Americium-241

jonisering-typ rökdetektordit

Americium-241 är den enda syntetiska isotopen som har hittat sin väg in i hushållet, där den vanligaste typen av rökdetektor (joniseringstypen) använder 241AmO2 (americium-241 dioxid) som källa till joniserande strålning. Denna isotop föredras över 226ra eftersom den avger 5 gånger mer alfapartiklar och relativt liten skadlig gammastrålning. Med sin halveringstid på 432.2 år minskar americium i en rökdetektor och innehåller cirka 3% neptunium efter 19 år och cirka 5% efter 32 år. Mängden americium i en typisk ny rökdetektor är 0,29 mikrogram (ungefär en tredjedel av vikten av ett sandkorn) med en aktivitet på 1 mikrokuri (37 kBq). Vissa gamla industriella rökdetektorer (särskilt från Pyrotronics Corporation) kan innehålla upp till 80 usci. Mängden 241am minskar långsamt när den sönderfaller till neptunium-237, ett annat transuraniskt element med en mycket längre halveringstid (cirka 2,14 miljoner år). De utstrålade alfapartiklarna passerar genom en joniseringskammare, ett luftfyllt utrymme mellan två elektroder, vilket tillåter en liten, konstant elektrisk ström att passera mellan kondensatorplattorna på grund av strålningen som joniserar luftutrymmet mellan. Varje rök som kommer in i kammaren blockerar/absorberar några av alfapartiklarna från att fritt passera igenom och minskar joniseringen och orsakar därför en droppe i strömmen. Larmets kretsar upptäcker detta fall i strömmen och som ett resultat utlöser den piezoelektriska summern att ljuda. Jämfört med den alternativa optiska rökdetektorn är joniseringsrökdetektorn billigare och kan detektera partiklar som är för små för att producera signifikant ljusspridning. Det är dock mer benäget för falska larm.

Tillverkningsprocessedit

processen för att göra americium som används i knapparna på joniseringstyp rökdetektorer börjar med americiumdioxid. AmO2 blandas grundligt med guld, formas till en brikett och smälts av tryck och värme vid över 1,470 xnumx kcal f (800 kcal C). En baksida av silver och en främre täckning av guld (eller en legering av guld eller palladium) appliceras på briketten och förseglas med varmsmide. Briketten bearbetas sedan genom flera steg av kallvalsning för att uppnå önskad tjocklek och nivåer av strålningsemission. Den slutliga tjockleken är cirka 0,008 tum (0,20 mm), med guldöverdraget som representerar cirka en procent av tjockleken. Den resulterande folieremsan, som är ca 0,8 tum (20 mm) bred, skärs i sektioner 39 tum (1 m) lång. Källorna stansas ut ur foliebandet. Varje skiva, ca 0,2 tum (5.1 mm) i diameter, är monterad i en metallhållare, vanligtvis tillverkad av aluminium. Hållaren är huset, vilket är majoriteten av vad som ses på knappen. Den tunna kanten på hållaren rullas över för att helt täta den skurna kanten runt skivan.

RTG power generationEdit

eftersom 241am har ungefär samma halveringstid som 238pu (432,2 år mot 87 år) har den föreslagits som en aktiv isotop av radioisotop termoelektriska generatorer, för användning i rymdfarkoster. Även om americium – 241 producerar mindre värme och El än plutonium-238 (effektutbytet är 114.7 mW/g för 241Am vs. 390 mW / g för 238pu) och dess strålning utgör ett större hot mot människor på grund av gamma-och neutronemission, har den fördelar för långvariga uppdrag med sin betydligt längre halveringstid. Europeiska rymdorganisationen arbetar med RTG baserat på americium-241 för sina rymdprober till följd av den globala bristen på plutonium-238 och enkel tillgång till americium-241 i Europa från upparbetning av kärnavfall.

dess skärmningskrav i en RTG är den näst lägsta av alla möjliga isotoper: endast 238Pu kräver mindre. En fördel jämfört med 238Pu är att det produceras som kärnavfall och är nästan isotopiskt rent. Prototypdesign av 241am RTGs förväntar sig 2-2.2 Vi/kg för 5-50 vi RTGs design, sätta 241Am RTGs i paritet med 238pu RTG inom det effektområdet.

Neutron sourceEdit

oxider av 241am pressade med beryllium kan vara mycket effektiva neutronkällor, eftersom de avger alfapartiklar under radioaktivt sönderfall:

95 241 a m 232,2 x 93 237 n p + 2 4 2 + + 2 + 29,5 K E V {\displaystyle \mathrm {^{241\!\ ,} _ {\95}Am\ {\overset {432.2Y}{\longrightarrow }}\ _{\ 93}^{237}Np\ +\ _{2}^{4}\alfa ^{2+}+ \ \ gamma ~59,5 ~ keV} }

här fungerar americium som alfa-källa, och beryllium producerar neutroner på grund av dess stora tvärsnitt för kärnreaktionen (GHz,n) :

4 9 B e + 2 4 C2 + 6 12 C + 0 1 n + CB {\textstyle \ mathrm {^{9} _ {4}Be\ +\ _{2}^{4}\alfa ^{2+} \ longrightarrow \ _{\ 6}^{12}C\ +\ _{0}^{1}n \ + \ \ gamma } }

den mest utbredda användningen av 241ambe neutronkällor är en neutronsond – en anordning som används för att mäta mängden vatten som finns i jorden, liksom fukt/densitet för kvalitetskontroll vid motorvägskonstruktion. 241am neutronkällor används också i brunnsloggningsapplikationer, liksom i neutronradiografi, tomografi och andra radiokemiska undersökningar.

produktion av andra elementsEdit

diagram som visar aktinider och deras sönderfall och transmutationer.

Americium – 241 används ibland som utgångsmaterial för produktion av andra transuraniska element och transactinider – till exempel neutronbombardemang av 241am ger 242am:

95 241 A m 25 242 a m {\displaystyle \ mathrm {^{241}_{\ 95}Am \ {\xrightarrow {(n, \ gamma )}}\ _{\ 95}^{242}Am} }

därifrån, 82.7% av 242Am sönderfaller till 242cm och 17.3% till 242pu:

82.7% 25 241 a m 95 242 A M 16.02 timmar oc-96 242 km {\displaystyle \ mathrm {^{241}_{\ 95}Am \ {\xrightarrow {(n, \ gamma )}}\ _{\ 95}^{242}Am \ {\xrightarrow {\beta ^{-}}}\ _{\ 96}^{242}Cm} }

17,3% 95 241 a m 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} }

I en kärnreaktor, 242Am är upp-konverterade av neutron capture att 243Am och 244Am, som förvandlar av β-sönderfall till 244 cm:

95 242 A m → ( n , γ ) 95 243 A m → ( n , γ ) 95 244 A m → 10.1 tim IC-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} }

bestrålning av 241am med 12C eller 22ne joner ger isotoperna 253Es (einsteinium) respektive 263db (dubnium). Vidare hade elementet berkelium (243bk isotop) först avsiktligt producerats och identifierats genom att bombardera 241Am med alfapartiklar, 1949, av samma Berkeley-grupp, med samma 60-tums cyklotron som hade använts för många tidigare experiment. På samma sätt producerades nobelium vid Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Ryssland, 1965 i flera reaktioner, varav en inkluderade bestrålning av 243Am med 15N-joner. Dessutom inkluderade en av syntesreaktionerna för lawrencium, upptäckt av forskare vid Berkeley och Dubna, bombardemang av 243Am med 18O.

Spektrometeredit

Americium-241 har använts som en bärbar källa för både gammastrålar och alfapartiklar för ett antal medicinska och industriella användningsområden. 59.5409 keV – gammastrålningsutsläppen från 241Am i sådana källor kan användas för indirekt analys av material i radiografi och Röntgenfluorescensspektroskopi, liksom för kvalitetskontroll i fasta kärndensitetsmätare och kärndensometrar. Till exempel, denna isotop har använts för att mäta glastjocklek för att skapa planglas. Americium – 241 är också lämplig för kalibrering av gammastrålningsspektrometrar i lågenergiområdet, eftersom dess spektrum består av nästan en enda topp och försumbar Compton-kontinuum (minst tre storleksordningar lägre intensitet).

Medicinedit

gammastrålar från americium – 241 har använts för att ge passiv diagnos av sköldkörtelfunktion. Denna medicinska applikation är nu föråldrad. Americium-241S gammastrålar kan ge röntgenbilder av rimlig kvalitet, med en 10-minuters exponeringstid. 241am röntgenbilder har endast tagits experimentellt på grund av den långa exponeringstiden som ökar den effektiva dosen till levande vävnad. Att minska exponeringstiden minskar risken för joniseringshändelser som orsakar skador på celler och DNA och är en kritisk komponent i ”tid, avstånd, avskärmning” maxim som används i strålskydd.