Америций-241

Америций-241
Название, символ	Америций-241, ^241Am
Нейтронов	146
Свойства нуклида
Атомная масса	241,056829(1)[1] а. е. м.
Дефект массы	+52 936,0[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	7543,272[1] кэВ
Период полураспада	432,6[2] года
Продукты распада	^237Np
Родительские изотопы	^241Pu (β^−) ^241Cm (ε) ^245Bk (α)
Спин и чётность ядра	5/2^—[2]
Канал распада Энергия распада Альфа-распад (~100 %) 5,63782 МэВ спонтанное деление (4,3×10^−10%)
Таблица нуклидов

Америций-241 — изотоп америция. Простое вещество представляет собой металл серебристо-белого цвета. Интересной особенностью этого изотопа является свечение в темноте за счёт собственного альфа-излучения. Америций высокотоксичен. Его токсичность обусловлена в большей степени радиационными свойствами, чем химическими. Значение ПДК ²⁴¹Am в воздухе составляет ~1·10⁻⁴ Бк/л, в водоёмах не более 70—80 Бк/л. Удельная активность — 3,5 Кюри/г (129 ГБк/г).

Образование и распад

Америций-241 является дочерним продуктом

β⁻-распада изотопа плутония-241:

${\displaystyle \mathrm {{}^{2}{}_{94}^{41}Pu} \rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{95}^{41}Am} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};}$

электронного захвата ядром кюрия-241:

${\displaystyle \mathrm {{}^{2}{}_{96}^{41}Cm} +e^{-}\rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{95}^{41}Am} +\nu _{e};}$

альфа-распада берклия-245:

${\displaystyle \mathrm {{}^{2}{}_{97}^{45}Bk} \rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{95}^{41}Am} +{}_{2}^{4}\alpha .}$

Сам ²⁴¹Am также нестабилен с периодом полураспада 432,6 года. При распаде америций-241 испускает альфа-частицы, а дочернее ядро нептуния-237 — каскад гамма-квантов и/или конверсионных электронов:

${\displaystyle \mathrm {{}^{2}{}_{95}^{41}Am} \rightarrow \mathrm {{}^{2}{}_{93}^{37}Np} +{}_{2}^{4}\alpha .}$

Альфа-распад происходит в основном на возбуждённые уровни нептуния-237, лишь в 0,34 % случаев на основной уровень.

Загрязнение окружающей среды после аварии на ЧАЭС

Экологическая опасность загрязнения окружающей среды америцием-241, произошедшего вследствие аварии на Чернобыльской АЭС, обусловлена возрастанием его концентрации со временем. Учитывая большой период полураспада америция, эта проблема будет актуальной на заражённых территориях ещё много лет. Америций концентрируется преимущественно в верхних слоях почвы. Однако, в отличие от изотопов плутония, подвижность которых составляет 4-15%, подвижность ²⁴¹Am существенно выше (~30%), что увеличивает вероятность его попадания в живые организмы.

Соотношение активностей ²⁴¹Аm/²⁴¹Pu с каждым годом увеличивается. Если сразу же после аварии в 1986 году оно составляло 0,13±0,03, то за последующие 30 лет этот показатель увеличился в 20 раз за счет распада ²⁴¹Рu и накопления ²⁴¹Аm.

Старение оружейного плутония

Так как Pu-241 обычно присутствует в только что выработанном оружейном плутонии, Am-241 накапливается в нем с распадом Pu-241. В связи с этим, он играет важную роль в старении плутониевого оружия. Свежеизготовленный оружейный плутоний содержит 0.5-1.0 % Pu-241, реакторный плутоний имеет от 5-15 % до 25 % Pu-241. Через несколько десятилетий почти весь Pu-241 распадется в Am-241. Энергетика альфа-распада Am-241 и относительно короткое время жизни создают высокую удельную радиоактивность и тепловой выход (106 Вт/кг, для примера у Pu-241 тепловой выход 3.4 Вт/кг). Большая часть альфа- и гамма-активности старого оружейного плутония обусловливается Am-241. Накопление Am-241 в плутониевом ядре создает сложности при хранении плутониевых зарядов, так как высокая радиоактивность негативно воздействует на элементы их конструкции и создает опасность для обслуживающего персонала. В связи с этим с определенной периодичностью (в среднем 8 лет для "свежего" оружейного плутония и через 15-30 лет для "старого") производится разборка плутониевых зарядов и переплавка плутониевого ядра с сопутствующей химической очисткой расплава от Am-241.

Применение

Америций-241 довольно часто используется в детекторах дыма. Его излучение ионизирует молекулы воздуха в чувствительной камере. Под действием электрического поля образующиеся положительные и отрицательные ионы создают ток, величина которого постоянно контролируется. При поступлении дыма в чувствительную камеру происходит уменьшение величины тока из-за объединения части ионов на поверхности частиц дыма. При снижении величины тока до порогового уровня происходит активизация детектора.

Примечания

1. Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
2. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.

Ссылки

• Датчик дыма «HIS-07». Америций-241 (видео)
• Радионуклид: Америций-241  (неопр.). Дата обращения: 26 июня 2011. Архивировано 29 июля 2012 года.
• Америций  (неопр.). Дата обращения: 26 июня 2011. Архивировано 29 июля 2012 года.
• Харитонов О. В. Выделение америция-241 методом вытеснительной комплексообразовательной хроматографии  (неопр.). Дата обращения: 26 июня 2011. Архивировано 29 июля 2012 года.