Нептуний-237

Шаблон:Нуклид Непту́ний-237 — радиоактивный нуклид химического элемента нептуния с атомным номером 93 и массовым числом 237. Наиболее долгоживущий изотоп нептуния, период полураспада Шаблон:Nobr. Был открыт в 1942 году Гленном Сиборгом и Артуром Валем в результате бомбардировки урана-238 нейтронами:

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{8}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}(\mathrm{n},\mathrm{2}\mathrm{n}){}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}\underset{6,75\mathrm{d}}{\overset{{\beta }^{-}518,6\mathrm{k}\mathrm{e}\mathrm{V}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}.$

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. Максимальное соотношение ²³⁷Np к урану в природе составляет 1,2Шаблон:E.

Является родоначальником вымершего радиоактивного семейства 4Шаблон:Math+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) суток):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e;$

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

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}\mathrm{P}\mathrm{u}+e^{-}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}+{\nu }_e;$

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

${}^{\mathrm{2}\mathrm{4}\mathrm{1}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{5}}\mathrm{A}\mathrm{m}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}+{}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e}.$

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

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{3}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}\mathrm{P}\mathrm{a}+{}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e}.$

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

Другие каналы распада

Спонтанное деление теоретически возможно, но в эксперименте не наблюдалось (вероятность ≤ 2Шаблон:E %). То же относится и к кластерному распаду; экспериментально установленное верхнее ограничение на вероятность кластерного распада с вылетом ядра ³⁰Mg по реакции

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{8}\mathrm{1}}\mathrm{T}\mathrm{l}+{}^{\mathrm{3}\mathrm{0}}{}_{\mathrm{1}\mathrm{2}}\mathrm{M}\mathrm{g}$

составляет ≤4Шаблон:E %.

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%. При использовании уранового топлива, обогащенного изотопами ²³⁵U и ²³⁶U, нептуний-237 образуется преимущественно по следующей ядерной реакции:

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{5}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}(\mathrm{n},\gamma ){}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{6}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}(\mathrm{n},\gamma ){}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}\underset{6,75d}{\overset{{\beta }^{-}518,6keV}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{7}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}.$

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.

Выделение изотопов нептуния осуществляется осаждением, ионным обменом, экстракцией и экстракционно-хроматографическим методом.

Применение

Путём облучения нейтронами нептуния-237 получают весовые количества изотопно чистого плутония-238, который используется в малогабаритных радиоизотопных источниках энергии (например, в РИТЭГах, кардиостимуляторах)Шаблон:Sfn.

См. также

• Изотопы нептуния