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 (t_1/2 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

Neptúnium-235

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

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

A neptúnium-237 (egyszerűsített) bomlási sémája

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

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

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−)

1. Rövidítések:
   CD: Klaszterbomlás
   EC: Elektronbefogás
   IT: Izomer átmenet
   SF: Spontán maghasadás
2. Maghasadásra képes nuklid
3. A leggyakoribb nuklid

Megjegyzések

• 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.