Главная
Статьи





25.05.2022


25.05.2022


25.05.2022


25.05.2022


25.05.2022






Нептуний-237

21.01.2022

Нептуний-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 Гленном Сиборгом и Артуром Валем в результате бомбардировки урана-238 нейтронами:

92 238 U ( n , 2 n ) 92 237 U   → 6 , 75   d β −   518 , 6   k e V   93 237 N p . {displaystyle mathrm {^{238}_{92}U} (mathrm {n} ,mathrm {2n} )mathrm {^{237}_{92}U} {xrightarrow[{6,75 mathrm {d} }]{eta ^{-} 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. Максимальное соотношение 237Np к урану в природе составляет 1,2⋅10−12.

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 237U (период полураспада составляет 6,75(1) суток):
92 237 U → 93 237 N p + e − + ν ¯ e ; {displaystyle mathrm {^{237}_{92}U} ightarrow ,mathrm {^{237}_{93}Np} +e^{-}+{ar { u }}_{e};}
  • Осуществление e-захвата нуклидом 237Pu (период полураспада составляет 45,2(1) суток):
94 237 P u + e − → 93 237 N p + ν e ; {displaystyle mathrm {^{237}_{94}Pu} +e^{-} ightarrow ,mathrm {^{237}_{93}Np} + u _{e};}
  • α-распад нуклида 241Am (период полураспада составляет 432,2(7) лет):
95 241 A m → 93 237 N p + 2 4 H e . {displaystyle mathrm {^{241}_{95}Am} ightarrow ,mathrm {^{237}_{93}Np} +mathrm {^{4}_{2}He} .}

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

93 237 N p → 91 233 P a + 2 4 H e . {displaystyle mathrm {^{237}_{93}Np} ightarrow ,mathrm {^{233}_{91}Pa} +mathrm {^{4}_{2}He} .}

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 ≤ 2⋅10−10 %). То же относится и к кластерному распаду; экспериментально установленное верхнее ограничение на вероятность кластерного распада с вылетом ядра 30Mg по реакции

93 237 N p → 81 207 T l + 12 30 M g {displaystyle mathrm {^{237}_{93}Np} ightarrow ,mathrm {^{207}_{81}Tl} +mathrm {^{30}_{12}Mg} }

составляет ≤4⋅10−12 %.

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:

92 235 U ( n , γ ) 92 236 U ( n , γ ) 92 237 U   → 6 , 75   d β −   518 , 6   k e V   93 237 N p . {displaystyle mathrm {^{235}_{92}U} (mathrm {n} ,gamma )mathrm {^{236}_{92}U} (mathrm {n} ,gamma )mathrm {^{237}_{92}U} {xrightarrow[{6,75 d}]{eta ^{-} 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.

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).