Americium-241

Rauchmelder vom Ionisationstypbearbeiten

Americium-241 ist das einzige synthetische Isotop, das seinen Weg in den Haushalt gefunden hat, wo die häufigste Art von Rauchmelder (der Ionisationstyp) 241AmO2 (Americium-241-Dioxid) als Quelle ionisierender Strahlung verwendet. Dieses Isotop wird gegenüber 226Ra bevorzugt, da es 5-mal mehr Alphateilchen und relativ wenig schädliche Gammastrahlung emittiert. Mit seiner Halbwertszeit von 432.2 Jahren nimmt das Americium in einem Rauchmelder ab und enthält nach 19 Jahren etwa 3% Neptunium und nach 32 Jahren etwa 5%. Die Menge an Americium in einem typischen neuen Rauchmelder beträgt 0,29 Mikrogramm (etwa ein Drittel des Gewichts eines Sandkorns) mit einer Aktivität von 1 Mikrocurie (37 kBq). Einige alte industrielle Rauchmelder (insbesondere von der Pyrotronics Corporation) können bis zu 80 µCi enthalten. Die Menge an 241Am nimmt langsam ab, wenn es in Neptunium-237 zerfällt, ein anderes transuranisches Element mit einer viel längeren Halbwertszeit (etwa 2,14 Millionen Jahre). Die abgestrahlten Alphateilchen passieren eine Ionisationskammer, einen luftgefüllten Raum zwischen zwei Elektroden, der es ermöglicht, dass ein kleiner, konstanter elektrischer Strom zwischen den Kondensatorplatten fließt, da die Strahlung den Luftraum dazwischen ionisiert. Jeder Rauch, der in die Kammer eindringt, blockiert / absorbiert einen Teil der Alphateilchen daran, frei durchzudringen, und verringert die Ionisation und verursacht daher einen Abfall des Stroms. Die Schaltung des Alarms erkennt diesen Stromabfall und löst dadurch den piezoelektrischen Summer aus. Im Vergleich zum alternativen optischen Rauchmelder ist der Ionisationsrauchmelder billiger und kann Partikel erkennen, die zu klein sind, um eine signifikante Lichtstreuung zu erzeugen. Es ist jedoch anfälliger für Fehlalarme.

Herstellungsprozessbearbeiten

Der Prozess zur Herstellung des Americiums, das in den Tasten von Ionisationsrauchmeldern verwendet wird, beginnt mit Americiumdioxid. Das AmO2 wird gründlich mit Gold gemischt, zu einem Brikett geformt und durch Druck und Hitze bei über 1.470 ° F (800 ° C) verschmolzen. Eine Unterlage aus Silber und eine vordere Abdeckung aus Gold (oder einer Legierung aus Gold oder Palladium) werden auf das Brikett aufgebracht und durch Warmschmieden versiegelt. Das Brikett wird dann durch mehrere Kaltwalzstufen verarbeitet, um die gewünschte Dicke und Strahlungsemission zu erreichen. Die endgültige Dicke beträgt etwa 0,008 Zoll (0,20 mm), wobei die Goldabdeckung etwa ein Prozent der Dicke ausmacht. Der resultierende Folienstreifen, der etwa 0,8 Zoll (20 mm) breit ist, wird in Abschnitte von 39 Zoll (1 m) Länge geschnitten. Die Quellen werden aus dem Folienstreifen gestanzt. Jede Scheibe, etwa 0,2 Zoll (5.1 mm) im Durchmesser, wird in einem Metallhalter, meist aus Aluminium, montiert. Der Halter ist das Gehäuse, das den Großteil dessen ausmacht, was auf dem Knopf zu sehen ist. Der dünne Rand des Halters wird überrollt, um die Schnittkante um die Scheibe vollständig abzudichten.

RTG-Stromerzeugungbearbeiten

Da 241Am eine ungefähr ähnliche Halbwertszeit wie 238Pu hat (432,2 Jahre vs. 87 Jahre), wurde es als aktives Isotop von Radioisotop-thermoelektrischen Generatoren zur Verwendung in Raumfahrzeugen vorgeschlagen. Obwohl Americium-241 weniger Wärme und Strom produziert als Plutonium-238 (die Leistungsausbeute beträgt 114.7 mW / g für 241Am vs. 390 mW / g für 238Pu) und seine Strahlung stellt aufgrund der Gamma- und Neutronenemission eine größere Bedrohung für den Menschen dar. Die Europäische Weltraumorganisation arbeitet an RTGs auf Basis von Americium-241 für ihre Raumsonden als Folge des globalen Mangels an Plutonium-238 und des einfachen Zugangs zu Americium-241 in Europa aus der Wiederaufbereitung nuklearer Abfälle.

Seine Abschirmungsanforderungen in einem RTG sind die zweitniedrigsten aller möglichen Isotope: Nur 238Pu benötigt weniger. Ein Vorteil gegenüber 238Pu ist, dass es als Atommüll anfällt und nahezu isotopenrein ist. Prototyp-Designs von 241Am RTGs erwarten 2-2.2 We / kg für 5-50 We RTGs Design, Putting 241Am RTGs auf Parität mit 238Pu RTGs innerhalb dieses Leistungsbereichs.

Neutronenquellebearbeiten

Oxide von 241Am, die mit Beryllium gepresst werden, können sehr effiziente Neutronenquellen sein, da sie während des radioaktiven Zerfalls Alphateilchen emittieren:

95 241 A m ⟶ 432,2 y 93 237 N p + 2 4 α 2 + + γ 59,5 k e V {\displaystyle \mathrm {^{241\!\,}_{\ 95}Bin\ {\overset {432.2y}{\longrightarrow }}\ _{\ 93}^{237} Np\ +\ _{2}^{4}\ alpha ^{2+}+\ \gamma ~59,5~keV} }

Hier fungiert Americium als Alpha-Quelle, und Beryllium produziert Neutronen aufgrund seines großen Querschnitts für die (α, n) Kernreaktion:

4 9 B e + 2 4 α 2 + ⟶ 6 12 C + 0 1 n + γ {\textstyle \mathrm {^{9}_{4}Sein\ +\ _{2}^{4}\ alpha ^{2+}\longrightarrow \ _{\ 6}^{12} C\ +\ _{0}^{1} n\ +\ \gamma } }

Die am weitesten verbreitete Verwendung von 241AmBe–Neutronenquellen ist eine Neutronensonde – ein Gerät zur Messung der im Boden vorhandenen Wassermenge sowie der Feuchtigkeit / Dichte zur Qualitätskontrolle im Straßenbau. 241Am-Neutronenquellen werden auch in Bohrlochprotokollierungsanwendungen sowie in der Neutronenradiographie, Tomographie und anderen radiochemischen Untersuchungen eingesetzt.

Herstellung anderer Elementebearbeiten

Diagramm mit Aktiniden und ihren Zerfällen und Transmutationen.

Americium-241 wird manchmal als Ausgangsmaterial für die Herstellung anderer transuraner Elemente und Transaktinide verwendet – zum Beispiel ergibt Neutronenbeschuss von 241Am 242Am:

95 241 Ein m → ( n , γ ) 95 242 Ein m {\displaystyle \mathrm {^{241}_{\ 95} Bin\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 95}^{242} Bin} }

Von dort zerfallen 82,7% von 242Am auf 242Cm und 17,3% auf 242Pu:

82,7% → 95 241 A m → ( n , γ ) 95 242 A m → 16.02 h β – 96 242 C m {\displaystyle \mathrm {^{241}_{\ 95} Bin\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 95}^{242} Bin\ {\xrightarrow{\beta ^{-}}}\ _{\ 96}^{242} Cm} }

17,3%→ 95 241 A m → ( n , γ ) 95 242 A m → 16.02 h β + 94 242 P {\displaystyle p {\displaystyle p}} {^{241}_{\ 95} Bin\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 95}^{242} Bin\ {\xrightarrow{\beta ^{+}}}\ _{\ 94}^{242} Pu} }

Im Kernreaktor wird 242Am auch durch Neutroneneinfang in 243Am und 244Am hochkonvertiert, die sich durch β-Zerfall in 244Cm umwandeln:

95 242 A m → ( n , γ ) 95 243 A m → ( n , γ ) 95 244 A m → 10.1 h β – 96 244 C {\displaystyle \mathrm} {^{242}_{\ 95} Bin{\xrightarrow {(n,\gamma )}}~_{\ 95}^{243} Bin\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 95}^{244} Bin\ {\xrightarrow{\beta ^{-}}}\ _{\ 96}^{244} Cm} }

Bestrahlung von 241Am mit 12C- oder 22Ne-Ionen ergibt die Isotope 253Es (Einsteinium) bzw. 263Db (Dubnium). Darüber hinaus wurde das Element Berkelium (243Bk-Isotop) zuerst absichtlich hergestellt und identifiziert, indem 241Am 1949 von derselben Berkeley-Gruppe mit demselben 60-Zoll-Zyklotron, das für viele frühere Experimente verwendet worden war, mit Alphateilchen beschossen wurde. In ähnlicher Weise wurde Nobelium 1965 am Joint Institute for Nuclear Research in Dubna, Russland, in mehreren Reaktionen hergestellt, von denen eine die Bestrahlung von 243Am mit 15N-Ionen beinhaltete. Außerdem umfasste eine der Synthesereaktionen für Lawrencium, die von Wissenschaftlern in Berkeley und Dubna entdeckt wurde, den Beschuss von 243Am mit 18O.

SpectrometerEdit

Americium-241 wurde als tragbare Quelle für Gammastrahlen und Alphateilchen für eine Reihe von medizinischen und industriellen Anwendungen verwendet. Die 59.5409 keV Gammastrahlenemissionen von 241Am in solchen Quellen können zur indirekten Analyse von Materialien in der Radiographie und Röntgenfluoreszenzspektroskopie sowie zur Qualitätskontrolle in festen Kerndichtemessgeräten und Kerndichtemessgeräten verwendet werden. Beispielsweise, Dieses Isotop wurde verwendet, um die Glasdicke zu messen, um Flachglas herzustellen. Americium-241 eignet sich auch für die Kalibrierung von Gammastrahlenspektrometern im niederenergetischen Bereich, da sein Spektrum aus nahezu einem einzigen Peak und vernachlässigbarem Compton-Kontinuum (mindestens drei Größenordnungen geringerer Intensität) besteht.

MedizinBearbeiten

Gammastrahlen von Americium-241 wurden zur passiven Diagnose der Schilddrüsenfunktion verwendet. Diese medizinische Anwendung ist jetzt veraltet. Die Gammastrahlen von Americium-241 können Röntgenaufnahmen von angemessener Qualität mit einer Belichtungszeit von 10 Minuten liefern. 241Am-Röntgenaufnahmen wurden aufgrund der langen Expositionszeit, die die effektive Dosis für lebendes Gewebe erhöht, nur experimentell aufgenommen. Die Verringerung der Expositionsdauer verringert die Wahrscheinlichkeit von Ionisationsereignissen, die Zellen und DNA schädigen, und ist eine kritische Komponente in der im Strahlenschutz verwendeten Maxime „Zeit, Entfernung, Abschirmung“.