Neptuunium (Np) — keemiline, radioaktiivne element (aatominumber 93)
Neptuunium on keemiline element, mille tähis perioodilisustabelis on Np. Selle aatomi aatominumber on 93, mis tähendab, et selle aatomites on 93 prootonit ja elektroni. See on saanud oma nime planeedi Neptunuse järgi samamoodi nagu uraan on saanud oma nime planeedi Uraani järgi.
Neptuunium avastati 1940. aastal kahe mehe, Edwin McMillani ja Phillip H. Abelsoni poolt California Ülikooli Berkeley kiirguskeskuses. Neptuunium on hõbedane metalliline element ja on radioaktiivne. Selle sulamistemperatuur on 637 kraadi Celsiuse järgi ja keemistemperatuur 4000 kraadi Celsiuse järgi. Tema aatommass on 237 u.
Üldised omadused
Neptuunium kuulub aktinoidide hulka (periodilisustabeli rühm aktinoidid, aatomnumber 89–103). See on tihe, hall-hõbedane metall, mille tihedus on umbes 20,45 g/cm³. Elektronkonfiguratsioon on ligikaudu [Rn] 5f4 6d1 7s2. Neptuuniumi keemilised omadused näitavad mitmeid oksüdatsiooniastmeid, enimlevinud on +3, +4, +5 ja +6; +7 esineb harvemini.
Keemia ja ühendid
Neptuunium moodustab erinevaid ühenditüüpe: oksideid (nt NpO2), halogeeniide ja komplekse. NpO2 on stabiilne ja sarnaneb uraani ja plutooniumi dioksiididega. Neptuuniumi keemilised reaktsioonid ja lahuskeemia on olulised tuuma- ja uurimistöödes, sest Np ioonid võivad lahuses esineda mitmes oksüdatsiooniasendis ning nad mõjutavad radionukliidide käitumist keskkonnas.
Isotoopid ja tekkimine
Neptuunium ei esine Maal märkimisväärsel hulgal looduslikult; kõik tähtsamad isotoobid on kunstlikult toodetud tuumaajamisprotsessides. Tuntumaid isotoope on üle 20, neist kõige stabiilsem ja tähtsam on Np‑237, mille poolestusaeg on umbes 2,14 miljonit aastat. Teised isotoobid (nt Np‑239) on lühiajalised ja osalevad kiirgusmuundumiste teel plutooniumide tekkes.
Neptuunium tekib peamiselt tuumareaktorites, kui uraan‑238 neelab neutroni ja järgmiste beeta‑hävituste kaudu tekib Np (nt U‑238 → U‑239 → Np‑239 → Pu‑239). Seetõttu on neptuunium oluline komponent kütusejääkides (spent nuclear fuel) ja tuumajäätmete koostises.
Kasutusvaldkonnad
- Teadusuuringud ja tuumakeemia: Np on uuritav aktinoidide keemia ja tuumaprotsesside mõistmiseks.
- Tooraine tuumaindustrias: Np‑237 võib neutronite mõjul muunduda teisteks isotoopideks (nt Pu‑238 või Pu‑239) ja sel viisil kasutada sihipäraseks transmutatsiooniks või sihtotstarbeliste isotoopide tootmiseks.
- Neutroniallikad ja spetsiifilised radionukliidid: mõne lühiajalise isotoobi kasutus neutronite tootmisel või teaduslikes katsetes.
Ohutus ja keskkonnamõjud
Neptuunium on radioaktiivne ja selle isotoopid kiirgavad peamiselt alfakiirgust, kuid esinevad ka beeta‑ ja gammakiirgused mõnel isotoobil. Alpha‑kiirgus on väline kahjutu, kuid sissehingamisel või organismi sattumisel muutub see ohtlikuks — neptuunium on sisemise kiirguse tõttu toksiline ja radiotoksiline. Töötamisel kasutatakse kaitsemeetmeid: kinnised süsteemid, glovebox’id, hot cell’id, tolmukontroll ja ranged radiokaitsenõuded.
Neptuuniumi ja selle ühendite levik keskkonnas on oluline teema tuumajäätmete lõplikul käitlemisel ja silumisprotsessides; nende pikaajalised poolestusajad nõuavad pikkaajalist planeerimist ja ohutut hoiustamist.
Avastuse lühikirjeldus
Element avastati 1940. aastal, kui McMillan ja Abelson neutronitega pommitasid uraani ja isoleerisid uue elemendi produkti. Avastus kinnitas, et üleminek aktinoidide rühmas jätkub uraanist edasi ning andis aluse edasiste aktinoidide uurimiseks (nt plutooniumile järgnenud elementide avastamine).
Kokkuvõte: Neptuunium on kunstlik, radioaktiivne aktinoid, mis mängib rolli tuumareaktsioonides, kütusejääkide koostises ning teadusuuringutes. Peamised ohud on seotud radioaktiivsusega ja sisemise saastumise võimalusega, mistõttu selle käsitsemine toimub rangete ohutusstandardite alusel.
