A neptúnium izotópjai
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 (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]
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−) |
- ↑ Rövidítések:
CD: Klaszterbomlás
EC: Elektronbefogás
IT: Izomer átmenet
SF: Spontán maghasadás - ↑ Maghasadásra képes nuklid
- ↑ 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]- ↑ 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
[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. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Források
[szerkesztés]- 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 | ||
