Amerikium-241

Ionisoitumistyyppinen savuilmaisin

amerikium-241 on ainoa synteettinen isotooppi, joka on päätynyt kotitalouteen, jossa yleisin savuilmaisintyyppi (ionisoitumistyyppi) käyttää 241AmO2: ta (amerikium-241-dioksidia) ionisoivan säteilyn lähteenään. Tätä isotooppia suositaan 226Ra: n sijasta, koska se säteilee 5 kertaa enemmän alfahiukkasia ja suhteellisen vähän haitallista gammasäteilyä. Sen puoliintumisaika on 432.2 vuotta amerikium palovaroittimessa vähenee ja sisältää noin 3% neptuniumia 19 vuoden kuluttua ja noin 5% 32 vuoden kuluttua. Amerikiumin määrä tyypillisessä uudessa palovaroittimessa on 0,29 mikrogrammaa (noin kolmasosa hiekanjyvän painosta), jonka aktiivisuus on 1 microcurie (37 kBq). Jotkin vanhat Teolliset palovaroittimet (erityisesti Pyrotronics Corporation) voivat sisältää jopa 80 µCi. 241am: n määrä vähenee hitaasti, kun se hajoaa neptunium-237: ksi, erilaiseksi transuraaniseksi alkuaineeksi, jolla on paljon pidempi puoliintumisaika (noin 2,14 miljoonaa vuotta). Säteilevät alfahiukkaset kulkevat ionisaatiokammion, kahden elektrodin välisen ilmatäytteisen tilan läpi, jolloin kondensaattorilevyjen väliin pääsee pieni, jatkuva sähkövirta, koska säteily ionisoi välitilaa. Kaikki kammioon tuleva savu estää / absorboi osan alfahiukkasista vapaasti kulkien ja vähentää ionisaatiota ja aiheuttaa siten virran laskun. Hälytyksen piiri havaitsee tämän pudotuksen virrassa ja sen seurauksena laukaisee pietsosähköisen Summerin äänen. Vaihtoehtoiseen optiseen palovaroittimeen verrattuna ionisoituva palovaroitin on halvempi ja sillä voidaan havaita hiukkasia, jotka ovat liian pieniä tuottamaan merkittävää valon sirontaa. Se on kuitenkin alttiimpi väärille hälytyksille.

valmistusprosessi

ionisaatiotyyppisten savuilmaisimien painikkeissa käytettävän amerikiumin valmistusprosessi alkaa amerikiumdioksidista. AmO2 sekoitetaan perusteellisesti kultaan, muotoillaan briketiksi ja sulatetaan paineella ja lämmöllä yli 1 470 °F (800 °C): ssa. Brikettiin levitetään hopeapohja ja etupäällyste kultaa (tai kulta-tai palladiumseosta) ja se suljetaan kuumataonnalla. Tämän jälkeen Briketti käsitellään useissa kylmävalssausvaiheissa halutun paksuuden ja säteilypäästöjen tason saavuttamiseksi. Lopullinen paksuus on noin 0,008 tuumaa (0,20 mm), ja kultakannen osuus on noin prosentti paksuudesta. Tuloksena oleva kalvonauha, joka on noin 0,8 tuumaa (20 mm) leveä, leikataan 39 tuumaa (1 m) pituisiksi lohkoiksi. Lähteet lyödään irti folionauhasta. Jokainen levy, noin 0,2 tuumaa (5.1 mm) halkaisijaltaan, on asennettu metallipidikkeeseen, joka on yleensä valmistettu alumiinista. Pidike on kotelo, joka on suurin osa siitä, mitä napissa näkyy. Pidikkeessä oleva ohut vanne rullataan yli niin, että leikattu reuna tiivistyy levyn ympärille täysin.

RTG power generationEdit

koska 241Am: n puoliintumisaika on suunnilleen sama kuin 238Pu: n (432,2 vuotta vs. 87 vuotta), sitä on ehdotettu radioisotooppien termosähkögeneraattorien aktiiviseksi isotoopiksi käytettäväksi avaruusaluksissa. Vaikka amerikium-241 tuottaa vähemmän lämpöä ja sähköä kuin plutonium-238 (tehontuotto on 114.7 mW/g 241am vs. 390 mW / g 238Pu) ja sen säteily aiheuttaa suuremman uhan ihmisille gamma-ja neutronipäästöjen vuoksi, sillä on etuja pitkissä tehtävissä ja sen huomattavasti pidempi puoliintumisaika. Euroopan avaruusjärjestö työstää amerikium-241: een perustuvaa RTGs-järjestelmää avaruusluotaimilleen, koska plutonium-238: sta on maailmanlaajuinen pula ja amerikium-241: tä on Euroopassa helppo saada ydinjätteen jälleenkäsittelystä.

sen suojavaatimukset RTG: ssä ovat toiseksi alhaisimmat kaikista mahdollisista isotoopeista: vain 238Pu vaatii vähemmän. 238Pu: n etuna on, että sitä tuotetaan ydinjätteenä ja se on lähes isotooppisesti puhdasta. Prototyyppi malleja 241am RTGs odottaa 2-2, 2 Me/kg varten 5-50 Me RTGs suunnittelu, jolloin 241am RTGs pariteetti 238Pu RTGs että teho alueella.

Neutronilähde

berylliumilla puristetut 241am: n oksidit voivat olla erittäin tehokkaita neutronilähteitä, koska ne säteilevät alfahiukkasia radioaktiivisen hajoamisen aikana:

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}olen\ {\overset {432.Longrightarrow }}\ _{\ 93}^{237}Np\ +\ _{2}^{4}\alpha ^{2+} + \ \gamma ~59.5~keV} }

tässä amerikium toimii alfalähteenä, ja beryllium tuottaa neutroneja suuren poikkileikkauksensa vuoksi (α,n) ydinreaktiolle:

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

laajimmin 241AmBe – neutronilähdettä käytetään neutroniluotaimella-laitteella, jota käytetään mittaamaan maaperässä olevan veden määrää sekä kosteutta / tiheyttä valtateiden rakentamisen laadunvalvontaan. 241am neutronilähteitä käytetään myös kaivohakkuissa sekä neutroniradiografiassa, tomografiassa ja muissa radiokemiallisissa tutkimuksissa.

muiden alkuaineiden tuotanto

kaavio, jossa esitetään aktinidit ja niiden hajoamiset ja transmutaatiot.

amerikium-241: tä käytetään joskus lähtöaineena muiden transuraanisten alkuaineiden ja transaktinidien valmistuksessa – esimerkiksi 241am: n neutronipommituksessa 242am:

95 241 A M → ( n , γ ) 95 242 A M {\displaystyle \mathrm {^{241}_{\ 95}Am\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 95}^{242}Am} }

sieltä 82,7% 242 am: sta hajoaa 242 cm: iin ja 17,3% 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}Am\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 95}^{242}Am \ {\xrightarrow {\beta ^{-}}}\ _{\ 96}^{242}Cm} }

17 , 3%→ 95 241 A M → ( n, γ ) 95 242 A M → 16.02 H β + 94 242 P u {\displaystyle \mathrm {^{241}_{\ 95}Am\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 95}^{242}Am \ {\xrightarrow {\beta ^{+}}}\ _{\ 94}^{242}Pu} }

ydinreaktorissa myös 242am muuttuu neutronikaappauksella 243am: ksi ja 244am: ksi, joka muuttuu β-hajoamisella 244Cm: ksi:

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

241Am: n säteilytys 12C-tai 22ne-ioneilla tuottaa vastaavasti isotoopit 253es (einsteinium) tai 263db (dubnium). Lisäksi alkuaine berkelium (isotooppi 243bk) oli ensin tuotettu tarkoituksellisesti ja tunnistettu pommittamalla 241Am alfahiukkasilla vuonna 1949 saman Berkeleyn ryhmän toimesta käyttäen samaa 60 tuuman syklotronia, jota oli käytetty monissa aiemmissa kokeissa. Samoin nobeliumia valmistettiin Joint Institute for Nuclear Research-instituutissa Dubnassa Venäjällä vuonna 1965 useissa reaktioissa, joista yksi sisälsi 243am: n säteilytyksen 15N ioneilla. Lisäksi yksi lawrenciumin synteesireaktioista, jonka tutkijat löysivät Berkeleystä ja Dubnasta, sisälsi 243 AM: n pommittamisen 18O: lla.

spektrometrit

amerikium-241: tä on käytetty kannettavana gammasäteiden ja alfahiukkasten lähteenä useisiin lääketieteellisiin ja teollisiin käyttötarkoituksiin. 59.5409 kev-gammasäteilyä 241am: stä tällaisissa lähteissä voidaan käyttää materiaalien epäsuoraan analysointiin radiografiassa ja Röntgenfluoresenssispektroskopiassa sekä laadunvalvontaan kiinteissä ydintiheysmittareissa ja ydintiheysmittareissa. Esimerkiksi tätä isotooppia on käytetty lasin paksuuden mittaamiseen tasolasin luomiseksi. Amerikium-241 soveltuu myös gammasäteilyspektrometrien kalibrointiin matalaenergiaisella alueella, koska sen spektri koostuu lähes yhdestä huipusta ja vähäpätöisestä Compton-jatkumosta (vähintään kolme suuruusluokkaa pienempi intensiteetti).

Lääkemedit

amerikium-241: n gammasäteitä on käytetty kilpirauhasen toiminnan passiiviseen diagnosointiin. Tämä lääketieteellinen sovellus on nyt vanhentunut. Amerikium-241: n gammasäteet voivat tuottaa kohtuullisen laadukkaita röntgenkuvia, joissa on 10 minuutin valotusaika. 241am röntgenkuvat on otettu vain kokeellisesti johtuen pitkästä altistusajasta, joka lisää tehokasta annosta elävään kudokseen. Altistuksen keston lyhentäminen vähentää solujen ja DNA: n vaurioita aiheuttavien ionisaatiotapahtumien mahdollisuutta, ja se on tärkeä osa säteilysuojelussa käytettävää ”aika, etäisyys, suojaus” – maksimia.