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.

Isotop utama neptunium

Iso­top Peluruhan kelim­pahan waktu paruh (t1/2) mode pro­duk ^235Np sintetis 396,1 hri α ^231Pa ε ^235U ^236Np sintetis 1,54×10^5 thn ε ^236U β^− ^236Pu α ^232Pa ^237Np renik 2,144×10^6 thn α ^233Pa ^239Np renik 2,356 hri β^− ^239Pu

lihat bicara sunting

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

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 (t_1/2 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."

Daftar isotop

Nuklida	Z	N	Massa isotop (Da)	Waktu paruh	Mode peluruhan	Isotop anak	Spin dan paritas	Kelimpahan isotop
	Energi eksitasi
219Np	93	126	219,03162(9)	0,15(+0,72-0,07) mdtk	α	^215Pa	(9/2−)
220Np	93	127	220,03254(21)#	25(+14-7) μdtk	α	^216Pa	1-#
222Np	93	129	380(+260-110) ndtk	α	^218Pa	1-#
223Np	93	130	223,03285(21)#	2,15(+100-52) μdtk	α	^219Pa	9/2−
224Np	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	93	143	236,04657(5)	1,54(6)×10^5 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	93	144	237,0481734(20)	2,144(7)×10^6 thn	α	^233Pa	5/2+	Renik
					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
240Np	93	147	240,056162(16)	61,9(2) mnt	β^−	^240Pu	(5+)	Renik
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. # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga (trends of neighboring nuclides, TNN).
8. Nuklida fisil
9. Nuklida yang paling umum
10. 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 menurut rantai peluruhan	Rentang waktu paruh (a)	Produk fisi ^235U menurut hasil
4n		4n + 1	4n + 2	4n + 3	4,5–7%	0,04–1,25%	<0,001%
^228Ra^№	4–6 a	^155Eu^þ
^244Cm^ƒ	^241Pu^ƒ	^250Cf	^227Ac^№	10–29 a	^90Sr	^85Kr	^113mCd^þ
^232U^ƒ	^238Pu^ƒ	^243Cm^ƒ	29–97 a	^137Cs	^151Sm^þ	^121mSn
^248Bk	^249Cf^ƒ	^242mAm^ƒ	141–351 a	Tidak ada produk fisi yang memiliki waktu paruh dalam rentang 100 a–210 ka ...
^241Am^ƒ	^251Cf^ƒ	430–900 a
^226Ra^№	^247Bk	1,3–1,6 ka
^240Pu	^229Th	^246Cm^ƒ	^243Am^ƒ		4,7–7,4 ka
^245Cm^ƒ	^250Cm	8,3–8,5 ka
^239Pu^ƒ	24,1 ka
^230Th^№	^231Pa^№	32–76 ka
^236Np^ƒ	^233U^ƒ	^234U^№	150–250 ka	^99Tc^₡	^126Sn
^248Cm	^242Pu	327–375 ka	^79Se^₡
1,53 Ma	^93Zr
^237Np^ƒ	2,1–6,5 Ma	^135Cs^₡	^107Pd
^236U	^247Cm^ƒ	15–24 Ma	^129I^₡
^244Pu	80 Ma	... maupun lebih dari 15,7 Ma
^232Th^№	^238U^№	^235U^ƒ№	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:

• 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

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).

²³⁶Np diproduksi dalam jumlah kecil melalui reaksi penangkapan (n,2n) dan (γ,n) dari ²³⁷Np, namun, hampir tidak mungkin untuk memisahkannya dalam jumlah yang signifikan dari induknya, ²³⁷Np. 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. 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.

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. 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.

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 . 
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 . 
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 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. 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 . 

• 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 . 
• "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.