Isótopos de neptunio - Isotopes of neptunium

Isótopos principales del neptunio   ( 93 Np)
Isótopo Decaer
abundancia vida media ( t 1/2 ) modo producto
235 Np syn 396,1 días 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 rastro 2,144 × 10 6  y α 233 Pa
239 Np rastro 2.356 días β - 239 Pu

El neptunio ( 93 Np) generalmente se considera un elemento artificial , aunque se encuentran trazas en la naturaleza, por lo que no se puede dar un peso atómico estándar . Como todos los elementos traza o artificiales, no tiene isótopos estables . El primer isótopo que se sintetizó e identificó fue 239 Np en 1940, producido al bombardear 238 U con neutrones para producir 239 U, que luego experimentó la desintegración beta a 239 Np.

Se encuentran trazas en la naturaleza a partir de reacciones de captura de neutrones por átomos de uranio , un hecho que no se descubrió hasta 1951.

Se han caracterizado veinticinco radioisótopos de neptunio , siendo el más estable 237
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con una vida media de 2,14 millones de años, 236
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con una vida media de 154.000 años, y 235
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con una vida media de 396,1 días. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias inferiores a 4,5 días, y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a 50 minutos. Este elemento también tiene 4 estados meta , siendo el más estable Los 236m
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(t 1/2 22,5 horas).

Los isótopos del neptunio van desde 219
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a 244
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, aunque el isótopo intermedio 221
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aún no se ha observado. El modo de desintegración primario antes del isótopo más estable, 237
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, es la captura de electrones (con una gran cantidad de emisión alfa ), y el modo primario después es la emisión beta . Los productos de descomposición primaria antes 237
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son isótopos de uranio y protactinio , y los productos primarios posteriores son isótopos de plutonio . El uranio-237 y el neptunio-239 se consideran los principales radioisótopos peligrosos en el primer período de una hora a la semana después de la lluvia radiactiva de una detonación nuclear, con 239 Np dominando "el espectro durante varios días".

Lista de isótopos

Nucleido
Z norte Masa isotópica ( Da )
Media vida

Modo de decaimiento


Isótopo hija

Spin y
paridad

Abundancia isotópica
Energía de excitación
219
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93 126 219.03162 (9) 0,15 (+ 0,72-0,07) ms α 215 Pa (9 / 2−)
220
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93 127 220.03254 (21) # 25 (+ 14-7) μs α 216 Pa 1- #
222
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93 129 380 (+ 260-110) ns α 218 Pa 1- #
223
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93 130 223.03285 (21) # 2,15 (+ 100-52) μs α 219 Pa 9 / 2−
224
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93 131 224.03422 (21) # 38 (+ 26-11) μs α (83%) 220m1 Pa 1- #
α (17%) 220m2 Pa
225
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93 132 225.03391 (8) 6 (5) ms α 221 Pa 9 / 2− #
226
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93 133 226.03515 (10) # 35 (10) ms α 222 Pa
227
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93 134 227.03496 (8) 510 (60) ms α (99,95%) 223 Pa 5 / 2− #
β + (.05%) 227 U
228
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93 135 228.03618 (21) # 61,4 (14) s β + (59%) 228 U
α (41%) 224 Pa
β + , SF (0,012%) (varios)
229
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93 136 229.03626 (9) 4,0 (2) min α (51%) 225 Pa 5/2 + #
β + (49%) 229 U
230
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93 137 230.03783 (6) 4,6 (3) min β + (97%) 230 U
α (3%) 226 Pa
231
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93 138 231.03825 (5) 48,8 (2) min β + (98%) 231 U (5/2) (+ #)
α (2%) 227 Pa
232
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93 139 232.04011 (11) # 14,7 (3) min β + (99,99%) 232 U (4+)
α (0,003%) 228 Pa
233
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93 140 233.04074 (5) 36,2 (1) min β + (99,99%) 233 U (5/2 +)
α (0,001%) 229 Pa
234
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93 141 234.042895 (9) 4,4 (1) d β + 234 U (0+)
235
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93 142 235.0440633 (21) 396,1 (12) d CE 235 U 5/2 +
α (0,0026%) 231 Pa
236
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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
Los 236m
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60 (50) keV 22,5 (4) horas CE (52%) 236 U 1
β - (48%) 236 Pu
237
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93 144 237.0481734 (20) 2,144 (7) × 10 6  y α 233 Pa 5/2 + Rastro
SF (2 × 10 −10 %) (varios)
CD (4 × 10 −12 %) 207 Tl
30 Mg
238
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93 145 238.0509464 (20) 2.117 (2) d β - 238 Pu 2+
Los 238m
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2300 (200) # keV 112 (39) ns
239
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93 146 239.0529390 (22) 2,356 (3) d β - 239 Pu 5/2 + Rastro
240
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93 147 240.056162 (16) 61,9 (2) mínimo β - 240 Pu (5+) Rastro
Los 240m
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20 (15) keV 7.22 (2) min β - (99,89%) 240 Pu 1 (+)
ES (.11%) 240 Np
241
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93 148 241.05825 (8) 13,9 (2) min β - 241 Pu (5/2 +)
242
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93 149 242.06164 (21) 2,2 (2) min β - 242 Pu (1+)
Los 242m
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0 (50) # keV 5,5 (1) min 6 + #
243
Notario público
93 150 243.06428 (3) # 1,85 (15) min β - 243 Pu (5 / 2−)
244
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93 151 244.06785 (32) # 2,29 (16) min β - 244 Pu (7−)
  1. ^ m Np: isómero nuclear excitado .
  2. ^ () - La incertidumbre (1 σ ) se da de forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
  3. ^ # - Masa atómica marcada con #: valor e incertidumbre derivados no de datos puramente experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de la masa de superficie (TMS).
  4. ^ Modos de descomposición:
    CD: Decaimiento del racimo
    CE: Captura de electrones
    ESO: Transición isomérica
    SF: Fisión espontánea
  5. ^ Símbolo en negrita y cursiva como hija: el producto secundario es casi estable.
  6. ^ () valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.
  7. ^ a b # - Los valores marcados con # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
  8. ^ Un b fisionables nucleido
  9. ^ Nuclido más común
  10. ^ a b Producido por captura de neutrones en mineral de uranio
  11. ^ Producto de desintegración intermedio de 244 Pu

Actínidos frente a productos de fisión

Actínidos y productos de fisión por vida media
Actínidos por cadena de desintegración
Rango de vida media ( a )
Productos de fisión de 235 U por rendimiento
4 n 4 n +1 4 n +2 4 n +3
4,5–7% 0,04-1,25% <0,001%
228 Ra 4 a 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 C 151 Sm þ 121m Sn
248 Bk 249 Cf ƒ 242 m am ƒ 141–351 a

Ningún producto de fisión
tiene una vida media
en el rango 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 mil 246 cm ƒ 243 am ƒ 4,7 a 7,4 ka
245 cm ƒ 250 cm 8,3–8,5 ka
239 Pu ƒ 24,1 ka
230 mil 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

... ni más allá de 15,7 Ma

232 mil 238 U 235 U ƒ№ 0,7-14,1 Ga

Leyenda de los símbolos en superíndice
₡ tiene una sección transversal de captura de neutrones térmicos en el rango de 8 a 50 graneros
ƒ  isómero fisible
metaestable
№ principalmente un material radiactivo de origen natural (NORM)
þ  veneno de neutrones (sección transversal de captura de neutrones térmicos superior a 3k graneros)
† rango 4-97 a: producto de fisión de vida media
‡ más de 200 ka: producto de fisión de vida larga

Isótopos notables

Neptunio-235

El neptunio-235 tiene 142 neutrones y una vida media de 396,1 días. Este isótopo se descompone por:

Este isótopo de neptunio tiene un peso de 235.044 063 3 u.

Neptunio-236

El neptunio-236 tiene 143 neutrones y una vida media de 154.000 años. Puede descomponerse por los siguientes métodos:

  • Captura de electrones : la energía de desintegración es 0,93 MeV y el producto de desintegración es uranio-236 . Esto generalmente se desintegra (con una vida media de 23 millones de años) a torio-232 .
  • Emisión beta : la energía de desintegración es de 0,48 MeV y el producto de desintegración es plutonio-236 . Este suele decaer (vida media 2,8 años) a uranio-232 , que suele decaer (vida media 69 años) a torio-228 , que en unos pocos años se convierte en plomo-208 .
  • Emisión alfa : la energía de desintegración es 5.007 MeV y el producto de desintegración es protactinio-232 . Este decae con una vida media de 1,3 días a uranio-232.

Este isótopo particular de neptunio tiene una masa de 236,04657 u. Es un material fisible con una masa crítica de 6,79 kg (15,0 lb).

236
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se produce en pequeñas cantidades a través de las reacciones de captura (n, 2n) y (γ, n) de 237
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, sin embargo, es casi imposible separar en cantidades significativas de su padre 237
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. Es por esta razón que a pesar de su baja masa crítica y alta sección transversal de neutrones, no se ha investigado como combustible nuclear en armas o reactores. Sin embargo, 236
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se ha considerado para su uso en espectrometría de masas y como trazador radiactivo , porque decae predominantemente por emisión beta con una vida media prolongada. Se han investigado varias rutas de producción alternativas para este isótopo, a saber, aquellas que reducen la separación isotópica de 237
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o el isómero Los 236m
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. Las reacciones más favorables para acumular 236
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se demostró que eran irradiaciones de protones y deuterones de uranio-238 .

Neptunio-237

Esquema de desintegración de neptunio-237 (simplificado)

237
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se desintegra a través de la serie del neptunio , que termina con talio-205 , que es estable, a diferencia de la mayoría de los otros actínidos , que se desintegran en isótopos estables de plomo .

En 2002, 237
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demostró ser capaz de sostener una reacción en cadena con neutrones rápidos , como en un arma nuclear , con una masa crítica de alrededor de 60 kg. Sin embargo, tiene una baja probabilidad de fisión en el bombardeo con neutrones térmicos , lo que lo hace inadecuado como combustible para plantas de energía nuclear de agua ligera (a diferencia de los reactores rápidos o los sistemas impulsados ​​por aceleradores , por ejemplo).

237
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es el único isótopo de neptunio producido en cantidad significativa en el ciclo del combustible nuclear , tanto por captura sucesiva de neutrones por el uranio-235 (que se fisiona la mayor parte del tiempo, pero no todo el tiempo) como por el uranio-236 , o (n, 2n) reacciones en las que el neutrón ocasionalmente golpea un neutrón suelto del uranio-238 o isótopos del plutonio . En el largo plazo, 237
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también se forma en el combustible nuclear gastado como producto de la desintegración del americio-241 .

237
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fue proyectado como uno de los nucleidos más móviles en el depósito de desechos nucleares de Yucca Mountain .

Uso en la producción de plutonio-238

Cuando se expone al bombardeo de neutrones 237
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puede capturar un neutrón, sufrir desintegración beta y convertirse en 238
Pu
, siendo este producto útil como fuente de energía térmica en un generador termoeléctrico de radioisótopos para la producción de electricidad y calor en sondas del espacio profundo (como las sondas New Horizons y Voyager ) y, de manera reciente, el Mars Science Laboratory (Curiosity vagabundo). Estas aplicaciones son económicamente prácticas cuando las fuentes de energía fotovoltaica son débiles o inconsistentes debido a que las sondas están demasiado lejos del sol o a los rovers que enfrentan eventos climáticos que pueden obstruir la luz solar durante períodos prolongados. Las sondas espaciales y los rovers también utilizan la salida de calor del generador para mantener calientes sus instrumentos y componentes internos.

Referencias