Le neptunium (Np, numéro atomique 93) est un élément synthétique qui n'a par conséquent pas de masse atomique standard. Comme tous les éléments synthétiques, il ne possède aucun isotope stable. Le premier isotope synthétisé en 1940 fut le neptunium 239 (239Np) en bombardant 238U avec des neutrons pour produire 239U, qui subit ensuite une désintégration β pour former 239Np.
Descriptions 20 radioisotopes du neptunium ont été caractérisés, le plus stable étant le neptunium 237 (237Np) avec une demi-vie de 2,14 millions d'années, suivi du neptunium 236 (236Np) avec une demi-vie de ans et du neptunium 235 (235Np) avec une demi-vie de 396,1 jours. Tous les autres isotopes ont une demi-vie inférieure à 4,5 jours et la majorité inférieure à 50 minutes. Le neptunium possède aussi quatre isomères nucléaires, le plus stable étant 236mNp (t½ 22,5 heures).
Les isotopes du neptunium ont une masse atomique comprise entre 225,0339 u (225Np) et 244,068 u (244Np).
Le principal mode de désintégration pour les isotopes plus légers que 237Np, isotope le plus stable, est la capture électronique (avec aussi une bonne partie d'émission α), et pour les éléments plus lourds l'émission β. Les principaux produits de désintégration pour les isotopes légers sont des isotopes de l'uranium et du protactinium, ceux des isotopes plus lourds des isotopes du plutonium.
Isotopes notables
Neptunium 235 Le neptunium 235 (235Np) possède un noyau à 142 neutrons et 93 protons. Il a une demi-vie de 396,1 jours et une masse molaire de . Cet isotope se désintègre : par capture électronique quasi exclusivement (à plus de 99,99% des cas), avec une énergie de désintégration de 0,125 MeV, produisant l'uranium 235 ; par émission de particule α, avec une énergie de désintégration de 5,2 MeV, produisant le protactinium 231.
Neptunium 236 Le neptunium 236 (236Np) possède un noyau à 143 neutrons et 93 protons. Il a une demi-vie de années et une masse molaire de .
Il peut se désintégrer : par capture électronique, avec une énergie de désintégration de 0,95 MeV, produisant l'uranium 236 ; par émission de particule β, avec une énergie de désintégration de 0,94 MeV, produisant le plutonium 236 ; par émission de particule α, avec une énergie de désintégration de 5,024 MeV, produisant le protactinium 232.
C'est un matériau fissile, avec une masse critique de 6,79 kg Final Report, Evaluation of nuclear criticality safety data and limits for actinides in transport, Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, Département de Prévention et d'étude des Accidents..
Il peut être produit à partir de l'américium 240, par radioactivité α.
Neptunium 237 vignette|250px|Schéma de désintégration (simplifié) du neptunium 237.
Le neptunium 237 (237Np) possède un noyau à 143 neutrons et 93 protons. Il a une demi-vie de 2,144 millions d'années.
237Np se désintègre selon la série du neptunium en thallium, contrairement à la plupart des actinides qui se désintègrent en isotopes du plomb.
Il a été montré récemment que 237Np peut entretenir une réaction en chaîne avec des neutrons rapides, comme dans une arme nucléaire. Cependant, il a une faible probabilité de fission lorsqu'il est bombardé par des neutrons thermiques, ce qui rend inenvisageable de l'utiliser comme carburant dans un réacteur nucléaire.
237Np est le seul isotope du neptunium produit en quantité significative par dans le cycle du combustible nucléaire, à la fois et de façon successive par capture neutronique sur l'uranium 235 (qui subit des fissions la plupart du temps, mais pas tout le temps) et sur l'uranium 236, ou par réaction (n,2n) où un neutron rapide peut occasionnellement entrer en contact avec un neutron libéré par l'uranium 238 ou un des isotopes du plutonium. À long terme, 237Np se forme aussi à partir du combustible nucléaire usagé, comme produit de désintégration de l'américium 241.
237Np serait l'un des isotopes les plus mobiles dans le centre de stockage de déchets nucléaires de Yucca Mountain.
Dans l'environnement Origines Le neptunium est présent sous forme de trace dans la nature, issu de la capture neutronique par des atomes d'uranium dans un réacteur nucléaire naturel.
Le 237Np a d'abord été principalement issu des retombées des essais nucléaires atmosphériques (par la capture de neutrons par l’uranium). L'activité des retombées au sol de 237Np produit à cette occasion a été évaluée à pour l'hémisphère nord, avec une activité de estimée en Europe pour 1954-1983, mais l'IRSN rappelle que les données anciennes sont alors qu'on sait maintenant le doser à .
Depuis, la source principale (rejets de 237Np) est devenu le traitement du combustible nucléaire usé, avec par exemple pour 1999, les rejets de 237Np estimés à dans les effluents liquides rejetés en Manche par l'usine de La Hague et à en 1997 pour l'usine jumelle de Sellafield.
Radioécologie Les isotopes du neptunium sont tous radioactifs et émetteurs alpha (bien qu'également émetteurs β pour certains).
Une quantité significative de Np 239 a par exemple été libérée par la catastrophe de Fukushima en 2011 surtout trouvé dans le sol et les plantes (plus de de sol), dès le premier mois ayant suivi l'accident et jusqu'à des dizaines de kilomètres de la centraleKatsumi Shozugawa, Norio Nogawa, Motoyuki Matsuo (20122), Deposition of fission and activation products after the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant accident ; Environmental Pollution, Volume 163, April 2012, Pages 243-247 (résumé).
Les impacts environnementaux réels ou potentiels des isotopes du Np, ainsi que leurs cinétiques environnementale et métabolique sont mal connus.
L'IRSN a publié une fiche pédagogique sur le 237Np (celui qui a la plus longue période radioactive ; , pour une activité massique de ) et l'environnementIRSN Fiche radionucléide ; 237Np et l'environnement.
, il migre moyennement dans les sols (mieux en milieu acide), mais plus que ne le font le plutonium, l'américium ou le curium qu'il peut donc devancer dans un panache de pollution souterraine. Selon l'IRSN, son et son . Il semble y avoir peu de données (quelques études sur des rats de laboratoires) sur les transferts du végétal à l'animal et sa cinétique dans les organismes. L'IRSN signale une et un transfert à la viande de bœuf qui serait . Faute de données, on suppose que son comportement dans l'environnement peut être comparé à celui du plutonium (bien qu'on ait montré qu'il migre plus vite dans les sols et que selon Coughtrey & Jackson, 1984 cités par IRSN qui citent des analyses d'algues faites en aval en aval du site nucléaire de Hanford (Columbia river) laissant penser que les algues pourraient le bioaccumuler. Selon l'IRSN, en mer, la biodisponibilité du neptunium serait cependant moindre que celle d'autres transuraniens (par exemple ).
Table des isotopes Symbolede l'isotope Z (p) N (n) masse isotopique Demi-vie Mode(s) dedésintégration Universal Nuclide ChartAbréviations :DC : désintégration par émission de cluster ;CE : capture électronique ;TI : transition isomérique ;FS: fission spontanée. Isotope(s)-filsIsotopes stables en gras. Spin nucléaire Énergie d'excitation 225Np 93 132 225,03391(8) 3# ms [>2 µs] α 221Pa 9/2-# 226Np 93 133 226,03515(10)# 35(10) ms α 222Pa227Np 93 134227,03496(8)510(60) ms α (99,95 %) 223Pa5/2-# β+ (0,05 %) 227U228Np 93 135228,03618(21)#61,4(14) s β+ (59 %) 228U α (41 %) 224Pa β+, FS (0,012 %) (varié)229Np 93 136229,03626(9)4,0(2) min α (51 %) 225Pa5/2+# β+ (49 %) 229U230Np 93 137230,03783(6)4,6(3) min β+ (97 %) 230U α (3 %) 226Pa231Np 93 138231,03825(5)48,8(2) min β+ (98 %) 231U(5/2)(+#) α (2 %) 227Pa232Np 93 139232,04011(11)#14,7(3) min β+ (99,99 %) 232U(4+) α (0,003 %) 228Pa233Np 93 140233,04074(5)36,2(1) min β+ (99,99 %) 233U(5/2+) α (0,001 %) 229Pa 234Np 93 141 234,042895(9) 4,4(1) j β+ 234U (0+)235Np 93 142235,0440633(21)396,1(12) j CE (99,9974 %) 235U5/2+ α (0,0026 %) 231Pa236Np 93 143236,04657(5) CE (87,3 %) 236U(6-) β− (12,5 %) 236Pu α (0,16 %) 232Pa 236mNp 60(50) keV22,5(4) h CE (52 %) 236U1 β− (48 %) 236Pu237NpIsotope fissile.Isotope le plus commun. 93 144237,0481734(20) α 233Pa5/2+ FS () (varié) DC () 207Tl30Mg 238Np 93 145 238,0509464(20) 2,117(2) j β− 238Pu 2+ 238mNp 2300(200)# keV 112(39) ns 239Np 93 146 239,0529390(22) 2,356(3) j β− 239Pu 5/2+ 240Np 93 147 240,056162(16) 61,9(2) min β− 240Pu (5+) 240mNp 20(15) keV7,22(2) min β− (99,89 %) 240Pu1(+) TI (0,11 %) 240Np 241Np 93 148 241,05825(8) 13,9(2) min β− 241Pu (5/2+) 242Np 93 149 242,06164(21) 2,2(2) min β− 242Pu (1+) 242mNp 0(50)# keV 5,5(1) min 6+# 243Np 93 150 243,06428(3)# 1,85(15) min β− 243Pu (5/2-) 244Np 93 151 244,06785(32)# 2,29(16) min β− 244Pu (7-)
Remarques
Les valeurs marquées # ne sont pas purement dérivées des données expérimentales, mais aussi au moins en partie à partir des tendances systématiques. Les spins avec des arguments d'affectation faibles sont entre parenthèses. Les incertitudes sont données de façon concise entre parenthèses après la décimale correspondante. Les valeurs d'incertitude dénotent un écart-type, à l'exception de la composition isotopique et de la masse atomique standard de l'IUPAC qui utilisent des incertitudes élargies.
Références
Masse des isotopes depuis :
Compositions isotopiques et masses atomiques standards :
Demi-vies, spins et données sur les isomères sélectionnés depuis les sources suivantes :
Voir aussi Articles connexes
Transuranien Radioactivité Écotoxicologie Toxicologie nucléaire
Neptunium Catégorie:Neptunium