Neptūnijs (Np) — 93. elements: īpašības, atklāšana un pielietojumi
Neptūnijs (Np) — 93. elements: uzzini par tā īpašībām, atklāšanu 1940., fiziskajām īpašībām, radioaktivitāti un mūsdienu pielietojumiem.
Neptūnijs ir ķīmisks elements, kura simbols periodiskajā tabulā ir Np. Tā atomu skaits ir 93, kas nozīmē, ka tā atomos ir 93 protoni un elektroni. Tas ir nosaukts planētas Neptūna vārdā, tāpat kā urāns ir nosaukts planētas Urāna vārdā.
Neptūniju 1940. gadā atklāja divi vīri Edvins Makmilans un Filips H. Abelsons Kalifornijas Universitātes Berklijas Radiācijas centrā. Neptūnijs ir sudrabains metālisks elements, un tas ir radioaktīvs. Tā kušanas temperatūra ir 637 grādi pēc Celsija, bet viršanas temperatūra - 4000 grādi pēc Celsija. Tā atommasa ir 237 u.
Īsais pārskats un vieta periodiskajā sistēmā
Neptūnijs pieder pie aktinoīdiem — elementu grupas, kas seko aktīnijam periodiskajā tabulā. Tas atrodas starp urānu un plutoniju un dalās aktīvajām ķīmiskajām īpašībām ar citiem aktinoīdiem. Tā simbols ir Np un visbiežāk aprakstītais izotops ir Np‑237.
Fizikālās īpašības
- Izskats: sudrabaini pelēks metāls.
- Kušanas temperatūra: aptuveni 637 °C.
- Viršanas temperatūra: aptuveni 4000 °C.
- Stāvoklis: cieta viela istabas temperatūrā.
Ķīmiskās īpašības
Neptūnijs uzrāda vairāku oksidācijas stāvokļu iespējamību (biežāk +3, +4, +5 un +6). Ļoti stabils ir neptūnija(V) stāvoklis kā neptūnilu jonam (NpO2+), kas ir līdzīgs urāna neptūnilam. Neptūnijs reaģē ar skābēm, veido sāļus un oksīdus, piemēram, NpO2 (neptūnija dioksīds).
Izotopi un radioaktivitāte
- Np‑237 — visstabilākais un visizplatītākais izotops ar pusdzīvību aptuveni 2,14×10^6 gadu; tas ir svarīgs kā ilgtermiņa radioaktīvais produkts kodolspēku atkritumos.
- Np‑239 — īslaicīgs izotops (pusdzīvība pāris dienas), kas rodas kodolreakcijās un beta‑sabrukšanas ceļā pārvēršas par plutoniju‑239.
Neptūnijs galvenokārt ir radioaktīvs un izstaro alfa un beta daļiņas atkarībā no izotopa; daži izotopi var radīt arī gama starojumu.
Iegūšana un avoti
Neptūnijs nav plaši sastopams dabā; lielākā daļa tā tiek iegūta kā blakusprodukts kodolreakcijās, piemēram, no urāna degvielas reaktora darbības laikā. Ražošanas ceļš var ietvert U‑238 uzņemšanu neitroniem, sekojošas beta sabrukšanas ķēdes, kas veido Np‑239 un vēlāk Pu‑239. Tāpat Np‑237 var rasties no dažādu transurānija izotopu sabrukšanas un kodolreakciju rezultātā.
Pielietojumi
- Ražošanas un pētniecības mērķiem atomenerģētikā — neptūnijs ir nozīmīgs kodoldegvielas cikla pētījumos.
- Neptūnija izotops Np‑237 tiek pētīts kā izejviela, kas pēc apstrādes un apstarojuma var tikt pārvērsta par Pu‑238, kurš tiek izmantots radioizotopu termoelektriskajos ģeneratoros (RTG) kosmosa kuģiem.
- Tiek pētītas iespējas izmantot Np‑237 transmutācijā vai kā degvielu ātrreaktoros, lai mazinātu ilglaicīgos kodolatkritumus.
Veselības un vides drošība
Neptūnijs ir radioaktīvs un toksisks; galvenais risks ir iekšēja piesārņošana (iekļūšana elpceļos vai ar pārtiku/ūdeni). Ārēji alfas daļiņas tiek apturētas ar vieglu aizsardzību, taču, nonākot organismā, tās var nodarīt lielu bojājumu audiem. Darbs ar neptūniju prasa specializētu aprīkojumu, izolētu vidi un stingru atkritumu apsaimniekošanu.
Kodolatkritumi un ilgtspēja
Neptūnijs ir viena no kodolatkritumu sastāvdaļām, kas rada ilgtermiņa radioloģiskas bažas. Tāpēc gan pētniecībā, gan kodoldegvielas cikla pārvaldībā tiek meklētas metodes, kā samazināt Np‑237 daudzumu, piemēram, transmutāciju, apstrādi un ieslodzīšanu drošos materiālos. Šīs darbības var palīdzēt samazināt nepieciešamo ilgu uzglabāšanas periodu un ietekmi uz vidi.
Kopsavilkums
Neptūnijs (Np, Z=93) ir svarīgs, bet salīdzinoši reti sastopams aktinoīds, kas galvenokārt tiek ražots kā blakusprodukts kodolreaktoros. Tā īpašības — radioaktivitāte, vairākas oksidācijas pakāpes un loma kodoldegvielas ciklā — padara to nozīmīgu gan kodolenerģētikas pētniecībā, gan drošības un atkritumu apsaimniekošanas jomā.
Meklēt