L’Américium-241

Détecteur de fumée à ionisationdit

L’américium-241 est le seul isotope synthétique à avoir trouvé son chemin dans le ménage, où le type de détecteur de fumée le plus courant (le type à ionisation) utilise le 241AmO2 (dioxyde d’américium-241) comme source de rayonnement ionisant. Cet isotope est préféré au 226Ra car il émet 5 fois plus de particules alpha et relativement peu de rayonnement gamma nocif. Avec sa demi-vie de 432.2 ans, l’américium dans un détecteur de fumée diminue et comprend environ 3% de neptunium après 19 ans, et environ 5% après 32 ans. La quantité d’américium dans un nouveau détecteur de fumée typique est de 0,29 microgrammes (environ un tiers du poids d’un grain de sable) avec une activité de 1 microcurie (37 kBq). Certains vieux détecteurs de fumée industriels (notamment de la Société Pyrotronics) peuvent contenir jusqu’à 80 µCi. La quantité de 241Am diminue lentement à mesure qu’elle se désintègre en neptunium-237, un élément transuranique différent avec une demi-vie beaucoup plus longue (environ 2,14 millions d’années). Les particules alpha rayonnées traversent une chambre d’ionisation, un espace rempli d’air entre deux électrodes, ce qui permet à un petit courant électrique constant de passer entre les plaques de condensateur en raison du rayonnement ionisant l’espace d’air entre. Toute fumée qui pénètre dans la chambre bloque / absorbe une partie des particules alpha du passage libre et réduit l’ionisation et provoque donc une chute du courant. Les circuits de l’alarme détectent cette baisse du courant et, par conséquent, déclenchent le son du buzzer piézoélectrique. Comparé au détecteur de fumée optique alternatif, le détecteur de fumée à ionisation est moins cher et peut détecter des particules trop petites pour produire une diffusion significative de la lumière. Cependant, il est plus sujet aux fausses alarmes.

Procédé de fabricationmodifier

Le procédé de fabrication de l’américium utilisé dans les boutons des détecteurs de fumée à ionisation commence par le dioxyde d’américium. L’AmO2 est soigneusement mélangé à de l’or, façonné en briquette et fusionné par pression et chaleur à plus de 800 ° C (1 470 ° F). Un support en argent et un revêtement frontal en or (ou un alliage d’or ou de palladium) sont appliqués sur la briquette et scellés par forgeage à chaud. La briquette est ensuite traitée à travers plusieurs étapes de laminage à froid pour obtenir l’épaisseur et les niveaux d’émission de rayonnement souhaités. L’épaisseur finale est d’environ 0,008 pouce (0,20 mm), le couvercle en or représentant environ un pour cent de l’épaisseur. La bande de feuille résultante, qui mesure environ 20 mm (0,8 po) de large, est découpée en sections de 1 m (39 po) de long. Les sources sont perforées de la bande d’aluminium. Chaque disque, environ 0,2 pouce (5.1 mm) de diamètre, est monté dans un support métallique, généralement en aluminium. Le support est le boîtier, qui est la majorité de ce qui est vu sur le bouton. Le bord fin du support est enroulé pour sceller complètement le bord coupé autour du disque.

RTG power generationEdit

Comme 241Am a une demi-vie à peu près similaire à 238Pu (432,2 ans contre 87 ans), il a été proposé comme isotope actif des générateurs thermoélectriques à radio-isotopes, pour une utilisation dans les engins spatiaux. Même si l’américium-241 produit moins de chaleur et d’électricité que le plutonium-238 (le rendement en énergie est de 114.7 mW / g pour 241Am contre 390 mW / g pour 238Pu) et son rayonnement représente une plus grande menace pour l’homme en raison de l’émission de gamma et de neutrons, il présente des avantages pour les missions de longue durée avec sa demi-vie nettement plus longue. L’Agence spatiale européenne travaille sur des RTG à base d’américium-241 pour ses sondes spatiales en raison de la pénurie mondiale de plutonium-238 et de la facilité d’accès à l’américium-241 en Europe à partir du retraitement des déchets nucléaires.

Ses exigences de blindage dans un RTG sont les deuxièmes plus faibles de tous les isotopes possibles: seul le 238Pu en nécessite moins. Un avantage par rapport au 238Pu est qu’il est produit sous forme de déchets nucléaires et qu’il est presque isotopiquement pur. Les conceptions de prototypes de RTG 241Am s’attendent à 2-2,2 We / kg pour la conception de RTG 5-50 We, mettant les RTG 241Am à parité avec les RTG 238Pu dans cette plage de puissance.

Source neutroneedit

Les oxydes de 241Am pressés avec du béryllium peuvent être des sources de neutrons très efficaces, car ils émettent des particules alpha lors de la désintégration radioactive:

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} Suis \{\overset{432.2y} {\longrightarrow }}\ _{\ 93}^{237} NP\ +\ _{2}^{4}\ alpha ^{2+} +\\gamma ~59,5~keV }}

Ici, l’américium agit comme source alpha, et le béryllium produit des neutrons en raison de sa grande section pour la réaction nucléaire (α, n):

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}}

L’utilisation la plus répandue des sources de neutrons 241AmBe est une sonde à neutrons – un dispositif utilisé pour mesurer la quantité d’eau présente dans le sol, ainsi que l’humidité / densité pour le contrôle de la qualité dans la construction d’autoroutes. Les sources de neutrons 241Am sont également utilisées dans des applications de diagraphie de puits, ainsi que dans la radiographie neutronique, la tomographie et d’autres études radiochimiques.

Production d’autres éléments

Graphique affichant les actinides et leurs désintégrations et transmutations.

L’américium-241 est parfois utilisé comme matériau de départ pour la production d’autres éléments transuraniques et transactinides – par exemple, le bombardement neutronique de 241Am donne 242Am:

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

De là, 82,7% de 242Am se désintègre à 242Cm et 17,3% à 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} Je suis \ {\xrightarrow {(n, \gamma )}}\ _{\ 95}^{242} Je suis \{\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} Je suis \ {\xrightarrow {(n, \gamma )}}\ _{\ 95}^{242} Je suis \{\xrightarrow {\beta ^{+}}}\ _{\ 94}^{242}

Dans le réacteur nucléaire, 242Am est également converti par capture neutronique en 243Am et 244Am, qui se transforme par désintégration β en 244Cm :

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} Je suis \ {\xrightarrow {(n, \gamma )}}\ _{\ 95}^{244} Je suis \{\xrightarrow {\beta ^{-}}}\ _{\ 96}^{244} Cm}}

L’irradiation de 241Am par des ions 12C ou 22Ne donne les isotopes 253Es (einsteinium) ou 263Db (dubnium), respectivement. De plus, l’élément berkelium (isotope 243Bk) avait été produit et identifié pour la première fois intentionnellement en bombardant 241Am avec des particules alpha, en 1949, par le même groupe de Berkeley, en utilisant le même cyclotron de 60 pouces qui avait été utilisé pour de nombreuses expériences précédentes. De même, le nobélium a été produit à l’Institut commun de recherche nucléaire de Dubna, en Russie, en 1965 dans plusieurs réactions, dont l’une comprenait une irradiation de 243Am avec des ions 15N. En outre, l’une des réactions de synthèse du lawrencium, découverte par des scientifiques de Berkeley et Dubna, comprenait un bombardement de 243Am avec 18O.

SpectrométerEdit

L’Américium-241 a été utilisé comme source portative de rayons gamma et de particules alpha pour un certain nombre d’utilisations médicales et industrielles. Les émissions de rayons gamma de 59,5409 keV de 241 AM dans de telles sources peuvent être utilisées pour l’analyse indirecte de matériaux en radiographie et en spectroscopie de fluorescence des rayons X, ainsi que pour le contrôle de la qualité dans les jauges de densité nucléaire fixes et les densomètres nucléaires. Par exemple, cet isotope a été utilisé pour mesurer l’épaisseur du verre afin de créer du verre plat. L’Américium-241 convient également à l’étalonnage de spectromètres à rayons gamma dans la gamme des basses énergies, car son spectre se compose de près d’un seul pic et d’un continuum de Compton négligeable (au moins trois ordres de grandeur d’intensité inférieure).

MedicineEdit

Les rayons gamma de l’américium-241 ont été utilisés pour fournir un diagnostic passif de la fonction thyroïdienne. Cette application médicale est désormais obsolète. Les rayons gamma de l’Américium-241 peuvent fournir des radiographies de qualité raisonnable, avec un temps d’exposition de 10 minutes. Les radiographies à 241 heures du matin n’ont été prises qu’expérimentalement en raison du long temps d’exposition qui augmente la dose efficace pour les tissus vivants. La réduction de la durée d’exposition réduit le risque d’événements d’ionisation causant des dommages aux cellules et à l’ADN, et constitue un élément essentiel de la maxime « temps, distance, blindage » utilisée en radioprotection.