A neptúnium izotópjai

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez

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 többségé az 50 percet sem éri el. 4 magizomerje ismert, közülük a legstabilabb a 236mNp (t1/2 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[szerkesztés]

Neptúnium-235[szerkesztés]

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[szerkesztés]

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[szerkesztés]

A neptúnium-237 (egyszerűsített) bomlási sémája

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[szerkesztés]

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[szerkesztés]

nuklid
jele
Z(p) N(n)  
izotóptömeg (u)
 
felezési idő bomlási
mód(ok)[5][m 1]
leány-
izotóp(ok)
magspin
gerjesztési energia
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−#
β+ (0,05%) 227U
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+#
β+ (49%) 229U
230Np 93 137 230,03783(6) 4,6(3) perc β+ (97%) 230U
α (3%) 226Pa
231Np 93 138 231,03825(5) 48,8(2) perc β+ (98%) 231U (5/2)(+#)
α (2%) 227Pa
232Np 93 139 232,04011(11)# 14,7(3) perc β+ (99,99%) 232U (4+)
α (0,003%) 228Pa
233Np 93 140 233,04074(5) 36,2(1) perc β+ (99,99%) 233U (5/2+)
α (0,001%) 229Pa
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+
α (0,0026%) 231Pa
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
β (48%) 236Pu
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(+)
IT (0,11%) 240Np
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−)
  1. Rövidítések:
    CD: Klaszterbomlás
    EC: Elektronbefogás
    IT: Izomer átmenet
    SF: Spontán maghasadás
  2. Maghasadásra képes nuklid
  3. A leggyakoribb nuklid

Megjegyzések[szerkesztés]

  • 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[szerkesztés]

  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.
  2. Analysis of the Reuse of Uranium Recovered from the Reprocessing of Commercial LWR Spent Fuel, United States Department of Energy, Oak Ridge National Laboratory.
  3. **Jukka Lehto and Xiaolin Hou. 15.15: Neptunium, Chemistry and Analysis of Radionuclides, 1st, John Wiley & Sons, 231. o. (2011). ISBN 3527633022 
  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 ideje: 2013. november 7.)  
  5. http://www.nucleonica.net/unc.aspx

Fordítás[szerkesztés]

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.

Források[szerkesztés]

Az urán izotópjai A neptúnium izotópjai A plutónium izotópjai
Izotópok listája