Isotop neptunium

Isotop utama neptunium
Iso­top 22 Peluruhan
kelim­pahan waktu paruh (t1/2) mode pro­duk
235Np sintetis 396,1 hri α 231Pa
ε 235U
236Np sintetis 1,54×105 thn ε 236U
β 236Pu
α 232Pa
237Np renik 2,144×106 thn α 233Pa
239Np renik 2,356 hri β 239Pu
  • lihat
  • bicara
  • sunting

Neptunium (93Np) biasanya dianggap sebagai unsur buatan, meskipun ia ditemukan dalam jumlah renik di alam, sehingga berat atom standarnya tidak dapat diberikan. Seperti semua unsur renik atau sintetis, ia tidak memiliki satu pun isotop stabil. Isotop neptunium pertama yang disintesis dan diidentifikasi adalah 239Np pada tahun 1940, diproduksi dengan membombardir 238U dengan neutron untuk menghasilkan 239U, yang kemudian mengalami peluruhan beta menjadi 239Np.

Jumlah renik ditemukan di alam dari reaksi penangkapan neutron oleh atom uranium, sebuah fakta yang tidak ditemukan sampai tahun 1951.[1]

Dua puluh lima radioisotop neptunium telah dikarakterisasi, dengan yang paling stabil adalah 237Np dengan waktu paruh 2,14 juta tahun, 236Np dengan waktu paruh 154.000 tahun, dan 235Np dengan waktu paruh 396,1 hari. Semua isotop radioaktif yang tersisa memiliki waktu paruh kurang dari 4,5 hari, dan sebagian besar memiliki waktu paruh kurang dari 50 menit. Unsur ini juga memiliki 4 keadaan meta, dengan yang paling stabil adalah 236mNp (t1/2 22,5 jam).

Isotop neptunium berkisar mulai dari 219Np hingga 244Np, meskipun isotop antara 221Np belum teramati. Mode peluruhan utama sebelum isotop paling stabil, 237Np, adalah penangkapan elektron (dengan banyak emisi alfa), dan mode utama sesudahnya adalah emisi beta. Produk peluruhan utama sebelum 237Np adalah isotop uranium dan protaktinium, dan produk utama sesudahnya adalah isotop plutonium. 237U dan 239Np dianggap sebagai radioisotop berbahaya terkemuka dalam periode jam-hingga-minggu pertama setelah luruhan nuklir dari ledakan nuklir, dengan 239Np mendominasi "spektrum selama beberapa hari."[2][3]

Daftar isotop

Nuklida
[n 1]
Z N Massa isotop (Da)[4]
[n 2][n 3]
Waktu paruh
Mode
peluruhan
[n 4]
Isotop
anak
[n 5]
Spin dan
paritas
[n 6][n 7]
Kelimpahan
isotop
Energi eksitasi[n 7]
219Np[5] 93 126 219,03162(9) 0,15(+0,72-0,07) mdtk α 215Pa (9/2−)
220Np[6] 93 127 220,03254(21)# 25(+14-7) μdtk α 216Pa 1-#
222Np[7] 93 129 380(+260-110) ndtk α 218Pa 1-#
223Np[8] 93 130 223,03285(21)# 2,15(+100-52) μdtk α 219Pa 9/2−
224Np[9] 93 131 224,03422(21)# 38(+26-11) μdtk α (83%) 220m1Pa 1-#
α (17%) 220m2Pa
225Np 93 132 225,03391(8) 6(5) mdtk α 221Pa 9/2−#
226Np 93 133 226,03515(10)# 35(10) mdtk α 222Pa
227Np 93 134 227,03496(8) 510(60) mdtk α (99,95%) 223Pa 5/2−#
β+ (0,05%) 227U
228Np 93 135 228,03618(21)# 61,4(14) dtk β+ (59%) 228U
α (41%) 224Pa
β+, SF (0,012%) (beberapa)
229Np 93 136 229,03626(9) 4,0(2) mnt α (51%) 225Pa 5/2+#
β+ (49%) 229U
230Np 93 137 230,03783(6) 4,6(3) mnt β+ (97%) 230U
α (3%) 226Pa
231Np 93 138 231,03825(5) 48,8(2) mnt β+ (98%) 231U (5/2)(+#)
α (2%) 227Pa
232Np 93 139 232,04011(11)# 14,7(3) mnt β+ (99,99%) 232U (4+)
α (0,003%) 228Pa
233Np 93 140 233,04074(5) 36,2(1) mnt β+ (99,99%) 233U (5/2+)
α (0,001%) 229Pa
234Np 93 141 234,042895(9) 4,4(1) hri β+ 234U (0+)
235Np 93 142 235,0440633(21) 396,1(12) hri EC 235U 5/2+
α (0,0026%) 231Pa
236Np[n 8] 93 143 236,04657(5) 1,54(6)×105 thn EC (87,3%) 236U (6−)
β (12,5%) 236Pu
α (0,16%) 232Pa
236mNp 60(50) keV 22,5(4) jam EC (52%) 236U 1
β (48%) 236Pu
237Np[n 8][n 9] 93 144 237,0481734(20) 2,144(7)×106 thn α 233Pa 5/2+ Renik[n 10]
SF (2×10−10%) (beberapa)
CD (4×10−12%) 207Tl
30Mg
238Np 93 145 238,0509464(20) 2,117(2) hri β 238Pu 2+
238mNp 2300(200)# keV 112(39) ndtk
239Np 93 146 239,0529390(22) 2,356(3) hri β 239Pu 5/2+ Renik[n 10]
240Np 93 147 240,056162(16) 61,9(2) mnt β 240Pu (5+) Renik[n 11]
240mNp 20(15) keV 7,22(2) mnt β (99,89%) 240Pu 1(+)
IT (0,11%) 240Np
241Np 93 148 241,05825(8) 13,9(2) mnt β 241Pu (5/2+)
242Np 93 149 242,06164(21) 2,2(2) mnt β 242Pu (1+)
242mNp 0(50)# keV 5,5(1) mnt 6+#
243Np 93 150 243,06428(3)# 1,85(15) mnt β 243Pu (5/2−)
244Np 93 151 244,06785(32)# 2,29(16) mnt β 244Pu (7−)
Header & footer tabel ini:  view 
  1. ^ mNp – Isomer nuklir tereksitasi.
  2. ^ ( ) – Ketidakpastian (1σ) diberikan dalam bentuk ringkas dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.
  3. ^ # – Massa atom bertanda #: nilai dan ketidakpastian yang diperoleh bukan dari data eksperimen murni, tetapi setidaknya sebagian dari tren dari Permukaan Massa (trends from the Mass Surface, TMS).
  4. ^ Mode peluruhan:
    CD: Peluruhan gugus
    EC: Penangkapan elektron
    IT: Transisi isomerik
    SF: Fisi spontan
  5. ^ Simbol miring tebal sebagai anak – Produk anak hampir stabil.
  6. ^ ( ) nilai spin – Menunjukkan spin dengan argumen penempatan yang lemah.
  7. ^ a b # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga (trends of neighboring nuclides, TNN).
  8. ^ a b Nuklida fisil
  9. ^ Nuklida yang paling umum
  10. ^ a b Diproduksi melalui penangkapan neutron dalam bijih uranium
  11. ^ Produk peluruhan antara dari 244Pu

Aktinida vs produk fisi

Aktinida dan produk fisi menurut waktu paruh
  • l
  • b
  • s
Aktinida[10] menurut rantai peluruhan Rentang waktu
paruh (a)
Produk fisi 235U menurut hasil[11]
4n 4n + 1 4n + 2 4n + 3 4,5–7% 0,04–1,25% <0,001%
228Ra 4–6 a 155Euþ
244Cmƒ 241Puƒ 250Cf 227Ac 10–29 a 90Sr 85Kr 113mCdþ
232Uƒ 238Puƒ 243Cmƒ 29–97 a 137Cs 151Smþ 121mSn
248Bk[12] 249Cfƒ 242mAmƒ 141–351 a

Tidak ada produk fisi yang memiliki waktu paruh dalam rentang 100 a–210 ka ...

241Amƒ 251Cfƒ[13] 430–900 a
226Ra 247Bk 1,3–1,6 ka
240Pu 229Th 246Cmƒ 243Amƒ 4,7–7,4 ka
245Cmƒ 250Cm 8,3–8,5 ka
239Puƒ 24,1 ka
230Th 231Pa 32–76 ka
236Npƒ 233Uƒ 234U 150–250 ka 99Tc 126Sn
248Cm 242Pu 327–375 ka 79Se
1,53 Ma 93Zr
237Npƒ 2,1–6,5 Ma 135Cs 107Pd
236U 247Cmƒ 15–24 Ma 129I
244Pu 80 Ma

... maupun lebih dari 15,7 Ma[14]

232Th 238U 235Uƒ№ 0,7–14,1 Ga
  • ₡,  memiliki penampang penangkap neutron termal dalam rentang 8–50 barn
  • ƒ,  fisil
  • №,  terutama bahan radioaktif alami (naturally occurring radioactive material, NORM)
  • þ,  racun neutron (penangkap neutron termal yang lebih besar dari 3k barn)

Isotop penting

Neptunium-235

Neptunium-235 memiliki 142 neutron dan waktu paruh 396,1 hari. Isotop ini meluruh melalui:

Isotop neptunium ini memiliki berat 235,0440633 u.

Neptunium-236

Neptunium-236 memiliki 143 neutron dan waktu paruh 154.000 tahun. Ia dapat meluruh melalui mode berikut:

  • Penangkapan elektron: energi peluruhannya 0,93 MeV dan produk peluruhannya adalah 236U. Ia biasanya meluruh (dengan waktu paruh 23 juta tahun) menjadi 232Th.
  • Emisi beta: energi peluruhannya 0,48 MeV dan produk peluruhannya adalah 236Pu. Ia biasanya meluruh (waktu paruh 2,8 tahun) menjadi 232U, yang biasanya meluruh (waktu paruh 69 tahun) menjadi 228Th, yang meluruh dalam beberapa tahun menjadi 208Pb.
  • Emisi alfa: energi peluruhannya 5,007 MeV dan produk peluruhannya adalah 236Pa. Ia meluruh dengan waktu paruh 1,3 hari menjadi 232U.

Isotop neptunium ini memiliki massa 236,04657 u. Ini adalah bahan fisil dengan massa kritis 6,79 kg (15,0 pon).[15]

236Np diproduksi dalam jumlah kecil melalui reaksi penangkapan (n,2n) dan (γ,n) dari 237Np,[16] namun, hampir tidak mungkin untuk memisahkannya dalam jumlah yang signifikan dari induknya, 237Np.[17] Karena alasan inilah, meskipun massa kritisnya rendah dan penampang neutronnya tinggi, ia belum pernah diteliti sebagai bahan bakar nuklir dalam senjata atau reaktor. Namun demikian, 236Np telah dipertimbangkan untuk digunakan dalam spektrometri massa dan sebagai pelacak radioaktif, karena ia meluruh terutama oleh emisi beta dengan waktu paruh yang panjang.[18] Beberapa jalur produksi alternatif untuk isotop ini telah diteliti, yaitu jalur yang mengurangi pemisahan isotop dari 237Np atau isomer 236mNp. Reaksi yang paling menguntungkan untuk mengakumulasi 236Np adalah iradiasi proton dan deuteron terhadap 238U.[18]

Neptunium-237

Skema peluruhan neptunium-237 (telah disederhanakan)

237Np meluruh melalui deret neptunium, yang berakhir pada 205Tl yang stabil, tidak seperti kebanyakan aktinida lainnya, yang meluruh menjadi isotop timbal yang stabil.

Pada tahun 2002, 237Np terbukti mampu mempertahankan reaksi berantai dengan neutron cepat, seperti pada senjata nuklir, dengan massa kritis sekitar 60 kg.[19] Namun, ia memiliki kemungkinan fisi yang rendah pada pemboman dengan neutron termal, yang membuatnya tidak cocok sebagai bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir air ringan (sebagai lawan dari reaktor cepat atau sistem yang digerakkan oleh akselerator, misalnya).

237Np adalah satu-satunya isotop neptunium yang diproduksi dalam jumlah yang signifikan dalam siklus bahan bakar nuklir, baik melalui penangkapan neutron berturut-turut oleh 235U (yang paling sering membelah tetapi tidak sepanjang waktu) dan 236U, maupun reaksi (n,2n) di mana sebuah neutron cepat kadang-kadang menghantam sebuah neutron lepas dari 238U atau isotop plutonium. Dalam jangka panjang, 237Np juga terbentuk dalam bahan bakar nuklir bekas sebagai produk peluruhan 241Am.

237Np diproyeksikan menjadi salah satu nuklida paling bergerak di gudang limbah nuklir Gunung Yucca.

Kegunaan dalam pemroduksian plutonium-238

Ketika terkena pemborbardiran neutron, 237Np dapat menangkap sebuah neutron, mengalami peluruhan beta, dan menjadi 238Pu, produk ini berguna sebagai sumber energi panas dalam generator termoelektrik radioisotop untuk produksi listrik dan panas di prob luar angkasa (seperti prob New Horizons dan Voyager) dan, yang terbaru, Mars Science Laboratory (wahana penjelajah Curiosity). Aplikasi ini praktis secara ekonomi di mana sumber daya fotovoltaik lemah atau tidak konsisten karena prob terlalu jauh dari matahari atau penjelajah menghadapi peristiwa iklim yang dapat menghalangi sinar matahari untuk waktu yang lama (seperti badai debu Mars). Prob dan penjelajah luar angkasa juga memanfaatkan keluaran panas dari generator untuk menjaga instrumen dan bagian dalamnya tetap hangat.[20]

Referensi

  1. ^ Peppard, D. F.; Mason, G. W.; Gray, P. R.; Mech, J. F. (1952). "Occurrence of the (4n + 1) series in nature" (PDF). Journal of the American Chemical Society. 74 (23): 6081–6084. doi:10.1021/ja01143a074. 
  2. ^ [Film Badge Dosimetry in Atmospheric Nuclear Tests, By Committee on Film Badge Dosimetry in Atmospheric Nuclear Tests, Commission on Engineering and Technical Systems, Division on Engineering and Physical Sciences, National Research Council. hlm. 24-35]
  3. ^ Bounding Analysis of Effects of Fractionation of Radionuclides in Fallout on Estimation of Doses to Atomic Veterans DTRA-TR-07-5. 2007
  4. ^ Wang, M.; Audi, G.; Kondev, F. G.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Xu, X. (2017). "The AME2016 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references" (PDF). Chinese Physics C. 41 (3): 030003–1—030003–442. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030003. 
  5. ^ Yang, H; Ma, L; Zhang, Z; Yang, C; Gan, Z; Zhang, M; et al. (2018). "Alpha decay properties of the semi-magic nucleus 219Np". Physics Letters B. 777: 212–216. doi:10.1016/j.physletb.2017.12.017 alt=Dapat diakses gratis. 
  6. ^ Zhang, Z. Y.; Gan, Z. G.; Yang, H. B.; et al. (2019). "New isotope 220Np: Probing the robustness of the N = 126 shell closure in neptunium". Physical Review Letters. 122 (19): 192503. doi:10.1103/PhysRevLett.122.192503. 
  7. ^ Ma, L.; Zhang, Z. Y.; Gan, Z. G.; et al. (2020). "Short-Lived α-emitting isotope 222Np and the Stability of the N=126 Magic Shell". Physical Review Letters. 125: 032502. doi:10.1103/PhysRevLett.125.032502. 
  8. ^ Sun, M. D.; et al. (2017). "New short-lived isotope 223Np and the absence of the Z = 92 subshell closure near N = 126". Physics Letters B. 771: 303–308. Bibcode:2017PhLB..771..303S. doi:10.1016/j.physletb.2017.03.074 alt=Dapat diakses gratis. 
  9. ^ Huang, T. H.; et al. (2018). "Identification of the new isotope 224Np" (pdf). Physical Review C. 98 (4): 044302. Bibcode:2018PhRvC..98d4302H. doi:10.1103/PhysRevC.98.044302. 
  10. ^ Ditambah radium (unsur 88). Meskipun sebenarnya radium adalah sub-aktinida, ia segera mendahului aktinium (89) dan mengikuti celah ketidakstabilan tiga unsur setelah polonium (84) di mana tidak ada nuklida yang memiliki waktu paruh setidaknya empat tahun (nuklida yang berumur paling panjang di celah tersebut adalah radon-222 dengan waktu paruh kurang dari empat hari). Isotop radium yang paling lama hidup memiliki waktu paruh 1.600 tahun, sehingga layak untuk dimasukkan ke dalam unsur di sini.
  11. ^ Khususnya dari fisi neutron termal uranium-235, misalnya dalam reaktor nuklir biasa.
  12. ^ Milsted, J.; Friedman, A. M.; Stevens, C. M. (1965). "The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248". Nuclear Physics. 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4. 
    "Analisis isotop mengungkapkan spesies bermassa 248 dalam kelimpahan konstan dalam tiga sampel yang dianalisis selama periode sekitar 10 bulan. Ini dianggap berasal dari isomer 248Bk dengan waktu paruh lebih besar dari 9 [tahun]. Tidak ada pertumbuhan 248Cf yang terdeteksi, dan batas bawah untuk waktu paruh β dapat ditetapkan sekitar 104 [tahun]. Tidak ada aktivitas alfa yang disebabkan oleh isomer baru yang terdeteksi; waktu paruh alfa mungkin lebih besar dari 300 [tahun]."
  13. ^ Ini adalah nuklida terberat dengan waktu paruh setidaknya empat tahun sebelum "lautan ketidakstabilan".
  14. ^ Tidak termasuk nuklida yang "stabil secara klasik" dengan waktu paruh secara signifikan melebihi 232Th; misalnya, 113mCd memiliki waktu paruh hanya empat belas tahun, 113Cd hampir delapan kuadriliun tahun.
  15. ^ Final Report, Evaluation of nuclear criticality safety data and limits for actinides in transport Diarsipkan 19 Mei 2011 di Wayback Machine., Republic of France, Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, Département de Prévention et d'étude des Accidents.
  16. ^ Analysis of the Reuse of Uranium Recovered from the Reprocessing of Commercial LWR Spent Fuel, United States Department of Energy, Oak Ridge National Laboratory.
  17. ^ **Jukka Lehto; Xiaolin Hou (2011). "15.15: Neptunium". Chemistry and Analysis of Radionuclides (edisi ke-1). John Wiley & Sons. 231. ISBN 3527633022. 
  18. ^ a b Jerome, S.M.; Ivanov, P.; Larijani, C.; Parker, D.J.; Regan, P.H. (2014). "The production of Neptunium-236g". Journal of Environmental Radioactivity. 138: 315–322. doi:10.1016/j.jenvrad.2014.02.029. 
  19. ^ P. Weiss (26 Oktober 2002). "Neptunium Nukes? Little-studied metal goes critical". Science News. 162 (17): 259. doi:10.2307/4014034. Diarsipkan dari versi asli tanggal 15 Desember 2012. Diakses tanggal 13 Juli 2022.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
  20. ^ Witze, Alexandra (27 November 2014). "Nuclear power: Desperately seeking plutonium". Nature (dalam bahasa Inggris). 515 (7528): 484–486. Bibcode:2014Natur.515..484W. doi:10.1038/515484a alt=Dapat diakses gratis. 
  • Massa isotop dari:
    • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties", Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 
  • Komposisi isotop dan massa atom standar dari:
    • de Laeter, John Robert; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin J. R.; Taylor, Philip D. P. (2003). "Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 75 (6): 683–800. doi:10.1351/pac200375060683 alt=Dapat diakses gratis. 
    • Wieser, Michael E. (2006). "Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2051–2066. doi:10.1351/pac200678112051 alt=Dapat diakses gratis. 
  • "News & Notices: Standard Atomic Weights Revised". International Union of Pure and Applied Chemistry. 19 Oktober 2005. 
  • Data waktu paruh, spin, dan isomer dipilih dari sumber-sumber berikut.
  • l
  • b
  • s
1
H
2
He
3
Li
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
11
Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
55
Cs
56
Ba
57
La
1 asterisk 72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
87
Fr
88
Ra
89
Ac
1 asterisk 104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Cn
113
Nh
114
Fl
115
Mc
116
Lv
117
Ts
118
Og
 
1 asterisk 58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
1 asterisk 90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr
  • Tabel nuklida
  • Kategori: Isotop
  • Tabel nuklida
  • Isotop metastabil
  • Isotop berdasarkan unsur