Америциум-241
![]() Мало копче кое содржи241AmO2 од детектор за чад | |
Општо | |
---|---|
Симбол | 241Am |
Име | америциум-241, Am-241 |
Протони (Z) | 95 |
Неутрони (N) | 146 |
Нуклидни податоци | |
Природна застапеност | 0 (синтетички) |
Период на полураспад (t1/2) | 432,6 ± 0,6 години[1] |
Изотопна маса | 241,0568273 ± (12)[1] Da |
Спин | 5/2− |
Вишок енергија | 52.934,3 ± 1,1[1] keV |
Енергија на сврзување | 7.543,2795 ± (46)[1] keV |
Родителски изотопи | 241Pu (β−) 241Cm (EC) 245Bk (α) |
Распадни производи | 237Np |
Начини на распад | |
Начин на распад | Распадна енергија (MeV) |
α-распаѓање (алфа) | 5.486 |
γ-емисија (гама) | 0.0595409 |
CD (кластер распаѓање) | 93.923 |
Изотопи на амерциумот Целосна табела |
Америциум-241 ( 241 Ам, Ам-241 ) е изотоп на америциум . Како и сите изотопи на америциум, тој е радиоактивен, со пeриод на полураспаѓање од 432,2 години . 241 Am е најчестиот изотоп на америциум, како и најраспространетиот изотоп на америциум во нуклеарниот отпад . Најчесто се наоѓа во јонизиран во детекторите за чад и е потенцијално гориво за долготрајни радиоизотопски термоелектрични генератори (RTG). Неговите вообичаени матични нуклиди се β − од 241 Pu, електронски рафат од 241 Cm и α од 245 Bk. 241 Америциумот не е фисилен, но може да се расцепи, а критичната маса на гола сфера е 57,6-75,6 килограми и дијаметар на сфера од 19-21 центиметар . [2] Америциум-241 има специфична активност од 3.43 кири по грам. [3] Најчесто се наоѓа во форма на америциум-241 диоксид ( 241 2 ). Овој изотоп има и една мета состојба, 241m Am, со енергија на возбудување од 2.2 мегаелектронволти и период на полураспаѓање од 1,23 μs . Присуството на 241 Am во плутониум се одредува според оригиналната концентрација на плутониум-241 и староста на примерокот. Поради малата пенетрација на алфа зрачењето, америциум-241 e ризичен за здравјето само ако се внесе во телото или пак вдиши. Ако примерокот на плутониум е постар тој во себе содржи 241 Pu и натрупан 241 Am. Во некои случаи може да биде потребно хемиско отстранување на америциум-241 од преработен плутониум (на пр., при преработка на јами на плутониум ).[4]
Нуклеосинтеза
[уреди | уреди извор]Америциум-241 се произведува во мали количини во нуклеарни реактори со децении, а до сега се акумулирани многу килограми од 241 Am. [5] : 1262 година Како и да е, откако првпат бил изложен за продажба во 1962 година, неговата цена била околу US$1,500 за грам од 241Am. Оваа цена до денес останува речиси непроменета поради многу сложената процедура која треба да се изврши при раздвојување. [6]
Заробувањето на два неутрони со 239 Pu (т.н. (n,γ) реакција), проследено со β-распаѓање, резултира со 241 часот:
Присуството на плутониумот во потрошеното нуклеарно гориво е околу 12% од 241 Pu. Бидејќи се претвора во 241 Am, 241 Pu може да се извлече и може да се користи за да се генерираат дополнителни 241 Am. Сепак, овој процес е прилично бавен: половина од првобитната количина од 241 Pu се распаѓа на 241 Am по околу 14 години, а количината од 241 Am достигнува максимум по 70 години. [7][2][7]
Добиениот 241 Am може да се користи за генерирање на потешки изотопи на америциум со дополнително зафаќање на неутрони во нуклеарен реактор. Во реактор лесна вода (LWR - light-water reactor ), 79% од заробените неутрони на 241 Am се претвораат во 242 Am и 10% во неговиот нуклеарен изомер 242m Am:[8]
- 79%:
Распаѓање
[уреди | уреди извор]Америциум-241 се распаѓа главно преку алфа распаѓање, со слаб нуспроизвод на гама зраци . Приказ на α-распаѓањето :
Енергиите на α-распаѓање се 5,486 мегаелектронволти за 85% од времето (оној што е широко прифатен за стандардна енергија на α-распаѓање), 5,443 MeV во 13% од времето и 5,388 MeV за останатите 2%.[3][9] Енергијата на γ-зраци е 59.5409 keV во најголем дел, со мали количини на други енергии како 13,9 keV, 17,8 keV и 26,4 keV .[10]
Вториот најчест тип на распаѓање на америциум-241 е со спонтана фузија, со сооднос на разгранување од 3.6×10−12[11] и се случува 1,2 пати во секунда по грам од 241Am. Може да се запише на следниов начин (ѕвездичката означува возбудено јадро):
Најмалку вообичаен (најреток) тип на распаѓање за америциум-241 e 34 Si кластер распаѓање, со однос на распаѓање помал од 7.4×10−16.[11] Прикажано тука:
Примена
[уреди | уреди извор]Јонизирачки тип на детектор за чад
[уреди | уреди извор]Америцум-241 е единствениот синтетички изотоп што пронашол своја примена во домаќинството, каде што најчестиот тип детектор за чад (тип со јонизација) користи AmO2 (америциум-241 диоксид) како негов извор на јонизирачко зрачење . [6][12] Овој изотоп се претпочита да се користи повеќе од 226 Ra бидејќи испушта 5 пати повеќе алфа честички и релативно малку штетно гама зрачење. Со период на распаѓање од 432,2 години америциумот во детекторот за чад се намалува и вклучува околу 3% нептуниум по 19 години, а околу 5% по 32 години. Количината на америциум во типичен нов детектор за чад е 0,29 микрограми (околу 1/3000 од тежината на мало зрно песок ) со активност од 1 микрокири. Некои стари индустриски детектори за чад (особено од корпорацијата Pyrotronics) можат да содржат до 80 микрокири . Количината на 241 Am полека се намалува додека се распаѓа во нептуниум-237 ( 237 Np), различен трансурански елемент со многу подолг полуживот (околу 2,14 милиони години). Зрачените алфа честички минуваат низ комората за јонизација, простор исполнет со воздух помеѓу две електроди, што овозможува мала, постојана електрична струја да помине помеѓу кондензаторските плочи поради зрачењето што го јонизира воздушниот простор помеѓу. Секој чад што ќе навлезе во комората блокира/апсорбира дел од алфа честичките да не минуваат слободно и ја намалува јонизацијата и затоа предизвикува пад на струјата. Колото на алармот го детектира овој пад на струјата и како резултат на тоа, го активира пиезоелектричниот звучник да се огласи. Во споредба со алтернативниот оптички детектор за чад, детекторот за јонизирачки чад е поевтин и може да открие честички кои се премногу мали за да создадат значително расејување на светлината. Сепак, тој е повеќе склон кон лажни аларми .[13][14]
Процес на производство
[уреди | уреди извор]Процесот на правење америциум што се користи во копчињата на детекторите за чад започнува со америциум диоксид.[5] 241 AmO 2 во својата основа е измешан со злато, обликуван во брикети и споен со притисок и топлина на над 1,470 °F (800 °C) . Подлога од сребро и предна обвивка од злато (или легура на злато или паладиум ) се нанесуваат на брикетата и се зацврстуваат со топло ковање. Брикетот потоа се обработува низ неколку фази на ладно валање за да се постигне саканата дебелина и нивоа на емисија на зрачење. Конечната дебелина е околу 0,20 mm, при што златната обвивка претставува околу еден процент од дебелината. Добиената лента од фолијата, која е околу 20 mm широка, се сече на делови долго по 1 m. Изворите се издупчени од лентата со фолија. Секој диск, околу 5,1 mm во дијаметар, се монтира во метален држач, обично направен од алуминиум. Држачот е куќиштето, што е најголем дел од она што се гледа на копчето. Тенкиот раб на држачот се превртува за целосно да се запечати исечениот раб околу дискот.[15]
РТГ (радиоизотопски термоелектричен генератор) производство на енергија
[уреди | уреди извор]Бидејќи 241 Am има приближно сличен период на полураспаѓање со 238 Pu (432,2 години наспроти 87 години), тој е предложен како активен изотоп на радиоизотопски термоелектрични генератори, за употреба во вселенски летала.[16] Иако америциум-241 произведува помалку топлина и електрична енергија од плутониум-238 (приносот на моќност е 114,7 миливолти за грам за 241Am наспроти 570 миливолти за грам за 238 Pu) [16] и неговото зрачење претставува поголема закана за луѓето поради емисијата на гама и неутрони, има предности за долготрајни мисии со значително подолг полуживот. Европската вселенска агенција работи на RTG базирани на америциум-241 за своите вселенски сонди [17] како резултат на глобалниот недостиг на плутониум-238 и лесен пристап до америциум-241 во Европа од преработка на нуклеарен отпад.[18][19]
Неговите барања за заштита во RTG се втори најниски од сите можни изотопи: само 238 Pu бара помалку. Предност во однос на 238 Pu е тоа што се произведува како нуклеарен отпад и е речиси изотопски чист.[20]
Извор на неутрони
[уреди | уреди извор]Оксидите од 241 Ам притиснати со берилиум можат да бидат многу ефикасни извори на неутрони, бидејќи тие испуштаат алфа честички за време на радиоактивното распаѓање :
Овде америциум делува како извор на алфа, а берилиумот произведува неутрони поради неговиот голем пресек за (α,n) нуклеарна реакција:
Најраспространета употреба на добиените неутрони од 241 AmBe е неутронска сонда – уред кој се користи за мерење на количината на вода присутна во почвата, како и влага/густина за контрола на квалитетот во изградбата на автопат. 241 Am неутронските извори исто така се користат во апликации за евиденција на бунари, како и во неутронска радиографија, томографија и други радиохемиски испитувања. [4]
Производство на други елементи
[уреди | уреди извор]
Америциум-241 понекогаш се користи како почетен материјал за производство на други трансурански елементи и трансактиниди - на пример, неутронското бомбардирање од 241 Am дава 242 Am:
Оттука, 82,7% од 242 Am се распаѓа на 242 Cm и 17,3% до 242 Pu:
82,7% →
17,3% →
Во нуклеарниот реактор, 242 Am исто така се конвертира со зафаќање на неутрони во 243 Am и 244 Am, што се трансформира со β-распаѓање на 244 Cm:
Зрачењето на 241 Am со <sup about="#mwt264" data-cx="[{"adapted":true,"partial":false,"targetExists":true,"mandatoryTargetParams":[],"optionalTargetParams":[]}]" data-mw="{"parts":[{"template":{"target":{"wt":"Гинд","href":"./Предлошка:Гинд"},"params":{"1":{"wt":"12"}},"i":0}}]}" data-ve-no-generated-contents="true" id="mwAVc" typeof="mw:Transclusion">12</sup> C или 22 Ne јони дава ајнштајниум -253 ( 253 Es) или дубниум -263 ( 263 Db), соодветно.[21] Понатаму, елементот беркелиум (изотоп 243 Bk) првпат бил намерно произведен и идентификуван со бомбардирање на 241 Am со алфа честички, во 1949 година, од истата група Беркли, користејќи ги истите 1500 mm циклотрон кој бил користен за многу претходни експерименти. [5] : 1262 година
Спектрометар
[уреди | уреди извор]Америциум-241 се користи како пренослив извор и на гама зраци и на алфа честички за голем број медицински и индустриски намени. Емисиите од 59,5409 keV гама зраци од 241 Am во такви извори може да се користат за индиректна анализа на материјали во радиографија и рендгенска флуоресцентна спектроскопија, како и за контрола на квалитетот во фиксни мерачи на нуклеарна густина и нуклеарни густометри . На пример, овој изотоп е употребен за да се измери дебелината на стаклото за да помогне во создавањето рамно стакло. [5] : 1262 година Америцум-241 е исто така погоден за калибрација на спектрометри на гама-зраци во опсегот со ниска енергија.
Медицина
[уреди | уреди извор]Гама зраците од америциум-241 биле користени за да се обезбеди пасивна дијагноза на функцијата на тироидната жлезда . Оваа медицинска практита сега е застарена. Гама зраците на Америциум-241 можат да обезбедат радиографија со прифатлив квалитет, со време на експозиција од 10 минути. Рендгенските снимки 241 Am се направени само експериментално поради долгото време на експозиција што ја зголемува ефективната доза на живото ткиво. Намалувањето на времетраењето на изложеноста ја намалува можноста за настани на јонизација кои предизвикуваат оштетување на клетките и ДНК и е критична компонента во максимата „време, растојание, заштита“ што се користи во заштитата од радијација .[22]
Опасности
[уреди | уреди извор]Америциум-241 ги има истите општи опасности како и другите изотопи на америциум: тој е и екстремно токсичен и радиоактивен. Иако α-честичките може да се запрат со лист хартија, постојат сериозни здравствени проблеми за ингестија на α-емитери. Америциумот и неговите изотопи се исто така многу хемиски токсични, во форма на токсичност од тешки метали. Дури 0,03 микрокири е максимално дозволеното изложување на телото на 241Аm.[23]
Америциум-241 е α-емитер со слаб нуспроизвод на γ-зраци. Безбедното ракување со америциум-241 бара познавање и следење на соодветни безбедносни мерки на претпазливост, бидејќи без нив тоа би било крајно опасно. Неговата специфична константа на гама доза е 3,14 или 8,48 на 1 метар .[24]
Доколку се консумира, америциум-241 се излачува во рок од неколку дена и само 0,05% се апсорбира во крвта. Оттука, приближно 45% од него оди во црниот дроб и 45% во коските, а останатите 10% се излачуваат. Количеството кое ќе се внесе во црниот дроб зависи од поединецот и се зголемува со возраста. Во коските, америциумот прво се депонира на кортикалните и трабекуларните површини и полека се редистрибуира преку коската со текот на времето. Биолошкиот период на полураспаѓање на 241Amе 50 години во коските и 20 години во црниот дроб, додека во гонадите (тестисите и јајниците) останува трајно; во сите овие органи, америциумот промовира формирање на канцерогени клетки како резултат на неговата радиоактивност.[25]

Америциум-241 често еадел во депониитекак дел од тфрлените детектори за чад . Правилата поврзани со отстранувањето на детекторите за чаднеесе многу строги во повеќето јурисдикции. Во САД, Дејвид Ханод „Radioactive Boy Scout“ успеал да добие концентриран америциум-241 од детекторите за чад, откако купил сто од нив по преостанати цени и исто така да украде неколку.[26][27][28] Имало неколку случаи на изложеност на америциум-241, од кои најлош бил Харолд МекКласки кој, на 64-годишна возраст, бил изложен на 500 пати повеќе од професионалниот стандард за америциум-241 како резултат на експлозија во неговата лабораторија. МекКласки почина на 75-годишна возраст, не како резултат на изложеност, туку од срцева болест што ја имал пред несреќата.[29][30] Америциум-241 е откриен и во океаните како резултат на нуклеарно тестирање спроведено од различни нации.[31]
Поврзано
[уреди | уреди извор]Наводи
[уреди | уреди извор]- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021). „The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties“ (PDF). Chinese Physics C. 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.
- ↑ 2,0 2,1 Dias, Hemanth; Tancock, Nigel; Clayton, Angela (20 октомври 2003). Critical mass calculations for 241Am, 242mAm and 243Am. Proceedings of the seventh international conference on nuclear criticality safety. Japan Atomic Energy Research Institute. CiteSeerX 10.1.1.540.1085 – преку International Atomic Energy Agency (IAEA).
- ↑ 3,0 3,1 „Americium: Chemical, physical, and radiological information“ (PDF). Agency for Toxic Substances and Disease Registry (CDC). стр. 103–111. Посетено на 24 July 2019.
- ↑ 4,0 4,1 „Industrial Uses of Nuclear Materials“. Nuclear Regulatory Commission (англиски). 2 декември 2020. Архивирано од изворникот 8 август 2022. Посетено на 2 септември 2022.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd. изд.). Pergamon Press. ISBN 978-0-7506-3365-9. LCCN 97036336. OCLC 1005231772. OL 689297M.
- ↑ 6,0 6,1 „Smoke detectors and americium“. World Nuclear Association (англиски). јануари 2009. Архивирано од изворникот на 24 декември 2008. Посетено на 2 септември 2022.
- ↑ 7,0 7,1 „PLUTONIUM: THE LAST FIVE YEARS | Part I: The Trouble With Plutonium | A Review of Plutonium Destructiveness, Complexity, and Hazards“. Blue Ridge Environmental Defense League. Архивирано од изворникот на 28 јули 2022. Посетено на 2 септември 2022.
- ↑ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (2012-02-07). „Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels“. Journal of Nuclear Science and Technology. Atomic Energy Society of Japan (AESJ). 41 (4): 448–456. doi:10.1080/18811248.2004.9715507. ISSN 0022-3131. OCLC 2251715.
- ↑ „AMERICIUM-241“.
- ↑ „GAMMA RAY SPECTRUM OF AM-241 IN A BACK SCATTERING GEOMETRY USING A HIGH PURITY GERMANIUM DETECTOR“ (PDF).
- ↑ 11,0 11,1 Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S. (2017). „The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties“ (PDF). Chinese Physics C. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
- ↑ „Smoke Detectors and Americium“. Nuclear Issues Briefing Paper (англиски). Uranium Information Centre. 35. May 2002. Архивирано од изворникот на 2008-03-03. Посетено на 2022-09-02.
- ↑ . Duisburg, DE. Отсутно или празно
|title=
(help) - ↑ (Report). Отсутно или празно
|title=
(help);|access-date=
бара|url=
(help) - ↑ „Smoke Detector“. How Products are Made. n.d. Посетено на 2022-09-01.
- ↑ 16,0 16,1 Kulcinski, G.L. (Spring 2000). „Nuclear Power in Space“. NEEP 602 Course Notes (PDF). University of Wisconsin Fusion Technology Institute. last page. Архивирано од изворникот (PDF) на 4 јануари 2006.
- ↑ Chahal, Major S. (2012-02-08). „European Space Nuclear Power Programme: UK Activities“ (PDF). UK Space Agency. Архивирано од изворникот (PDF) на 2012-05-16. Посетено на 2022-09-01.
- ↑ Clark, Stephen (2010-07-09). „Space agencies tackle waning plutonium stockpiles“. Spaceflight Now. Архивирано од изворникот на 2022-07-28. Посетено на 2022-09-02.
ESA's nuclear program would likely focus on americium, according to Southwood. [...] Americium-241 has a longer half-life than plutonium-238, meaning it could survive longer in space, but the isotope produces less heat and electricity. Americium is also a greater radiation hazard to humans, according to scientists.
- ↑ Greenfieldboyce, Nell (2009-09-28). „Plutonium Shortage Could Stall Space Exploration“. NPR. Архивирано од изворникот на 2022-08-12. Посетено на 2022-09-02.
NASA is running out of the special kind of plutonium needed to power deep space probes, worrying planetary scientists who say the U. S. urgently needs to restart production of plutonium-238.
- ↑ . The Woodlands, Texas. Bibcode:5 Проверете го
|bibcode=
length (help). Отсутно или празно|title=
(help) - ↑ Binder, Harry H. (1999). Lexikon der chemischen Elemente: das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten [Lexicon of the chemical elements: the periodic table in facts, figures and dates] (германски). Hirzel. ISBN 978-3-7776-0736-8. LCCN 99200502. OCLC 40933941. OL 90844M.
- ↑ „Americium-241 Uses“ (PDF). Архивирано од изворникот (PDF) на 2015-11-29.
- ↑ „Americium Am“.
- ↑ „AMERICIUM-241 [241Am]“.
- ↑ Frisch, Franz Crystal Clear, 100 x energy, Bibliographisches Institut AG, Mannheim 1977, ISBN 3-411-01704-X, p. 184
- ↑ „'Radioactive Boy Scout' Charged in Smoke Detector Theft“. Fox News. 4 August 2007. Архивирано од изворникот на 8 December 2007. Посетено на 28 November 2007.
- ↑ „Man dubbed 'Radioactive Boy Scout' pleads guilty“. Detroit Free Press. Associated Press. 27 August 2007. Архивирано од изворникот на 29 September 2007. Посетено на 27 August 2007.
- ↑ „'Radioactive Boy Scout' Sentenced to 90 Days for Stealing Smoke Detectors“. Fox News. 4 October 2007. Архивирано од изворникот на 2007-11-13. Посетено на 28 November 2007.
- ↑ Cary, Annette (25 April 2008). „Doctor remembers Hanford's 'Atomic Man'“. Tri-City Herald. Архивирано од изворникот на 10 February 2010. Посетено на 17 June 2008.
- ↑ „Hanford nuclear workers enter site of worst contamination accident“. Billings Gazette. Associated Press. 3 June 2005. Архивирано од изворникот на 13 October 2007. Посетено на 17 June 2007.
- ↑ Rozmaric, M.; Chamizo, E.; Louw, D. C.; López-Lora, M.; Blinova, O.; Levy, I.; Mudumbi, B.; van der Plas, A. K.; Garcia Tenorio, R. (1 January 2022). „Fate of anthropogenic radionuclides (90Sr, 137Cs, 238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Am) in seawater in the northern Benguela upwelling system off Namibia“. Chemosphere. 286 (Pt 1): 131514. Bibcode:2022Chmsp.28631514R. doi:10.1016/j.chemosphere.2021.131514. ISSN 0045-6535. PMID 34311394 Проверете ја вредноста
|pmid=
(help). Посетено на 1 January 2024 – преку Elsevier Science Direct.