| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ネプツニウム（93Np）は通常人工元素とみなされますが、微量ながら自然界にも存在するため、標準的な原子量を与えることはできません。他の微量元素や人工元素と同様に、安定同位体は存在しません。最初に合成され同定された同位体は、1940年に原子核への衝撃によって生成された239Npです。238Uと中性子を反応させて生成する239Uはその後ベータ崩壊して239いいえ。
自然界ではウラン原子による中性子捕獲反応によって微量に存在するが、この事実は1951年まで発見されなかった。[ 2 ]
25種類のネプツニウム放射性同位体が特徴付けられており、最も安定しているのは237半減期が214万4000年のNp、236半減期が153,000年のNp 、および235Npの半減期は396.1日です。残りの放射性同位体はすべて半減期が4.5日未満で、そのほとんどは50分未満です。この元素には5つのメタ状態があり、最も安定なのは236メートルNp（t 1/2 22.5時間）。
ネプツニウムの同位体は219Npから244Npは中間同位体であるが221Npはまだ観測されていない。最も安定な同位体よりも軽い原子核の主な崩壊モードは、237Npは電子捕獲（およびアルファ放出）であり、その後の主な崩壊モードはベータ放出である。より軽い原子核の主な崩壊生成物は237Npはウランとプロトアクチニウムの同位体であり、その後の主な生成物はプルトニウムの同位体です。ネプツニウムは陽子ドリップラインの位置が分かっている最も重い元素です。最も軽い陽子結合同位体は220 Npです。[ 3 ]
同位体のリスト
| 核種[ n 1 ] | Z | 北 | 同位体質量( Da ) [ n 2 ] [ n 3 ] | 半減期[ 1 ] | 減衰モード[ 1 ] [ n 4 ] | 娘同位体[ n 5 ] | スピンとパリティ[ 1 ] [ n 6 ] [ n 7 ] | 同位体存在比 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 励起エネルギー[ n 7 ] | |||||||||||||||||||
| 219Np [ n 8 ] | 93 | 126 | 219.031602(99) | 570(450) μs | α | 215 Pa | 9/2−# | ||||||||||||
| 220Np [ 3 ] | 127 | 220.032716(33) | 25+14 −7 μs | α | 216 Pa | 1−# | |||||||||||||
| 222いいえ | 129 | 222.033575(41) | 480(190) ナノ秒 | α | 218 Pa | 1−# | |||||||||||||
| 223いいえ | 130 | 223.032913(89) | 2.5(8) μs | α | 219 Pa | （9月2日〜） | |||||||||||||
| 224Np [ 5 ] | 131 | 224.034388(31) | 38+26 −11 μs | α（83％） | 220m1 Pa | 2−# | |||||||||||||
| α（17％） | 220m2 | ||||||||||||||||||
| 225いいえ | 132 | 225.033943(98) | 6.5(35) ミリ秒 | α | 221パ | 9/2−# | |||||||||||||
| 226いいえ | 133 | 226.03523(11) | 35(10) ミリ秒 | α | 222パ | ||||||||||||||
| 227いいえ | 134 | 227.034975(83) | 510(60) ミリ秒 | α | 223 Pa | 5/2+# | |||||||||||||
| 228いいえ | 135 | 228.03631(11)# | 61.4(14) 秒 | EC（59％） | 228ウ | 4+# | |||||||||||||
| α（41％） | 224 Pa | ||||||||||||||||||
| β +、SF (0.0126%) | （様々な） | ||||||||||||||||||
| 229いいえ | 136 | 229.03629(11) | 4.00(18) 分 | α（68％） | 225パスカル | 5/2+# | |||||||||||||
| β + (32%) | 229ウ | ||||||||||||||||||
| 230いいえ | 137 | 230.037828(59) | 4.6(3) 分 | β + (>97%) | 230ウ | 4+# | |||||||||||||
| α（<3％） | 226 Pa | ||||||||||||||||||
| 231いいえ | 138 | 231.038244(55) | 48.8(2) 分 | β + (98%) | 231ウ | 5/2+# | |||||||||||||
| α（2％） | 227 Pa | ||||||||||||||||||
| 232いいえ | 139 | 232.04011(11)# | 14.7(3) 分 | β + | 232ウ | （5−） | |||||||||||||
| 233いいえ | 140 | 233.040739(55) | 36.2(1) 分 | β + | 233ウ | 5/2+# | |||||||||||||
| α（0.0007％） | 229パ | ||||||||||||||||||
| 234いいえ | 141 | 234.0428932(90) | 4.4(1) d | β + | 234ウ | (0歳以上) | |||||||||||||
| 234メートルNp [ 6 ] | 〜9 分 | それ | 234番号 | 5歳以上 | |||||||||||||||
| EC | 234ウ | ||||||||||||||||||
| 235いいえ | 142 | 235.0440615(15) | 396.1(12) d | EC | 235ウ | 5/2+ | |||||||||||||
| α（0.00260％） | 231パ | ||||||||||||||||||
| 236Np [ n 9 ] | 143 | 236.046568(54) | 1.53(5) × 10 5 年 | EC（86.3％） | 236ウ | （6−） | |||||||||||||
| β −（13.5％） | 236 Pu | ||||||||||||||||||
| α（0.16％） | 232パ | ||||||||||||||||||
| 236メートルNp [ n 10 ] | 60(50) keV | 22.5(4) 時間 | EC（50％） | 236ウ | （1−） | ||||||||||||||
| β −（50％） | 236 Pu | ||||||||||||||||||
| 237いいえ | 144 | 237.0481716(12) | 2.144(7) × 10 6 年 | α | 233パウエル | 5/2+ | トレース[ n 11 ] | ||||||||||||
| SF (<2×10 −10 %) | （様々な） | ||||||||||||||||||
| CD（<4×10 −12 %） | 207トリル30マグネシウム | ||||||||||||||||||
| 237メートルいいえ | 945.20(10) keV | 710(40) ns | それ | 237番号 | 13/2− | ||||||||||||||
| 238いいえ | 145 | 238.0509446(12) | 2.099(2) d | β − | 238プソム | 2歳以上 | |||||||||||||
| 238メートルいいえ | 2300(200)# keV | 112(39) ns | SF | （様々な） | |||||||||||||||
| 239いいえ | 146 | 239.0529375(14) | 2.356(3) d | β − | 239 Pu | 5/2+ | トレース[ n 11 ] | ||||||||||||
| 240いいえ | 147 | 240.056164(18) | 61.9(2) 分 | β − | 240プエルトリコ | （5歳以上） | トレース[ n 12 ] | ||||||||||||
| 240メートルいいえ | 18(14) keV | 7.22(2) 分 | β −（99.88％） | 240プエルトリコ | （1歳以上） | トレース[ n 12 ] | |||||||||||||
| IT（0.12％） | 240ヌプ | ||||||||||||||||||
| 241いいえ | 148 | 241.058349(33) [ 7 ] | 13.9(2) 分 | β − | 241プソム | （5/2+） | |||||||||||||
| 242いいえ | 149 | 242.061738(87) [ 7 ] | 2.2(2) 分 | β − | 242プソム | （1歳以上） | |||||||||||||
| 242メートルNp [ n 10 ] | 50(50)# keV | 5.5(1) 分 | β − | 242プソム | （6歳以上） | ||||||||||||||
| 243いいえ | 150 | 243.064204(34)# | 1.85(15) 分 | β − | 243プソム | 5/2+# | |||||||||||||
| 244いいえ | 151 | 244.06789(11)# | 2.29(16) 分 | β − | 244プソム | 7−# | |||||||||||||
| この表のヘッダーとフッター: | |||||||||||||||||||
- ^ m Np – 励起核異性体。
- ^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
- ^ # – 原子質量は # でマークされています。値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されています。
- ^ 崩壊のモード:
EC: 電子捕獲 CD： クラスター崩壊 それ： 異性体転移 SF： 自発核分裂 - ^太字の斜体の記号は娘製品です – 娘製品はほぼ安定しています。
- ^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。
- ^ a b # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種の傾向 (TNN) から導き出されたものです。
- ^ 2025年時点で陽子ドリップラインを超える最も重い既知の原子核。 [ 4 ]
- ^核分裂性核種
- ^ a b基底状態と異性体の順序は不明です。
- ^ a bウラン鉱石中の中性子捕獲によって生成される
- ^ a b 244 Puの中間崩壊生成物
アクチニド対核分裂生成物
| アクチニド[ 8 ]崩壊系列による | 半減期 範囲（a） | 235 Uの核分裂生成物（収量別） [ 9 ] | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 n（トリウム） | 4 n + 1 （ネプツニウム） | 4 n + 2 （ラジウム） | 4 n + 3 （アクチニウム） | 4.5～7% | 0.04～1.25% | <0.001% | ||
| 228ラ№ | 4～6歳 | 155ユー・ユー | ||||||
| 248冊[ 10 ] | > 9 a | |||||||
| 244センチメートル | 241 Puƒ | 250立方フィート | 227 Ac№ | 10～29歳 | 90シニア | 85クローネ | 113m Cdþ | |
| 232 Uƒ | 238 Puƒ | 243センチメートル | 29～97年 | 137セシウム | 151スモールþ | 121m Sn | ||
| 249 Cfƒ | 242m午前 | 141～351年 | 100 a～210 ka の範囲に 半減期を持つ核分裂生成物はありません... | |||||
| 241午前 | 251 Cfƒ [ 11 ] | 430～900年 | ||||||
| 226ラ№ | 247ページ | 1.3～1.6千年前 | ||||||
| 240プエルトリコ | 229番目 | 246センチメートル | 243午前 | 4.7～7.4千年前 | ||||
| 245センチメートル | 250センチメートル | 8.3～8.5千年 | ||||||
| 239 Puƒ | 24.1万 | |||||||
| 230番目 | 231パ№ | 32～76万年前 | ||||||
| 236 Npƒ | 233 Uƒ | 234 U№ | 15万～25万年前 | 99 Tc₡ | 126スン | |||
| 248センチメートル | 242プソム | 327～375万年前 | 79セ₡ | |||||
| 133万 | 135セシウム₡ | |||||||
| 237 Npƒ | 161万～650万年前 | 93 Zr | 107パド | |||||
| 236ウ | 247センチメートル | 1500万～2400万年前 | 129 I₡ | |||||
| 244プソム | 8000万 | ...1570万年以降も存在しない[ 12 ] | ||||||
| 232番 | 238 U№ | 235 Uƒ№ | 0.7～14.1億年 | |||||
注目すべき同位体
ネプツニウム235
ネプツニウム235は142個の中性子を持ち、半減期は396.1日です。この同位体は以下のように崩壊します。
- 電子捕獲：崩壊エネルギーは0.125 MeVで、崩壊生成物はウラン235です。
- アルファ放出：崩壊エネルギーは5.2 MeVで、崩壊生成物はプロトアクチニウム231です。
ネプツニウム236
ネプツニウム236は143個の中性子を持ち、半減期は15万3000年です。以下の方法で 崩壊します。
- 電子捕獲：崩壊エネルギーは0.93 MeVで、崩壊生成物はウラン236です。これは通常、半減期2300万年でトリウム232に崩壊します。
- ベータ線放出：崩壊エネルギーは0.48 MeVで、崩壊生成物はプルトニウム236です。プルトニウム236は通常、半減期2.8年でウラン232に崩壊し、ウラン232は通常半減期69年でトリウム228に崩壊し、さらに数年後には鉛208に崩壊します。
- アルファ線：崩壊エネルギーは5.007 MeVで、崩壊生成物はプロトアクチニウム232です。これは半減期1.3日でウラン232に崩壊します。
ネプツニウム236は核分裂性物質であり、臨界質量は6.79kg（15.0ポンド）と推定されているが[ 13 ] 、正確な実験データは入手できない[ 14 ]（臨界に必要な物質がないため）。
236Npは、（n,2n）および（γ,n）捕獲反応によって少量生成される。237Np、[ 15 ]しかし、親化合物から有意な量を分離することはほぼ不可能である。237Np . [ 16 ]この理由により、その臨界質量は低く、中性子断面積は大きいにもかかわらず、核兵器や原子炉の燃料として広く研究されてこなかった。[ 14 ]それにもかかわらず、236Npは主にベータ線で崩壊し、半減期が長いため、質量分析や放射性トレーサーとしての利用が検討されている。 [ 17 ]この同位体を製造するためのいくつかの代替ルートが研究されてきた。具体的には、同位体分離を減少させるルートである。237Npまたは異性体236メートルNp . 蓄積するための最も好ましい反応236Npはウラン238の陽子と重陽子照射によって生成されることが示された。[ 17 ]
ネプツニウム237
237Npはネプツニウム系列を経て崩壊し、安定なタリウム 205で終了します。これは、鉛の安定同位体に崩壊する他のほとんどのアクチニドとは異なります。
2002年、237Npは、臨界質量が約60kgの場合、核兵器のように高速中性子との連鎖反応を維持できることが示されています。 [ 18 ]しかし、熱中性子の照射による核分裂の確率は低く、軽水型原子力発電所の燃料としては適していません（たとえば、高速炉や加速器駆動システムとは対照的です）。
使用済み核燃料の在庫
237Npは、核燃料サイクルにおいて大量に生成される唯一のネプツニウム同位体であり、ウラン235（ほとんどの場合核分裂するが常にではない）とウラン236による連続中性子捕獲、または高速中性子がウラン238またはプルトニウム同位体から時折中性子を叩き出す（n,2n）反応の両方によって生成される。長期的には、237Np は、使用済み核燃料内でアメリシウム 241の崩壊生成物としても生成されます。
237ユッカ山核廃棄物貯蔵所（ネバダ州）の地下水面より上の火山凝灰岩の不飽和帯では酸化条件が優勢ですが、 Npはそこで最も移動性の高い放射性核種の1 つであると考えられています。
原材料238プルトニウム生産
中性子照射を受けると237Npは中性子を捕獲し、ベータ崩壊を起こして238Pu 、この生成物は、電気と熱を生成するための放射性同位体熱電発電機(RTG または RITEG)の熱エネルギー源として有用である。最初のタイプの熱電発電機 SNAP (原子力補助動力システム) は、1960 年代にNASAで開発され、アポロ ミッション中に宇宙飛行士が月面に残した機器に電力を供給するために使用された。熱電発電機は、パイオニア 10 号および 11 号ミッション、ボイジャー プログラム、カッシーニ-ホイヘンスミッション、ニュー ホライズンズなどの深宇宙探査機にも搭載された。また、火星の冷たい表面を探査するマーズ サイエンス ラボラトリー(キュリオシティ ローバー) とマーズ 2020ミッション (パーサヴィアランス ローバー)にも電力と熱を供給している。キュリオシティとパーサヴィアランスの探査車はどちらも、 MMRTGと呼ばれる、より効率的で標準化されたシステムである、マルチミッション RTGの最新バージョンを搭載しています。
これらの用途は、探査機が太陽から遠すぎる場合や、探査車が長期間太陽光を遮る気象現象（火星の砂嵐など）に直面している場合など、太陽光発電源が弱かったり不安定だったりする状況において、経済的に実用的です。宇宙探査機や探査車は、発電機の熱出力を利用して機器や内部を保温しています。[ 19 ]
不足237Np備蓄
半減期が長い（88年）238Pu は、車載電子部品の動作を妨害したり、人体に放射線を照射したりする可能性の あるγ 線を放出しないため、電気熱発生装置に最適な放射性核種です。
237Npは、したがって、238Pu は、メンテナンス不要で信頼性が高く長持ちするエネルギー源を必要とする深宇宙探査機にとって不可欠です。
備蓄の238マンハッタン計画以来、ハンフォード核施設（ワシントン州で1943年から1977年まで稼働）とサバンナリバーサイト（サウスカロライナ州で1950年から1988年まで稼働）による核兵器開発米国に蓄積されたプルトニウムは現在ほぼ枯渇している。十分な量のプルトニウムを新たに抽出・精製することは、237照射された核燃料からのNpは、238ロボット探査機による宇宙探査に必要な備蓄を補充するための Pu生産。
ネプツニウム239
ネプツニウム239は146個の中性子を持ち、半減期は2.356日です。短寿命のウラン239のβ崩壊によって生成され、さらにβ崩壊を起こしてプルトニウム239になります。これはプルトニウムの主な製造経路であり、ウラン238の中性子捕獲によって239Uが製造できます。[ 20 ]
ウラン237とネプツニウム239は、核爆発による放射性降下物の後の最初の1時間から1週間の間に最も危険な放射性同位体とみなされており、239Npは「数日間」スペクトルを支配する。[ 21 ] [ 22 ]
参考文献
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- ^ラジウム（元素番号88）も加わる。実際にはサブアクチノイドであるが、アクチニウム（元素番号89）の直前に位置し、ポロニウム（元素番号84）の後に3元素の不安定性ギャップがあり、このギャップには半減期が4年以上の核種は存在しない（このギャップで最も長寿命の核種は半減期が4日未満のラドン222である）。ラジウムの同位体の中で最も長寿命の同位体は1,600年であり、この元素をここに含める価値がある。
- ^具体的には、典型的な原子炉におけるウラン 235 の熱中性子核分裂から。
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- ^これは「不安定の海」に入るまでの半減期が少なくとも4年である最も重い核種です。
- ^半減期が232 Th を大幅に超える「古典的に安定した」核種は除きます。たとえば、 113m Cd の半減期はわずか 14 年ですが、 113 Cd の半減期は 8京年です。
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