Америций
-
История открытия америция
- Америций был открыт в 1944 году группой Гленна Т. Сиборга в рамках Манхэттенского проекта.
- Название «америций» было предложено по аналогии с Северной и Южной Америкой.
- Открытие держалось в секрете до 1945 года.
-
Физические и химические свойства
- Америций — радиоактивный металл серебристого цвета.
- Наиболее распространенные изотопы: 241Am и 243Am.
- В химических соединениях обычно имеет степень окисления +3.
- Кристаллические решетки содержат радиогенные дефекты, что может изменять свойства материала со временем.
-
Производство и применение
- Америций образуется при бомбардировке урана или плутония нейтронами.
- Используется в коммерческих детекторах дыма, источниках нейтронов и промышленных датчиках.
- Изотоп 242mAm предложен для создания ядерных батарей и топлива для космических кораблей.
-
Распространение и концентрация
- Америций сосредоточен в районах испытаний ядерного оружия и ядерных инцидентов.
- Средняя радиоактивность поверхностных слоев почвы составляет около 0,01 пикокюри на грамм.
- Америций плохо растворим в обычных растворителях и прилипает к частицам почвы.
-
Синтез и экстракция
- Америций синтезируется из изотопа плутония 239Pu.
- Процесс синтеза включает захват двух нейтронов 239Pu и β-распад до 241Am.
- 241Am может быть использован для получения более тяжелых изотопов америция.
-
Экономические аспекты
- Цена америция остается высокой из-за сложности разделения и высокой стоимости изотопов.
- 241Am стоит около 1500 долларов за грамм, 243Am — 100 000-160 000 долларов за грамм.
-
Производство металла
- Отработавшее реакторное топливо растворяют в азотной кислоте.
- Уран и плутоний удаляют с помощью экстракции трибутилфосфатом.
- Лантаноиды и актиноиды отделяют с помощью экстракции диамидами.
- Америций экстрагируют с помощью многоступенчатых методов хроматографии.
-
Физические свойства
- Америций высокорадиоактивен, серебристо-белый, тускнеет на воздухе.
- Плотность 12 г/см³, температура плавления 1173 °C.
- В условиях окружающей среды присутствует в α-форме.
- При сжатии до 5 ГПа α-Am переходит в β-модификацию, затем в γ-Am.
- Америций парамагнитен, коэффициент теплового расширения анизотропен.
-
Химические свойства
- Металлический америций легко вступает в реакцию с кислородом и растворяется в кислотах.
- Наиболее стабильная степень окисления +3, образует нерастворимые фториды и другие соли.
- Соединения америция со степенью окисления +4 и выше являются сильными окислителями.
- Оксиды америция: AmO, Am2O3, AmO2.
- Галогениды: AmCl2, AmBr2, AmI2, наиболее стабилен AmCl2.
-
Физические свойства и структура
- Аммиак (Am) имеет ромбическую кристаллическую структуру с параметрами a = 896,3±0,8 мкм, b = 757,3±0,8 мкм и c = 453,2±0,6 мкм.
- Тетрагональные кристаллы AmBr2 имеют параметры a = 1159,2±0,4 мкм и c = 712,1±0,3 мкм.
- Фторид америция (AmF3) плохо растворим и выпадает в осадок при взаимодействии с фтором.
- Четырехвалентный фторид америция (AmF4) получают взаимодействием твердого фторида с молекулярным фтором.
-
Галогениды и оксигалогениды
- Большинство галогенидов америция образуют гексагональные кристаллы.
- Хлорид (AmCl3) имеет красноватый цвет и температуру плавления 715 °C.
- Фторид является изотипом LaF3, а иодид — BiI3.
- Бромид имеет ромбическую структуру типа PuBr3.
- Оксигалогениды америция могут быть получены взаимодействием галогенида с кислородом или Sb2O3.
-
Халькогениды и пниктиды
- Известные халькогениды включают сульфид AmS2, селениды AmSe2 и Am3Se4, теллуриды Am2Te3 и AmTe2.
- Пниктиды америция кристаллизуются в решетке каменной соли.
-
Силициды и бориды
- Моносилицид америция (AmSi) и «дисилицид» (AmSix) получены восстановлением фторида америция кремнием.
- Бориды америция включают AmB4 и AmB6, последний может быть получен нагреванием оксида или галогенида с диборидом магния.
-
Америцийорганические соединения
- Америций образует металлоорганическое соединение амероцен с циклооктатетраеновыми лигандами.
- Известен циклопентадиенильный комплекс AmCp3.
- Методом EXAFS подтверждено образование комплексов типа Am(n-C3H7-BTP)3.
-
Биологические аспекты
- Америций является искусственным элементом и не имеет биологической потребности.
- Бактерии рода Citrobacter осаждают ионы америция из водных растворов.
-
Расщепление и изотопы
- Изотоп 242mAm обладает наибольшими поперечными сечениями поглощения тепловых нейтронов.
- Критические массы 241Am и 243Am относительно высоки, что препятствует их применению в ядерных реакторах.
- Известно около 18 изотопов и 11 ядерных изомеров америция.
-
Приложения
- Америций используется в детекторах дыма ионизационного типа.
- 241Am предложен в качестве активного элемента радиоизотопных термоэлектрических генераторов.
- 242mAm рассматривается для использования в космических кораблях с ядерными двигателями и ядерных батареях.
-
Использование тепла америция
- Исследователи из Великобритании и Лестерского университета использовали тепло америция для освещения лампочки.
- Технология может применяться для обеспечения энергией межзвездных полетов.
-
Источник нейтронов
- Оксид 241Am с бериллием является эффективным источником нейтронов.
- Нейтронные источники 241Am используются в нейтронных зондах, каротаже скважин и других радиохимических исследованиях.
-
Производство других элементов
- Америций используется для производства трансурановых элементов и трансактинидов.
- Облучение 241Am ионами 12C или 22Ne приводит к образованию изотопов 247Es и 260Db.
- Берклий и нобелиум были получены путем бомбардировки 241Am альфа-частицами.
-
Спектрометр
- Америций-241 используется как источник гамма-лучей и альфа-частиц для медицинских и промышленных целей.
- Гамма-лучи америция-241 применяются для непрямого анализа материалов и калибровки гамма-спектрометров.
-
Проблемы со здоровьем
- Америций и его соединения должны обрабатываться в специальных условиях.
- Америций выводится из организма, но может накапливаться в костях и печени, вызывая рак.
- Америций часто попадает на свалки из выброшенных детекторов дыма.
-
Исторические случаи
- В 1994 году Дэвид Хан извлек америций из 100 детекторов дыма.
- Гарольд Маккласки подвергся воздействию америция-241, что привело к его смерти.