Neptunium (Np)

Entdeckung und Geschichte

Entdeckt: 1940 · Edwin McMillan

Das radioaktive Element Neptunium synthetisierten Edwin M. McMillan und Philip H. Abelson erstmals 1940 durch Beschuss von Uran mit Neutronen. 92 238 U + 0 1 n ⟶ 92 239 U → 23 m i n β − 93 239 N p → 2 , 355 d β − 94 239 P u \mathrm 238_\ 92U\ +\ _01n\longrightarrow \ _\ 92239U\xrightarrow[23\ min]\beta ^-\ _\ 93239Np\xrightarrow[2,355\ d]\beta ^-\ _\ 94239Pu Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten. Arthur C. Wahl und Glenn T. Seaborg entdeckten 1942 das Neptuniumisotop 237Np. Es entsteht aus 237U, das ein β-Strahler mit rund 7 Tagen Halbwertszeit ist, oder durch einen (n, 2n)-Prozess aus 238U. 237Np ist ein α-Strahler mit einer Halbwertszeit von 2,144 · 106 Jahren. 92 238 U → ( n , 2 n ) 92 237 U → 7 d β − 93 237 N p → 2 , 144 × 10 6 a α 91 233 P a \mathrm 238_\ 92U\xrightarrow[](n,\ 2n)\ _\ 92237U\xrightarrow[7\ d]\beta ^-\ _\ 93237Np\xrightarrow[2,144\times \ 106\ a]\alpha \ _\ 912

Verwendung und Anwendungen

Das in Kernreaktoren aus 235U erbrütete 237Np kann zur Gewinnung von 238Pu zur Verwendung in Radionuklidbatterien genutzt werden. Dazu wird das Neptunium bei der Aufbereitung von abgebrannten Brennstäben abgetrennt und in Form von Neptunium(IV)-oxid in neue Brennstäbe gefüllt. Diese werden in einen Kernreaktor eingesetzt, wo sie erneut mit Neutronen bestrahlt werden; aus dem 237Np wird dabei 238Pu erbrütet. Das Plutonium wird anschließend aus den Neptuniumbrennstäben abgetrennt. Andere denkbare Verwendungsmöglichkeiten scheitern zumeist am hohen Preis von Neptunium, da selbst bei der Wiederaufarbeitung Neptunium nur äußerst selten vom alten Brennstoff abgetrennt wird, was sich wiederum daher erklärt, dass es kaum Anwendungen für Neptunium und entsprechend wenig Nachfrage gibt. 93 237 N p + 0 1 n ⟶ 93 238 N p → 2 , 117 d β − 94 238 P u \mathrm 237_\ 93Np\ +\ _01n\longrightarrow \ _\ 93238

Isotope

Neptunium entsteht als Nebenprodukt der Energiegewinnung in Kernreaktoren. Eine Tonne abgebrannter Kernbrennstoff kann etwa 500 g Neptunium enthalten. So entstandenes Neptunium besteht fast ausschließlich aus dem Isotop 237Np. Es entsteht aus dem Uranisotop 235U durch zweifachen Neutroneneinfang und anschließenden β-Zerfall. 92 235 U + 0 1 n ⟶ 92 236 U m → 120 n s γ 92 236 U \mathrm 235_\ 92U\ +\ _01n\longrightarrow \ _\ 92236U_m\xrightarrow[120\ ns]\gamma \ _\ 92236U 92 236 U + 0 1 n ⟶ 92 237 U → 6 , 75 d β − 93 237 N p \mathrm 236_\ 92U\ +\ _01n\longrightarrow \ _\ 92237U\xrightarrow[6,75\ d]\beta ^-\ _\ 93237Np Eine deutlich weniger häufige Möglichkeit ist die (n,2n) Reaktion in 238U. - Ein Neutron trifft auf und zwei Neutronen werden emittiert. Diese Reaktion benötigt allerdings schnelle Neutronen, um die endotherme Reaktion mit ausreichend Energie zu versorgen und hat einen relativ