What is 镎?
镎 (symbol Np) is element 93 on the periodic table, a 锕系元素 in period 7. The first transuranic element, made by bombarding uranium with neutrons in 1940. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
结构
这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图都显示镎在全部118种元素中该性质的排名位置。
来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。
按比例显示的大小
Radius 156 pm — that is 0.156 nm, so about 3205 million of them side by side would span a millimetre.
热范围
镎 is liquid over a 3383 K window, from 917 K to 4300 K.
故事
The first transuranic element, made by bombarding uranium with neutrons in 1940.
埃德温·麦克米伦和菲利普·阿贝尔森于1940年5月27日在加利福尼亚大学伯克利分校创造了历史,发现了第一种超铀元素。这一开创性成就为整个超重元素新类别打开了大门。
回旋加速器创新:麦克米伦使用伯克利分校强大的回旋加速器,用中子轰击铀-238,原本预计会生成更多铀同位素。然而,他们观察到了神秘的放射性衰变模式,与任何已知元素都不相符。
化学侦探工作:阿贝尔森加入项目后,利用精妙的化学分析将未知元素从铀中分离出来。他们发现,这种新元素的化学性质与铀相似,但又存在明显差异,证明它是第93号元素。
行星启发:发现者以海王星为名,将这种元素命名为“镎”,沿用了铀(以天王星命名)所确立的命名模式。由于海王星是太阳系中位于天王星之外的下一颗行星,镎也成为元素周期表中位于铀之后的下一种元素。
战时保密:由于第二次世界大战和曼哈顿计划,这一发现最初处于保密状态。科学家意识到,如果能够从铀中生成镎,就可能进一步产生其他具有潜在军事应用的人工合成元素。
科学革命:这一发现证明了比铀更重的元素可以存在,并且能够在实验室中合成,从而彻底改变了核物理学和化学。麦克米伦也因此于1951年获得诺贝尔化学奖。
探测挑战:尽管镎的半衰期相对较短,且周围存在数量多得多的铀,研究团队仍必须探测到镎。他们创新性地使用化学分离技术和辐射探测方法,为发现后来所有超铀元素奠定了基础。
应用
中子探测系统:镎-237是全球核设施所使用的先进中子探测设备中的关键组件。其独特的核性质使其在研究堆中监测中子通量以及帮助科学家理解复杂核反应方面具有重要价值。
核燃料循环研究:科学家利用镎研究锕系元素在核燃料循环中的行为。这项研究对于开发更安全、更高效的核能技术以及理解长期核废物管理策略至关重要。
放射性同位素电源系统:镎-238有望成为深空任务中放射性同位素热电发电机(RTG)的潜在燃料。虽然目前尚未投入实际运行,但研究仍在继续,以探索其为超出太阳能覆盖范围的航天器提供动力的潜力。
太空辐射屏蔽:对镎的研究有助于科学家了解重元素在强烈宇宙辐射下的行为,并推动开发用于火星及更远距离长期太空任务的更好辐射屏蔽技术。
基础物理学:镎的同位素被用于前沿研究,以了解核稳定性的极限以及超重元素的性质。这项研究拓展了我们对原子结构和核物理学的认识边界。
化学研究:作为第一种超铀元素,镎可作为研究整个锕系元素系列化学行为的模型,帮助化学家预测更重、更奇异元素的性质。
核材料追踪:镎的特征信号帮助核法证专家追溯核材料的来源和历史,在全球核安全和防扩散工作中发挥着关键作用。
研究实验室标准物质:镎-237主要作为核研究实验室中的参考标准,用于校准探测设备和研究锕系元素化学。其较长的半衰期(214万年)使其适合长期研究项目。
钚生产的前体:在专门的核设施中,镎-237可通过中子轰击转化为钚-238,为太空应用和医疗设备提供Pu-238来源。
中子源应用:少量镎用于中子活化分析,科学家通过分析材料吸收中子时发出的辐射,确定各种材料的组成。
教学演示:在高级大学物理课程中,有时会使用极少量且经过严格控制的样品来演示超铀元素的性质,但这需要完善的安全规程。
重要提示:由于镎具有放射性且十分稀有,因此没有消费领域的应用。所有用途都仅限于配备适当辐射安全规程的专门研究设施。
来源
0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements
不存在天然存在:在地球上,镎不会以任何可探测的量自然存在。虽然理论上微量镎可能通过罕见核反应在铀矿床中生成,但其数量极其微小,因此镎被视为完全人工合成的元素。
回旋加速器合成:镎通过在粒子加速器中用中子或氘核轰击铀-238来生产。最常见的方法是用中子轰击U-238,生成U-239,随后U-239发生β衰变形成Np-239。
核反应堆副产品:当铀燃料发生中子俘获时,核反应堆中会产生少量镎作为副产品。然而,这些数量很少,需要经过大量处理才能分离出来。
全球供应有限:全球只有少数专门设施能够生产镎,全球年总产量以克计。美国、俄罗斯和少数欧洲设施是主要来源。
成本和稀有性:由于其人工合成性质和复杂的生产过程,镎的生产成本极高,每克需要数千美元。因此,它的用途仅限于必要的研究应用。
处理
镎 具有放射性。 It has no stable isotope — every nucleus decays. 处理时需要适当的屏蔽和许可。
α辐射发射体:镎-237会发射危险的α辐射,半衰期为214万年。虽然α粒子无法穿透皮肤,但如果吸入或摄入镎尘,会造成严重的内部损伤。
呼吸系统危害:镎颗粒可能滞留在肺组织中,造成长期辐射暴露并显著增加患癌风险。即使是微量镎也会对健康造成严重威胁。
防护设备:处理镎需要专门的隔离设施、防护服、呼吸器和持续空气监测,以防止吸入或皮肤接触。
仅限授权人员:只有经过培训、获得适当许可并接受全面安全培训的核专业人员才能处理镎。所有工作都必须在配备多重隔离屏障的专门核设施中进行。
应急程序:设施必须制定即时去污规程,并与受过辐射暴露治疗培训的专业医疗团队保持直接通信。
快速回答
镎 (symbol Np) is element 93 on the periodic table, a 锕系元素 in period 7. The first transuranic element, made by bombarding uranium with neutrons in 1940. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
[Rn] 5f⁴ 6d¹ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 22, 9, 2 electrons respectively.镎 melts at 917 K (643.9 °C) and boils at 4300 K (4026.9 °C).
镎 has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 237, is the mass number of its longest-lived known isotope.
镎 has a density of 20.45 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 镎 is about 20.5× heavier.
镎 has a Pauling electronegativity of 1.36. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
镎 was discovered in 1940 by McMillan & Abelson. It is named after the planet Neptune, next out from Uranus.
镎 does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.
Yes. 镎 has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.