Нептуний-237

Нептуний-237
Схема распада нептуния-237 (упрощенная)
Название, символ	Нептуний-237, ^237Np
Нейтронов	144
Свойства нуклида
Атомная масса	237,0481734(20)[1] а. е. м.
Дефект массы	44 873,3(18)[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	7574,982(8)[1] кэВ
Период полураспада	2,144(7)⋅10^6[2] лет
Продукты распада	^233Pa
Родительские изотопы	^237U (β^−) ^237Pu (ε) ^241Am (α)
Спин и чётность ядра	5/2^+[2]
Канал распада Энергия распада α-распад 4,9583(12)[1] МэВ
Таблица нуклидов

Непту́ний-237 — радиоактивный нуклид химического элемента нептуния с атомным номером 93 и массовым числом 237. Наиболее долгоживущий изотоп нептуния, период полураспада 2,144(7)⋅10^6 лет. Был открыт в 1942 году Гленном Сиборгом и Артуром Валем[3] в результате бомбардировки урана-238 нейтронами[4]:

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

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 (самый долгоживущий среди них — уран-233 имеет период полураспада 159 тыс. лет).

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

Образование и распад

Нептуний-237 образуется в результате следующих распадов:

• β^−-распад нуклида ^237U (период полураспада составляет 6,75(1)[2] суток):

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

• Осуществление e-захвата нуклидом ^237Pu (период полураспада составляет 45,2(1)[2] суток):

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

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

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

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

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

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 ^30Mg по реакции

${\displaystyle \mathrm {^{237}_{93}Np} \rightarrow \,\mathrm {^{207}_{81}Tl} +\mathrm {^{30}_{12}Mg} }$

составляет ≤4⋅10^−12 %[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 составляет примерно 500 г на тонну урана, или 0,05%[8]. При использовании уранового топлива, обогащенного изотопами ^235U и ^236U, нептуний-237 образуется преимущественно по следующей ядерной реакции[4][5]:

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

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)[9].

См. также

• Изотопы нептуния

Примечания

1. Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
2. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.
3. Волков В. А., Вонский Е. В., Кузнецова Г. И. Выдающиеся химики мира. — М.: Высшая школа, 1991. — С. 603. — 656 с.
4. Михайлов В. А. Аналитическая химия нептуния. — М.: «Наука», 1971. — С. 5-12. — 218 с. — (Аналитическая химия элементов). — 1700 экз.
5. 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. Свойства ^237Np на сайте МАГАТЭ (IAEA, International Atomic Energy Agency) (недоступная ссылка)
7. WWW Table of Radioactive Isotopes (англ.). — Свойства ^237Np. Дата обращения: 2 апреля 2011. Архивировано 27 июля 2012 года.
8. Отработанное ядерное топливо тепловых реакторов  (неопр.). Дата обращения: 30 марта 2021. Архивировано 15 мая 2021 года.
9. Химическая энциклопедия, 1992, с. 581.