Войти
Америций - синтетический радиоактивный химический элемент с символом Amи атомным номером 95. Это трансурановый член группы актинидов в периодической таблице, расположенный под лантаноидом элементом европием, и поэтому по аналогии был назван в честь Америки.
Америций был впервые произведен в 1944 году группой Гленна Т. Сиборга из Беркли, Калифорния, в Металлургическая лаборатория Чикагского университета , часть Манхэттенского проекта. Хотя это третий элемент в трансурановой серии, он был открыт четвертым после более тяжелого кюрия. Открытие держалось в секрете и было обнародовано только в ноябре 1945 года. Большая часть америция производится путем бомбардировки урана или плутония нейтронами в ядерной реакторы - одна тонна отработавшего ядерного топлива содержит около 100 граммов америция. Он широко используется в коммерческих ионизационных камерах детекторах дыма, а также в источниках нейтронов и промышленных датчиках. Для изотопа Am было предложено несколько необычных применений, таких как ядерные батареи или топливо для космических кораблей с ядерной двигательной установкой, но они пока затруднены из-за дефицита и высокой цены этого ядерного изомера..
Америций - относительно мягкий радиоактивный металл серебристого цвета. Его общие изотопы - это Am и Am. В химических соединениях америций обычно имеет степень окисления +3, особенно в растворах. Известно несколько других степеней окисления, в диапазоне от +2 до +7, и их можно идентифицировать по их характерным спектрам оптического поглощения. Кристаллическая решетка твердого америция и его соединений содержит небольшие собственные радиогенные дефекты из-за метамиктизации, вызванной самооблучением альфа-частицами, которые накапливаются со временем; это может вызвать дрейф некоторых свойств материала со временем, более заметный в старых образцах.
60-дюймовый циклотрон в Радиационной лаборатории Лоуренса, Калифорнийский университет, Беркли, август 1939 года. 
Треугольник в стеклянной трубке содержит первый образец америция (в виде гидроксида (Am (OH) 3)), произведенный в 1944 году. Хотя америций вероятно, был получен в предыдущих ядерных экспериментах, он был впервые намеренно синтезирован, выделен и идентифицирован поздней осенью 1944 года в Калифорнийском университете в Беркли Гленном Т. Сиборгом., Леон О. Морган, Ральф А. Джеймс и Альберт Гиорсо. Они использовали 60-дюймовый циклотрон в Калифорнийском университете в Беркли. Элемент был химически идентифицирован в Металлургической лаборатории (ныне Аргоннская национальная лаборатория ) Чикагского университета. После более легкого нептуния, плутония и более тяжелого кюрия америций стал четвертым открытым трансурановым элементом. В то время периодическая таблица была преобразована Сиборгом в ее нынешнюю структуру, содержащую ряд актинидов ниже строки лантаноидов. Это привело к тому, что америций оказался прямо под его двойным лантаноидным элементом европием; таким образом, он был назван по аналогии с Америкой : «Название америций (в честь Америки) и символ Am предложены для элемента на основе его положения в качестве шестого члена актинидных редкоземельных элементов. серия, аналогичная европию, Eu из ряда лантанидов. "
Новый элемент был выделен из его оксидов в сложном, многоступенчатом процессе. Первый раствор нитрата плутония -239 (PuNO 3) наносили на платиновую фольгу площадью около 0,5 см, раствор выпаривали и остаток превращали в диоксид плутония (PuO 2) прокаливанием. После циклотронного облучения покрытие растворяли в азотной кислоте, а затем осаждали в виде гидроксида с использованием концентрированного водного раствора аммиака. Остаток растворяли в хлорной кислоте. Дальнейшее разделение проводили с помощью ионного обмена, получая определенный изотоп кюрия. Разделение кюрия и америция было настолько сложным, что эти элементы были первоначально названы группой Беркли как pandemonium (от греческого для всех демонов или ада) и delirium (от латинского для безумия).
Первоначальные эксперименты дали четыре изотопа америция: Am, Am, Am и Am. Америций-241 был получен непосредственно из плутония после поглощения двух нейтронов. Он распадается с испусканием α-частицы до Np; период полураспада этого распада был сначала определен как 510 ± 20 лет, но затем скорректирован до 432,2 года.
![{\displaystyle {\ce {^{239}_{94}Pu ->[{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {240} _ {94} Pu ->[{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {241} _ {94} Pu ->[\ beta ^ -] [14.35 \ {\ ce {yr}}] ^ {241} _ {95} Am}} \ \ left ({\ ce {->[ \ alpha] [432.2 \ {\ ce {yr}}] ^ {237} _ {93} Np}} \ right)}]( https: // wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c1e04227243220777cfab356aab3d5ea28566de2)
Второй изотоп Am образовался при нейтронной бомбардировке уже созданного Am. При быстром β-распаде Am превращается в изотоп кюрия Cm (который был проверено ранее). Период полураспада этого распада первоначально был определен на уровне 17 часов, что было близко к принятому в настоящее время значению 16,02 ч.
![{\displaystyle {\ce {^{241}_{95}Am ->[{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {242} _ {95} Am}} \ \ left ({\ ce {->[\ beta ^ -] [16.02 \ {\ ce {h}}] ^ {242} _ { 96} Cm}} \ right)}]( https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5f7ea91b21dda64052123dd4daa460996dd08332 )
Открытие америция и кюрия в 1944 году было тесно связано с Манхэттенским проектом ; результаты были конфиденциальными и рассекречены только в 1945 году. Сиборг сообщил о синтезе элементов 95 и 96 в радио-шоу в США. для детей Quiz Kids за пять дней до официальной презентации на собрании Американского химического общества 11 ноября 1945 г., когда один из Исследователи спросили, был ли открыт во время войны какой-либо новый трансурановый элемент, кроме плутония и нептуния. После открытия изотопов америция Am и Am, их производство и соединения были запатентованы, и только Сиборг был изобретателем. Исходные образцы америция весили несколько микрограммов; они были едва видны и идентифицировались по радиоактивности. Первые значительные количества металлического америция весом 40–200 микрограммов были получены только в 1951 году путем восстановления фторида америция (III) металлическим барием в высоком вакууме при 1100 ° C.
Америций был обнаружен в осадках после ядерного испытания Айви Майк. Самые долгоживущие и наиболее распространенные изотопы америция, Am и Am, имеют период полураспада 432,2 и 7370 лет соответственно. Следовательно, любой изначальный америций (америций, который присутствовал на Земле во время ее образования) должен был к настоящему времени распасться. Небольшие количества америция, вероятно, встречаются в урановых минералах в естественных условиях в результате ядерных реакций, хотя это не подтверждено.
Существующий америций сконцентрирован в областях, используемых для атмосферных испытаний ядерного оружия проводились между 1945 и 1980 годами, а также на местах ядерных инцидентов, таких как Чернобыльская катастрофа. Например, анализ обломков на полигоне испытания первой водородной бомбы США , Айви Майк (1 ноября 1952 г., атолл Эниветок ), показал высокие концентрации различных актинидов, включая америций; но из-за военной секретности этот результат был опубликован позднее, в 1956 году. Тринитит, стеклянный осадок, оставшийся на дне пустыни около Аламогордо, Нью-Мексико, после испытания плутония Trinity ядерной бомбы 16 июля 1945 года, содержит следы америция-241. Повышенные уровни америция были также обнаружены на месте крушения американского бомбардировщика Boeing B-52 с четырьмя водородными бомбами в 1968 году в Гренландии.
в в других регионах средняя радиоактивность поверхностного слоя почвы из-за остаточного америция составляет только около 0,01 пикокюри / г (0,37 мБк / г). Атмосферные соединения америция плохо растворяются в обычных растворителях и в основном прилипают к частицам почвы. Анализ почвы показал, что концентрация америция внутри песчаных частиц почвы примерно в 1900 раз выше, чем в воде, присутствующей в порах почвы; еще более высокое соотношение было измерено в глинистых почвах.
Америций производится в основном искусственно в небольших количествах для исследовательских целей. Тонна отработанного ядерного топлива содержит около 100 граммов различных изотопов америция, в основном Am и Am. Их длительная радиоактивность нежелательна для захоронения, и поэтому америций вместе с другими долгоживущими актинидами необходимо нейтрализовать. Соответствующая процедура может включать несколько этапов, на которых америций сначала выделяется, а затем превращается нейтронной бомбардировкой в специальных реакторах в короткоживущие нуклиды. Эта процедура хорошо известна как ядерная трансмутация, но для америцияона все еще разработана. трансурановые элементы от америция до фермия естественным образом встречались в естественном ядерном реакторе деления в Окло, но больше этого не происходит.
Хроматографические кривые элюирования, сходство между лантаноидами Tb, Gd и Eu и действ актинидами Bk, Cm, и Am. Америций производился в небольших количествах в ядерных реакторах на протяжении десятилетий, и к настоящему времени накоплены килограммы его изотопов Am и Am. Его цена, около 1500 долларов США за грамм, остается почти неизменной из-за очень сложной процедуры разделения. Более тяжелый изотоп Am создается в гораздо меньших количествах; таким образом, его труднее отделить, приводит к более высокой стоимости порядка 100 000–160 000 долл. США / г.
Америций синтезируется не непосредственно из урана - наиболее распространенного реакторного материала - а из изотопа плутония Pu. Последний должен быть произведен в первую очередь в соответствии с следующим ядерным процессом:
![{\displaystyle {\ce {^{238}_{92}U ->[{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {239} _ {92} U ->[\ beta ^ -] [23,5 \ {\ ce {min}}] ^ {239} _ {93} Np ->[\ beta ^ -] [2.3565 \ {\ ce {d}}] ^ {239} _ {94} Pu}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b3bbed5e5d26a63ad32fb67d74f21abc531a8455)
Захват двух нейтронов Pu (так называемая (n, γ) реакция) с последующим β-распадом приводит к Am:
![{\displaystyle {\ce {^{239}_{94}Pu ->[{\ ce {2 (n, \ gamma)}}] ^ {241} _ {94} Pu ->[\ beta ^ -] [14.35 \ {\ ce {yr}}] ^ { 241} _ {95} Am}}}]( https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7388c94ee2af7cf763dc4372225ef135072e2b16 )
Израсходованный плутоний ядерное топливо содержит около 12% плутония. Он может быть извлечен и использован для дальнейшего образования Am. Однако этот процесс идет довольно медленно: половина исходного количества Pu распадается до Am примерно через 15 лет, а количество Am достигает максимума через 70 лет.
Полученный Am можно использовать для получения более тяжелого америция. изотопов путем захвата нейтронов внутри ядерного реактора. В легководном реакторе (LWR) 79% Am превращается в Am, а 10% - в его ядерный изомер Am:
![{\displaystyle {\begin{cases}79\%:{\ce {^{241}_{95}Am ->[{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {242} _ {95} Am}} \\ 10 \%: {\ ce {^ {241} _ {95} Am ->[{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {242 m } _ {95} Am}} \ end {ases}}}]( https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/ render / svg / 2d0728153eafb214782d67698a6d367c3a787f7f )
Америций-242 имеет период полураспада всего 16 часов, что делает его дальнейшее преобразование в Am крайне неэффективным.>потоке нейтронов :
![{\displaystyle {\ce {^{239}_{94}Pu ->[{\ ce {4 (n, \ gamma)}}] \ ^ {243} _ {94} Pu ->[\ beta ^ -] [4.956 \ {\ ce {h}}] ^ {243} _ {95} Am}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/77003463f48d2631b988926ef1d4b15405a1d9c4)
программ синтезируют смесь различных изотопов актинидов в оксидных формах, из которых можно отделить изотопы америция. В типичной процедуре отработавшее топливо реактора (например, МОКС- ) растворяется в азотной кислоте, основная часть урана и плутония удаляется с помощью PUREX -типа (P лутоний - UR аний EX тяга) с помощью трибутилфосфата в углеводороде. Затем лантаноиды и оставшиеся актиниды отделяют от водного остатка (рафинат ) экстракцией на основе диамида с получением после отгонки смесей трехвалентных актиноидов и лантаноидов. Затем соединения америция селективно экстрагируются с использованием методов многостадийной хроматографии и центрифугирования с подходящим реагентом. Большой объем работы был проделан по экстракции америция растворителем. Например, в 2003 г. в рамках финансируемого ЕС проекта под кодовым названием «EUROPART» изучались триазины и другие варианты как потенциальные экстракционные агенты. Комплекс бис-триазинилбипиридин был предложен в 2009 году, как такой реагент высокой селективностью по отношению к америцию (и кюрию). Отделение америция от очень похожего кюрия может быть достигнуто путем обработки суспензии их гидроксидов в водном бикарбонате натрия с озоном при повышенных температурах. И Am, и Cm в основном присутствуют в растворах с валентностью +3; в то время как кюрий остается неизменным, америций окисляется до растворимых комплексов Am (IV), которые можно вымыть.
Металлический америций путем восстановления из (ср. 390 мВт / г для Pu) - и его излучение представляет большую опасность для людей из-за эмиссии нейтронов, Европейское космическое агентство рассматривает возможность использования америция для своих космических зондов.
Еще одно предлагаемое применение америция в космосе - топливо для космических кораблей с ядерной силовой установкой. Он основан на очень высокой скорости деления ядер Am, которая может поддерживаться даже в фольге толщиной в микрометр. Малая толщина позволяет избежать проблемы самопоглощения испускаемого излучения. Эта проблема актуальна для стержней из урана или плутония, в которых только поверхностные слои содержат альфа-частицы. Продукты деления Am могут либо привести в движение космический корабль, либо нагреть движущийся газ. Они также могут передавать свою энергию жидкости и генерировать электричество с помощью магнитогидродинамического генератора.
Еще одно предложение, которое использует высокую скорость ядерного деления Am, - это ядерная батарея. Его конструкция основана не на энергии испускаемых альфа-частицами америция, а на их заряде, то есть америций действует как самоподдерживающийся «катод». Один заряд такой батареи 3,2 кг · м может обеспечить около 140 кВт энергии за 80 дней. Несмотря на все потенциальные преимущества, текущее применение Am пока что затруднено из-за дефицита и высокой цены этого конкретного ядерного изомера.
. В 2019 году исследователи из Национальной ядерной лаборатории Великобритании и Университет Лестера продемонстрировал использование тепла, выделяемого америцием, для освещения маленькой лампочки. Эта технология может привести к созданию систем для энергетических миссий продолжительностью до 400 лет в межзвездное пространство, где солнечные панели не работают.
Оксид Am прессованный бериллий является эффективным источником нейтронов. Здесь америций действует как альфа-источник, а бериллий производит нейтроны благодаря своему большому сечению для ядерной реакции (α, n):
Наиболее распространенным применением источников нейтронов AmBe является нейтронный зонд - устройство, используемое для измерения количества воды, присутствующей в почве, а также влажности / плотности для контроля качества почвы. строительство шоссе. Источники Am-нейтронов также используются в каротажных исследованиях скважин, а также в нейтронной радиографии, томографии и других радиохимических исследованиях.
Америций является отправной точкой материал для производства других трансурановых элементов и трансактинидов - например, 82,7% Am распадается до Cm и 17,3% до Pu. В ядерном реакторе Am также преобразуется с повышением частоты за счет захвата нейтронов в Am и Am, который превращается в результате β-распада в Cm:
![{\displaystyle {\ce {^{243}_{95}Am ->[{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {244} _ {95 } Am ->[\ beta ^ -] [10.1 \ {\ ce {h}}] ^ {244} _ {96} Cm}}}]( https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3ef50e60b621bb8f1eb37a9e5a8f35ce8719fbd4)
Облучение Am ионами C или Ne дает изотопы Es (эйнштейний ) (дубний ), соответственно. Кроме того, элемент берклий (изотоп Bk) был впервые намеренно произведен и идентифицирован путем бомбардировки Am альфа-частицами в 1949 году той же группой из Беркли. с использованием того же 60-дюймового циклотрона. Аналогичным образом, нобелий производился в Объединенном институте ядерных исследований, Дубна, Россия, в г. 1965 г. в нескольких реакциях, одна из которых включала облучение Am ионами N. Кроме того, одна из реакций синтеза лоуренсия, обнаруженная учеными в Беркли и Дубне, включала бомбардировку Am с помощью O.
Америций-241. как портативный источник гамма-излучения и альфа-частиц для ряда медицинских и промышленных целей. Гамма-излучение 59,5409 кэВ от Am в таких источниках можно использовать для косвенного анализа материалов в радиографии и рентгенофлуоресцентной спектроскопии, а также для контроля качества в фиксированных ядерные плотномеры и ядерные плотномеры. Например, элемент использовался для измерения толщины стекла, чтобы помочь создать плоское стекло. Америций-241 также подходит для калибровки гамма-спектрометров в области низких энергий, поскольку его спектр состоит почти из одного пика и незначительного комптоновского континуума (по крайней мере, на три порядка меньшей интенсивности). Гамма-лучи америция-241 также использовались для пассивной диагностики функции щитовидной железы. Однако это медицинское приложение устарело.
Как высокорадиоактивный элемент, америций и его соединения должны обрабатываться только в соответствующей лаборатории в особых условиях. Хотя большинство изотопов америция в основном испускают альфа-частицы, которые могут быть заблокированы тонкими слоями обычных материалов, многие из дочерних продуктов излучают гамма-лучи и нейтроны с большой глубиной проникновения.
При потреблении большая часть америция выводится в течение нескольких дней, при этом только 0,05% всасывается с кровью, из которых примерно 45% попадает в печень и 45% - в кости, а оставшиеся 10% выводятся из организма. Поглощение печенью зависит от человека и увеличивается с возрастом. В костях америций сначала откладывается на кортикальных и трабекулярных поверхностях и со временем медленно перераспределяется по кости. Биологический период полураспада Am составляет 50 лет в костях и 20 лет в печени, тогда как в гонадах (яичках и яичниках) он сохраняется постоянно; во всех этих органах америций способствует образованию раковых клеток в результате его радиоактивности.
Америций часто попадает на свалки из выброшенных детекторов дыма. Правила, связанные с утилизацией дымовых извещателей, ослаблены в большинстве юрисдикций. В 1994 году 17-летний Дэвид Хан извлек америций примерно из 100 детекторов дыма в попытке построить ядерный реактор-размножитель. Было несколько случаев воздействия америция, худший случай - техник по химическим операциям Гарольд МакКласки, который в возрасте 64 лет подвергся воздействию, в 500 раз превышающему профессиональный стандарт для америций-241 в результате взрыва в его лаборатории. Маккласки умер в возрасте 75 лет от несвязанного ранее заболевания.
 | На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с Америцием. |
 | Найдите америций в Викисловаре, бесплатном словаре. |
Категория: Америций.