Америций (лат. Americium (Am)) — 95-й элемент таблицы Менделеева, четвёртый синтезированный трансплутониевый элемент.

История

Элемент был получен искусственно в 1944 году в Металлургической лаборатории Чикагского университета Гленном Сиборгом с сотрудниками.

Физические свойства

Америций — металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Светится в темноте за счёт собственного α-излучения. Больше всего он похож на металлы редкоземельного семейства. Имеет две аллотропные формы. В низкотемпературной форме обладает двойной плотно упакованной шестиугольной структурой, плотность 13.67, которая при 1074 °C преобразуется в гранецентрированную кубическую. Температура плавления — 1175 °C.

Химические свойства

Происхождение названия

Внешняя электронная оболочка нового элемента (5f) оказалась аналогичной европию (4f). Поэтому элемент назвали в честь Америки, как европий — в честь Европы.

Получение

²⁴¹Am сейчас получают в промышленном количестве при распаде ²⁴¹Pu: Pu-241 -> (13.2 года, бета частица) -> Am-241.

Последовательность получения ²⁴¹Am

²⁴¹Pu образуется во всех ядерных реакторах при захвате нейтрона ²³⁸U.

1. ²³⁸U + n => ²³⁹U
2. ²³⁹U β распад => ²³⁹Np
3. ²³⁹Np β распад => ²³⁹Pu
4. ²³⁹Pu + n => ²⁴⁰Pu
5. ²⁴⁰Pu + n => ²⁴¹Pu
6. ²⁴¹Pu β распад (13.2 года) => ²⁴¹Am (Период полураспада 432.2 года)

Так как Pu-241 обычно присутствует в только что выработанном оружейном плутонии, Am-241 накапливается в веществе с распадом Pu-241. В связи с этим, он играет важную роль в старении плутониевого оружия. Свежеизготовленный оружейный плутоний содержит 0.5-1.0 % Pu-241, реакторный плутоний имеет от 5-15 % до 25 % Pu-241. Через несколько десятилетий почти весь Pu-241 распадется в Am-241. Энергетика альфа-распада Am-241 и относительно короткое время жизни создают высокую удельную радиоактивность и тепловой выход (106 Вт/кг, для примера у Pu-241 тепловой выход 3.4 Вт/кг). Большая часть альфа- и гамма-активности старого оружейного плутония обусловливается Am-241.

Применение

Самый долгоживущий изотоп америция — Am²⁴³ имеет период полураспада 8 000 лет и используется для радиохимических исследований и накопления более отдаленных трансуранов, вплоть до фермия.

Значительно многообразнее применение самого первого изотопа америция — Am²⁴¹. Он имеет период полураспада 433 года. Этот изотоп, распадаясь, испускает альфа-частицы и мягкие (60 кэВ) гамма-лучи (для примера энергия жестких гамма-квантов, испускаемых кобальтом-60 — несколько МэВ). Защита от мягкого излучения Am-241 сравнительно проста и немассивна: вполне достаточно сантиметрового слоя свинца. В промышленности используются различные контрольно-измерительные и исследовательские приборы с америцием-241. В частности для непрерывного измерения толщины стальной (от 0.5 до 3 мм) и алюминиевой (до 50 мм) ленты, а также листового стекла. Аппаратуру с америцием-241 используют и для снятия электростатических зарядов в промышленности с пластмасс, синтетических пленок и бумаги. Он находится и внутри некоторых детекторов дыма (~0,26 микрограмма на детектор).

Ядерный изомер Америций-242m обладает высоким сечением деления тепловыми нейтронами (6000 барн), большим количеством выделяемых нейтронов на одно деление (3,6) и относительно большим периодом полураспада (141 год)^[3], что делает его подходящим топливом для сверхкомпактных ядерных реакторов (критическая масса — 3,78 кг, меньше только у некоторых изотопов калифорния). Предполагается, например, использовать его для ядерных реакторов на межпланетных космических кораблях^[4]. Однако, получение этого изотопа в граммовых количествах пока только обсуждается (предполагается получать его из ²⁴¹Am, который содержится в ОЯТ в количестве порядка килограмма на тонну).

Биологическая роль

Америций — высокотоксичный элемент. Значение ПДК для америция в воздухе около 1·10⁻⁴ Бк/л, в воде водоёмов около 70-80 Бк/л.

Примечания