Русская Энциклопедия

Америций

Америций - радиоактивный transuranic химический элемент с Am символа и атомным числом 95. Этот член ряда актинида расположен в периодической таблице под европием элемента лантанида, и таким образом аналогией был назван в честь другого континента, Америки.

Америций был сначала произведен в 1944 группой Гленна Т. Сиборга в Калифорнийском университете, Беркли. Хотя это - третий элемент в transuranic ряду, это было обнаружено четвертое после более тяжелого curium. Открытие держалось в секрете и только выпускалось общественности в ноябре 1945. Большая часть америция произведена, бомбардируя уран или плутоний с нейтронами в ядерных реакторах – одна тонна потраченного ядерного топлива содержит приблизительно 100 граммов америция. Это широко используется в коммерческих детекторах дыма палаты ионизации, а также в нейтронных источниках и промышленных мерах. Несколько необычных заявлений, таких как ядерная батарея или топливо для космических кораблей с ядерным толчком, были предложены для Am изотопа, но им пока еще препятствуют дефицит и высокая цена этого ядерного изомера.

Америций - относительно мягкий радиоактивный металл с серебристым появлением. Его наиболее распространенные изотопы - Am и Am. В химических соединениях они обычно принимают степень окисления +3, особенно в решениях. Несколько других степеней окисления известны, которые колеблются от +2 до +7 и могут быть определены их характерными оптическими спектрами поглощения. Кристаллическая решетка твердого америция и его составов содержит внутренние дефекты, которые вызваны самоозарением с альфа-частицами и накапливаются со временем; это приводит к дрейфу некоторых свойств материала.

История

Хотя америций был, вероятно, произведен в предыдущих ядерных экспериментах, он был сначала преднамеренно синтезирован, изолирован и определен в конце осени 1944 года, в Калифорнийском университете, Беркли, Гленном Т. Сиборгом, Леоном О. Морганом, Ральфом А. Джеймсом и Альбертом Гайорсо. Они использовали 60-дюймовый циклотрон в Калифорнийском университете, Беркли. Элемент был химически определен в Металлургической Лаборатории (теперь Аргонн Национальная Лаборатория) Чикагского университета. После легче neptunium, плутоний и более тяжелый curium, америций был четвертым элементом трансурана, который будет обнаружен. В то время, периодическая таблица была реструктурирована Сиборгом к ее существующему расположению, содержа ряд актинида ниже лантанида один. Это привело к америцию, располагаемому прямо ниже его двойного европия элемента лантанида; это было таким образом по аналогии, названной в честь другого континента, Америки:" Америций имени (после Америк) и Am символа предложен для элемента на основе его позиции шестого члена ряда редкой земли актинида, аналогичного европию, Eu, ряда лантанида."

Новый элемент был изолирован от его окисей в сложном, многоступенчатом процессе. Первый плутоний 239 нитратов (ПУНО), решение было покрыто на платиновой фольге области на приблизительно 0,5 см, растворе, были испарены и остаток, был преобразован в плутониевый диоксид (PuO), отжигая. После озарения циклотрона покрытие было расторгнуто с азотной кислотой, и затем ускорено, поскольку гидроокись, используя сконцентрировала водный нашатырный спирт. Остаток был расторгнут в perchloric кислоте. Дальнейшее разделение было выполнено ионным обменом, приведя к определенному изотопу curium. Разделение curium и америция было так кропотливо, что те элементы первоначально назвала группа Беркли как (с греческого языка для всех демонов или ада) и (с латыни для безумия).

Начальные эксперименты привели к четырем изотопам америция: Am, Am, Am и Am. Америций 241 был непосредственно получен из плутония после поглощения одного нейтрона. Это распадается эмиссией α-particle к Np; полужизнь этого распада была сначала определена как 510 ± 20 лет, но тогда исправлена к 432,2 годам.

:

:

Второй Am изотопа был произведен на нейтронную бомбардировку уже созданного Am. На быстрый β-decay Am преобразовывает в изотоп curium Cm (который был обнаружен ранее). Полужизнь этого распада была первоначально определена в 17 часов, который был близко к в настоящее время принятой стоимости 16,02 ч.

:

Открытие америция и curium в 1944 было тесно связано с манхэттенским Проектом; результаты были конфиденциальными и рассекречены только в 1945. Seaborg пропустил синтез элементов 95 и 96 в американской радиопостановке для детских Детей Викторины за пять дней до официального представления в американском Химическом Обществе, встречающемся 11 ноября 1945, когда один из слушателей спросил, был ли какой-либо новый элемент трансурана около плутония и neptunium обнаружен во время войны. После открытия Am изотопов америция и Am, их производство и составы были запатентованы, перечислив только Seaborg как изобретателя. Начальные образцы америция весили несколько микрограммов; они были едва видимы и были определены их радиоактивностью. Первое значительное количество металлического америция, весящего 40-200 микрограммов, не было подготовлено до 1951 сокращением америция (III) фторид с металлом бария в высоком вакууме в 1100 °C.

Возникновение

У

живших самым длинным образом и наиболее распространенных изотопов америция, Am и Am, есть полужизни 432,2 и 7 370 лет, соответственно. Поэтому, любой исконный америций (америций, который присутствовал на Земле во время его формирования) должен был распасться к настоящему времени.

Существующий америций сконцентрирован в областях, используемых для атмосферных испытаний ядерного оружия, проводимых между 1945 и 1980, а также на местах ядерных инцидентов, таких как Чернобыльская катастрофа. Например, анализ обломков на месте тестирования первой американской водородной бомбы, Айви Майк, (1 ноября 1952, атолл Эниветок), показал высокие концентрации различных актинидов включая америций; из-за военной тайны, этот результат был издан только в 1956. Trinitite, гладкий остаток, оставленный на дне пустыни под Аламогордо, Нью-Мексико, после основанного на плутонии испытания ядерной бомбы Троицы 16 июля 1945, содержит следы америция 241. Поднятые уровни америция были также обнаружены на месте крушения американского бомбардировщика B-52, который нес четыре водородных бомбы на борту, в 1968 в Гренландии.

В других регионах средняя радиоактивность поверхностной почвы из-за остаточного америция - только приблизительно 0,01 picocuries/g (0,37 мБк/г). Атмосферные составы америция плохо разрешимы в общих растворителях и главным образом придерживаются частиц почвы. Анализ почвы показал приблизительно в 1,900 раз более высокую концентрацию америция в песчаных частицах почвы, чем в воде, существующей в порах почвы; еще более высокое отношение было измерено в почвах суглинка.

Америций произведен главным образом искусственно в небольших количествах в целях исследования. Тонна потраченного ядерного топлива содержит приблизительно 100 граммов различных изотопов америция, главным образом Am и Am. Их длительная радиоактивность - нежелательный для распоряжения, и поэтому америций, вместе с другими долговечными актинидами, должен быть нейтрализован. Связанная процедура может включить несколько шагов, где америций сначала отделен и затем преобразован нейтронной бомбардировкой в специальных реакторах к недолгим нуклидам. Эта процедура известна как ядерное превращение, но это все еще развивается для америция.

Несколько атомов америция могут быть произведены нейтронными реакциями захвата и бета распадом в очень очень сконцентрированных имеющих уран депозитах.

Синтез и извлечение

Изотоп nucleosyntheses

Америций был произведен в небольших количествах в ядерных реакторах в течение многих десятилетий, и килограммы его изотопов Am и Am были накоплены к настоящему времени. Тем не менее, так как это сначала предлагалось для продажи в 1962, ее цена, приблизительно 1 500 долларов США за грамм Am, остается почти неизменной вследствие очень сложной процедуры разделения. Более тяжелый Am изотопа произведен в намного меньших суммах; таким образом более трудно отделиться, приводя к более высокой стоимости заказа 100 000-160 000 долларов США/г.

Америций не синтезируется непосредственно от урана – наиболее распространенного реакторного материала – но от плутониевого изотопа Пу. Последние потребности, которые будут произведены сначала, согласно следующему ядерному процессу:

:

Захват двух нейтронов Пу (так называемое (n, γ) реакция), сопровождаемый β-decay, приводит к Am:

:

Плутоний, существующий в потраченном ядерном топливе, содержит приблизительно 12% Пу. Поскольку это спонтанно преобразовывает в Am, Пу может быть извлечен и может использоваться, чтобы произвести дальнейший Am. Однако этот процесс довольно медленный: после 70 лет половина оригинальной суммы распадов Пу к Am приблизительно после 15 лет и суммы Am достигает максимума.

Полученный Am может использоваться для создания более тяжелых изотопов америция дальнейшим нейтронным захватом в ядерном реакторе. В легком водном реакторе (LWR) 79% Am преобразовывают в Am и 10% к его ядерному Am изомера:

:79%:

:10%:

У

америция 242 есть полужизнь только 16 часов, которая делает ее дальнейшее-преобразование в Am, чрезвычайно неэффективный. Последний изотоп произведен вместо этого в процессе, где Пу захватил четыре нейтрона под высоким нейтронным потоком:

:

Металлическое производство

Большинство режимов синтеза приводит к смеси различных изотопов актинида в окисных формах, от которых должны быть отделены изотопы америция. В типичной процедуре потраченное реакторное топливо (например, топливо MOX) растворены в азотной кислоте, и большая часть урана и плутония удалена, используя извлечение PUREX-типа (Плутоний - Добыча Урана) с tributyl фосфатом в углеводороде. Лантаниды и остающиеся актиниды тогда отделены от водного остатка (raffinate) находящимся в diamide извлечением, чтобы дать, после демонтажа, смеси трехвалентных актинидов и лантанидов. Составы америция тогда выборочно извлечены, используя многоступенчатый хроматографический и методы центрифугирования с соответствующим реактивом. Большой объем работы был сделан на растворяющей добыче америция. Например, недавний ЕС финансировал проект под кодовым названием изученных триазинов «EUROPART» и других составов как потенциальные агенты извлечения. Еще-раз-triazinyl комплекс bipyridine был недавно предложен реактив как таковой как очень отборный к америцию (и curium). Разделение америция от очень подобного curium может быть достигнуто, рассматривая жидкий раствор их гидроокисей в водном бикарбонате натрия с озоном при повышенных температурах. И Am и Cm главным образом присутствуют в решениях в +3 государствах валентности; тогда как curium остается неизменным, америций окисляется к разрешимому Am (IV) комплексы, которые могут быть смыты.

Металлический америций получен сокращением из его составов. Америций (III) фторид сначала использовался с этой целью. Реакция проводилась, используя элементный барий в качестве уменьшающего агента в воде - и бескислородная окружающая среда в аппарате, сделанном из тантала и вольфрама.

:

Альтернатива - сокращение диоксида америция металлическим лантаном или торием:

:

Физические свойства

В периодической таблице америций расположен направо от плутония, налево от curium, и ниже европия лантанида, с которым это делит много общих черт в физических и химических свойствах. Америций - очень радиоактивный элемент. Когда недавно подготовлено, это имеет серебристо-белый металлический блеск, но тогда медленно бросает тень в воздухе. С плотностью 12 г/см америций менее плотный и, чем curium (13,52 г/см) и, чем плутоний (19,8 г/см); но имеет более высокую плотность, чем европий (5,264 г/см) — главным образом из-за его более высокой атомной массы. Америций относительно мягкий и легко непрочный и имеет значительно более низкий оптовый модуль, чем актиниды перед ним: Th, Пенсильвания, U, Нп и Пу. Его точка плавления 1173 °C значительно выше, чем тот из плутония (639 °C) и европий (826 °C), но ниже, чем для curium (1340 °C).

Во внешних условиях америций присутствует в своей самой стабильной форме α, у которой есть шестиугольная кристаллическая симметрия и космическая группа P6/mmc с параметрами решетки = 346.8 пополудни и c = 23:24 и четыре атома за элементарную ячейку. Кристалл состоит из двойной шестиугольной близкой упаковки последовательностью слоя ABAC и так является isotypic с α-lanthanum и несколькими актинидами, такими как α-curium. Кристаллическая структура америция изменяется с давлением и температурой. Когда сжато при комнатной температуре к 5 Гпа, α-Am преобразовывает к β модификации, у которой есть гранецентрированное кубическое (FCC) симметрия, космическая группа Fmm и решетка, постоянная = 489 пополудни. Эта структура FCC эквивалентна самой близкой упаковке ABC последовательности. После дальнейшего сжатия к 23 Гпа америций преобразовывает к призматической γ-Am структуре, подобной тому из α-uranium. Нет наблюдаемых до 52 Гпа никаких дальнейших переходов, за исключением появления моноклинической фазы при давлениях между 10 и 15 Гпа. Нет никакой последовательности на статусе этой фазы в литературе, которая также иногда перечисляет α, β и γ фазы как я, II и III. β-γ переход сопровождается 6%-м уменьшением в кристаллическом объеме; хотя теория также предсказывает значительное изменение объема для α-β перехода, она не наблюдается экспериментально. Давление α-β перехода уменьшается с увеличением температуры, и когда α-americium нагрет при окружающем давлении, при 770 °C это изменяется в фазу FCC, которая отличается от β-Am, и в 1075 °C это преобразовывает в сосредоточенную на теле кубическую структуру. Температурная давлением диаграмма фазы америция таким образом довольно подобна тем из лантана, празеодимия и неодимия.

Как со многими другими актинидами, самоповреждение кристаллической решетки из-за озарения альфа-частицы внутреннее америцию. Особенно примечательно при низких температурах, где подвижность произведенных дефектов решетки относительно низкая, расширяясь пиков дифракции рентгена. Этот эффект делает несколько сомнительным температура америция и некоторые его свойства, такие как электрическое удельное сопротивление. Таким образом для америция 241, удельное сопротивление в 4.2 K увеличивается со временем приблизительно с 2 µOhm · cm к 10 µOhm · cm после 40 часов, и насыщает приблизительно в 16 µOhm · cm после 140 часов. Этот эффект менее явный при комнатной температуре, из-за уничтожения радиационных дефектов; также нагреваясь к комнатной температуре образец, который был сохранен в течение многих часов при низких температурах, восстанавливает свое удельное сопротивление. В новых образцах удельное сопротивление постепенно увеличивается с температурой приблизительно с 2 µOhm · cm в жидком гелии к 69 µOhm · cm при комнатной температуре; это поведение подобно тому из neptunium, урана, тория и protactinium, но отличается от плутония и curium, которые показывают быстрому повышению до 60 K, сопровождаемые насыщенностью. Стоимость комнатной температуры для америция ниже, чем тот из neptunium, плутония и curium, но выше, чем для урана, тория и protactinium.

Америций парамагнитный в широком диапазоне температуры, от того из жидкого гелия, к комнатной температуре, и выше. Это поведение заметно отличается от того из его соседних curium, которые показывают антиферромагнитный переход в 52 K. Тепловой коэффициент расширения америция немного анизотропный и составляет (7.5 ± 0.2) / °C вперед короче ось и (6.2 ± 0.4) / °C для дольше c шестиугольная ось. Теплосодержание роспуска металла америция в соляной кислоте при стандартных условиях - −620.6 ± 1,3 кДж/молекулярных масс, от которых стандартное изменение теплосодержания формирования (ΔH °) водного иона Am является −621.2 ± 2,0 кДж/молекулярных масс. Стандартный потенциал, −2.08 ± 0,01 В

Химические свойства

Америций с готовностью реагирует с кислородом и распадается хорошо в кислотах. Наиболее распространенная степень окисления для америция +3, в котором составы америция довольно стабильны против окисления и сокращения. В этом смысле америций химически подобен большинству лантанидов. Трехвалентный америций формирует нерастворимый фторид, оксалат, йодат, гидроокись, фосфат и другие соли. Другие степени окисления наблюдались между +2 и +7, который является самым широким диапазоном среди элементов актинида. Их цвет в водных растворах варьируется следующим образом: Am (бесцветный к желто-красноватому), (желто-красноватый) Am, Am; (желтый), (коричневый) Am и (темно-зеленый) Am. У всех степеней окисления есть свои характерные оптические спектры поглощения с несколькими острыми пиками в видимом и середине инфракрасных областей, и положение и интенсивность этих пиков могут быть преобразованы в концентрации соответствующих степеней окисления. Например, у Am (III) есть два острых пика в 504 и 811 нм, Am (V) в 514 и 715 нм и Am (VI) в 666 и 992 нм.

Составы америция со степенью окисления +4 и выше являются прочными окислителями, сопоставимыми в силе к иону перманганата в кислых решениях. Принимая во внимание, что ионы Am нестабильны в решениях и с готовностью преобразовывают в Am, +4 степени окисления происходят хорошо в твердых частицах, таких как диоксид америция (AmO) и америций (IV) фторид (AmF).

Весь pentavalent и hexavalent составы америция - сложные соли, такие как KAmOF, LiAmO и LiAmO, BaAmO, AmOF. Эти высокие степени окисления, в которых Am (IV), Am (V) и Am (VI) может быть подготовлен из Am (III) окислением с аммонием persulfate, разбавляют азотную кислоту с серебром (I) окись в perchloric кислоте, или с озоном или натрием persulfate в решениях для карбоната натрия. В 1951 сначала наблюдалась pentavalent степень окисления америция. Это присутствует в водном растворе в форме (кислых) ионов или ионов (щелочных), которые, однако, нестабильны и подвергаются нескольким быстрым disproportionation реакциям:

:

:

Химические соединения

Кислородные составы

Три окиси америция известны, со степенями окисления +2 (AmO), +3 (AmO) и +4 (AmO). Америций (II) окись была подготовлена в мелких суммах и не была характеризована в деталях. Америций (III) окись является красно-коричневым телом с точкой плавления 2205 °C. Америций (IV) окись - главная форма твердого америция, который используется в почти всех его заявлениях. Как большинство других диоксидов актинида, это - черное тело с кубической (флюоритовой) кристаллической структурой.

У

оксалата америция (III), вакуум, высушенный при комнатной температуре, есть химический Am формулы (CO) · 7HO. После нагревания в вакууме это теряет воду в 240 °C и начинает разлагаться в AmO в 300 °C, разложение заканчивает приблизительно в 470 °C. Начальный оксалат распадается в азотной кислоте с максимальной растворимостью 0.25 g/L.

Галиды

Галиды америция известны степенями окисления +2, +3 и +4, где эти +3 являются самыми стабильными, особенно в решениях.

Сокращение Am (III) составы со смесью натрия приводит к Am (II) соли – черные галиды AmCl, AmBr и AmI. Они очень чувствительны к кислороду и окисляются в воде, выпуская водород и преобразовывая назад в Am (III) государство. Определенные константы решетки:

Они могут также быть подготовлены, реагируя металлический америций с соответствующим ртутным галидом HgX, где X = Статья, бром или я:

:

Америций (III) фторид (AmF) плохо разрешим и ускоряет после реакции Am и ионов фторида в слабых кислых решениях:

:

tetravalent америций (IV) фторид (AmF) получен, реагируя твердый америций (III) фторид с молекулярным фтором:

:

Другой известной формой тела tetravalent хлорид америция является KAmF. Америций Tetravalent также наблюдался в водной фазе. С этой целью черный Am (О), был расторгнут в NHF на 15 М с концентрацией америция 0,01 М. У получающегося красноватого решения был характерный оптический спектр поглощения, который подобен тому из AmF, но отличался от других степеней окисления америция. Нагревая Am (IV) решение 90 °C не приводило к его disproportionation или сокращению, однако медленное сокращение наблюдалось к Am (III) и назначалось на самоозарение америция альфа-частицами.

Большая часть америция (III) галиды формирует шестиугольные кристаллы с небольшим изменением цветной и точной структуры между галогенами. Так, хлорид (AmCl) красноватый и имеет структуру isotypic к урану (III) хлорид (космическая группа P6/m) и точка плавления 715 °C. Фторид - isotypic к LaF (космическая группа P6/mmc) и йодид к BiI (космическая группа R). Бромид - исключение с призматической структурой PuBr-типа и космической группой Cmcm. Кристаллы америция hexahydrate (AmCl · 6HO), может быть подготовлен, расторгнув диоксид америция в соляной кислоте и испарившись жидкость. Те кристаллы гигроскопические и имеют желто-красноватый цвет и моноклиническую кристаллическую структуру.

Oxyhalides америция в форме, AmOX, AmOX, AmOX и AmOX могут быть получены, реагируя соответствующий галид америция с кислородом или SbO и AmOCl, может также быть произведен гидролизом фазы пара:

:

Chalcogenides и pnictides

Известные chalcogenides америция включают сульфид AmS, селениды AmSe и AmSe и теллуриды AmTe и AmTe. pnictides Am америция типа AmX известны фосфором элементов, мышьяком, сурьмой и висмутом. Они кристаллизуют в решетке каменной соли.

Силициды и бориды

Моносилицид америция (AmSi) и «disilicide» (номинально AmSi с: 1.87). AmSi - черное тело, изоморфное с LaSi, у него есть призматическая кристаллическая симметрия. У AmSi есть яркий серебристый блеск и четырехугольная кристаллическая решетка (космическая группа I4/amd), это изоморфно с PuSi и ThSi. Бориды америция включают AmB и AmB. tetraboride может быть получен, нагрев окись или галид америция с магнием diboride в вакууме или инертной атмосфере.

Оргэноумерикиум приходит к соглашению

Аналогичный uranocene, америций формирует металлоорганический состав с двумя cyclooctatetraene лигандами, который является (η-CH) Am. Это также делает треугольные (η-CH) комплексы Am с тремя кольцами cyclopentadienyl.

Формирование комплексов Am типа (n-CH-BTP), где стенды BTP для 2,6-di (1,2,4 triazin 3 yl) пиридин, в решениях, содержащих n-CH-BTP и ионы Am, был подтвержден EXAFS. Некоторые из этих комплексов BTP-типа выборочно взаимодействуют с америцием и поэтому полезны в его отборном разделении от лантанидов и другого актиниды.

Биологические аспекты

Америций - искусственный элемент недавнего происхождения, и таким образом не имеет биологического требования. Было предложено использовать бактерии для удаления америция и других тяжелых металлов от рек и потоков. Таким образом Enterobacteriaceae рода Citrobacter ускоряют ионы америция от водных растворов, связывая их в комплекс металлического фосфата в их клеточных стенках. О нескольких исследованиях сообщили относительно биосорбции и биоаккумулирования америция бактерии и грибы.

Расщепление

У

Am изотопа (полужизнь 141 год) есть самые большие поперечные сечения для поглощения тепловых нейтронов (5 700 сараев), который приводит к маленькой критической массе для длительной ядерной цепной реакции. Критическая масса для голой сферы Am составляет приблизительно 9-14 кг (следствия неуверенности недостаточного знания ее свойств материала). Это может быть понижено к 3-5 кг с металлическим отражателем и должно стать еще меньшим с водным отражателем. Такая маленькая критическая масса благоприятна для портативного ядерного оружия, но основанные на Am еще не известны, вероятно из-за ее дефицита и высокой цены. Критические массы двух других легко доступных изотопов, Am и Am, относительно высоки – 57.6 к 75,6 кг для Am и 209 кг для Am. Дефицит и высокая цена все же препятствуют применению америция как ядерное топливо в ядерных реакторах.

Есть предложения очень компактных реакторов высокого потока на 10 кВт, использующих всего 20 граммов Am. Такие низкие энергетические реакторы было бы относительно безопасно использовать в качестве нейтронных источников для радиационной терапии в больницах.

Изотопы

Приблизительно 19 изотопов и 8 ядерных изомеров известны америцием. Есть два долговечных альфа-эмитента, Am и Am с полужизнями 432,2 и 7 370 лет, соответственно, и у ядерного Am изомера есть длинная полужизнь 141 года. Полужизни других изотопов и изомеров колеблются с 0,64 микросекунд для Am к 50,8 часам для Am. Как с большинством других актинидов, у изотопов америция с нечетным числом нейтронов есть относительно высокий показатель ядерного деления и низкой критической массы.

Америций 241 распад к Np, испускающему альфа-частицы 5 различных энергий, главным образом в 5.486 MeV (85,2%) и 5.443 MeV (12,8%). Поскольку многие получающиеся государства метастабильны, они также испускают гамма-лучи с дискретными энергиями между 26.3 и 158,5 кэВ.

Америций 242 является недолгим изотопом с полужизнью 16,02 ч. Это главным образом (82,7%) преобразовывает β-decay в Cm, но также и электронным захватом Пу (17,3%). И Км и Пу преобразовывают через почти ту же самую цепь распада через Пу вниз к U.

Почти весь (99,541%) Am распадается внутренним преобразованием в Am и остающиеся 0,459% α-decay к Np. Последние разрывы вниз Пу и затем к U.

Америций 243 преобразовывает α-emission в Np, который преобразовывает β-decay в Пу и изменениями Пу в U, испуская α-particle.

Заявления

Датчики ионизации

Америций - единственный синтетический элемент, чтобы найти его путь в домашнее хозяйство, где один общий тип детектора дыма использует Am в форме диоксида америция как его источник атомной радиации. Этот изотоп предпочтен по Ра, потому что он испускает в 5 раз больше альфа-частиц и относительно мало вредной гамма радиации. Количество америция в типичном новом детекторе дыма составляет 1 микрокюри (37 кБк) или 0,28 микрограмма. Эта сумма медленно уменьшается, поскольку америций распадается в neptunium-237, различный transuranic элемент с намного более длинной полужизнью (приблизительно 2,14 миллиона лет). С его полужизнью 432,2 лет америций в детекторе дыма включает приблизительно 3% neptunium после 19 лет и приблизительно 5% после 32 лет. Радиация проходит через палату ионизации, заполненное воздухом пространство между двумя электродами, и разрешает маленький, постоянный ток между электродами. Любой дым, который входит в палату, поглощает альфа-частицы, который уменьшает ионизацию и затрагивает этот ток, вызывая тревогу. По сравнению с альтернативным оптическим детектором дыма детектор дыма ионизации более дешевый и может обнаружить частицы, которые являются слишком небольшими, чтобы произвести значительное рассеяние света; однако, это более подвержено ложным тревогам.

Радионуклид

Поскольку у Am есть значительно более длинная полужизнь, чем Пу (432,2 года против 87 лет), он был предложен как активный элемент радиоизотопа термоэлектрические генераторы, например в космическом корабле. Хотя америций производит меньше высокой температуры и электричества – урожай власти составляет 114,7 мВт/г для Am и 6,31 мВт/г для Am (cf. 390 мВт/г для Пу) – и его радиация представляет больше угрозы людям вследствие нейтронной эмиссии, Европейское космическое агентство планирует использовать америций для своих космических зондов.

Другое предложенное относящееся к космосу применение америция - топливо для космических кораблей с ядерным толчком. Это полагается на очень высокий показатель ядерного деления Am, который может сохраняться даже в толстой микрометром фольге. Маленькая толщина избегает проблемы эгоцентризма испускаемой радиации. Эта проблема подходящая для урана или плутониевых прутов, в которых только появляются, слои обеспечивают альфа-частицы. Продукты расщепления Am могут или непосредственно продвинуть космический корабль, или они могут подогреть газ подталкивания; они могут также передать свою энергию жидкости и произвести электричество через магнетогидродинамический генератор.

Еще одно предложение, которое использует высокий уровень ядерного деления Am, является ядерной батареей. Его дизайн полагается не на энергию испускаемого альфа-частицами америция, но по их обвинению, которое является действиями америция как самоподдерживающимся «катодом». Единственное 3,2-килограммовое обвинение в Am такой батареи могло обеспечить приблизительно 140 кВт власти в течение 80 дней. Со всеми потенциальными выгодами текущим применениям Am пока еще препятствуют дефицит и высокая цена этого ядерного изомера.

Нейтронный источник

Окись Am, нажатого с бериллием, является эффективным нейтронным источником. Здесь действия америция как альфа-источник и бериллий производят нейтроны вследствие его большого поперечного сечения для (α, n) ядерная реакция:

:

:

Наиболее широкое использование источников нейтрона AmBe - нейтронное исследование – устройство раньше измеряло количество воды, существующей в почве, а также влажности/плотности для контроля качества в строительстве шоссе. Нейтронные источники, также используются в хорошо регистрирующихся заявлениях, а также в нейтронном рентгене, томографии и других радиохимических расследованиях.

Производство других элементов

Америций - стартовый материал для производства других transuranic элементов и трансактинидов – например, 82,7% распадов Am к Cm и 17,3% Пу. В ядерном реакторе Am также преобразован нейтронным захватом в Am и Am, который преобразовывает β-decay к Cm:

:

Озарение Am ионами C или Ne приводит к изотопам Es (einsteinium) или Db (dubnium), соответственно. Кроме того, элемент berkelium (Изотоп книги) был сначала преднамеренно произведен и определен, бомбардируя Am с альфа-частицами, в 1949, той же самой группой Беркли, используя тот же самый 60-дюймовый циклотрон. Точно так же nobelium был произведен в Совместном Институте Ядерного Исследования, Дубны, Россия, в 1965 в нескольких реакциях, одной из который включенное озарение Am с ионами N. Кроме того, одна из реакций синтеза для lawrencium, обнаруженного учеными из Беркли и Дубны, включала бомбардировку Am с O.

Спектрометр

Америций 241 использовался в качестве портативного источника и гамма-лучей и альфа-частиц для многого медицинского и промышленного использования. Выбросы гамма-луча на 60 кэВ Am в таких источниках могут использоваться для косвенного анализа материалов в рентгене и спектроскопии флюоресценции рентгена, а также для контроля качества в фиксированных ядерных шаблонах плотности и ядерных денсиметрах. Например, элемент использовался, чтобы измерить стеклянную толщину, чтобы помочь создать листовое стекло. Америций 241 также подходит для калибровки спектрометров гамма-луча в низкоэнергетическом диапазоне, так как его спектр состоит из почти единственного пикового и незначительного континуума Комптона (по крайней мере три порядка величины более низкая интенсивность). Америций 241 гамма-луч также использовался, чтобы предоставить пассивный диагноз функции щитовидной железы. Это медицинское применение, однако, устаревшее.

Медицинские проблемы

Как очень радиоактивный элемент, америций и его составы должны быть обработаны только в соответствующей лаборатории согласно особым условиям. Хотя большинство изотопов америция преобладающе испускает альфа-частицы, которые могут быть заблокированы тонкими слоями общих материалов, многие продукты дочери испускают гамма-лучи и нейтроны, у которых есть долгая глубина проникновения.

Если потребляется, америций выделен в течение нескольких дней, и только 0,05% поглощен кровью. Оттуда, примерно 45% из него идут в печень и 45% к костям, и остающиеся 10% выделены. Внедрение к печени зависит от человека и увеличивается с возрастом. В костях америций сначала депонирован по корковому и поверхностям trabecular и медленно перераспределяет по кости со временем. Период полувыведения изотопа Am составляет 50 лет в костях и 20 лет в печени, тогда как в гонадах (яички и яичники) это постоянно остается; во всех этих органах америций способствует формированию раковых клеток в результате его радиоактивности.

Америций часто входит в закапывание мусора от детекторов дыма, от которых отказываются. Правила, связанные с избавлением от детекторов дыма, смягчены в большей части юрисдикции. В США «Радиоактивный Бойскаут» Дэвид Хэн смог сконцентрировать америций от детекторов дыма после того, чтобы уметь купить сто из них по ценам остатка и также краже некоторых. Были случаи людей, загрязняемых америцием, худший случай, являющийся тем из Гарольда Маккласки, который в возрасте 64 лет был подвергнут 500 раз профессиональному стандарту для америция 241 в результате взрыва в его лаборатории. Маккласки умер в возрасте 75 лет, не в результате воздействия, а болезни сердца, которую он имел перед несчастным случаем.

См. также

  • Актиниды в окружающей среде

Примечания

Библиография

Дополнительные материалы для чтения

  • Нуклиды и изотопы – 14-й выпуск, GE Nuclear Energy, 1989.
Dysprosium
Озон
Синтетический элемент
Калифорнийский университет, Беркли
Ядерная технология
Альберт Гайорсо
Ядерный изомер
Оценка формирования
Источник иона
1944 в науке
Неорганические составы элементом
Изотопы америция
Спектрометрия подвижности иона
Saltcrete
Электронные отходы
Актиниды в окружающей среде
Плутоний 241
Урожай продукта расщепления
Ядерная мера плотности
График времени открытий Соединенных Штатов
Нейтронное отображение
Обычно используемые испускающие гамму изотопы
График времени Сан-Франциско область залива
Амнон Маринов
Список Калифорнийского университета, выпускников Беркли в науке и технике