Isótopos de neptúnio - Isotopes of neptunium

Isótopos principais de neptúnio   ( 93 Np)
Isótopo Decair
abundância meia-vida ( t 1/2 ) modo produtos
235 Np syn 396,1 d α 231 Pa
ε 235 U
236 Np syn 1,54 × 10 5  y ε 236 U
β - 236 Pu
α 232 Pa
237 Np vestígio 2,144 × 10 6  y α 233 Pa
239 Np vestígio 2.356 d β - 239 Pu

Neptúnio ( 93 Np) é geralmente considerado um elemento artificial , embora quantidades vestigiais sejam encontradas na natureza, portanto, um peso atômico padrão não pode ser fornecido. Como todos os traços ou elementos artificiais, não possui isótopos estáveis . O primeiro isótopo a ser sintetizado e identificado foi o 239 Np em 1940, produzido pelo bombardeio de 238 U com nêutrons para produzir 239 U, que então sofreu decaimento beta para 239 Np.

Quantidades traço são encontradas na natureza a partir de reações de captura de nêutrons por átomos de urânio , um fato não descoberto até 1951.

Vinte e cinco radioisótopos de neptúnio foram caracterizados, sendo o mais estável 237
Np
com meia-vida de 2,14 milhões de anos, 236
Np
com meia-vida de 154.000 anos, e 235
Np
com meia-vida de 396,1 dias. Todos os isótopos radioativos restantes têm meia-vida inferior a 4,5 dias, e a maioria deles tem meia-vida inferior a 50 minutos. Este elemento também tem 4 metaestados , sendo o mais estável 236m
Np
(t 1/2 22,5 horas).

Os isótopos de neptúnio variam de 219
Np
para 244
Np
, embora o isótopo intermediário 221
Np
ainda não foi observada. O modo de decaimento primário antes do isótopo mais estável, 237
Np
, é a captura de elétrons (com uma boa quantidade de emissão alfa ), e o modo primário depois é a emissão beta . Os produtos primários de decomposição antes 237
Np
são isótopos de urânio e protactínio , e os produtos primários depois são isótopos de plutônio . O urânio-237 e o neptúnio-239 são considerados os principais radioisótopos perigosos no primeiro período de uma hora a semana após a precipitação nuclear de uma detonação nuclear, com 239 Np dominando "o espectro por vários dias".

Lista de isótopos

Nuclídeo
Z N Massa isotópica ( Da )
Meia vida

Modo de decaimento


Isótopo filha

Giro e
paridade

Abundância isotópica
Energia de excitação
219
Np
93 126 219,03162 (9) 0,15 (+ 0,72-0,07) ms α 215 Pa (9/2 -)
220
Np
93 127 220,03254 (21) # 25 (+ 14-7) μs α 216 Pa 1- #
222
Np
93 129 380 (+ 260-110) ns α 218 Pa 1- #
223
Np
93 130 223,03285 (21) # 2,15 (+ 100-52) μs α 219 Pa 9/2−
224
Np
93 131 224,03422 (21) # 38 (+ 26-11) μs α (83%) 220m1 Pa 1- #
α (17%) 220m2 Pa
225
Np
93 132 225,03391 (8) 6 (5) ms α 221 Pa 9/2− #
226
Np
93 133 226,03515 (10) # 35 (10) ms α 222 Pa
227
Np
93 134 227,03496 (8) 510 (60) ms α (99,95%) 223 Pa 5 / 2− #
β + (0,05%) 227 U
228
Np
93 135 228,03618 (21) # 61,4 (14) s β + (59%) 228 U
α (41%) 224 Pa
β + , SF (0,012%) (vários)
229
Np
93 136 229,03626 (9) 4,0 (2) min α (51%) 225 Pa 5/2 + #
β + (49%) 229 U
230
Np
93 137 230,03783 (6) 4,6 (3) min β + (97%) 230 U
α (3%) 226 Pa
231
Np
93 138 231,03825 (5) 48,8 (2) min β + (98%) 231 U (5/2) (+ #)
α (2%) 227 Pa
232
Np
93 139 232.04011 (11) # 14,7 (3) min β + (99,99%) 232 U (4+)
α (0,003%) 228 Pa
233
Np
93 140 233,04074 (5) 36,2 (1) min β + (99,99%) 233 U (5/2 +)
α (0,001%) 229 Pa
234
Np
93 141 234,042895 (9) 4,4 (1) d β + 234 U (0+)
235
Np
93 142 235,0440633 (21) 396,1 (12) d CE 235 U 5/2 +
α (0,0026%) 231 Pa
236
Np
93 143 236,04657 (5) 1,54 (6) × 10 5  y CE (87,3%) 236 U (6−)
β - (12,5%) 236 Pu
α (0,16%) 232 Pa
236m
Np
60 (50) keV 22,5 (4) h CE (52%) 236 U 1
β - (48%) 236 Pu
237
Np
93 144 237,0481734 (20) 2,144 (7) × 10 6  y α 233 Pa 5/2 + Vestígio
SF (2 × 10 −10 %) (vários)
CD (4 × 10-12 %) 207 Tl
30 Mg
238
Np
93 145 238.0509464 (20) 2,117 (2) d β - 238 Pu 2+
238m
Np
2300 (200) # keV 112 (39) ns
239
Np
93 146 239,0529390 (22) 2,356 (3) d β - 239 Pu 5/2 + Vestígio
240
Np
93 147 240.056162 (16) 61,9 (2) min β - 240 Pu (5+) Vestígio
240m
Np
20 (15) keV 7,22 (2) min β - (99,89%) 240 Pu 1 (+)
TI (0,11%) 240 Np
241
Np
93 148 241,05825 (8) 13,9 (2) min β - 241 Pu (5/2 +)
242
Np
93 149 242,06164 (21) 2,2 (2) min β - 242 Pu (1+)
242m
Np
0 (50) # keV 5,5 (1) min 6 + #
243
Np
93 150 243,06428 (3) # 1,85 (15) min β - 243 Pu (5/2 -)
244
Np
93 151 244,06785 (32) # 2,29 (16) min β - 244 Pu (7−)
  1. ^ m Np - isômero nuclear Excited .
  2. ^ () - A incerteza (1 σ ) é dada de forma concisa entre parênteses após os últimos dígitos correspondentes.
  3. ^ # - Massa atômica marcada com #: valor e incerteza derivados não de dados puramente experimentais, mas pelo menos parcialmente de tendências da superfície de massa (TMS).
  4. ^ Modos de decadência:
    CD: Deterioração do cluster
    CE: Captura de elétrons
    ISTO: Transição isomérica
    SF: Fissão espontânea
  5. ^ Símbolo em negrito e itálico como filha - o produto filha está quase estável.
  6. ^ () valor de rotação - Indica rotação com argumentos de atribuição fracos.
  7. ^ a b # - Os valores marcados com # não são derivados puramente de dados experimentais, mas pelo menos parcialmente de tendências de nuclídeos vizinhos (TNN).
  8. ^ a b Nuclídeo físsil
  9. ^ Nuclídeo mais comum
  10. ^ a b Produzido por captura de nêutrons em minério de urânio
  11. ^ Produto de decomposição intermediária de 244 Pu

Actinídeos vs produtos de fissão

Actinídeos e produtos de fissão pela meia-vida
Actinídeos por cadeia de decaimento
Faixa de meia-vida ( a )
Produtos de fissão de 235 U por rendimento
4 n 4 n +1 4 n +2 4 n +3
4,5-7% 0,04-1,25% <0,001%
228 Ra 4-6 a 155 Eu þ
244 Cm ƒ 241 Pu ƒ 250 Cf 227 Ac 10-29 a 90 Sr 85 Kr 113m Cd þ
232 U ƒ 238 Pu ƒ 243 Cm ƒ 29-97 a 137 Cs 151 Sm þ 121m Sn
248 Bk 249 Cf ƒ 242m Am ƒ 141-351 a

Nenhum produto de fissão
tem meia-vida
na faixa de
100-210 ka ...

241 Am ƒ 251 Cf ƒ 430-900 a
226 Ra 247 Bk 1,3-1,6 ka
240 Pu 229 th 246 Cm ƒ 243 am ƒ 4,7-7,4 ka
245 Cm ƒ 250 cm 8,3-8,5 ka
239 Pu ƒ 24,1 ka
230 Th 231 Pa 32-76 ka
236 Np ƒ 233 U ƒ 234 U 150–250 ka 99 Tc 126 Sn
248 cm 242 Pu 327-375 ka 79 Se
1,53 Ma 93 Zr
237 Np ƒ 2,1-6,5 Ma 135 Cs 107 Pd
236 U 247 Cm ƒ 15–24 Ma 129 I
244 Pu 80 ma

... nem além de 15,7 Ma

232 Th 238 U 235 U ƒ№ 0,7-14,1 Ga

Legenda para símbolos sobrescritos
₡ tem seção transversal de captura de nêutron térmico na faixa de 8–50 celeiros
ƒ  isômero metaestável fissil № principalmente um material radioativo de ocorrência natural (NORM) þ  veneno de nêutron (seção transversal de captura de nêutron térmico maior que 3k celeiros) † faixa 4-97 a: Produto de fissão de vida média ‡ acima de 200 ka: Produto de fissão de vida longa




Isótopos notáveis

Neptunium-235

Neptunium-235 tem 142 nêutrons e meia-vida de 396,1 dias. Este isótopo decai por:

Este isótopo de neptúnio tem um peso de 235,044 063 3 u.

Neptunium-236

Neptunium-236 tem 143 nêutrons e meia-vida de 154.000 anos. Ele pode se deteriorar pelos seguintes métodos:

  • Captura de elétrons : a energia de decaimento é 0,93 MeV e o produto de decaimento é o urânio-236 . Isso geralmente decai (com meia-vida de 23 milhões de anos) para tório-232 .
  • Emissão beta : a energia de decaimento é 0,48 MeV e o produto de decaimento é o plutônio-236 . Isso geralmente decai (meia-vida de 2,8 anos) para urânio-232 , que geralmente decai (meia-vida de 69 anos) para tório-228 , que decai em poucos anos para chumbo-208 .
  • Emissão alfa : a energia de decaimento é 5,007 MeV e o produto de decaimento é o protactínio-232 . Este decai com uma meia-vida de 1,3 dias para o urânio-232.

Este isótopo particular de neptúnio tem uma massa de 236,04657 u. É um material físsil com massa crítica de 6,79 kg (15,0 lb).

236
Np
é produzido em pequenas quantidades por meio das reações de captura (n, 2n) e (γ, n) de 237
Np
, no entanto, é quase impossível separar em qualquer quantidade significativa de seu pai 237
Np
. É por esta razão que, apesar de sua baixa massa crítica e alta seção transversal de nêutrons, não foi pesquisado como combustível nuclear em armas ou reatores. Mesmo assim, 236
Np
foi considerado para uso em espectrometria de massa e como traçador radioativo , porque decai predominantemente por emissão beta com meia-vida longa. Várias rotas alternativas de produção para este isótopo têm sido investigadas, nomeadamente aquelas que reduzem a separação isotópica de 237
Np
ou o isômero 236m
Np
. As reações mais favoráveis ​​para acumular 236
Np
mostraram ser prótons e deuteron irradiação de urânio-238 .

Neptunium-237

Esquema de decaimento de Neptúnio-237 (simplificado)

237
Np
decai através da série de neptúnio , que termina com tálio-205 , que é estável, ao contrário da maioria dos outros actinídeos , que decaem em isótopos estáveis de chumbo .

Em 2002, 237
Np
demonstrou ser capaz de sustentar uma reação em cadeia com nêutrons rápidos , como em uma arma nuclear , com massa crítica em torno de 60 kg. No entanto, tem baixa probabilidade de fissão no bombardeio com nêutrons térmicos , o que o torna impróprio como combustível para usinas nucleares de água leve (ao contrário de reatores rápidos ou sistemas movidos a aceleradores , por exemplo).

237
Np
é o único isótopo de neptúnio produzido em quantidade significativa no ciclo do combustível nuclear , tanto pela captura sucessiva de nêutrons pelo urânio-235 (que fissiona a maioria, mas não todo o tempo) e pelo urânio-236 , ou (n, 2n) reações onde uma rápida nêutron ocasionalmente derruba um nêutron do urânio-238 ou isótopos de plutônio . À longo prazo, 237
Np
também se forma no combustível nuclear usado como o produto de decomposição do amerício-241 .

237
Np
foi projetado para ser um dos nuclídeos mais móveis no repositório de resíduos nucleares da Montanha Yucca .

Uso na produção de plutônio-238

Quando exposto ao bombardeio de nêutrons 237
Np
pode capturar um nêutron, sofrer decaimento beta e se tornar 238
Pu
, este produto sendo útil como uma fonte de energia térmica em um gerador termoelétrico de radioisótopos para a produção de eletricidade e calor em sondas do espaço profundo (como as sondas New Horizons e Voyager ) e, recentemente, o Mars Science Laboratory (Curiosity Andarilho). Essas aplicações são economicamente práticas onde as fontes de energia fotovoltaica são fracas ou inconsistentes devido a sondas estarem muito longe do sol ou rovers enfrentando eventos climáticos que podem obstruir a luz solar por longos períodos. Sondas espaciais e rovers também usam a saída de calor do gerador para manter seus instrumentos e componentes internos aquecidos.

Referências