Neptunyum izotopları - Isotopes of neptunium
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Neptunyum (93Np) genellikle bir yapay unsur doğada eser miktarlar bulunsa da, standart atom ağırlığı verilemez. Tüm iz veya yapay elementler gibi, kararlı izotoplar. İlk izotop sentezlenecek ve tanımlanacak 2391940'da Np, bombardımanla üretildi 238U ile nötronlar üretmek için 239U, daha sonra yapıldı beta bozunması -e 239Np.
Eser miktarları doğada bulunur. nötron yakalama tepkiler uranyum atomlar, 1951'e kadar keşfedilmemiş bir gerçek.[1]
Yirmi beş neptunyum radyoizotoplar en istikrarlı varlık ile karakterize edilmiştir. 237
Np
Birlikte yarı ömür 2,14 milyon yıllık 236
Np
154.000 yıllık yarı ömre sahip ve 235
Np
396.1 günlük yarılanma ömrü ile. Kalanların tümü radyoaktif izotopların yarı ömürleri 4,5 günden azdır ve bunların çoğunun yarılanma ömrü 50 dakikadan azdır. Bu elemanda ayrıca 4 meta durumlar en istikrarlı varlık 236 milyon
Np
(t1/2 22,5 saat).
Neptunium izotopları, 219
Np
-e 244
Np
ara izotop olmasına rağmen 221
Np
henüz gözlenmedi. Birincil bozunma modu en kararlı izotoptan önce, 237
Np
, dır-dir elektron yakalama (epeyce alfa emisyonu ) ve sonraki birincil mod beta emisyonu. Birincil çürüme ürünleri önce 237
Np
vardır uranyum izotopları ve protaktinyum ve sonraki birincil ürünler plütonyum izotopları. Uranyum-237 ve neptunium-239, takip eden ilk saat-haftalık dönemde önde gelen tehlikeli radyoizotoplar olarak kabul edilir. nükleer serpinti nükleer bir patlamadan 239Np, "spektruma birkaç gün hakim."[2][3]
İzotopların listesi
| Nuklid [n 1] | Z | N | İzotopik kütle (Da )[4] [n 2][n 3] | Yarı ömür | Çürüme mod [n 4] | Kız evlat izotop [n 5] | Çevirmek ve eşitlik [n 6][n 7] | İzotopik bolluk |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Uyarma enerjisi[n 7] | ||||||||
| 219 Np [5] | 93 | 126 | 219.03162(9) | 0,15 (+ 0,72-0,07) ms | α | 215Baba | (9/2−) | |
| 220 Np [6] | 93 | 127 | 220.03254(21)# | 25 (+ 14-7) µs | α | 216Baba | 1-# | |
| 222 Np [7] | 93 | 129 | 380 (+ 260-110) ns | α | 218Baba | 1-# | ||
| 223 Np [8] | 93 | 130 | 223.03285(21)# | 2,15 (+ 100-52) µs | α | 219Baba | 9/2− | |
| 224 Np [9] | 93 | 131 | 224.03422(21)# | 38 (+ 26-11) µs | α (% 83) | 220 m2Baba | 1-# | |
| α (% 17) | 220 m2Baba | |||||||
| 225 Np | 93 | 132 | 225.03391(8) | 6 (5) ms | α | 221Baba | 9/2−# | |
| 226 Np | 93 | 133 | 226.03515(10)# | 35 (10) ms | α | 222Baba | ||
| 227 Np | 93 | 134 | 227.03496(8) | 510 (60) ms | α (% 99,95) | 223Baba | 5/2−# | |
| β+ (.05%) | 227U | |||||||
| 228 Np | 93 | 135 | 228.03618(21)# | 61,4 (14) sn | β+ (59%) | 228U | ||
| α (% 41) | 224Baba | |||||||
| β+, SF (.012%) | (çeşitli) | |||||||
| 229 Np | 93 | 136 | 229.03626(9) | 4,0 (2) dakika | α (% 51) | 225Baba | 5/2+# | |
| β+ (49%) | 229U | |||||||
| 230 Np | 93 | 137 | 230.03783(6) | 4,6 (3) dakika | β+ (97%) | 230U | ||
| α (% 3) | 226Baba | |||||||
| 231 Np | 93 | 138 | 231.03825(5) | 48,8 (2) dakika | β+ (98%) | 231U | (5/2)(+#) | |
| α (% 2) | 227Baba | |||||||
| 232 Np | 93 | 139 | 232.04011(11)# | 14.7 (3) dakika | β+ (99.99%) | 232U | (4+) | |
| α (% 0,003) | 228Baba | |||||||
| 233 Np | 93 | 140 | 233.04074(5) | 36.2 (1) dakika | β+ (99.99%) | 233U | (5/2+) | |
| α (% 0,001) | 229Baba | |||||||
| 234 Np | 93 | 141 | 234.042895(9) | 4,4 (1) d | β+ | 234U | (0+) | |
| 235 Np | 93 | 142 | 235.0440633(21) | 396,1 (12) d | EC | 235U | 5/2+ | |
| α (% .0026) | 231Baba | |||||||
| 236 Np [n 8] | 93 | 143 | 236.04657(5) | 1.54(6)×105 y | EC (% 87.3) | 236U | (6−) | |
| β− (12.5%) | 236Pu | |||||||
| α (% 0,16) | 232Baba | |||||||
| 236 milyon Np | 60 (50) keV | 22,5 (4) saat | EC (% 52) | 236U | 1 | |||
| β− (48%) | 236Pu | |||||||
| 237 Np [n 8][n 9] | 93 | 144 | 237.0481734(20) | 2.144(7)×106 y | α | 233Baba | 5/2+ | İzleme[n 10] |
| SF (2×10−10%) | (çeşitli) | |||||||
| CD (4×10−12%) | 207Tl 30Mg | |||||||
| 238 Np | 93 | 145 | 238.0509464(20) | 2.117 (2) g | β− | 238Pu | 2+ | |
| 238 milyon Np | 2300 (200) # keV | 112 (39) ns | ||||||
| 239 Np | 93 | 146 | 239.0529390(22) | 2.356 (3) d | β− | 239Pu | 5/2+ | İzleme[n 10] |
| 240 Np | 93 | 147 | 240.056162(16) | 61.9 (2) dakika | β− | 240Pu | (5+) | İzleme[n 11] |
| 240 m Np | 20 (15) keV | 7.22 (2) dakika | β− (99.89%) | 240Pu | 1(+) | |||
| O (.11%) | 240Np | |||||||
| 241 Np | 93 | 148 | 241.05825(8) | 13.9 (2) dakika | β− | 241Pu | (5/2+) | |
| 242 Np | 93 | 149 | 242.06164(21) | 2.2 (2) dakika | β− | 242Pu | (1+) | |
| 242 milyon Np | 0 (50) # keV | 5.5 (1) dakika | 6+# | |||||
| 243 Np | 93 | 150 | 243.06428(3)# | 1,85 (15) dk | β− | 243Pu | (5/2−) | |
| 244 Np | 93 | 151 | 244.06785(32)# | 2,29 (16) dk | β− | 244Pu | (7−) | |
- ^ mNp - Heyecanlı nükleer izomer.
- ^ () - Belirsizlik (1σ), karşılık gelen son rakamlardan sonra parantez içinde kısa bir şekilde verilir.
- ^ # - İşaretli atomik kütle #: tamamen deneysel verilerden değil, en azından kısmen Kütle Yüzeyindeki trendlerden elde edilen değer ve belirsizlikTMS ).
- ^ Çürüme modları:
CD: Küme bozunması EC: Elektron yakalama O: İzomerik geçiş SF: Kendiliğinden fisyon - ^ Kalın italik sembol kızı olarak - Kız ürünü neredeyse kararlıdır.
- ^ () spin değeri - Zayıf atama argümanları ile spini gösterir.
- ^ a b # - # ile işaretlenen değerler tamamen deneysel verilerden değil, en azından kısmen komşu çekirdeklerin eğilimlerinden türetilmiştir (TNN ).
- ^ a b Bölünebilir çekirdek
- ^ En yaygın çekirdek
- ^ a b Yapımcı nötron yakalama uranyum cevherinde
- ^ Ara bozunma ürünü 244Pu
Aktinitler ve fisyon ürünleri
Yarı ömre göre aktinitler ve fisyon ürünleri | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Aktinitler[10] tarafından çürüme zinciri | Yarı ömür Aralık (a ) | Fisyon ürünleri nın-nin 235U sıralama Yol ver[11] | ||||||
| 4n | 4n+1 | 4n+2 | 4n+3 | |||||
| 4.5–7% | 0.04–1.25% | <0.001% | ||||||
| 228Ra№ | 4–6 a | † | 155ABþ | |||||
| 244Santimetreƒ | 241Puƒ | 250Cf | 227AC№ | 10–29 a | 90Sr | 85Kr | 113 milyonCDþ | |
| 232Uƒ | 238Puƒ | 243Santimetreƒ | 29–97 a | 137Cs | 151Smþ | 121 milyonSn | ||
| 248Bk[12] | 249Cfƒ | 242 milyonAmƒ | 141–351 a | Fisyon ürünü yok | ||||
| 241Amƒ | 251Cfƒ[13] | 430–900 a | ||||||
| 226Ra№ | 247Bk | 1,3-1,6 ka | ||||||
| 240Pu | 229Th | 246Santimetreƒ | 243Amƒ | 4,7–7,4 ka | ||||
| 245Santimetreƒ | 250Santimetre | 8,3–8,5 ka | ||||||
| 239Puƒ | 24.1 ka | |||||||
| 230Th№ | 231Baba№ | 32–76 ka | ||||||
| 236Npƒ | 233Uƒ | 234U№ | 150–250 ka | ‡ | 99Tc₡ | 126Sn | ||
| 248Santimetre | 242Pu | 327–375 ka | 79Se₡ | |||||
| 1.53 Ma | 93Zr | |||||||
| 237Npƒ | 2,1–6,5 Ma | 135Cs₡ | 107Pd | |||||
| 236U | 247Santimetreƒ | 15–24 Ma | 129ben₡ | |||||
| 244Pu | 80 Ma | ... ne de 15,7 Ma[14] | ||||||
| 232Th№ | 238U№ | 235Uƒ№ | 0.7–14.1 Ga | |||||
Efsane üst simge sembolleri için | ||||||||
Önemli izotoplar
Neptunyum-235
Neptunyum-235 142 nötron ve 396.1 günlük yarı ömre sahiptir. Bu izotop şu şekilde bozulur:
- Alfa emisyonu: bozunma enerjisi 5,2 MeV ve bozunma ürünü protaktinyum-231.
- Elektron yakalama: bozunma enerjisi 0,125 MeV ve bozunma ürünü uranyum-235
Bu neptunyum izotopunun ağırlığı 235.044 063 3 u'dur.
Neptunyum-236
Neptunyum-236 143 nötron ve 154.000 yıllık bir yarı ömre sahiptir. Bu olabilir çürüme aşağıdaki yöntemlerle:
- Elektron yakalama: bozunma enerjisi 0,93 MeV ve bozunma ürünü uranyum-236. Bu genellikle (23 milyon yıllık bir yarı ömürle) toryum-232.
- Beta emisyonu: bozunma enerjisi 0,48 MeV ve bozunma ürünü plütonyum-236. Bu genellikle (yarı ömür 2.8 yıl) uranyum-232 genellikle (yarı ömür 69 yıl) toryum-228, birkaç yıl içinde bozulan kurşun-208.
- Alfa emisyonu: bozunma enerjisi 5.007 MeV ve bozunma ürünü protaktinyum-232. Bu, 1.3 günlük bir yarı ömürle uranyum-232'ye bozulur.
Neptunyumun bu özel izotopunun kütlesi 236.04657 u'dur. Bu bir bölünebilir ile malzeme Kritik kitle 6,79 kg (15,0 lb).[15]
236
Np
(n, 2n) ve (γ, n) yakalama reaksiyonları yoluyla küçük miktarlarda üretilir. 237
Np
,[16] ancak, herhangi bir önemli miktarlarda ana üründen ayırmak neredeyse imkansızdır. 237
Np
.[17] Bu nedenle, düşük kritik kütlesi ve yüksek nötron enine kesitine rağmen, silahlarda veya reaktörlerde nükleer yakıt olarak araştırılmamıştır. Yine de, 236
Np
kullanım için düşünülmüştür kütle spektrometrisi ve bir radyoaktif izleyici, çünkü ağırlıklı olarak uzun bir yarı ömre sahip beta emisyonu ile bozulur.[18] Bu izotop için çeşitli alternatif üretim yolları, yani izotopik ayrılmayı azaltanlar araştırılmıştır. 237
Np
ya da izomer 236 milyon
Np
. Biriktirilecek en uygun reaksiyonlar 236
Np
olduğu gösterildi proton ve döteron ışınlama uranyum-238.[18]
Neptunium-237
237
Np
yoluyla bozulur neptunyum serisi ile biten talyum-205, diğerlerinin aksine kararlı olan aktinitler kararlı hale çürüyen kurşun izotopları.
2002 yılında, 237
Np
ile bir zincirleme reaksiyonu sürdürebildiği gösterildi hızlı nötronlar olduğu gibi nükleer silah kritik kütlesi yaklaşık 60 kg.[19] Bununla birlikte, bombardımanda düşük bir fisyon olasılığı vardır. termal nötronlar, bu da onu hafif su nükleer santralleri için bir yakıt olarak uygunsuz kılar (aksine hızlı reaktör veya hızlandırıcılı sistemler, Örneğin).
237
Np
önemli miktarda üretilen tek neptunyum izotopudur. nükleer yakıt çevrimi her ikisi de ardışık nötron yakalama tarafından uranyum-235 (her zaman olmasa da en çok uyan) ve uranyum-236 veya (n, 2n) reaksiyonlar burada a hızlı nötron ara sıra bir nötronun uranyum-238 veya plütonyum izotopları. Uzun vadede 237
Np
ayrıca formlar harcanan nükleer yakıt çürüme ürünü olarak americium-241.
237
Np
en mobil olanlardan biri olacağı öngörülüyordu çekirdekler -de Yucca Dağı nükleer atık deposu.
Plütonyum-238 üretiminde kullanım
Nötron bombardımanına maruz kaldığında 237
Np
bir nötron yakalayabilir, beta bozunmasına uğrayabilir ve 238
Pu
, bu ürün bir termal enerji kaynağı olarak kullanışlıdır. radyo-izotop termoelektrik jeneratör derin uzay sondalarında elektrik ve ısı üretimi için (örneğin Yeni ufuklar ve Voyager araştırma) ve son nota göre Mars Bilim Laboratuvarı (Merak gezgini). Bu uygulamalar, fotovoltaik güç kaynaklarının güneşten çok uzak olması veya güneş ışığını uzun süre engelleyebilecek iklim olaylarıyla karşı karşıya kalan gezginler nedeniyle zayıf veya tutarsız olduğu durumlarda ekonomik olarak pratiktir. Uzay sondaları ve geziciler de aletlerini ve iç kısımlarını sıcak tutmak için jeneratörün ısı çıkışını kullanır.[20]
Referanslar
- ^ Peppard, D. F .; Mason, G.W .; Gray, P. R .; Mech, J.F. (1952). "(4n + 1) serisinin doğada oluşumu" (PDF). Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 74 (23): 6081–6084. doi:10.1021 / ja01143a074.
- ^ [Atmosferik Nükleer Testlerde Film Rozet Dozimetrisi, Atmosferik Nükleer Testlerde Film Rozet Dozimetrisi Komitesi, Mühendislik ve Teknik Sistemler Komisyonu, Mühendislik ve Fiziksel Bilimler Bölümü, Ulusal Araştırma Konseyi. pg24-35]
- ^ Serpintide Radyonüklidlerin Fraksiyonlaşmasının Dozların Atomik Gazilere Tahmin Edilmesi Üzerindeki Etkilerinin Sınırlandırma Analizi DTRA-TR-07-5. 2007
- ^ Wang, M .; Audi, G .; Kondev, F. G .; Huang, W. J .; Naimi, S .; Xu, X. (2017). "AME2016 atomik kütle değerlendirmesi (II). Tablolar, grafikler ve referanslar" (PDF). Çin Fiziği C. 41 (3): 030003-1–030003-442. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030003.
- ^ Yang, H; Ma, L; Zhang, Z; Yang, C; Gan, Z; Zhang, M; et al. (2018). "Yarı sihirli çekirdeğin alfa bozunması özellikleri 219Np ". Fizik Harfleri B. 777: 212–216. doi:10.1016 / j.physletb.2017.12.017.
- ^ Zhang, Z. Y .; Gan, Z. G .; Yang, H. B .; et al. (2019). "Yeni izotop 220Np: Sağlamlığın araştırılması N = 126 neptunyumda kabuk kapanması ". Fiziksel İnceleme Mektupları. 122 (19): 192503. doi:10.1103 / PhysRevLett.122.192503.
- ^ Ma, L .; Zhang, Z. Y .; Gan, Z. G .; et al. (2020). "Kısa Ömürlü α yayan izotop 222Np ve N = 126 Sihirli Kabuğun Kararlılığı ". Fiziksel İnceleme Mektupları. 125: 032502. doi:10.1103 / PhysRevLett.125.032502.
- ^ Sun, M. D .; et al. (2017). "Yeni kısa ömürlü izotop 223Np ve N = 126 "yakınında Z = 92 alt kabuk kapanmasının olmaması. Fizik Harfleri B. 771: 303–308. Bibcode:2017PhLB..771..303S. doi:10.1016 / j.physletb.2017.03.074.
- ^ Huang, T. H .; et al. (2018). "Yeni izotopun tanımlanması 224Np " (pdf). Fiziksel İnceleme C. 98 (4): 044302. Bibcode:2018PhRvC..98d4302H. doi:10.1103 / PhysRevC.98.044302.
- ^ Artı radyum (öğe 88). Aslında bir alt aktinit olmasına rağmen, hemen aktinyumdan (89) önce gelir ve ardından üç elemanlı bir kararsızlık boşluğunu izler. polonyum (84) hiçbir çekirdekte en az dört yıllık yarı ömre sahip olmadığında (boşluktaki en uzun ömürlü çekirdek radon-222 yarı ömrü dörtten az günler). 1.600 yıllık Radium'un en uzun ömürlü izotopu, bu nedenle elementin buraya dahil edilmesini hak ediyor.
- ^ Özellikle termal nötron U-235'in fisyonu, ör. tipik olarak nükleer reaktör.
- ^ Milsted, J .; Friedman, A. M .; Stevens, C.M. (1965). "Berkelyum-247'nin alfa yarı ömrü; yeni bir uzun ömürlü berkelyum-248 izomeri". Nükleer Fizik. 71 (2): 299. Bibcode:1965 NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4.
"İzotopik analizler, yaklaşık 10 aylık bir süre boyunca analiz edilen üç örnekte sürekli bollukta olan bir kütle 248 türünü ortaya çıkardı. Bu, bir Bk izomerine atfedildi.248 yarı ömrü 9 [yıldan] fazladır. Cf büyümesi yok248 tespit edildi ve β için daha düşük bir limit− yarı ömür yaklaşık 10 olarak ayarlanabilir4 [yıl]. Yeni izomere atfedilebilecek hiçbir alfa aktivitesi tespit edilmemiştir; alfa yarı ömrü muhtemelen 300 [yıldan] fazladır. " - ^ Bu, yarı ömrü en az dört yıl öncesindeki en ağır çekirdek.İstikrarsızlık Denizi ".
- ^ Bunlar hariç "klasik olarak kararlı "yarı ömürleri önemli ölçüde aşan çekirdekler 232Th; ör., while 113 milyonCd'nin yarı ömrü yalnızca on dört yıldır, 113Cd neredeyse sekiz katrilyon yıl.
- ^ Nihai Rapor, Nükleer kritiklik güvenlik verilerinin değerlendirilmesi ve taşımadaki aktinitler için limitler Arşivlendi 2011-05-19'da Wayback Makinesi, Fransa Cumhuriyeti, Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, Département de Prévention et d'étude des Accidents.
- ^ Ticari LWR Harcanan Yakıtın Yeniden İşlenmesinden Elde Edilen Uranyumun Yeniden Kullanımının Analizi, Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı.
- ^ **Jukka Lehto; Xiaolin Hou (2011). "15.15: Neptunium". Radyonüklidlerin Kimyası ve Analizi (1. baskı). John Wiley & Sons. 231. ISBN 3527633022.
- ^ a b Jerome, S.M .; Ivanov, P .; Laricani, C .; Parker, D.J .; Regan, P.H. (2014). "Neptunium-236g üretimi". Çevresel Radyoaktivite Dergisi. 138: 315–322. doi:10.1016 / j.jenvrad.2014.02.029.
- ^ P. Weiss (26 Ekim 2002). "Neptunium Nukes? Az çalışılmış metal kritik hale geliyor". Bilim Haberleri. 162 (17): 259. doi:10.2307/4014034. Arşivlenen orijinal 15 Aralık 2012'de. Alındı 7 Kasım 2013.
- ^ Witze, Alexandra (2014-11-27). "Nükleer güç: Umutsuzca plütonyum arayışı". Doğa. 515 (7528): 484–486. Bibcode:2014Natur.515..484W. doi:10.1038 / 515484a.
- İzotop kütleleri:
- Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "SonraUBASE nükleer ve bozunma özelliklerinin değerlendirilmesi ", Nükleer Fizik A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729 .... 3A, doi:10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001
- İzotopik bileşimler ve standart atom kütleleri:
- de Laeter, John Robert; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin J. R .; Taylor, Philip D.P. (2003). "Elementlerin atom ağırlıkları. İnceleme 2000 (IUPAC Teknik Raporu)". Saf ve Uygulamalı Kimya. 75 (6): 683–800. doi:10.1351 / pac200375060683.
- Wieser, Michael E. (2006). "Elementlerin atom ağırlıkları 2005 (IUPAC Teknik Raporu)". Saf ve Uygulamalı Kimya. 78 (11): 2051–2066. doi:10.1351 / pac200678112051. Lay özeti.
- Aşağıdaki kaynaklardan seçilen yarı ömür, dönme ve izomer verileri.
- Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "SonraUBASE nükleer ve bozunma özelliklerinin değerlendirilmesi ", Nükleer Fizik A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729 .... 3A, doi:10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001
- Ulusal Nükleer Veri Merkezi. "NuDat 2.x veritabanı". Brookhaven Ulusal Laboratuvarı.
- Holden, Norman E. (2004). "11. İzotop Tablosu". Lide içinde, David R. (ed.). CRC El Kitabı Kimya ve Fizik (85. baskı). Boca Raton, Florida: CRC Basın. ISBN 978-0-8493-0485-9.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
