Neptunij (Np) – radioaktiven kemični element z atomskim številom 93

Neptunij je kemični element, ki ima v periodnem sistemu simbol Np. Ima atomsko število 93, kar pomeni, da ima 93 protonov in (v nevtralnih atomih) tudi 93 elektronov. Poimenovan je po planetu Neptun, podobno kot se uran imenuje po planetu Uran. Sodi med aktinide, je transuranski in izključno radioaktiven element.

Neptunij sta leta 1940 odkrila Edwin McMillan in Philip H. Abelson v Radiacijskem laboratoriju Berkeley na Univerzi v Kaliforniji. Odkrila sta ga pri obstreljevanju urana z nevtroni, pri čemer je nastal izotop Np‑239, ki z β‑razpadom preide v plutonij‑239. To je bil prvi odkriti transuranski element.

Fizikalne in kemične lastnosti

Srebrnkast, kovinski element; na zraku se hitro prepoji z oksidnim slojem in potemni.
Tališče: približno 639 °C; vrelišče: okoli 3900–4000 °C.
Gostota: približno 20,5 g/cm³ pri sobni temperaturi; pozna več kristalnih modifikacij, pri čemer je pri sobnih pogojih stabilna alfa‑oblika.
Izkazuje več oksidacijskih stanj od +3 do +7; pogosta sta +4 in zlasti +5 v značilni aktinilni obliki NpO₂⁺ (neptunil).
Pomembne spojine: NpO₂ (oksid), NpF₆ (heksafluorid, hlapen), ter različni oksidi in halogenidi višjih oksidacijskih stanj.
Opomba: standardna relativna atomska masa elementa ni določena, ker ne obstajajo stabilni izotopi; pogosto se navaja masa najpogostejšega izotopa Np‑237 (≈ 237 u).

Izotopi in radioaktivnost

Vsi izotopi neptunija so radioaktivni. Najpomembnejši je Np‑237 (razpolovni čas približno 2,14 milijona let), ki je najpogostejša oblika v izrabljenem jedrskem gorivu.
Np‑239 (t_1/2 ≈ 2,36 dneva) nastane pri zajetju nevtrona v uranu‑238 in z β‑razpadom preide v plutonij‑239.
Pri razpadu neptunijevih izotopov prevladujeta α‑ in β‑razpad, pogosto spremljana z gama sevanjem, zato so za delo potrebni ustrezni radiacijski ščiti.

Pojavnost in pridobivanje

V naravi se neptunij pojavlja le v sledovih, nastaja namreč v uranovih rudah zaradi zajetja nevtronov in zaporednih β‑razpadov. Pretežno pa nastaja umetno v jedrskih reaktorjih kot stranski produkt cepitve urana in plutonija. Iz izrabljenega jedrskega goriva se ga ločuje s kemijskimi separacijskimi postopki (npr. solventna ekstrakcija).

Uporaba

Vir za plutonij‑238: ob obsevanju izotopa Np‑237 z nevtroni nastane Np‑238, ki z β‑razpadom preide v Pu‑238, ključen za radioizotopske termoelektrične generatorje (RTG) v vesoljskih sondah in napravah, kjer je potrebna dolgotrajna in zanesljiva oskrba z energijo.
Raziskovalna raba: nekatere spojine neptunija se uporabljajo v znanstvenih raziskavah jedrskih procesov in pri detekciji nevtronov.
Jedrska tehnologija: kot del aktinidnega cikla je predmet raziskav transmutacije z namenom zmanjšanja dolgotrajne radiotoksičnosti jedrskih odpadkov.

Varnost in vpliv na okolje

Neptunij je zelo radiotoksičen in kemijsko strupen. Z njim se ravna v zaprtih rokavičnih komorah z ustreznim prezračevanjem, filtracijo in radiacijskimi ščiti, da se prepreči vdihavanje, zaužitje ali kontaminacija kože in ran. Zaradi dolgega razpolovnega časa Np‑237 pomembno prispeva k dolgoročni radiološki obremenitvi jedrskih odpadkov, zato so ključni varna skladiščenja, nadzor in razvoj postopkov za njegovo transmutacijo ali imobilizacijo v stabilnih matricah.