот неутронски зафат од ураниум-235 (кој се расцепува најчесто, но не цело време) и ураниум-236, или (n,2n) реакции каде брз неутрон повремено исфрла неутрон од 8 изотониум-2. На долг рок, исто така се формира во потрошеното јадрено гориво како распаден производ на америциум-241.
се смета за еден од најподвижните радионуклиди на местото на складиштето за јадрен отпад на планината Јука (Невада) каде што преовладуваат оксидирачки услови во незаситената зона на вулканскиот туф над водната маса.
2.3.2 Суровина за
Кога е изложен на неутронско бомбардирање може да фати неутрон, да претрпи бета распад и да стане , овој производ е корисен како извор на топлинска енергија во радиоизотопски топлинскоелектричен генератор (RTG или RITEG) за производство на електрична енергија и топлина. Првиот тип на топлинскоелектричен генератор SNAP ( Системи за јадрена помошна енергија ) бил развиен и користен од НАСА во 1960-тите и за време на мисијата Аполо за напојување на инструментите оставени на површината на Месечината од астронаутите. Топлинскоелектричните генератори биле качени и на сонди за длабоката вселена како што се мисиите Пионир 10 и 11, програмата Војаџер, мисијата Касини-Хајгенс и Нови хоризонти. Тие, исто така, доставуваат електрична и топлинска енергија до Научната лабораторија на Марс (роверот Curiosity) и мисијата Марс 2020 (роверот Perseverance ) кои ја истражуваат студената површина на Марс. Роверите Curiosity и Perseverance се опремени со последната верзија на RTG со повеќе мисии, поефикасен и стандардизиран систем наречен MMRTG .
Овие употреби се економски практични кога фотоволтаичните извори на енергија се слаби или неконзистентни поради сонди кои се премногу далеку од сонцето или роверите кои се соочуваат со климатски настани кои можат да ја попречуваат сончевата светлина долги периоди (како марсовските прашински бури). Вселенските сонди и роверите, исто така, ја употребуваат излезната топлина на генераторот за да ги загреат нивните инструменти и внатрешни работи.
2.3.3 Недостаток од залихи
Долгиот полураспад (T ~ 88 години) од и отсуството на γ-зрачење што би можело да се меша со работата на електронските компоненти на одборот или да зрачи луѓе, го прави радионуклид на избор за електричните топлински генератори.
затоа е клучен радионуклид за производство на , што е од суштинско значење за длабоките вселенски сонди кои бараат сигурен и долготраен извор на енергија без одржување.
Залихите од изградени во Соединетите Држави од проектот Менхетен, благодарение на јадрениот комплекс Ханфорд (кој работел во државата Вашингтон од 1943 до 1977 година) и развојот на атомско оружје, денес се речиси исцрпени. Извлекувањето и прочистувањето на доволни нови количества од од озрачени јадрени горива затоа е неопходно за продолжување на производство со цел да се надополнат залихите потребни за истражување на вселената со роботски сонди.
2.4 Нептуниум-239
Нептуниум-239 има 146 неутрони и полураспад од 2.356 дена. Се произведува преку β<sup>−</sup> распаѓање на краткотрајниот ураниум-239 и се подложува на друго β <sup>−</sup> распаѓање до плутониум-239. Ова е примарен пат за создавање на плутониум, бидејќи <sup>239</sup>U може да се направат со неутронски зафат во ураниум-238.
Ураниум-237 и нептуниум-239 се сметаат за водечки опасни радиоизотопи во првиот период од час во недела по јадрениот испад од јадрена детонација, со <sup>239</sup> Np кои доминираат „во спектарот неколку дена“.
3 Наводи
*** Half-life, spin, and isomer data selected from the following sources.
******