Isotop neptunium
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
sunting| 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: | |||||||||||||||||||
- ^ mNp – Isomer nuklir tereksitasi.
- ^ ( ) – Ketidakpastian (1σ) diberikan dalam bentuk ringkas dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.
- ^ # – 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).
- ^
Mode peluruhan:
CD: Peluruhan gugus EC: Penangkapan elektron IT: Transisi isomerik SF: Fisi spontan - ^ Simbol miring tebal sebagai anak – Produk anak hampir stabil.
- ^ ( ) nilai spin – Menunjukkan spin dengan argumen penempatan yang lemah.
- ^ a b # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga (trends of neighboring nuclides, TNN).
- ^ a b Nuklida fisil
- ^ Nuklida yang paling umum
- ^ a b Diproduksi melalui penangkapan neutron dalam bijih uranium
- ^ Produk peluruhan antara dari 244Pu
Aktinida vs produk fisi
suntingAktinida dan produk fisi menurut waktu paruh
| ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 | |||||
| ||||||||
Isotop penting
suntingNeptunium-235
suntingNeptunium-235 memiliki 142 neutron dan waktu paruh 396,1 hari. Isotop ini meluruh melalui:
- Emisi alfa: energi peluruhannya 5,2 MeV dan produk peluruhannya adalah 231Pa.
- Penangkapan elektron: energi peluruhannya 0,125 MeV dan produk peluruhannya adalah 235U
Isotop neptunium ini memiliki berat 235,0440633 u.
Neptunium-236
suntingNeptunium-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
sunting
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
suntingKetika 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
sunting- ^ 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.
- ^ [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]
- ^ Bounding Analysis of Effects of Fractionation of Radionuclides in Fallout on Estimation of Doses to Atomic Veterans DTRA-TR-07-5. 2007
- ^ 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.
- ^ 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
.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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 .
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Khususnya dari fisi neutron termal uranium-235, misalnya dalam reaktor nuklir biasa.
- ^ 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]." - ^ Ini adalah nuklida terberat dengan waktu paruh setidaknya empat tahun sebelum "lautan ketidakstabilan".
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Analysis of the Reuse of Uranium Recovered from the Reprocessing of Commercial LWR Spent Fuel, United States Department of Energy, Oak Ridge National Laboratory.
- ^ **Jukka Lehto; Xiaolin Hou (2011). "15.15: Neptunium". Chemistry and Analysis of Radionuclides (edisi ke-1). John Wiley & Sons. 231. ISBN 3527633022.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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 .
- 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 .
- 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 .
- 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
- "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.
- 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
- National Nuclear Data Center. "NuDat 2.x database". Laboratorium Nasional Brookhaven.
- Holden, Norman E. (2004). "11. Table of the Isotopes". Dalam Lide, David R. CRC Handbook of Chemistry and Physics (edisi ke-85). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0485-9.