A neptúnium izotópjai

A lap ellenőrzött változata (ellenőrizve: 2021. május 18.) ezen a változaton alapul.

A neptúnium (Np) mesterségesen előállított elem, így standard atomtömege nem adható meg. A többi mesterséges elemhez hasonlóan a neptúniumnak sincs stabil izotópja. Elsőként a ²³⁹Np-et szintetizálták 1940-ben, ²³⁸U-at bombáztak neutronokkal, az így keletkező ²³⁹U-ből béta-bomlás során keletkezett ²³⁹Np.

A természetben nyomokban kimutatható jelenléte a természetes urán neutronbefogásának köszönhetően.

Húsz radioizotópját írták le, közülük a legstabilabbak a ²³⁷Np (felezési ideje 2,14 millió év), ²³⁷Np (154000 év) és a ²³⁵Np (396,1 nap). A többi izotóp felezési ideje 4,5 napnál rövidebb, a többsége az 50 percet sem éri el. 4 magizomerje ismert, közülük a legstabilabb a ^236mNp (t_1/2 22,5 óra).

A neptúniumizotópok atomtömege a 225,0339–244,068 u tartományba esik (²²⁵Np és ²⁴⁴Np). A legstabilabb izotópnál (²³⁷Np) könnyebbek elsősorban elektronbefogással (jó néhány alfa-bomlással) bomlanak, míg a nehezebb izotópok főként béta-bomlóak. Előbbiek esetén a bomlástermék többnyire protaktínium, az utóbbiaknál főként plutónium.

Néhány nevezetes izotóp

Neptúnium-235

A neptúnium-235 142 neutront tartalmaz, felezési ideje 400 nap, atomtömege 235,0440633 gramm/mol. Lehetséges bomlási módjai:

alfe-részecske kibocsátása - a bomlási energia 5,2 MeV, a bomlástermék Pr-231;
Elektronbefogás - a bomlási energia 0,125 MeV, a leánymag U-235.

Neptúnium-236

A neptúnium-236 143 neutront tartalmaz, felezési ideje 154 000 év, atomtömege 236,04657 gramm/mol. Lehetséges bomlási módjai:

elektronbefogás - a bomlási energia 0,93 MeV, a leánymag U-236;
béta-emisszió - a bomlási energia 0,48 MeV, a bomlástermék Pu-236;
alfa-bomlás - a bomlási energia 5,007 MeV, a termék Pr-232.

Hasadóanyag, kritikus tömege 6,79 kg.^[1]

Kis mennyiségű ²³⁶Np keletkezik ²³⁷Np-ből (n,2n) és (γ,n) reakció révén,^[2] azonban szinte lehetetlen jelentős mennyiségben elkülöníteni az anyaelem ²³⁷Np-től.^[3] Ez az oka annak, hogy kis kritikus tömege és nagy neutronbefogási hatáskeresztmetszete ellenére nem tanulmányozták atomfegyverekben vagy atomreaktorokban hasadóanyagként történő felhasználását.

Neptúnium-237

Míg a legtöbb aktinoida végül stabil ólomizotópra bomlik, a ²³⁷Np a neptúnium bomlási soron át végül a tallium stabil 205-ös izotópjává alakul.

2002-ben kimutatták, hogy a ²³⁷Np képes nukleáris láncreakciót fenntartani gyors neutronokkal – ilyen folyamat megy végbe az atomfegyverekben is –, kritikus tömege körülbelül 60 kg.^[4] Termikus neutronok hatására viszont csak kis valószínűséggel hasad, emiatt nem alkalmas hagyományos atomerőművek fűtőanyagának.

A ²³⁷Np az egyetlen olyan neptúniumizotóp, mely jelentős mennyiségben keletkezik a fűtőanyagciklusban, részben az urán-235 és -236 sorozatos neutronbefogása révén vagy (n,2n) reakcióban, ha egy gyors neutron neutront lök ki urán-238-ból vagy a plutónium valamelyik izotópjából. Hosszabb távon – az amerícium-241 bomlásatermékeként – a kimerült fűtőanyagban is keletkezik ²³⁷Np.

A Yucca Mountain mélységi nukleáris hulladéktározóban a ²³⁷Np várhatóan az egyik legmobilisabb izotóp lenne.

Felhasználása plutónium-238 előállítására

Neutronbombázás hatására a ²³⁷Np neutronbefogással ²³⁸Pu-cá alakul át, melyet űreszközök energiaforrásaként lehet felhasználni. Az ilyen alkalmazás gazdaságilag olyankor praktikus, amikor napelemekkel a szükséges teljesítményt vagy annak állandóságát nem lehetne biztosítani.

Táblázat

nuklid jele	Z(p)	N(n)	izotóptömeg (u)	felezési idő	bomlási mód(ok)^[5]^{[m 1]}	leány- izotóp(ok)	magspin
nuklid jele	gerjesztési energia			felezési idő	bomlási mód(ok)^[5]^{[m 1]}	leány- izotóp(ok)	magspin
²²⁵Np	93	132	225,03391(8)	3# ms [>2 µs]	α	²²¹Pa	9/2−#
²²⁶Np	93	133	226,03515(10)#	35(10) ms	α	²²²Pa
²²⁷Np	93	134	227,03496(8)	510(60) ms	α (99,95%)	²²³Pa	5/2−#
²²⁷Np	93	134	227,03496(8)	510(60) ms	β⁺ (0,05%)	²²⁷U	5/2−#
²²⁸Np	93	135	228,03618(21)#	61,4(14) s	β⁺ (59%)	²²⁸U
					α (41%)	²²⁴Pa
					β⁺, SF (0,012%)	(többféle)
²²⁹Np	93	136	229,03626(9)	4,0(2) perc	α (51%)	²²⁵Pa	5/2+#
²²⁹Np	93	136	229,03626(9)	4,0(2) perc	β⁺ (49%)	²²⁹U	5/2+#
²³⁰Np	93	137	230,03783(6)	4,6(3) perc	β⁺ (97%)	²³⁰U
²³⁰Np	93	137	230,03783(6)	4,6(3) perc	α (3%)	²²⁶Pa
²³¹Np	93	138	231,03825(5)	48,8(2) perc	β⁺ (98%)	²³¹U	(5/2)(+#)
²³¹Np	93	138	231,03825(5)	48,8(2) perc	α (2%)	²²⁷Pa	(5/2)(+#)
²³²Np	93	139	232,04011(11)#	14,7(3) perc	β⁺ (99,99%)	²³²U	(4+)
²³²Np	93	139	232,04011(11)#	14,7(3) perc	α (0,003%)	²²⁸Pa	(4+)
²³³Np	93	140	233,04074(5)	36,2(1) perc	β⁺ (99,99%)	²³³U	(5/2+)
²³³Np	93	140	233,04074(5)	36,2(1) perc	α (0,001%)	²²⁹Pa	(5/2+)
²³⁴Np	93	141	234,042895(9)	4,4(1) nap	β⁺	²³⁴U	(0+)
²³⁵Np	93	142	235,0440633(21)	396,1(12) nap	EC	²³⁵U	5/2+
²³⁵Np	93	142	235,0440633(21)	396,1(12) nap	α (0,0026%)	²³¹Pa	5/2+
²³⁶Np	93	143	236,04657(5)	1,54(6)·10⁵ év	EC (87,3%)	²³⁶U	(6−)
					β⁻ (12,5%)	²³⁶Pu
					α (0,16%)	²³²Pa
^236mNp	60(50) keV			22,5(4) óra	EC (52%)	²³⁶U	1
^236mNp	60(50) keV			22,5(4) óra	β⁻ (48%)	²³⁶Pu	1
²³⁷Np^{[m 2]}^{[m 3]}	93	144	237,0481734(20)	2,144(7)·10⁶ év	α	²³³Pa	5/2+
					SF (2·10⁻¹⁰%)	(többféle)
					CD (4·10⁻¹²%)	²⁰⁷Tl ³⁰Mg
²³⁸Np	93	145	238,0509464(20)	2,117(2) nap	β⁻	²³⁸Pu	2+
^238mNp	2300(200)# keV			112(39) ns
²³⁹Np	93	146	239,0529390(22)	2,356(3) nap	β⁻	²³⁹Pu	5/2+
²⁴⁰Np	93	147	240,056162(16)	61,9(2) perc	β⁻	²⁴⁰Pu	(5+)
^240mNp	20(15) keV			7,22(2) perc	β⁻ (99,89%)	²⁴⁰Pu	1(+)
^240mNp	20(15) keV			7,22(2) perc	IT (0,11%)	²⁴⁰Np	1(+)
²⁴¹Np	93	148	241,05825(8)	13,9(2) perc	β⁻	²⁴¹Pu	(5/2+)
²⁴²Np	93	149	242,06164(21)	2,2(2) perc	β⁻	²⁴²Pu	(1+)
^242mNp	0(50)# keV			5,5(1) perc			6+#
²⁴³Np	93	150	243,06428(3)#	1,85(15) perc	β⁻	²⁴³Pu	(5/2−)
²⁴⁴Np	93	151	244,06785(32)#	2,29(16) perc	β⁻	²⁴⁴Pu	(7−)

↑ Rövidítések:
CD: Klaszterbomlás
EC: Elektronbefogás
IT: Izomer átmenet
SF: Spontán maghasadás
↑ Maghasadásra képes nuklid
↑ A leggyakoribb nuklid

Megjegyzések

A # jel a nem kizárólag kísérletekből, hanem részben szisztematikus trendekből származó értéket jelöl. A nem kellő megalapozottsággal asszignált spinek zárójelben szerepelnek.
A bizonytalanságokat rövid formában – a megfelelő utolsó számjegy után zárójelben – adjuk meg. A bizonytalanság értéke egy standard deviációnak felel meg, kivéve, ahol az izotóp-összetételt és standard atomtömeget a IUPAC nagyobb bizonytalansággal adja csak meg.

Jegyzetek

↑ Final Report, Evaluation of nuclear criticality safety data and limits for actinides in transport, Republic of France, Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, Département de Prévention et d'étude des Accidents.
↑ Analysis of the Reuse of Uranium Recovered from the Reprocessing of Commercial LWR Spent Fuel Archiválva 2016. március 4-i dátummal a Wayback Machine-ben, United States Department of Energy, Oak Ridge National Laboratory.
↑ **Jukka Lehto and Xiaolin Hou. 15.15: Neptunium, Chemistry and Analysis of Radionuclides, 1st, John Wiley & Sons, 231. o. (2011). ISBN 3527633022
↑ P. Weiss (2002. október 26.). „Neptunium Nukes? Little-studied metal goes critical”. Science News 162 (17), 259. o. [2012. december 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2013. november 7.)
↑ http://www.nucleonica.net/unc.aspx

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben az Isotopes of neptunium című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források

Izotóptömegek:
- G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics A 729, 3–128. o. [2008. szeptember 23-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (Hozzáférés: 2008. szeptember 23.)
Izotóp-összetétel és standard atomtömegek:
- J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor (2003). „Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 75 (6), 683–800. o. DOI:10.1351/pac200375060683.
- M. E. Wieser (2006). „Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 78 (11), 2051–2066. o. DOI:10.1351/pac200678112051. Laikus összefoglaló
A felezési időkre, a spinekre és az izomer adatokra vonatkozó információk az alábbi forrásokból származnak:
- G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics A 729, 3–128. o. [2008. szeptember 23-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (Hozzáférés: 2008. szeptember 23.)
- National Nuclear Data Center: NuDat 2.1 database. Brookhaven National Laboratory. (Hozzáférés: 2005. szeptember 1.)
- N. E. Holden.szerk.: D. R. Lide: Table of the Isotopes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th, CRC Press, Section 11. o. (2004). ISBN 978-0-8493-0485-9

Az urán izotópjai	A neptúnium izotópjai	A plutónium izotópjai
Izotópok listája

[6] Rövidítések:
CD: Klaszterbomlás
EC: Elektronbefogás
IT: Izomer átmenet
SF: Spontán maghasadás

[7] Maghasadásra képes nuklid

[8] A leggyakoribb nuklid

[europa-1] Final Report, Evaluation of nuclear criticality safety data and limits for actinides in transport, Republic of France, Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, Département de Prévention et d'étude des Accidents.

[ORNL-2] Analysis of the Reuse of Uranium Recovered from the Reprocessing of Commercial LWR Spent Fuel Archiválva 2016. március 4-i dátummal a Wayback Machine-ben, United States Department of Energy, Oak Ridge National Laboratory.

[Jukka-3] **Jukka Lehto and Xiaolin Hou. 15.15: Neptunium, Chemistry and Analysis of Radionuclides, 1st, John Wiley & Sons, 231. o. (2011). ISBN 3527633022

[critical-4] P. Weiss (2002. október 26.). „Neptunium Nukes? Little-studied metal goes critical”. Science News 162 (17), 259. o. [2012. december 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2013. november 7.)

[5] ttp://www.nucleonica.net/unc.aspx

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[m 1]

[m 2]

[m 3]