Нептуний-237

Нептуний-237
Схема распада нептуния-237 (упрощенная) Таблица нуклидов
Общие сведения
Название, символ	Нептуний-237, 237Np
Нейтронов	144
Протонов	93
Свойства нуклида
Атомная масса	237,0481734(20)[1] а. е. м.
Избыток массы	44 873,3(18)[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	7574,982(8)[1] кэВ
Период полураспада	2,144(7)·106[2] лет
Продукты распада	233Pa
Родительские изотопы	ε) 241Am (α)
Спин и чётность ядра	5/2+[2]
Канал распада	Энергия распада
α-распад	4,9583(12)[1] МэВ

Непту́ний-237 — радиоактивный нуклид химического элемента нептуния с атомным номером 93 и массовым числом 237. Наиболее долгоживущий изотоп нептуния, период полураспада 2,144(7)·10⁶ лет. Был открыт в 1942 году Гленом Сиборгом и Артуром Валем (англ.)^[3] в результате бомбардировки урана-238 нейтронами^[4]:

$\mathrm{^{238}_{92}U} (\mathrm{n}, \mathrm{2n}) \mathrm{^{237}_{92}U} \ \xrightarrow[6,75\ \mathrm{d}]{\beta^-\ 518,6\ \mathrm{keV}} \ \mathrm{^{237}_{93}Np}.$

Период полураспада этого нуклида мал по сравнению с возрастом Земли, поэтому в природных минералах нептуний встречается лишь в ничтожных количествах; первичный (существовавший в момент образования Земли) нептуний-237 давно распался, и в настоящее время в природе существует лишь радиогенный нептуний. Источником изотопов нептуния в природе являются ядерные реакции, протекающие в урановых рудах под воздействием нейтронов космического излучения и спонтанного деления урана-238^[5]. Максимальное соотношение ²³⁷Np к урану в природе составляет 1,2·10^−12[4].

Является родоначальником вымершего радиоактивного семейства 4n+1, называемого рядом нептуния; все члены этого семейства (кроме предпоследнего, висмута-209) давно распались.

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 26,03 МБк.

Образование и распад

Нептуний-237 образуется в результате следующих распадов:

• β⁻-распад нуклида [2] суток):

$\mathrm{^{237}_{92}U} \rightarrow\, \mathrm{^{237}_{93}Np} + e^- + \bar{\nu}_e;$

• Осуществление ε-захвата нуклидом [2] суток):

$\mathrm{^{237}_{94}Pu} + e^- \rightarrow\, \mathrm{^{237}_{93}Np} + \nu_e;$

• α-распад нуклида ²⁴¹Am (период полураспада составляет 432,2(7)^[2] лет):

$\mathrm{^{241}_{95}Am} \rightarrow\, \mathrm{^{237}_{93}Np} + \mathrm{^{4}_{2}He}.$

Из возможных каналов распада нептуния-237 экспериментально обнаружен только α-распад в ²³³Pa (вероятность 100 %^[2], энергия распада 4958,3(12) кэВ^[1]):

$\mathrm{^{237}_{93}Np} \rightarrow\, \mathrm{^{233}_{91}Pa} + \mathrm{^{4}_{2}He}.$

Спектр испускаемых при распаде α-частиц является сложным и состоит из более чем 20 моноэнергетических линий^[4], наиболее вероятны каналы распада с энергиями альфа-частиц 4788,0, 4771,4 и 4766,5 кэВ (соответствующие вероятности 47,64 %, 23,2 %, 9,3 %)^[6]. Распад также сопровождается излучением гамма-квантов (и конверсионных электронов) с энергиями от 5,5 до 279,7 кэВ^[7] (наиболее характерны линии 29,37 и 86,48 кэВ с соответствующими вероятностями 14,12 % и 12,4 %)^[6] и квантов рентгеновского излучения дочерним ²³³Pa.

Другие каналы распада

Спонтанное деление теоретически возможно, но в эксперименте не наблюдалось (вероятность ≤ 2·10⁻¹⁰ %)^[2]. То же относится и к кластерному распаду; экспериментально установленное верхнее ограничение на вероятность кластерного распада с вылетом ядра [2].

Получение

Нептуний-237 образуется в урановых реакторах в результате той же реакции, которая привела к открытию данного нуклида. Содержание ²³⁷Np в облученном урановом топливе невелико и оценивается величиной, приблизительно равной 0,1 — 0,3 % от образовавшегося плутония или 10⁻⁴ — 10⁻⁶ % по массе от содержания урана. При использовании уранового топлива, обогащенного изотопами ²³⁵U и ²³⁶U, нептуний-237 образуется преимущественно по следующей ядерной реакции^[4][5]:

$\mathrm{^{235}_{92}U} (\mathrm{n}, \gamma) \mathrm{^{236}_{92}U} (\mathrm{n}, \gamma) \mathrm{^{237}_{92}U} \ \xrightarrow[6,75\ d]{\beta^-\ 518,6\ keV} \ \mathrm{^{237}_{93}Np} .$

Таким образом, основным сырьем для получения нептуния являются отходы плутониевого производства, получаемые при переработке облученного уранового топлива.

Нептуний-237 высокой чистоты получают из препаратов америция-241^[5].

Выделение изотопов нептуния осуществляется осаждением, ионным обменом, экстракцией и экстракционно-хроматографическим методом^[5].

Применение

Путём облучения нейтронами нептуния-237 получают весовые количества изотопно чистого плутония-238, который используется в малогабаритных радиоизотопных источниках энергии (например, в РИТЭГах, кардиостимуляторах)^[8].

См. также

• Изотопы нептуния

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4 5} G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
2. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8} G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
3. ↑ Волков В. А., Вонский Е. В., Кузнецова Г. И. Выдающиеся химики мира. — М.: Высшая школа, 1991. — С. 603. — 656 с.
4. ↑ ^{1 2 3 4} Михайлов В. А. Аналитическая химия нептуния. — М.: «Наука», 1971. — С. 5-12. — 218 с. — (Аналитическая химия элементов). — 1700 экз.
5. ↑ ^{1 2 3 4} Химическая энциклопедия: в 5 т. / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 216-217. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8
6. ↑ ^{1 2} Свойства ²³⁷Np на сайте МАГАТЭ (IAEA, International Atomic Energy Agency)
7. ↑ WWW Table of Radioactive Isotopes  (англ.). — Свойства ²³⁷Np. Архивировано из первоисточника 27 июля 2012. Проверено 2 апреля 2011.
8. ↑ Химическая энциклопедия, 1992, с. 581

Легче: Нептуний-236	Нептуний-237 является изотопом нептуния	Тяжелее: Нептуний-238
Изотопы элементов · Таблица нуклидов