Изотопы нептуния - Isotopes of neptunium

Основные изотопы нептуний  (₉₃Np)

Изотоп Разлагаться изобилие период полураспада (т1/2) Режим продукт ^235Np син 396,1 г α ^231Па ε ^235U ^236Np син 1.54×10^5 у ε ^236U β^− ^236Пу α ^232Па ^237Np след 2.144×10^6 у α ^233Па ^239Np след 2.356 г β^− ^239Пу

Посмотреть разговаривать редактировать

Нептуний (₉₃Np) обычно считается искусственный элемент, хотя следовые количества встречаются в природе, поэтому стандартный атомный вес нельзя дать. Как и все следовые или искусственные элементы, в нем нет стабильные изотопы. Первый изотоп быть синтезированным и идентифицированным ²³⁹Np в 1940 г., произведен путем бомбардировки ²³⁸U с нейтроны производить ²³⁹U, который затем подвергся бета-распад к ²³⁹Np.

Следовые количества обнаруживаются в природе из захват нейтронов реакции со стороны уран атомы, факт, не открытый до 1951 года.^[1]

Двадцать пять нептуний радиоизотопы были охарактеризованы, причем наиболее стабильным ²³⁷
Np
с период полураспада 2,14 миллиона лет, ²³⁶
Np
с периодом полураспада 154000 лет, и ²³⁵
Np
с периодом полураспада 396,1 суток. Все остальные радиоактивный изотопы имеют период полураспада менее 4,5 дней, и у большинства из них период полураспада составляет менее 50 минут. Этот элемент также имеет 4 мета состояния, с наиболее устойчивым существом ^{236 кв.м.}
Np
(т_1/2 22,5 часа).

Изотопы нептуния варьируются от ²¹⁹
Np
к ²⁴⁴
Np
, хотя промежуточный изотоп ²²¹
Np
пока не наблюдалось. Главная режим распада перед самым стабильным изотопом, ²³⁷
Np
, является захват электронов (с большим количеством альфа-излучение ), а основной режим после бета-излучение. Главная продукты распада перед ²³⁷
Np
находятся изотопы урана и протактиний, а основные продукты после этого изотопы плутония. Уран-237 и нептуний-239 считаются ведущими опасными радиоактивными изотопами в течение первого часового периода после радиоактивные осадки от ядерного взрыва, с ²³⁹Нп доминирует «в спектре несколько дней».^[2][3]

Список изотопов

Нуклид [n 1]	Z	N	Изотопная масса (Да )[4] [n 2][n 3]	Период полураспада	Разлагаться Режим [n 4]	Дочь изотоп [n 5]	Вращение и паритет [n 6][n 7]	Изотопический изобилие
	Энергия возбуждения[n 7]
^219 Np [5]	93	126	219.03162(9)	0,15 (+ 0,72-0,07) мс	α	^215Па	(9/2−)
^220 Np [6]	93	127	220.03254(21)#	25 (+ 14-7) мкс	α	^216Па	1-#
^222 Np [7]	93	129		380 (+ 260-110) нс	α	^218Па	1-#
^223 Np [8]	93	130	223.03285(21)#	2,15 (+ 100-52) мкс	α	^219Па	9/2−
^224 Np [9]	93	131	224.03422(21)#	38 (+ 26-11) мкс	α (83%)	^220 млПа	1-#
					α (17%)	^220м2Па
^225 Np	93	132	225.03391(8)	6 (5) мс	α	^221Па	9/2−#
^226 Np	93	133	226.03515(10)#	35 (10) мс	α	^222Па
^227 Np	93	134	227.03496(8)	510 (60) мс	α (99,95%)	^223Па	5/2−#
					β^+ (.05%)	^227U
^228 Np	93	135	228.03618(21)#	61,4 (14) с	β^+ (59%)	^228U
					α (41%)	^224Па
					β^+, SF (.012%)	(разные)
^229 Np	93	136	229.03626(9)	4,0 (2) мин	α (51%)	^225Па	5/2+#
					β^+ (49%)	^229U
^230 Np	93	137	230.03783(6)	4,6 (3) мин	β^+ (97%)	^230U
					α (3%)	^226Па
^231 Np	93	138	231.03825(5)	48,8 (2) мин	β^+ (98%)	^231U	(5/2)(+#)
					α (2%)	^227Па
^232 Np	93	139	232.04011(11)#	14,7 (3) мин	β^+ (99.99%)	^232U	(4+)
					α (0,003%)	^228Па
^233 Np	93	140	233.04074(5)	36,2 (1) мин	β^+ (99.99%)	^233U	(5/2+)
					α (0,001%)	^229Па
^234 Np	93	141	234.042895(9)	4,4 (1) г	β^+	^234U	(0+)
^235 Np	93	142	235.0440633(21)	396,1 (12) сут	EC	^235U	5/2+
					α (0,0026%)	^231Па
^236 Np [n 8]	93	143	236.04657(5)	1.54(6)×10^5 у	ЭК (87,3%)	^236U	(6−)
					β^− (12.5%)	^236Пу
					α (0,16%)	^232Па
^236 кв.м. Np	60 (50) кэВ			22,5 (4) ч	ЭК (52%)	^236U	1
					β^− (48%)	^236Пу
^237 Np [n 8][n 9]	93	144	237.0481734(20)	2.144(7)×10^6 у	α	^233Па	5/2+	След[n 10]
					SF (2×10^−10%)	(разные)
					CD (4×10^−12%)	^207Tl ^30Mg
^238 Np	93	145	238.0509464(20)	2,117 (2) d	β^−	^238Пу	2+
^238 кв.м. Np	2300 (200) # кэВ			112 (39) нс
^239 Np	93	146	239.0529390(22)	2,356 (3) сут	β^−	^239Пу	5/2+	След[n 10]
^240 Np	93	147	240.056162(16)	61,9 (2) мин	β^−	^240Пу	(5+)	След[n 11]
^240 м Np	20 (15) кэВ			7,22 (2) мин	β^− (99.89%)	^240Пу	1(+)
					ЭТО (.11%)	^240Np
^241 Np	93	148	241.05825(8)	13,9 (2) мин	β^−	^241Пу	(5/2+)
^242 Np	93	149	242.06164(21)	2,2 (2) мин	β^−	^242Пу	(1+)
^242 кв.м. Np	0 (50) # кэВ			5,5 (1) мин			6+#
^243 Np	93	150	243.06428(3)#	1,85 (15) мин	β^−	^243Пу	(5/2−)
^244 Np	93	151	244.06785(32)#	2,29 (16) мин	β^−	^244Пу	(7−)

1. ^мNp - в восторге ядерный изомер.
2. () - Неопределенность (1σ) дается в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
3. # - Атомная масса, отмеченная #: значение и погрешность, полученные не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из трендов от массовой поверхности (ТМС ).
4. Режимы распада:

   КОМПАКТ ДИСК:	Распад кластера
   EC:	Электронный захват
   ЭТО:	Изомерный переход
   SF:	Самопроизвольное деление

5. Жирный курсив как дочь - Дочерний продукт почти стабилен.
6. () значение вращения - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
7. # - Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN ).
8. Делящийся нуклид
9. Самый распространенный нуклид
10. Произведено захват нейтронов в урановой руде
11. Промежуточный продукт распада ²⁴⁴Пу

Актиниды против продуктов деления

Актиниды и продукты деления по периоду полураспада
Актиниды[10] к цепочка распада				Период полураспада ассортимент (а )	Продукты деления из 235U пользователем Уступать[11]
4п	4п+1	4п+2	4п+3
						4.5–7%	0.04–1.25%	<0.001%
228Ра^№				4–6 а	†		155Европа^þ
244См^ƒ	241Пу^ƒ	250Cf	227Ac^№	10–29 а		90Sr	85Kr	113 кв.м.CD^þ
232U^ƒ		238Пу^ƒ	243См^ƒ	29–97 а		137CS	151См^þ	121 мSn
248Bk[12]	249Cf^ƒ	242 кв.м.Являюсь^ƒ		141–351 а	Нет продуктов деления иметь период полураспада в диапазоне 100–210 тыс. Лет ...
	241Являюсь^ƒ		251Cf^ƒ[13]	430–900 а
		226Ра^№	247Bk	1,3–1,6 тыс. Лет
240Пу	229Чт	246См^ƒ	243Являюсь^ƒ	4,7–7,4 тыс. Лет
	245См^ƒ	250См		8,3–8,5 тыс. Лет
			239Пу^ƒ	24,1 тыс. Лет назад
		230Чт^№	231Па^№	32–76 тыс. Лет назад
236Np^ƒ	233U^ƒ	234U^№		150–250 тыс. Лет назад	‡	99Tc^₡	126Sn
248См		242Пу		327–375 тыс. Лет назад			79Se^₡
				1,53 млн лет		93Zr
	237Np^ƒ			2,1–6,5 млн лет		135CS^₡	107Pd
236U			247См^ƒ	15–24 млн лет			129я^₡
244Пу				80 млн лет	... не более 15,7 млн ​​лет[14]
232Чт^№		238U^№	235U^ƒ№	0,7–14,1 млрд лет
Легенда для надстрочных символов ₡ имеет тепловую захват нейтронов сечение в диапазоне 8–50 амбаров ƒ делящийся м метастабильный изомер № в первую очередь радиоактивный материал природного происхождения (НОРМА) þ нейтронный яд (сечение захвата тепловых нейтронов больше 3 тыс. барн) † диапазон 4–97 а: Средноживущий продукт деления ‡ более 200 тыс. Лет: Долгоживущий продукт деления

Известные изотопы

Нептуний-235

Нептуний-235 имеет 142 нейтрона и период полураспада 396,1 дня. Этот изотоп распадается:

• Альфа-излучение: the энергия распада составляет 5,2 МэВ, а продукт распада протактиний-231.
• Электронный захват: энергия распада 0,125 МэВ, продукт распада уран-235

Этот изотоп нептуния имеет массу 235.044 063 3 ед.

Нептуний-236

Нептуний-236 имеет 143 нейтрона и период полураспада 154 000 лет. Может разлагаться следующими методами:

• Электронный захват: энергия распада составляет 0,93 МэВ, а продукт распада равен уран-236. Обычно он распадается (с периодом полураспада 23 миллиона лет) до торий-232.
• Бета-эмиссия: энергия распада составляет 0,48 МэВ, а продукт распада равен плутоний-236. Обычно он распадается (период полураспада 2,8 года) до уран-232, который обычно распадается (период полураспада 69 лет) до торий-228, которая распадается через несколько лет до свинец-208.
• Альфа-излучение: энергия распада 5,007 МэВ и продукт распада протактиний-232. Он распадается с периодом полураспада 1,3 дня до урана-232.

Этот конкретный изотоп нептуния имеет массу 236,04657 ед. Это делящийся материал с критическая масса 6,79 кг (15,0 фунта).^[15]

²³⁶
Np
образуется в небольших количествах в результате реакций (n, 2n) и (γ, n) захвата ²³⁷
Np
,^[16] однако практически невозможно отделить в каких-либо значительных количествах от родительского ²³⁷
Np
.^[17] Именно по этой причине, несмотря на его низкую критическую массу и высокое нейтронное сечение, он не исследовался в качестве ядерного топлива в оружии или реакторах. Тем не менее, ²³⁶
Np
был рассмотрен для использования в масс-спектрометрии и как радиоактивный индикатор, потому что он распадается преимущественно за счет бета-излучения с большим периодом полураспада.^[18] Было исследовано несколько альтернативных путей производства этого изотопа, а именно те, которые уменьшают изотопное разделение из ²³⁷
Np
или изомер ^{236 кв.м.}
Np
. Самые благоприятные реакции на накопление ²³⁶
Np
были показаны как протон и дейтрон облучение уран-238.^[18]

Нептуний-237

Схема распада нептуния-237 (упрощенная)

²³⁷
Np
распадается через нептуний ряд, который заканчивается таллий-205, что стабильно, в отличие от большинства других актиниды, которые распадаются на стабильные изотопы свинца.

В 2002, ²³⁷
Np
было показано, что он способен поддерживать цепную реакцию с быстрые нейтроны, как в ядерное оружие, с критической массой около 60 кг.^[19] Однако у него малая вероятность деления при бомбардировке тепловые нейтроны, что делает его непригодным в качестве топлива для легководных атомных электростанций (в отличие от быстрый реактор или же системы с приводом от ускорителя, Например).

²³⁷
Np
является единственным изотопом нептуния, производимым в значительных количествах в ядерный топливный цикл, оба последовательных захват нейтронов к уран-235 (который расщепляется больше всего, но не всегда) и уран-236, или (n, 2n) реакции, где a быстрый нейтрон иногда выбивает нейтрон из уран-238 или же изотопы плутония. В долгосрочной перспективе ²³⁷
Np
также формируется в отработанное ядерное топливо как продукт распада америций-241.

²³⁷
Np
планировалось стать одним из самых мобильных нуклиды на Хранилище ядерных отходов Юкка-Маунтин.

Использование в производстве плутония-238

Под воздействием нейтронной бомбардировки ²³⁷
Np
может захватить нейтрон, подвергнуться бета-распаду и стать ²³⁸
Пу
, этот продукт можно использовать в качестве источника тепловой энергии в радиоизотопный термоэлектрический генератор для производства электроэнергии и тепла в космических аппаратах (таких как Новые горизонты и Вояджер зонды) и, как последнее примечание, Марсианская научная лаборатория (Марсоход Curiosity). Эти приложения экономически практичны там, где фотоэлектрические источники энергии слабы или несовместимы из-за того, что зонды находятся слишком далеко от солнца или марсоходы сталкиваются с климатическими явлениями, которые могут блокировать солнечный свет на длительные периоды. Космические зонды и вездеходы также используют тепловую мощность генератора, чтобы поддерживать свои инструменты и внутренние устройства в тепле.^[20]

Рекомендации

1. Пеппард, Д. Ф .; Mason, G.W .; Gray, P.R .; Мех, Дж. Ф. (1952). «Возникновение серии (4n + 1) в природе» (PDF). Журнал Американского химического общества. 74 (23): 6081–6084. Дои:10.1021 / ja01143a074.
2. [Дозиметрия на бейджах в испытаниях ядерной атмосферы, Комитет по дозиметрии бейджей в испытаниях ядерных атмосфер в атмосфере, Комиссия по инженерным и техническим системам, Отдел инженерных и физических наук, Национальный исследовательский совет. pg24-35]
3. Граничный анализ эффектов фракционирования радионуклидов в выпадениях на оценку доз, получаемых ветеранами-атомщиками DTRA-TR-07-5. 2007 г.
4. Wang, M .; Audi, G .; Кондев, Ф. Г .; Huang, W. J .; Naimi, S .; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030003-1–030003-442. Дои:10.1088/1674-1137/41/3/030003.
5. Ян, H; Ma, L; Zhang, Z; Ян, C; Ган, З; Чжан, М; и другие. (2018). "Свойства альфа-распада полумагического ядра ²¹⁹Np ". Письма по физике B. 777: 212–216. Дои:10.1016 / j.physletb.2017.12.017.
6. Zhang, Z. Y .; Gan, Z. G .; Yang, H. B .; и другие. (2019). "Новый изотоп ²²⁰Np: проверка надежности N = 126 закрытие оболочки в нептунии ». Письма с физическими проверками. 122 (19): 192503. Дои:10.1103 / PhysRevLett.122.192503.
7. Ma, L .; Zhang, Z. Y .; Gan, Z. G .; и другие. (2020). "Короткоживущий α-излучающий изотоп ²²²Np и устойчивость магической оболочки N = 126 ». Письма с физическими проверками. 125: 032502. Дои:10.1103 / PhysRevLett.125.032502.
8. Sun, M.D .; и другие. (2017). "Новый короткоживущий изотоп ²²³Np и отсутствие замыкания подоболочки Z = 92 вблизи N = 126 ". Письма по физике B. 771: 303–308. Bibcode:2017ФЛБ..771..303С. Дои:10.1016 / j.physletb.2017.03.074.
9. Huang, T. H .; и другие. (2018). «Идентификация нового изотопа ²²⁴Np " (pdf). Физический обзор C. 98 (4): 044302. Bibcode:2018PhRvC..98d4302H. Дои:10.1103 / PhysRevC.98.044302.
10. Плюс радий (элемент 88). Хотя на самом деле он является субактинидом, он непосредственно предшествует актинию (89) и следует за трехэлементным разрывом нестабильности после полоний (84) где нет нуклидов с периодом полураспада не менее четырех лет (самый долгоживущий нуклид в промежутке радон-222 с периодом полураспада менее четырех дней). Таким образом, самый долгоживущий изотоп радия - 1600 лет - заслуживает включения в этот список.
11. Конкретно из тепловой нейтрон деление U-235, например в типичном ядерный реактор.
12. Milsted, J .; Фридман, А. М .; Стивенс, К. М. (1965). «Альфа-период полураспада берклия-247; новый долгоживущий изомер берклия-248». Ядерная физика. 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. Дои:10.1016/0029-5582(65)90719-4.
    «Изотопные анализы выявили вид с массой 248 в постоянной численности в трех образцах, проанализированных в течение примерно 10 месяцев. Это было приписано изомеру Bk²⁴⁸ с периодом полураспада более 9 [лет]. Нет роста Cf²⁴⁸ был обнаружен, и нижний предел для β⁻ период полураспада можно установить примерно на 10⁴ [лет]. Альфа-активность нового изомера не обнаружена; период полураспада альфа, вероятно, превышает 300 [лет] ».
13. Это самый тяжелый нуклид с периодом полураспада не менее четырех лет до "Море нестабильности ".
14. Исключая "классически стабильный «нуклиды с периодом полураспада, значительно превышающим ²³²Чт; например, в то время как ^{113 кв.м.}Cd имеет период полураспада всего четырнадцать лет, ¹¹³CD почти восемь квадриллион годы.
15. Заключительный отчет, оценка данных о безопасности ядерной критичности и предельных значений для актинидов на транспорте В архиве 2011-05-19 на Wayback Machine, Французская Республика, Институт радиозащиты и защиты от несчастных случаев, Департамент защиты и безопасности несчастных случаев.
16. Анализ повторного использования урана, извлеченного при переработке коммерческого отработавшего топлива LWR, Министерство энергетики США, Национальная лаборатория Ок-Ридж.
17. **Юкка Лехто; Сяолинь Хоу (2011). «15.15: Нептуний». Химия и анализ радионуклидов (1-е изд.). Джон Уайли и сыновья. 231. ISBN  3527633022.
18. Джером, S.M .; Иванов, П .; Larijani, C .; Паркер, Д.Дж .; Реган, П. (2014). «Производство Нептуния-236г». Журнал экологической радиоактивности. 138: 315–322. Дои:10.1016 / j.jenvrad.2014.02.029.
19. П. Вайс (26 октября 2002 г.). «Нептуниум Ядерное? Малоизученный металл становится критическим». Новости науки. 162 (17): 259. Дои:10.2307/4014034. Архивировано из оригинал 15 декабря 2012 г.. Получено 7 ноября 2013.
20. Витце, Александра (27 ноября 2014 г.). «Ядерная энергетика: отчаянно ищет плутоний». Природа. 515 (7528): 484–486. Bibcode:2014 Натур.515..484Вт. Дои:10.1038 / 515484a.

• Изотопные массы из:
  • Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Blachot, Жан; Вапстра, Алдерт Хендрик (2003), "ТогдаUBASE оценка ядерных и распадных свойств », Ядерная физика A, 729: 3–128, Bibcode:2003НуФА.729 .... 3А, Дои:10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001
• Изотопные составы и стандартные атомные массы из:
  • де Лаэтер, Джон Роберт; Бёльке, Джон Карл; Де Бьевр, Поль; Хидака, Хироши; Пайзер, Х. Штеффен; Росман, Кевин Дж. Р .; Тейлор, Филип Д. П. (2003). «Атомный вес элементов. Обзор 2000 г. (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия. 75 (6): 683–800. Дои:10.1351 / pac200375060683.
  • Визер, Майкл Э. (2006). «Атомный вес элементов 2005 (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия. 78 (11): 2051–2066. Дои:10.1351 / pac200678112051. Сложить резюме.
• Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из следующих источников.
  • Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Blachot, Жан; Вапстра, Алдерт Хендрик (2003), "ТогдаUBASE оценка ядерных и распадных свойств », Ядерная физика A, 729: 3–128, Bibcode:2003НуФА.729 .... 3А, Дои:10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001
  • Национальный центр ядерных данных. «База данных NuDat 2.x». Брукхейвенская национальная лаборатория.
  • Холден, Норман Э. (2004). «11. Таблица изотопов». В Лиде, Дэвид Р. (ред.). CRC Справочник по химии и физике (85-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN  978-0-8493-0485-9.