Nuclidos artificiales con número atómico 93 pero con diferentes números de masa
El neptunio ( 93 Np) suele considerarse un elemento artificial , aunque se encuentran cantidades traza en la naturaleza, por lo que no se puede dar un peso atómico estándar . Como todos los elementos traza o artificiales, no tiene isótopos estables . El primer isótopo que se sintetizó e identificó fue el 239 Np en 1940, producido mediante bombardeo238 tú con neutrones para producir239 tú , que luego sufrió una desintegración beta para239 Notario público .
En la naturaleza se encuentran trazas de este compuesto a partir de reacciones de captura de neutrones por átomos de uranio , un hecho que no se descubrió hasta 1951. [2]
Se han caracterizado veinticinco radioisótopos de neptunio , siendo el más estable237 Notario público con una vida media de 2,14 millones de años,236 Notario público con una vida media de 154.000 años, y235 Notario público con una vida media de 396,1 días. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias inferiores a 4,5 días, y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a 50 minutos. Este elemento también tiene cinco estados meta , siendo el más estable236 m Notario público (t 1/2 22,5 horas).
^ ( ) – La incertidumbre (1 σ ) se da en forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
^ # – Masa atómica marcada con #: valor e incertidumbre derivados no de datos puramente experimentales, sino al menos en parte de tendencias de la Superficie de Masa (TMS).
^
Modos de descomposición:
^ Símbolo en negrita y cursiva como hija: el producto hija es casi estable.
^ ( ) valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.
^ ab # – Los valores marcados con # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
^ Núcleo más pesado conocido, a partir de 2019 [actualizar], que está más allá de la línea de goteo de protones .
Captura de electrones : la energía de desintegración es de 0,125 MeV y el producto de desintegración es uranio-235
Este isótopo del neptunio tiene un peso de 235,044 063 3 u.
Neptunio-236
El neptunio-236 tiene 143 neutrones y una vida media de 154.000 años. Puede desintegrarse mediante los siguientes métodos:
Captura de electrones : la energía de desintegración es de 0,93 MeV y el producto de desintegración es uranio-236 . Este se desintegra normalmente (con una vida media de 23 millones de años) en torio-232 .
Emisión beta : la energía de desintegración es de 0,48 MeV y el producto de desintegración es plutonio-236 . Este se desintegra normalmente (vida media de 2,8 años) en uranio-232 , que se desintegra normalmente (vida media de 69 años) en torio-228 , que se desintegra en unos pocos años en plomo-208 .
Emisión alfa : la energía de desintegración es de 5,007 MeV y el producto de desintegración es protactinio-232 . Este se desintegra con una vida media de 1,3 días en uranio-232.
Este isótopo particular del neptunio tiene una masa de 236,04657 u. Es un material fisible ; su masa crítica estimada es de 6,79 kg (15,0 lb), [15] aunque no se dispone de datos experimentales precisos. [16]
236 Notario público se produce en pequeñas cantidades a través de las reacciones de captura (n,2n) y (γ,n) de237 Notario público , [17] Sin embargo, es casi imposible separarlo en cantidades significativas de su matriz.237 Notario público . [18] Es por esta razón que a pesar de su baja masa crítica y alta sección transversal de neutrones, no se ha investigado ampliamente como combustible nuclear en armas o reactores. [16] Sin embargo,236 Notario público Se ha considerado su uso en espectrometría de masas y como trazador radiactivo , porque se desintegra predominantemente por emisión beta con una vida media larga. [19] Se han investigado varias rutas de producción alternativas para este isótopo, a saber, aquellas que reducen la separación isotópica de237 Notario público o el isómero236 m Notario público . Las reacciones más favorables para acumular236 Notario público Se ha demostrado que la irradiación de uranio-238 con protones y deuterones es eficaz . [19]
Neptunio-237
Esquema de desintegración del neptunio-237 (simplificado)
237 Notario público se desintegra a través de la serie del neptunio , que termina con talio-205 , que es estable, a diferencia de la mayoría de los otros actínidos , que se desintegran en isótopos estables de plomo .
En 2002,237 Notario público Se ha demostrado que es capaz de sostener una reacción en cadena con neutrones rápidos , como en un arma nuclear , con una masa crítica de alrededor de 60 kg. [20] Sin embargo, tiene una baja probabilidad de fisión al ser bombardeado con neutrones térmicos , lo que lo hace inadecuado como combustible para plantas de energía nuclear de agua ligera (a diferencia de los sistemas impulsados por reactores rápidos o aceleradores , por ejemplo).
Cuando se expone al bombardeo de neutrones237 Notario público Puede capturar un neutrón, sufrir desintegración beta y convertirse en238 Pu , siendo este producto útil como fuente de energía térmica en un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG o RITEG) para la producción de electricidad y calor. El primer tipo de generador termoeléctrico SNAP ( Systems for Nuclear Auxiliary Power ) fue desarrollado y utilizado por la NASA en la década de 1960 y durante las misiones Apolo para alimentar los instrumentos dejados en la superficie de la Luna por los astronautas. Los generadores termoeléctricos también se embarcaron a bordo de sondas espaciales profundas como las misiones Pioneer 10 y 11 , el programa Voyager , la misión Cassini-Huygens y New Horizons . También entregan energía eléctrica y térmica al Laboratorio Científico de Marte (rover Curiosity) y a la misión Mars 2020 ( rover Perseverance ), ambos explorando la superficie fría de Marte . Los rovers Curiosity y Perseverance están equipados con la última versión de RTG multimisión , un sistema más eficiente y estandarizado denominado MMRTG .
Estas aplicaciones son económicamente prácticas cuando las fuentes de energía fotovoltaica son débiles o inconsistentes debido a que las sondas están demasiado lejos del sol o los exploradores enfrentan eventos climáticos que pueden obstruir la luz solar durante períodos prolongados (como las tormentas de polvo marcianas ). Las sondas espaciales y los exploradores también hacen uso de la salida de calor del generador para mantener calientes sus instrumentos y componentes internos. [21]
Escasez de237 Notario públicoexistencias
La larga vida media (T ½ ~ 88 años) de238 Pu y la ausencia de radiación γ que podría interferir con el funcionamiento de los componentes electrónicos de a bordo o irradiar a las personas, lo convierte en el radionúclido preferido para los termogeneradores eléctricos.
237 Notario público es por lo tanto un radionúclido clave para la producción de238 Pu , lo cual es esencial para las sondas de espacio profundo que requieren una fuente de energía confiable y duradera sin mantenimiento.
Existencias de 238 Pu Las reservas de uranio acumulado en Estados Unidos desde el Proyecto Manhattan , gracias al complejo nuclear de Hanford (que funcionó en el estado de Washington de 1943 a 1977) y al desarrollo de armas atómicas , están ahora casi agotadas. La extracción y purificación de nuevas cantidades suficientes de uranio237 Notario público Por lo tanto, es necesario que se reanude la producción de combustibles nucleares irradiados.238 Pu producción con el fin de reponer las existencias necesarias para la exploración espacial mediante sondas robóticas.
Neptunio-239
El neptunio-239 tiene 146 neutrones y una vida media de 2,356 días. Se produce a través de la desintegración β − del uranio-239 de vida corta , y sufre otra desintegración β − para formar plutonio-239 . Esta es la ruta principal para producir plutonio, ya que el 239 U se puede producir mediante captura de neutrones en el uranio-238 . [22]
El uranio-237 y el neptunio-239 se consideran los radioisótopos más peligrosos en el primer período de una hora a una semana después de la lluvia radiactiva de una detonación nuclear, y el 239 Np domina "el espectro durante varios días". [23] [24]
Referencias
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^ Más radio (elemento 88). Aunque en realidad es un subactínido, precede inmediatamente al actinio (89) y sigue un intervalo de inestabilidad de tres elementos después del polonio (84), donde ningún nucleido tiene una vida media de al menos cuatro años (el nucleido de vida más larga en el intervalo es el radón-222 con una vida media de menos de cuatro días ). El isótopo de vida más larga del radio, con 1.600 años, merece por tanto la inclusión del elemento aquí.
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^ Se trata del nucleido más pesado, con una vida media de al menos cuatro años antes del " mar de inestabilidad ".
^ Excluyendo aquellos nucleidos " clásicamente estables " con vidas medias significativamente superiores a 232 Th; por ejemplo, mientras que el 113m Cd tiene una vida media de sólo catorce años, la del 113 Cd es de ocho cuatrillones de años.
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