Курсовые
Черчение

Теплоэнергетика

Электротехника
Карта

Радиоактивные элементы

Нептуний (Np)

    Нептуний - первый открытый трансурановый элемент и первый очищенный искусственный трансуран. Хотя следы присутствия нептуния были найдены и в природе, он открыт Эдвином Макмилланом и Филипом Эйбельсоном в мае 1940 года в Беркли, Калифорния. В распоряжении ученых была мощная по тем временам ядерная машина - циклотрон Калифорнийского университета. Ускоренный в циклотроне пучок дейтронов падал на бериллиевую пластину. В столкновениях дейтронов с ядрами бериллия рождался сильный поток нейтронов, которые и бомбардировали урановую мишень. Ядра нового элемента Макмиллан предложил назвать Нептунием, по аналогии с солнечной системой, в которой за планетой Уран следует Нептун.
    Так же как и следующий элемент, плутоний, нептуний был найден в следовых количествах в урановых рудах, где он получается благодаря захвату ураном нейтрона спонтанного деления.
 
    Существуют три природных радиоактивных семейства - тория-232, урана-235 и урана-238. В наши дни воссоздан четвертый радиоактивный ряд - семейство нептуния-237. Помимо "искусственности" это семейство отличают еще две особенности: во-первых, в нем нет изотопов радона и, во-вторых, конечный продукт распада в этом случае не изотоп свинца, а висмут-209:
Np237 альфа-распад -> Pa233
Pa233 бета-распад -> U233
U233 альфа-распад -> Th229
Th229 альфа-распад -> Ra225
Ra225 бета-распад -> Ac225
Ac225 альфа-распад -> Fr221
Fr221 альфа-распад -> At217
At217 альфа-распад -> Bi213
 
Bi213 альфа-распад -> Tl209
Tl209 бета-распад -> Pb209
 
Bi213 бета-распад -> Po213
Po213 альфа-распад -> Pb209
 
Pb209 бета-распад -> Bi209.
    Самый долгоживущий изотоп элемента №93 рождается в интересной ядерной реакции: быстрый нейтрон поражает ядерное ядро и захватывается им. Образовавшееся сочетание оказывается неустойчивым и в некоторых случаях разваливается на два осколка, а иногда из него вылетают один за другим два нейтрона и уносят избыток энергии. Продукт ядерной реакции - уран-237 - неустойчив: испустив бета-частицу, он переходит в нептуний-237. Np237 изотоп с малой удельной активностью, его период полураспада 2.2 миллиона лет. Благодаря этому процессу в реакторах накапливаются килограммы нептуния:
U235 + n -> U236
U236 + n -> U237
U237 -> (6.8 дней, бета) -> Np237.
    Это отнюдь не бесполезные килограммы. Нептуний-237 - прекрасный стартовый материал для накопления плутония-238 - ценного топлива ядерных космических батарей и других деликатных устройств вроде стимулятора сердечной деятельности или искусственного сердца.
    Хорошо изучены ядерные характеристики одиннадцати изотопов нептуния - от 231-го до 241-го. Изотопы с большими массовыми числами, вплоть до нептуния-257, образуются при взрыве водородной бомбы. Об этом свидетельствует появление в продуктах ядерного взрыва атомов фермия.
 
    Нептуний - серебристый металл с плотностью 20.45 (Np-237, 25 °C), нептуний пятый по плотности элемент. Он имеет по крайней мере три аллотропные формы - альфа-форма самая плотная (стабильна ниже 280 °C, ромбическая, плотность 20.45 при 25 °C), бета (выше 280 °C, тетрагональная, плотность 19.36 при 313 °C) и гамма (выше 577 °C, кубическая, плотность 18.0 при 600 °C). Температура плавления - 637 °C, температура кипения оценивается в 5235 °C. Нептуний - пятый член ряда актиноидов. Он химически активен и сходен с ураном со степенями окисления от +3 до +7 (III-VII). Чистый метал получают восстановлением NpF3 парами бария или лития при температуре около 1200 °C. Разные ионы нептуния по-разному окрашивают растворы: Np3+ - в голубой или пурпурный цвет, Np4+ - в желто-зеленый, NpO2+- в голубовато-зеленый, NpO2+2 - в розовый или красный.
 
    Нептуний-237 материал способный к цепному ядерному делению. По опубликованным оценкам критическая масса Np237 - 90 кг (диапазон оценок 75-105 кг). Он обладает очень низким уровнем спонтанного деления, менее 0.05 делений/с-кг. Высокое значение критической массы (почти удвоенное по отношению к обогащенному урану-235) и высокая стоимость производства делают его непривлекательным для оружейного использования. Определенное количество Np-237 обычно образуется из захвата нейтронов U-235. Типичный энергетический реактор способен дать около 0.4 кг Np-237 на тонну горючего. Ядерные реакторы на быстрых нейтронах могут произвести значительно большее количество.

Современное термоядерное оружие относится к стратегическому оружию, которое может применяться авиацией для разрушения в тылу противника важнейших промышленных, военных объектов, крупных городов как цивилизационных центров. Наиболее известным типом термоядерного оружия являются термоядерные (водородные) бомбы, которые могут доставляться к цели самолетами. Термоядерными зарядами могут начиняться также боевые части ракет различного назначения, в том числе межконтинентальных баллистических ракет. Впервые подобная ракета была испытана в СССР еще в 1957 году, в настоящее время на вооружения Ракетных Войск Стратегического Назначения состоят ракеты нескольких типов, базирующиеся на мобильных пусковых установках, в шахтных пусковых установках, на подводных лодках.

Боевой железнодорожный ракетный комплекс (БЖРК)