ネプツニウムの同位体

ネプツニウムの同位体（_93Np）
ε	235う
β −	236プウ
α	232パ
	ビュー; 話す; 編集;

ネプツニウム（_93Np）は、通常、人工元素と考えられていますが、自然界に微量存在するため、標準的な原子量を与えることはできません。微量元素や人工元素と同様に、安定同位体は存在しません。合成され、特定された最初の同位体は、1940年に^239Npで、爆撃によって生成されました。²³⁸
あなた
中性子を使って²³⁹
あなた
その後ベータ崩壊を起こして²³⁹
いいえ
。

自然界ではウラン原子による中性子捕獲反応によって微量が検出されているが、この事実は1951年まで発見されなかった。^[2]

ネプツニウムの放射性同位体は25種類存在し、最も安定しているのは²³⁷
いいえ
半減期は214万年で、²³⁶
いいえ
半減期は154,000年で、²³⁵
いいえ
半減期は396.1日である。残りの放射性同位体の半減期はすべて4.5日未満であり、その大部分は50分未満である。この元素には5つのメタ状態があり、最も安定しているのは^{236メートル}
いいえ
（t _1/2 22.5時間）。

ネプツニウムの同位体は²¹⁹
いいえ
に²⁴⁴
いいえ
ただし、中間同位体は²²¹
いいえ
まだ観測されていない。最も安定した同位体である²³⁷
いいえ
は電子捕獲（かなりのアルファ放出を伴う）であり、その後の主なモードはベータ放出である。²³⁷
いいえ
はウランとプロトアクチニウムの同位体であり、その後の主な生成物はプルトニウムの同位体である。ネプツニウムは陽子ドリップラインの位置がわかっている最も重い元素であり、最も軽い結合同位体は²²⁰ Npである。^[3]

同位体のリスト

^ ^m Np – 励起核異性体。
^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
^ # – # でマークされた原子質量: 値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されました。
^ 崩壊のモード:
^ 太字の斜体記号は娘製品です – 娘製品はほぼ安定しています。
^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。
^ ab # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種の傾向 (TNN) から導き出されたものです。
^ 2019年時点で、 陽子ドリップラインを超える最も重い既知の原子核。^{[アップデート]}
^ 核分裂性核種
^ 最も一般的な核種
^ ab ウラン鉱石中の中性子捕獲によって生成される
^ ²⁴⁴ Puの中間崩壊生成物

アクチニド対核分裂生成物

注目すべき同位体

ネプツニウム235

ネプツニウム 235 は142 個の中性子を持ち、半減期は 396.1 日です。この同位体は次のように崩壊します。

アルファ放出：崩壊エネルギーは5.2 MeVで、崩壊生成物はプロトアクチニウム231です。
電子捕獲：崩壊エネルギーは0.125 MeVで、崩壊生成物はウラン235である。

このネプツニウムの同位体の重さは 235.044 063 3 u です。

ネプツニウム236

ネプツニウム 236 は143 個の中性子を持ち、半減期は 154,000 年です。次の方法で崩壊します。

電子捕獲：崩壊エネルギーは 0.93 MeV で、崩壊生成物はウラン 236です。これは通常、半減期 2,300 万年でトリウム 232に崩壊します。
ベータ放出：崩壊エネルギーは 0.48 MeV で、崩壊生成物はプルトニウム 236です。これは通常、ウラン 232に崩壊し（半減期 2.8 年）、ウラン 232 は通常、トリウム 228に崩壊し（半減期 69 年）、トリウム 228 は数年後に鉛 208に崩壊します。
アルファ放出: 崩壊エネルギーは 5.007 MeV で、崩壊生成物はプロトアクチニウム 232です。これは半減期 1.3 日でウラン 232 に崩壊します。

このネプツニウム同位体の質量は236.04657 uです。これは核分裂性物質であり、推定臨界質量は6.79 kg (15.0 lb)ですが、 ^[16]正確な実験データは入手できません。^[17]

²³⁶
いいえ
（n,2n）および（γ,n）捕獲反応によって少量生成される。²³⁷
いいえ
^[18]しかし、親化合物から大量に分離することはほぼ不可能である。²³⁷
いいえ
^[19]このため、臨界質量が低く中性子断面積が大きいにもかかわらず、核兵器や原子炉の燃料として広く研究されてこなかった。^[17]それにもかかわらず、²³⁶
いいえ
は、半減期が長く、ベータ線放出によって主に崩壊するため、質量分析や放射性トレーサーとしての使用が検討されている。 ^[20]この同位体の製造には、同位体分離を減らす方法など、いくつかの代替方法が研究されている。²³⁷
いいえ
または異性体 ^{236メートル}
いいえ
蓄積するための最も好ましい反応²³⁶
いいえ
ウラン238の陽子と重陽子の照射であることが示された。^[20]

ネプツニウム237

²³⁷
いいえ
ネプツニウム系列を経て崩壊し、安定なタリウム 205で終了します。他のほとんどのアクチノイド元素が鉛の安定同位体に崩壊するのとは異なり、タリウム 205 は安定しています。

2002年、²³⁷
いいえ
核兵器のように、臨界質量が約60kgの高速中性子との連鎖反応を維持できることが示されています。 ^{[21]しかし、}熱中性子の照射による核分裂の確率は低いため、軽水型原子力発電所の燃料としては適していません（たとえば、高速炉や加速器駆動システムとは異なります）。

使用済み核燃料の在庫

²³⁷
いいえ
は、核燃料サイクルで大量に生成される唯一のネプツニウム同位体であり、ウラン235（ほとんどの場合核分裂するが常にではない）とウラン236による連続的な中性子捕獲、または高速中性子が時折ウラン238またはプルトニウムの同位体から中性子を叩き出す（n,2n）反応の両方によって生成される。長期的には、²³⁷
いいえ
使用済み核燃料中にはアメリシウム241の崩壊生成物として生成されます。

²³⁷
いいえ
ユッカマウンテン核廃棄物貯蔵所（ネバダ州）の地下水面より上の火山性凝灰岩の不飽和帯では酸化条件が優勢であり、そこでは最も移動性の高い放射性核種の1つであると考えられています。

原材料²³⁸
プ生産

中性子の衝撃を受けると²³⁷
いいえ
中性子を捕獲し、ベータ崩壊を起こし、²³⁸
プ
この製品は、電気と熱を生成するための放射性同位元素熱電発電機（RTGまたはRITEG）の熱エネルギー源として役立ちます。最初のタイプの熱電発電機SNAP（原子力補助電力システム）は、1960年代にNASAによって開発され、アポロ計画中に宇宙飛行士が月面に残した機器に電力を供給するために使用されました。熱電発電機は、パイオニア10号および11号ミッション、ボイジャー計画、カッシーニ-ホイヘンス計画、ニューホライズンズなどの深宇宙探査機にも搭載されました。また、火星の冷たい表面を探査するマーズ・サイエンス・ラボラトリー（キュリオシティローバー）とマーズ2020ミッション（パーサヴィアランスローバー）に電力と熱を供給しています。キュリオシティとパーサヴィアランスの探査車はどちらも、 MMRTGと呼ばれるより効率的で標準化されたシステムである、マルチミッションRTGの最新バージョンを搭載しています。

これらのアプリケーションは、探査機が太陽から遠すぎるために太陽光発電源が弱かったり不安定だったりする場合や、探査機が長期間太陽光を遮る可能性のある気候イベント（火星の砂嵐など）に直面している場合に経済的に実用的です。宇宙探査機や探査機は、発電機の熱出力を利用して機器や内部を暖かく保ちます。^[22]

不足²³⁷
いいえ備蓄

半減期が長い（T _½～88年）²³⁸
プ
また、車載電子部品の動作を妨げたり、人体に放射線を照射したりする可能性のあるγ線が存在しないことから、電気熱発生装置に最適な放射性核種となっています。

²³⁷
いいえ
したがって、²³⁸
プ
これは、メンテナンス不要で信頼性が高く長持ちするエネルギー源を必要とする深宇宙探査機にとって不可欠です。

備蓄の ²³⁸
プ
マンハッタン計画以来、ハンフォード核施設（ワシントン州で1943年から1977年まで稼働）と核兵器の開発により米国で蓄積された核燃料は、現在ほぼ枯渇している。²³⁷
いいえ
照射された核燃料からの放射能除去は、²³⁸
プ
ロボット探査機による宇宙探査に必要な在庫を補充するために生産します。

ネプツニウム239

ネプツニウム239は中性子を146個持ち、半減期は2.356日です。短寿命のウラン239の^β崩壊によって生成され、さらにβ崩壊してプルトニウム239になります^。これがプルトニウムの主な製造ルートで、ウラン238の中性子捕獲によって^239Uが製造されます。^[23]

ウラン237とネプツニウム239は、核爆発による放射性降下物の後の最初の1時間から1週間で最も危険な放射性同位体とみなされており、^{239 Npは「数日間スペクトルを支配する」}^[24]^[25]。

参考文献

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^ ラジウム（元素番号88）も加わる。実際にはサブアクチニドであるが、アクチニウム（89）の直前に位置し、ポロニウム（84）の後に3元素の不安定性ギャップがあり、このギャップには半減期が4年以上の核種は存在しない（このギャップ内で最も長寿命の核種は半減期が4日未満のラドン222である）。ラジウムの同位体の中で最も寿命が長く、1,600年であるため、この元素をここに含める価値がある。
^具体的には、典型的な 原子炉におけるウラン 235 の熱中性子核分裂から生じます。
^ Milsted, J.; Friedman, AM; Stevens, CM (1965). 「ベルクリウム247のアルファ半減期; ベルクリウム248の新しい長寿命異性体」.核物理学. 71 (2): 299. Bibcode :1965NucPh..71..299M. doi :10.1016/0029-5582(65)90719-4.
「同位体分析により、約 10 か月にわたって分析された 3 つのサンプルに質量 248 の種が一定量存在することが分かりました。これは半減期が 9 年を超えるBk ^{248の異性体によるものと考えられます。Cf}^{248の増殖は検出されず、β}⁻半減期の下限は約 10 ⁴年と設定できます。新しい異性体に起因するアルファ活性は検出されていません。アルファ半減期はおそらく 300 年を超えています。」
^これは「 不安定の海」に入る前の半減期が少なくとも4年である最も重い核種です。
^ 半減期が²³² Th を大幅に超える「古典的に安定した」核種は除きます。たとえば、^113m Cd の半減期はわずか 14 年ですが、¹¹³ Cd の半減期は 8京年です。
^ 最終報告書、核臨界安全性データと輸送中のアクチニドの制限の評価(PDF) (報告書)。フランス共和国、放射線防護および安全核研究所、事故防止および事故対策局。 2011 年 5 月 19 日のオリジナル(PDF)からアーカイブされました。
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同位体質量:
- アウディ、ジョルジュ。ベルシヨン、オリヴィエ。ジャン・ブラショー。Wapstra、Aaldert Hendrik (2003)、「核および崩壊特性の NUBASE 評価」、核物理学 A、729 : 3–128、Bibcode :2003NuPhA.729....3A、doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11。 001
半減期、スピン、異性体データは、以下のソースから選択されています。
- アウディ、ジョルジュ。ベルシヨン、オリヴィエ。ジャン・ブラショー。Wapstra、Aaldert Hendrik (2003)、「核および崩壊特性の NUBASE 評価」、核物理学 A、729 : 3–128、Bibcode :2003NuPhA.729....3A、doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11。 001
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[4] Np – 励起核異性体。

[6] ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。

[TMS-7] # – # でマークされた原子質量: 値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されました。

[8] 崩壊のモード:

[9] 太字の斜体記号は娘製品です – 娘製品はほぼ安定しています。

[10] ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。

[TNN-11] # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種の傾向 (TNN) から導き出されたものです。

[13] ^ 2019年時点で、 陽子ドリップラインを超える最も重い既知の原子核。^{[アップデート]}

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[19] 最も一般的な核種

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[AME2016_II-5] Wang, M.; Audi, G.; Kondev, FG; Huang, WJ; Naimi, S.; Xu, X. (2017). 「AME2016 原子質量評価 (II). 表、グラフ、参考文献」(PDF) . Chinese Physics C . 41 (3): 030003-1–030003-442. doi :10.1088/1674-1137/41/3/030003.

[12] Yang, H; Ma, L; Zhang, Z; Yang, C; Gan, Z; Zhang, M; et al. (2018). 「半魔法核219Npのアルファ崩壊特性」. Physics Letters B. 777 : 212–216. Bibcode :2018PhLB..777..212Y. doi : 10.1016/j.physletb.2017.12.017 .

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[16] Huang, TH; et al. (2018). 「新しい同位体224Npの同定」（pdf） . Physical Review C. 98 ( 4): 044302. Bibcode :2018PhRvC..98d4302H. doi :10.1103/PhysRevC.98.044302. S2CID 125251822.

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[24] ^具体的には、典型的な 原子炉におけるウラン 235 の熱中性子核分裂から生じます。

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[26] ^これは「 不安定の海」に入る前の半減期が少なくとも4年である最も重い核種です。

[27] 半減期が²³² Th を大幅に超える「古典的に安定した」核種は除きます。たとえば、^113m Cd の半減期はわずか 14 年ですが、¹¹³ Cd の半減期は 8京年です。

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