Rilevatore di fumo di tipo ionizzazioneedit
Americium-241 è l’unico isotopo sintetico ad aver trovato la sua strada nella famiglia, dove il tipo più comune di rilevatore di fumo (il tipo di ionizzazione) utilizza 241AmO2 (americium-241 diossido) come fonte di radiazioni ionizzanti. Questo isotopo è preferito su 226Ra perché emette 5 volte più particelle alfa e relativamente poca radiazione gamma dannosa. Con la sua emivita di 432.2 anni, l’americio in un rilevatore di fumo diminuisce e include circa il 3% di nettunio dopo 19 anni e circa il 5% dopo 32 anni. La quantità di americio in un tipico nuovo rilevatore di fumo è di 0,29 microgrammi (circa un terzo del peso di un granello di sabbia) con un’attività di 1 microcurie (37 kBq). Alcuni vecchi rilevatori di fumo industriali (in particolare della Pyrotronics Corporation) possono contenere fino a 80 µCi. La quantità di 241Am declina lentamente mentre decade in nettunio-237, un diverso elemento transuranico con un’emivita molto più lunga (circa 2,14 milioni di anni). Le particelle alfa irradiate passano attraverso una camera di ionizzazione, uno spazio pieno d’aria tra due elettrodi, che consente a una piccola corrente elettrica costante di passare tra le piastre del condensatore a causa della radiazione che ionizza lo spazio aereo tra. Qualsiasi fumo che entra nella camera blocca / assorbe alcune delle particelle alfa dal passaggio libero e riduce la ionizzazione e quindi provoca una caduta della corrente. Il circuito dell’allarme rileva questa caduta di corrente e, di conseguenza, attiva il cicalino piezoelettrico. Rispetto al rilevatore di fumo ottico alternativo, il rilevatore di fumo a ionizzazione è più economico e può rilevare particelle troppo piccole per produrre una significativa dispersione della luce. Tuttavia, è più incline a falsi allarmi.
Processo di fabbricazionemodifica
Il processo per produrre l’americio utilizzato nei pulsanti sui rilevatori di fumo di tipo ionizzazione inizia con il diossido di americio. L’AmO2 è accuratamente miscelato con l’oro, modellato in una mattonella e fuso per pressione e calore a oltre 1.470 °F (800 °C). Un supporto di argento e un rivestimento anteriore di oro (o una lega di oro o palladio) vengono applicati alla mattonella e sigillati mediante forgiatura a caldo. La bricchetta viene quindi lavorata attraverso diverse fasi di laminazione a freddo per ottenere lo spessore desiderato e i livelli di emissione di radiazioni. Lo spessore finale è di circa 0,008 pollici (0,20 mm), con la copertura in oro che rappresenta circa l’uno per cento dello spessore. La striscia di lamina risultante, larga circa 0,8 pollici (20 mm), viene tagliata in sezioni lunghe 39 pollici (1 m). Le fonti sono perforate dalla striscia di alluminio. Ogni disco, circa 0.2 pollici (5.1 mm) di diametro, è montato in un supporto metallico, solitamente in alluminio. Il supporto è l’alloggiamento, che è la maggior parte di ciò che si vede sul pulsante. Il bordo sottile sul supporto viene arrotolato per sigillare completamente il bordo tagliato attorno al disco.
RTG power generationEdit
Poiché 241Am ha un’emivita approssimativamente simile a 238Pu (432,2 anni contro 87 anni), è stato proposto come isotopo attivo di generatori termoelettrici radioisotopi, per l’uso in veicoli spaziali. Anche se l’americio-241 produce meno calore ed elettricità del plutonio-238 (la resa di potenza è 114.7 mW / g per 241Am vs. 390 mW / g per 238Pu) e la sua radiazione rappresenta una minaccia maggiore per l’uomo a causa dell’emissione di gamma e neutroni, ha vantaggi per missioni di lunga durata con la sua emivita significativamente più lunga. L’Agenzia spaziale europea sta lavorando a RTG basati su americio-241 per le sue sonde spaziali a causa della carenza globale di plutonio-238 e del facile accesso all’americio-241 in Europa dal ritrattamento delle scorie nucleari.
I suoi requisiti di schermatura in un RTG sono il secondo più basso di tutti gli isotopi possibili: solo 238Pu richiede meno. Un vantaggio rispetto a 238Pu è che è prodotto come scorie nucleari ed è quasi isotopicamente puro. I prototipi di 241AM RTGs prevedono 2-2, 2 We / kg per 5-50 We RTGs design, mettendo 241AM RTGs alla parità con 238Pu RTGs all’interno di tale intervallo di potenza.
Neutron sourceEdit
Gli ossidi di 241Am pressati con berillio possono essere sorgenti di neutroni molto efficienti, poiché emettono particelle alfa durante il decadimento radioattivo:
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}Am \{\overset {432.2y} {\longrightarrow }}\ _{\ 93}^{237}Np\ +\ _{2}^{4}\alfa ^ {2+}+ \ \ gamma ~59.5 ~ keV}}
Qui l’americio agisce come sorgente alfa e il berillio produce neutroni a causa della sua grande sezione trasversale per la reazione nucleare (α, n):
4 9 B e + 2 4 α 2 + ⟶ 6 12 C + 0 1 n + γ {\textstyle \mathrm {^{9}_{4}Essere\ +\ _{2}^{4}\alpha ^{2+}\longrightarrow \ _{\ 6}^{12}C\ +\ _{0}^{1}n\ +\ \gamma } }
La maggior diffusione di 241AmBe le sorgenti di neutroni è un neutrone sonda – un dispositivo utilizzato per misurare la quantità di acqua presente nel suolo, così come l’umidità e la densità per il controllo di qualità nella costruzione di autostrade. Le sorgenti di neutroni 241Am sono anche utilizzate in applicazioni di registrazione di pozzi, nonché in radiografia di neutroni, tomografia e altre indagini radiochimiche.
Produzione di altri elementimodifica
L’americio-241 è talvolta usato come materiale di partenza per la produzione di altri elementi transuranici e transattinidi – ad esempio, il bombardamento di neutroni di 241AM produce 242Am:
95 241 m → ( n , γ ) 95 242 m {\displaystyle \mathrm {^{241}_{\ 95}Am\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 95}^{242}Am} }
Da lì, l ‘82,7% dei 242Am decade 242Cm e del 17,3% a 242Pu:
l’ 82,7% → 95 241 m → ( n , γ ) 95 242 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 m → ( n , γ ) 95 242 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} }
Nel reattore nucleare, 242Am è anche convertito dalla cattura di neutroni per 243Am e 244Am, che trasforma dal decadimento β-per 244Cm:
95 242 m → ( n , γ ) 95 243 m → ( n , γ ) 95 244 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} }
l’Irradiazione di 241Am da 12C o 22Ne ioni produce isotopi 253Es (einsteinium) o 263Db (dubnium), rispettivamente. Inoltre, l’elemento berkelium (isotopo 243Bk) era stato intenzionalmente prodotto e identificato bombardando 241Am con particelle alfa, nel 1949, dallo stesso gruppo di Berkeley, usando lo stesso ciclotrone da 60 pollici che era stato usato per molti esperimenti precedenti. Allo stesso modo, il nobelio fu prodotto presso l’Istituto congiunto per la ricerca nucleare di Dubna, in Russia, nel 1965 in diverse reazioni, una delle quali includeva l’irradiazione di 243Am con ioni 15N. Inoltre, una delle reazioni di sintesi per lawrencium, scoperto da scienziati a Berkeley e Dubna, incluso bombardamento di 243Am con 18O.
SpectrometerEdit
L’Americio-241 è stato utilizzato come fonte portatile di raggi gamma e particelle alfa per una serie di usi medici e industriali. Le emissioni di raggi gamma 59.5409 keV da 241Am in tali fonti possono essere utilizzate per l’analisi indiretta di materiali in radiografia e spettroscopia di fluorescenza a raggi X, nonché per il controllo di qualità in misuratori di densità nucleare fissi e densometri nucleari. Per esempio, questo isotopo è stato impiegato per misurare lo spessore del vetro per contribuire a creare vetro piano. Americium-241 è adatto anche per la calibrazione di spettrometri a raggi gamma nella gamma a bassa energia, poiché il suo spettro è costituito da quasi un singolo picco e un continuum Compton trascurabile (almeno tre ordini di grandezza di intensità inferiore).
MedicineEdit
I raggi gamma di americium-241 sono stati utilizzati per fornire una diagnosi passiva della funzione tiroidea. Questa applicazione medica è ormai obsoleta. I raggi gamma di Americium-241 possono fornire radiografie di qualità ragionevole, con un tempo di esposizione di 10 minuti. Le radiografie 241Am sono state prese solo sperimentalmente a causa del lungo tempo di esposizione che aumenta la dose efficace sul tessuto vivente. Ridurre la durata dell’esposizione riduce la possibilità che eventi di ionizzazione causino danni alle cellule e al DNA ed è un componente critico nel maxim “tempo, distanza, schermatura” utilizzato nella protezione dalle radiazioni.