Nommé américium d'après europium. Où est la logique ? Cela réside dans des faits historiques.
L'europium est un élément du groupe des lanthanides, découvert dans l'Ancien Monde et qui porte son nom. Américium appartient à la famille des éléments transuraniens.
Ils ont tous une coque 5f, tout comme tous les lanthanides ont une coque 4f. Aux derniers niveaux électroniques, l'europium et l'américium ont un nombre égal de particules - 6.
Les éléments ont donc été comparés. Ce dernier fut ouvert plus tard, en 1944, dans la ville américaine de Chicago. Ayant découvert les similitudes de l’élément avec l’europium, ils décidèrent de lui donner le nom de l’Amérique.
Propriétés de l'américium
Il n'était pas possible de trouver de l'américium dans la nature. Il a été obtenu en 1944 par irradiation neutronique.
Il n’est pas difficile de deviner que le nouvel élément est également un métal et également radioactif. La couleur de la substance est blanc argenté.
Le métallisé est également combiné avec d’autres propriétés des métaux. Donc, élément américium plastique et, encore une fois, rappelle les substances du groupe des lanthanides.
L'Americium a deux formes allotropiques. Cela fait référence à différentes modifications du même élément.
La différence réside dans la structure du réseau cristallin. Jusqu'à 600 degrés, ses cellules sont hexagonales.
La densité de l'américium à basse température est de près de 14 grammes par centimètre cube.
Après 600 degrés, le réseau cristallin du métal se transforme en un type cubique à faces centrées.
Cela signifie que les cubes sont constitués de 14 atomes : un à chacun des sommets et un au milieu de chacune des faces.
L'américium est un élément chimique, dont la forme à haute température est souvent représentée par une masse fondue.
La substance ramollit à 1175 degrés. L'américium bout à une température de 2607 Celsius.
Si une substance a deux formes allotropiques, alors il y a plus d’isotopes. Trois sont les plus célèbres.
Le premier à ouvrir américium 241. Demi-vie est de 433 ans. Il existe également les 242e et 243e isotopes.
Ce dernier se désintègre presque 4 fois plus vite que américium 241. Le 243ème nucléide a une vie longue. Celui-ci a demi-vie de l'américiuméquivaut à près de 8 000 ans.
Isotopes de l'américium avoir un rayonnement alpha. Le métal brille donc dans le noir.
En raison de la radioactivité, l'élément n'est pas ajouté aux peintures luminescentes.
Le 95ème métal (c’est le nombre dans lequel se trouve l’américium) a d’autres utilisations.
Applications de l'américium
Le 95ème élément est considéré comme la base des dispositifs translucides à usage médical.
Ils sont conçus pour remplacer les appareils à rayons X encombrants. Ces derniers nécessitent des équipements haute tension. Elle est aussi encombrante.
L'Americium émet des rayons gamma de faible énergie. Leur énergie n'est que de 60 kiloélectronvolts. La nature du rayonnement est constante.
Une couche d’un centimètre suffit pour s’en protéger. En conséquence, vous pouvez en créer un translucide de la taille d’une boîte d’allumettes.
Les premières expériences sur l’utilisation de l’américium en médecine ont été réalisées aux États-Unis. Ainsi, Paul Hofer de l'Hôpital National d'Argonne a utilisé une source de rayonnement gamma doux pour lutter contre les maladies thyroïdiennes.
Il y en a toujours un stable. Dans les rayons gamma, il émet des rayons X avec une intensité proportionnelle à la concentration en iode au point examiné.
De cette façon, vous pouvez obtenir des informations sur la distribution de l'iode dans. Auparavant, il fallait pour cela injecter des isotopes radioactifs dans la glande.
Ce type d'examen est appelé radiooïde. Le rayonnement reçu lors des recherches utilisant l'américium est plusieurs fois moindre.
Les fabricants d’instruments ont également besoin américium. Application ne trouve que le 241ème isotope.
Son rayonnement gamma doux est utilisé pour mesurer en continu l’épaisseur de la bande d’acier.
La procédure est possible si son épaisseur ne dépasse pas 3 millimètres et pas moins de 0,5. Vous pouvez également mesurer l'épaisseur de rubans jusqu'à 5 centimètres d'épaisseur.
Soit dit en passant, la feuille est également exposée aux rayons gamma. La méthode est maîtrisée dans plusieurs pays européens et aux USA.
Américium périodiquement Ils sont également utilisés dans la production de plastiques. L'élément radioactif aide à en soulager le stress électrostatique.
L'équipement doté du 95ème élément permet également d'éliminer les charges avec des films synthétiques.
L'utilisation du 242ème isotope de l'américium est seulement évoquée. Le nucléide convient comme combustible pour les réacteurs ultra-compacts.
Ceux-ci sont installés, par exemple, sur des engins spatiaux interplanétaires. DANS 242ème isotope de l'américium Les scientifiques nucléaires sont attirés par la section efficace de fission élevée des neutrons thermiques et le grand nombre de neutrons produits par fission.
Par grand nombre de neutrons, nous entendons 3,6. Il convient tout à fait aux réacteurs dont la masse critique peut atteindre 4 kilogrammes.
Le 243ème isotope n'est utilisé que pour la recherche scientifique, notamment comme dispositif de stockage de transuraniens plus éloignés.
Vous pouvez même accumuler du fermium, et son numéro dans le tableau périodique est 100. D'ailleurs, il a été obtenu de la même manière.
Quant à l’obtention du 243ème isotope de l’américium, elle n’est devenue possible que dans les années 1970.
Le 241ème nucléide est extrait des produits de désintégration du plutonium en kilogrammes, et le 243ème n'est extrait qu'en milligrammes et avec beaucoup de difficulté.
C’est une autre raison pour laquelle les scientifiques et les industriels ne sont pas désireux de rechercher des applications pour l’isotope le plus durable de l’élément 95.
Extraction d'américium
Puisque seul le 241e nucléide américium est largement applicable, nous nous concentrerons sur sa préparation. L'élément n'existe pas dans la nature.
Tout l’américium présent sur la planète est « extrait » par irradiation neutronique de plutonium de qualité 241. Il provient également des réacteurs nucléaires.
Là, le 241ème plutonium est formé en capturant le 238ème neutron de l'uranium. Autrement dit, la matière première de l’américium est le combustible nucléaire usé.
Obtention de l'américium se compose de 6 étapes. Premièrement, du 238ème uranium, le 239ème est «né».
Ensuite, par désintégration bêta, il est converti en neptunium 239. Ensuite, le plutonium 239 est obtenu.
Ensuite, son irradiation neutronique produit le 240ème isotope. Il est converti en 241 plutonium.
Il reste à appliquer la désintégration bêta pour obtenir l'américium 241. Cela prend plus de 13 ans.
A noter qu'il est possible d'obtenir non seulement du métal pur, mais aussi dioxyde d'américium.
Il est extrait de solutions contenant des cations du 95ème élément. Des solutions sont également extraites de déchets radioactifs ou industriels.
Il s’avère qu’il est possible de réutiliser des matières premières qui n’ont pas été utilisées en usine.
L'américium est extrait des solutions par coprécipitation. Le porteur est l'oxalate.
Le produit intermédiaire est le 95ème oxalate métallique. Le dioxyde en est obtenu par calcination.
Prix de l'américium
L'américium figure sur la liste des substances les plus chères. Le dernier sur la liste est le plutonium, qui coûte 4 000 dollars le gramme.
Pour l'américium, ils donnent environ 140 000 unités conventionnelles, et pour le même gramme.
La consommation de l'élément dans tous les domaines de son application est mesurée en microgrammes, les coûts sont donc justifiés et rentables, surtout compte tenu de la longue demi-vie.
L'antimatière est reconnue comme la substance la plus chère sur Terre. Ils donnent 62 000 milliards de dollars pour cela.
Jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pas réussi à créer une zone tampon où l’antimatière puisse « s’entendre » avec la matière normale. L’essence de la nouvelle substance est la structure inverse.
Ce ne sont pas les particules négatives qui tournent autour de la particule positive massive, mais les particules positives qui tournent autour de la particule massive négative.
Ainsi, à ce stade, seuls les scientifiques peuvent être intéressés par l’achat d’antimatière. La substance n’a pas encore d’utilisation pratique.
Americium, Americium, Am, numéro atomique 95, poids atomique 243. Nommé d'après le mot « Amérique » (d'après le lieu de découverte). G. Seaborg a donné le nom en tenant compte de la position de l'élément 95 dans la « série des actinides » du système périodique de Mendeleïev. L’élément 95 a été naturellement placé sous l’élément similaire 63 dans la « série des lanthanides ». L'élément numéro 63 - europium - a reçu son nom en l'honneur de l'Europe ; par analogie, l'élément numéro 95 a reçu le nom d'américium en l'honneur de l'Amérique. L'isotope 243 Am est radioactif et très stable (T = 7 370 ans).
L'américium est le quatrième élément transuranien synthétisé (le curium, élément n°96, a été découvert quelques mois plus tôt). Il a été identifié par GT Seaborg, A. Ghiorso, R. James et L. Morgan en 1944 à la suite de l'irradiation d'isotopes de plutonium avec des neutrons dans un réacteur comme étant du 241 Am.
L'américium a également été obtenu par Seaborg en bombardant du 234 Pu avec des particules α.
Américium / Américium (Am)
Numéro atomique 95
Aspect : métal radioactif blanc argenté
Masse atomique (masse molaire) 243,0614 amu. (g/mole)
Rayon atomique 173 pm
Densité 13,67 g/cm³
Point de fusion 1267 K
Chaleur de fusion (10,0) kJ/mol
Point d'ébullition 2 880 K
Chaleur d'évaporation 238,5 kJ/mol
Volume molaire 20,8 cm³/mol
L'américium est un métal blanc argenté, malléable et malléable. Surtout, il s’apparente aux métaux de la famille des terres rares. L'américium se ternit lentement dans l'air sec à température ambiante. Il existe deux formes allotropiques. Dans sa forme à basse température, il présente une double structure hexagonale densément tassée, densité 13,67, qui à 1 173 °C se transforme en une structure cubique à faces centrées.
Risque environnemental relatif 1,0-1,2. Le contenu de la croûte terrestre est de 0,0003 %.
En 1972, les premiers composés d’américium divalent ont été synthétisés. La production industrielle des isotopes de l'américium repose sur l'irradiation aux neutrons 238 U, 237 Np et 235 Pu. Pour obtenir certains isotopes de l'américium, des isotopes individuels de l'élément lui-même peuvent être utilisés. Ainsi, 248 Am et 243 Am peuvent être obtenus en irradiant 241 Am et 244 Am avec un rayonnement de neutrons gamma. Les isotopes de l'américium de numéros de masse 241, 245 et 246 sont des produits filles d'isotopes du plutonium ayant les mêmes numéros de masse. Certains isotopes de l'américium se forment lors des essais d'armes nucléaires. Le besoin en 241 Am est d’environ 10 kg par an.
Il est très important que chacun des ions américium donne un spectre d'absorption prononcé et caractéristique uniquement pour lui. Cela permet d'utiliser efficacement la méthode spectrophotométrique pour étudier les processus redox se produisant avec les ions américium dans les solutions. Et cela est important non seulement pour la chimie des éléments transuraniens, mais aussi pour comprendre le mécanisme des réactions redox en général. Cela doit être considéré comme l’une des applications pratiques importantes de l’élément artificiel américium.
L'241 Am est utilisé dans divers instruments (détecteurs de défauts, densimètres, jauges d'épaisseur, etc.) comme source de quanta γ mous ; dans la fabrication de sources d'énergie à faible puissance thermique, ainsi que de sources de rayonnement α utilisées pour éliminer les charges statiques ; pour exciter la fluorescence des rayons X lors de l'analyse. Il est important d’utiliser 241 Am pour obtenir l’isotope curium-242.
L'isotope de l'américium à vie la plus longue est le 243 Am, il vit 7 400 ans et est actuellement utilisé pour la recherche radiochimique et l'accumulation de transuraniens plus lointains, jusqu'au fermium. L'isotope 241 Am a une grande variété d'utilisations (demi-vie de 433 ans).
Cet isotope, lors de sa désintégration, émet des particules α et des rayons γ mous (60 keV) (l'énergie des quanta γ durs émis par 60 Co est de plusieurs MeV). La protection contre les rayonnements doux du 241 Am est relativement simple et peu massive : une couche centimétrique de plomb suffit. C'est l'une des raisons de l'apparition de nombreux appareils dotés de 241 Am. En particulier, une conception a été proposée pour un appareil translucide légèrement plus grand qu'une boîte d'allumettes à des fins médicales. Une source américaine de rayonnement gamma - une boule d'un diamètre de 3 à 4 centimètres - constitue la base d'un tel dispositif qui, d'ailleurs, contrairement à un appareil à rayons X, ne nécessite pas d'équipement haute tension encombrant - transformateurs , redresseurs, amplificateurs, etc. Source de rayonnement gamma doux avec 241 Am utilisée pour étudier les maladies thyroïdiennes. L'iode stable présent dans la glande thyroïde commence à émettre de faibles rayons X lorsqu'il est exposé aux rayons gamma. Son intensité est proportionnelle à la concentration en iode au point examiné.
Appareils avec 241 Am. De tels appareils sont notamment utilisés pour mesurer en continu l'épaisseur des rubans d'acier (de 0,5 à 3 mm) et d'aluminium (jusqu'à 50 mm), ainsi que des feuilles de verre. Les équipements à 241 Am sont utilisés dans l'industrie pour éliminer les charges électrostatiques des plastiques, des films synthétiques et du papier. On le trouve à l'intérieur des détecteurs de fumée (~0,26 microgrammes par détecteur).
Un mélange de 241 Am et 9 Be est une source de neutrons dans la détection de défauts. Le 241 Am est désormais obtenu en quantités industrielles à partir de la désintégration du 241 Pu :
241 Pu → (13,2 ans, désintégration β) → 241 Am.
Étant donné que le 241 Pu est généralement présent dans le plutonium de qualité militaire nouvellement extrait, le 241 Am
S'accumule dans une substance avec la désintégration de 241 Pu. De ce fait, il joue un rôle important dans le vieillissement des armes. Le plutonium de qualité militaire fraîchement produit contient 0,5 à 1,0 % de 241 Pu, le plutonium des réacteurs en contient de 5 à 15 % à 25 % de 241 Pu. Dans quelques décennies, presque tout le 241 Pu se désintégrera en 241 Am. L'énergie de la désintégration α de 241 Am et la durée de vie relativement courte créent une radioactivité spécifique et un rendement thermique élevés. La majeure partie de l’activité α et γ du vieux plutonium de qualité militaire est due au 241 Am.
On pense qu'un isotope à durée de vie plus courte (152 ans) - 242 Am, caractérisé par une section efficace de capture de neutrons thermiques très élevée - environ 6 000 granges, trouvera également une application.
Les sources d'américium entrant dans l'environnement sont les essais d'armes nucléaires, les centrales nucléaires et les accidents survenus lors de la production et de l'utilisation de radionucléides. La teneur globale en américium dans l'environnement augmente constamment en raison de la désintégration du 241 Pu.
Lorsque vous travaillez avec des isotopes radioactifs de l'américium, il est nécessaire de respecter les règles sanitaires et les normes de radioprotection en utilisant des mesures de protection spéciales conformément à la classe de travail.
En cas d'afflux d'urgence d'isotopes d'américium, rincer le nasopharynx et la cavité buccale avec de l'eau ; inhalations thérapeutiques avec une solution de pentacine à 5-10 %. Lavage gastrique, laxatifs, lavements nettoyants. Décontamination de la peau avec du savon à lessive, une solution de pentacine à 5%, « Zashchita-7 » et de la pâte-116.
L'américium (numéro atomique 95) est le quatrième élément transuranien synthétisé (le curium, élément numéro 96, a été découvert quelques mois plus tôt). Il a été identifié par Glenn T. Seaborg, A. Ghiorso, R. James et L. Morgan en 1944 en irradiant des isotopes de plutonium avec des neutrons dans un réacteur comme étant l'Am-241. L'amertium a également été obtenu par Seaborg en bombardant du Pu-234 avec des particules alpha.
L'américium est un métal blanc argenté, malléable et malléable. Surtout, il s’apparente aux métaux de la famille des terres rares. L'américium se ternit lentement dans l'air sec à température ambiante. Il existe deux formes allotropiques. Dans sa forme à basse température, il présente une double structure hexagonale densément tassée, densité 13,67, qui à 1 074 °C se transforme en une structure cubique à faces centrées. Point de fusion - 1175 °C.
L'américium a des valences de 2, 3, 4, 5 et 6, dans des solutions aqueuses d'acides avec les cations suivants : Am3+, Am4+ ; dans les états d'oxydation supérieurs, l'américium fait partie du cation sous la forme d'un ion « yl » contenant de l'oxygène : (AmO 2) + si l'américium est pentavalent, et (AmO 2) +2 s'il est hexavalent. L'américium trivalent est le plus courant dans les solutions aqueuses et son état est très similaire à celui des autres éléments actinides et lanthanides. L'américium tétravalent n'est connu qu'à l'état solide. L'américium réagit avec l'oxygène pour former du dioxyde AmO 2 et avec l'hydrogène pour former de l'hydrure AmH 2 . Le dioxyde d'américium est obtenu par calcination de la plupart des composés trivalents ; l'AmF 4 est produit par fluoration de dioxyde ou de trifluorure.
L'américium pentavalent possède une propriété chimique très intéressante : la capacité de se disproportionner. Cela signifie que pour l'interaction chimique dans des solutions acides, aucun partenaire réactif n'est nécessaire. La réaction rédox se produit entre les ions américium pentavalents : l'un d'eux ajoute deux électrons, taxant deux voisins. Un ion américium (III) et deux ions américium (VI) apparaissent dans le système. La raison de ce phénomène inhabituel est considérée comme une différence anormale dans les potentiels rédox des paires Am (III) - Am (VI) et Am (III) - Am (V). L'américium tétravalent se comporte de la même manière.
L'isotope de l'américium à vie la plus longue est l'Am 243, il vit 8 000 ans et est actuellement utilisé pour la recherche radiochimique et l'accumulation de transuraniens plus lointains, jusqu'au fermium.
Les applications du tout premier isotope de l'américium, l'Am 241, sont très diverses. Cet isotope, en se désintégrant, émet des particules alpha et des rayons gamma doux (60 keV) (l'énergie des rayons gamma durs émis par le cobalt 60 est de plusieurs MeV). La protection contre les rayonnements doux Am-241 est relativement simple et non massive : une couche centimétrique de plomb suffit. L'Am-241 a une demi-vie de 433 ans. L'industrie utilise divers instruments d'instrumentation et de recherche avec l'américium-241. De tels appareils sont notamment utilisés pour mesurer en continu l'épaisseur des rubans d'acier (de 0,5 à 3 mm) et d'aluminium (jusqu'à 50 mm), ainsi que des feuilles de verre. Les équipements contenant de l'américium-241 sont également utilisés dans l'industrie pour éliminer les charges électrostatiques des plastiques, des films synthétiques et du papier. On le trouve également à l'intérieur de certains détecteurs de fumée (~0,26 microgrammes par détecteur).
L'Am-241 est désormais produit en quantités industrielles à partir de la désintégration du Pu-241 : Pu-241 -> (13,2 ans, bêta) -> Am-241.
Étant donné que le Pu-241 est généralement présent dans le plutonium de qualité militaire nouvellement extrait, l’Am-241 s’accumule dans le matériau de désintégration du Pu-241. De ce fait, il joue un rôle important dans le vieillissement des armes. Le plutonium de qualité militaire fraîchement produit contient 0,5 à 1,0 % de Pu-241, le plutonium des réacteurs contient de 5 à 15 % à 25 % de Pu-241. Dans quelques décennies, presque tout le Pu-241 se désintégrera en Am-241. L'énergie de désintégration alpha de l'Am-241 et sa durée de vie relativement courte créent une radioactivité spécifique et un rendement thermique élevés. La majeure partie de l’activité alpha et gamma du vieux plutonium de qualité militaire est due à l’Am-241.
Americium, Americium, Am, numéro atomique 95, poids atomique 243. Nommé d'après le mot « Amérique » (d'après le lieu de découverte). G. Seaborg a donné le nom en tenant compte de la position de l'élément 95 dans la « série des actinides » du système périodique de Mendeleïev. L’élément 95 a été naturellement placé sous l’élément similaire 63 dans la « série des lanthanides ». L'élément numéro 63 - europium - a reçu son nom en l'honneur de l'Europe ; par analogie, l'élément numéro 95 a reçu le nom d'américium en l'honneur de l'Amérique. L'isotope 243 Am est radioactif et très stable (T = 7 370 ans).
L'américium est le quatrième élément transuranien synthétisé (le curium, élément n°96, a été découvert quelques mois plus tôt). Il a été identifié par GT Seaborg, A. Ghiorso, R. James et L. Morgan en 1944 à la suite de l'irradiation d'isotopes de plutonium avec des neutrons dans un réacteur comme étant du 241 Am.
L'américium a également été obtenu par Seaborg en bombardant du 234 Pu avec des particules α.
Américium / Américium (Am)
Numéro atomique 95
Aspect : métal radioactif blanc argenté
Masse atomique (masse molaire) 243,0614 amu. (g/mole)
Rayon atomique 173 pm
Densité 13,67 g/cm³
Point de fusion 1267 K
Chaleur de fusion (10,0) kJ/mol
Point d'ébullition 2 880 K
Chaleur d'évaporation 238,5 kJ/mol
Volume molaire 20,8 cm³/mol
L'américium est un métal blanc argenté, malléable et malléable. Surtout, il s’apparente aux métaux de la famille des terres rares. L'américium se ternit lentement dans l'air sec à température ambiante. Il existe deux formes allotropiques. Dans sa forme à basse température, il présente une double structure hexagonale densément tassée, densité 13,67, qui à 1 173 °C se transforme en une structure cubique à faces centrées.
Risque environnemental relatif 1,0-1,2. Le contenu de la croûte terrestre est de 0,0003 %.
En 1972, les premiers composés d’américium divalent ont été synthétisés. La production industrielle des isotopes de l'américium repose sur l'irradiation aux neutrons 238 U, 237 Np et 235 Pu. Pour obtenir certains isotopes de l'américium, des isotopes individuels de l'élément lui-même peuvent être utilisés. Ainsi, 248 Am et 243 Am peuvent être obtenus en irradiant 241 Am et 244 Am avec un rayonnement de neutrons gamma. Les isotopes de l'américium de numéros de masse 241, 245 et 246 sont des produits filles d'isotopes du plutonium ayant les mêmes numéros de masse. Certains isotopes de l'américium se forment lors des essais d'armes nucléaires. Le besoin en 241 Am est d’environ 10 kg par an.
Il est très important que chacun des ions américium donne un spectre d'absorption prononcé et caractéristique uniquement pour lui. Cela permet d'utiliser efficacement la méthode spectrophotométrique pour étudier les processus redox se produisant avec les ions américium dans les solutions. Et cela est important non seulement pour la chimie des éléments transuraniens, mais aussi pour comprendre le mécanisme des réactions redox en général. Cela doit être considéré comme l’une des applications pratiques importantes de l’élément artificiel américium.
L'241 Am est utilisé dans divers instruments (détecteurs de défauts, densimètres, jauges d'épaisseur, etc.) comme source de quanta γ mous ; dans la fabrication de sources d'énergie à faible puissance thermique, ainsi que de sources de rayonnement α utilisées pour éliminer les charges statiques ; pour exciter la fluorescence des rayons X lors de l'analyse. Il est important d’utiliser 241 Am pour obtenir l’isotope curium-242.
L'isotope de l'américium à vie la plus longue est le 243 Am, il vit 7 400 ans et est actuellement utilisé pour la recherche radiochimique et l'accumulation de transuraniens plus lointains, jusqu'au fermium. L'isotope 241 Am a une grande variété d'utilisations (demi-vie de 433 ans).
Cet isotope, lors de sa désintégration, émet des particules α et des rayons γ mous (60 keV) (l'énergie des quanta γ durs émis par 60 Co est de plusieurs MeV). La protection contre les rayonnements doux du 241 Am est relativement simple et peu massive : une couche centimétrique de plomb suffit. C'est l'une des raisons de l'apparition de nombreux appareils dotés de 241 Am. En particulier, une conception a été proposée pour un appareil translucide légèrement plus grand qu'une boîte d'allumettes à des fins médicales. Une source américaine de rayonnement gamma - une boule d'un diamètre de 3 à 4 centimètres - constitue la base d'un tel dispositif qui, d'ailleurs, contrairement à un appareil à rayons X, ne nécessite pas d'équipement haute tension encombrant - transformateurs , redresseurs, amplificateurs, etc. Source de rayonnement gamma doux avec 241 Am utilisée pour étudier les maladies thyroïdiennes. L'iode stable présent dans la glande thyroïde commence à émettre de faibles rayons X lorsqu'il est exposé aux rayons gamma. Son intensité est proportionnelle à la concentration en iode au point examiné.
Appareils avec 241 Am. De tels appareils sont notamment utilisés pour mesurer en continu l'épaisseur des rubans d'acier (de 0,5 à 3 mm) et d'aluminium (jusqu'à 50 mm), ainsi que des feuilles de verre. Les équipements à 241 Am sont utilisés dans l'industrie pour éliminer les charges électrostatiques des plastiques, des films synthétiques et du papier. On le trouve à l'intérieur des détecteurs de fumée (~0,26 microgrammes par détecteur).
Un mélange de 241 Am et 9 Be est une source de neutrons dans la détection de défauts. Le 241 Am est désormais obtenu en quantités industrielles à partir de la désintégration du 241 Pu :
241 Pu → (13,2 ans, désintégration β) → 241 Am.
Étant donné que le 241 Pu est généralement présent dans le plutonium de qualité militaire nouvellement extrait, le 241 Am
S'accumule dans une substance avec la désintégration de 241 Pu. De ce fait, il joue un rôle important dans le vieillissement des armes. Le plutonium de qualité militaire fraîchement produit contient 0,5 à 1,0 % de 241 Pu, le plutonium des réacteurs en contient de 5 à 15 % à 25 % de 241 Pu. Dans quelques décennies, presque tout le 241 Pu se désintégrera en 241 Am. L'énergie de la désintégration α de 241 Am et la durée de vie relativement courte créent une radioactivité spécifique et un rendement thermique élevés. La majeure partie de l’activité α et γ du vieux plutonium de qualité militaire est due au 241 Am.
On pense qu'un isotope à durée de vie plus courte (152 ans) - 242 Am, caractérisé par une section efficace de capture de neutrons thermiques très élevée - environ 6 000 granges, trouvera également une application.
Les sources d'américium entrant dans l'environnement sont les essais d'armes nucléaires, les centrales nucléaires et les accidents survenus lors de la production et de l'utilisation de radionucléides. La teneur globale en américium dans l'environnement augmente constamment en raison de la désintégration du 241 Pu.
Lorsque vous travaillez avec des isotopes radioactifs de l'américium, il est nécessaire de respecter les règles sanitaires et les normes de radioprotection en utilisant des mesures de protection spéciales conformément à la classe de travail.
En cas d'afflux d'urgence d'isotopes d'américium, rincer le nasopharynx et la cavité buccale avec de l'eau ; inhalations thérapeutiques avec une solution de pentacine à 5-10 %. Lavage gastrique, laxatifs, lavements nettoyants. Décontamination de la peau avec du savon à lessive, une solution de pentacine à 5%, « Zashchita-7 » et de la pâte-116.
Tout d’abord, quelques mots sur l’un des paradoxes les plus agréables de la science. Cela arrive assez souvent : les tentatives du chercheur pour surmonter les difficultés expérimentales conduisent à des résultats bien plus importants que la solution au problème initial.
Naissance de la théorie des actinides
1944 Les travaux liés à la production et à l'isolation chimique de l'élément n°94 - le plutonium - sont terminés. Un groupe de scientifiques du laboratoire métallurgique de l'Université de Chicago*, dirigé par Glenn T. Seaborg (qui comprenait également A. Ghiorso, R. James et L. Morgan), s'est lancé dans la recherche des éléments suivants : le transplutonium.
* Nous sommes maintenant au Laboratoire national d'Argonne, l'un des principaux centres de recherche américains dans le domaine de la physique nucléaire.
Pour les obtenir, des échantillons de plutonium ont été bombardés de neutrons et de deutons, puis, en examinant des cibles irradiées, ils ont tenté de détecter un rayonnement alpha caractéristique du nouvel élément. De nouveaux éléments auraient pu et dû se former à la fois par l'interaction directe de noyaux de plutonium avec un deuton bombardant (la charge augmente de un), et par la désintégration bêta de nouveaux isotopes « surchargés » en neutrons. Une série de transformations bêta successives pourrait « décaler vers la droite » le numéro d’élément de plusieurs unités. Ainsi, en bombardant du plutonium avec des neutrons, les physiciens se sont appuyés sur la désintégration bêta comme moyen pour y parvenir. Et pour la désintégration alpha - comme une sorte d'indicateur, car pour une identification physique nucléaire fiable d'un nouvel isotope, vous devez connaître non seulement la demi-vie de ses noyaux atomiques, mais également l'énergie des particules alpha émises. Pour un isotope radioactif, il s'agit presque de la même caractéristique individuelle que pour un élément linéaire du spectre des rayons X.
L'accent mis principalement sur l'identification physique de nouveaux éléments s'expliquait principalement par les propriétés chimiques anormales des premiers transurans. Contrairement aux attentes, le neptunium et le plutonium se sont révélés plus proches de l'uranium que du rhénium et de l'osmium. Mais selon la logique du système périodique (telle qu'elle semblait à l'époque), les éléments n° 93 et 94 auraient dû prendre place dans les groupes VII et VIII.
Cependant, dans les années 20, le grand danois Niels Bohr a suggéré que dans la septième période du tableau périodique, il devrait y avoir un groupe d'éléments ayant des propriétés très similaires, similaires au groupe des lanthanides de la sixième période. Mais où, à partir de quel élément commencera le deuxième « nœud interpériodique » du système périodique - ni Bohr, ni Seaborg - personne ne le savait.
À en juger par les propriétés du neptunium et du plutonium, on pensait que ce groupe commençait apparemment par l'uranium. Pour ses membres, les uranides, la valence la plus caractéristique est 6+. C'était cette valence que présentaient habituellement les éléments n° 93 et 94. Et si tel est le cas, alors le nouvel élément n° 95 devrait être hexavalent. Par conséquent, l’isoler de la masse de plutonium par des méthodes chimiques sera extrêmement difficile et il n’y a aucun espoir d’identification chimique. Il faut rechercher un nouvel émetteur alpha dans la fraction plutonium et se contenter d'une identification physique, du moins dans un premier temps.
Des expériences basées sur ce raisonnement ou à peu près le même sont en cours depuis plusieurs mois, mais aucun nouvel émetteur alpha n'a été détecté dans la fraction plutonium. En juillet 1944, il fut décidé d'utiliser une autre réaction nucléaire - bombarder du plutonium avec des noyaux d'hélium afin de « franchir » l'élément défaillant n° 95 : peut-être que 96 serait plus accessible. C’est ainsi que cela s’est passé plus tard. Le curium a en effet été découvert un peu plus tôt que l'américium, mais la découverte des deux nouveaux éléments a été facilitée non pas par une nouvelle approche physique, mais par un nouveau concept radiochimique formulé par Seaborg, qui semblait au premier abord contraire au bon sens.
En pensant au deuxième nœud interpériodique du tableau périodique, Seaborg n'a pu s'empêcher d'analyser la logique de construction du premier. Dans la sixième période, ce nœud commence par le lanthane - de là vient la construction de l'avant-dernier, 4 F-sous-coque électronique. Dans la septième période, l'analogue du lanthane est l'élément n° 89, l'actinium. Si les éléments qui suivent l’actinium ont des électrons « supplémentaires », ils iront dans l’avant-dernière couche F (5F), alors ces éléments forment une série d'actinides et pour tous, comme pour les terres rares et l'actinium, la valence caractéristique sera de 3+.
Cependant, presque tous les faits expérimentaux connus contredisaient cette construction, et les faits sont des choses tenaces, même si l’on peut les contester en les interprétant différemment qu’auparavant.
Le premier des actinides proposés est le thorium, un élément typiquement tétravalent. Mais le premier lanthanide, le cérium, présente plus souvent une valence de 4+ que de 3+. Pour l'élément suivant, le protactinium, on connaît des composés dans lesquels il est tétra- ou pentavalent. L'uranium, le neptunium et le plutonium présentent le plus souvent une valence de 6+, mais d'autres états de valence sont également connus pour eux - 5+, 4+, 3+ ! Cette « troïka » n’est pas toujours perceptible, mais elle ne peut pas non plus être ignorée.
Derrière les « arbres » évidents des faits expérimentaux, Seaborg a vu la « forêt » d'un nouveau concept théorique, et des tentatives infructueuses pour découvrir l'élément n° 95 ont conduit à la création de l'hypothèse des actinides (plus tard la théorie), qui a joué un rôle important. dans la science des transuraniens.
De nombreuses années plus tard, dans le livre populaire « Éléments de l'Univers », Seaborg décrira la fin de cette histoire et la résumera :
« Dans le tableau périodique révisé, les éléments les plus lourds constituent la deuxième rangée des « terres rares », et ces éléments les plus lourds - pour eux le nom « actinides » a été proposé - ont été placés dans une rangée spéciale, comme la série déjà connue des rares lanthanides terrestres... Du point de vue du nouveau concept, les 95e et 96e éléments devraient avoir un certain nombre de propriétés communes aux actinides, ainsi que certaines propriétés qui les rendent similaires à leurs « frères » de terres rares - l'europium et le gadolinium. Dès que des expériences ont été réalisées sur la base de ce nouveau concept, les éléments n° 95 et 96 ont été immédiatement découverts, c'est-à-dire chimiquement identifiés. L’Americium, élément 95, doit son nom à l’Amérique, tout comme son frère, une terre rare, l’europium, doit son nom à l’Europe… »
Il faut ajouter à cela que les deux nouveaux éléments ont été extraits d'une solution de plutonium par des porteurs de terres rares, que ces deux éléments présentaient une valence de 3+, et que le schéma classique d'obtention de l'américium ressemble à ceci :
239 94 Pu + 1 0 n–(γ)→ 240 94 Pu + 1 0 n–(γ, β –)→ 241 95 Un m.
"Enfer" et "délire"
Lorsque l'américium-241 est irradié avec des neutrons, l'isotope curium-242 se forme (à la suite de la désintégration bêta de l'américium-242). Il est presque impossible de doser les neutrons de manière à ce qu'un seul nouvel élément soit formé - le n° 95. D’où l’inévitabilité du problème de la séparation des éléments n° 95 et 96. Conformément au concept des actinides de Seaborg, ils se sont révélés très similaires en termes de propriétés chimiques. Et avec les terres rares, la similitude était si grande que pendant longtemps la séparation des porteurs et des nouveaux éléments a semblé un problème insoluble.
Plus de six mois ont été consacrés à des tentatives infructueuses pour séparer l'américium et le curium. Naturellement, pendant tout ce temps, les éléments déjà découverts sont restés anonymes - les noms ci-dessus sont apparus plus tard. Un membre de l'équipe de Seaborg (certainement un chimiste, pas un physicien) a suggéré de les appeler pandémonium et délire, qui signifient en latin « enfer » et « délire ».
Mais tôt ou tard, ces absurdités et cet enfer devaient prendre fin. Début 1945, le laboratoire maîtrise la méthode de chromatographie échangeuse d'ions et de nouveaux éléments sont séparés à l'aide de la résine cationique Dauex-50. L'alpha-hydroxyisobutyrate d'ammonium, qui possédait la plus grande capacité sélective pour ce système, a été utilisé comme éluant - un liquide qui élimine successivement les complexes d'éléments similaires.
Dans le même temps, la demi-vie de l’américium-241 a été déterminée pour la première fois. Il a été constaté que la moitié de ses noyaux se désintègrent en 498 ans. Des mesures ultérieures ont clarifié cette caractéristique - 458 ans.
L'étude des propriétés chimiques de l'élément n°95 a été entravée par la forte activité spécifique de l'américium-241. Une radiolyse a eu lieu dans la solution, certains composés ont été transformés en d'autres ; contrairement aux souhaits des expérimentateurs, les vitesses et même les directions des réactions ont changé... Pour la radiochimie moderne, cela est assez courant, tout comme le travail avec des microquantités de substances. Mais à l’époque, c’était un problème assez sérieux.
La première préparation d'américium pur, obtenue par B. Cunnigham et L. Asprey en septembre 1945, pesait 20 microgrammes. Pour les obtenir, 29 opérations de séparation ont dû être réalisées. Six mois plus tard, 200 litres de solutions de déchets de production de plutonium ont été traités et la première portion radiochimiquement importante d'américium-241 - 10 mg - en a été isolée. Cela s'est avéré suffisant pour réaliser un cycle complet d'études physiques et chimiques du nouvel élément.
Que savent aujourd’hui les radiochimistes de l’élément n°95 ? Tout d’abord, son exemple montre clairement que les schémas généraux ne sont pas toujours absolus. Cette loi de la science est particulièrement vraie lorsqu’il s’agit d’objets chimiques radioactifs.
Dans différents états
Il a déjà été mentionné qu'en règle générale, l'américium présente une valence de 3+. Cependant, les radiochimistes préfèrent généralement parler non pas de valence, mais de « l'état d'oxydation » et le désigner en chiffres romains. Profitons de cette opportunité : cela permettra d'éviter les répétitions, et en pratique ces concepts sont très proches.
Au degré d'oxydation (III), l'américium forme de nombreux composés, à la fois ordinaires et complexes. Cependant, dans un environnement oxydant, l’américium(III) cède assez facilement un, deux ou trois électrons supplémentaires – trois est plus facile qu’un ou deux. Pour obtenir l'américium (VI) à partir de l'américium (III), il suffit de chauffer légèrement le composé de départ avec du persulfate d'ammonium dans un environnement légèrement acide (généralement dans une solution 0,01 molaire d'acide nitrique). La transition Am (III) – Am (VI) se produit immédiatement, en contournant les étapes intermédiaires d'oxydation. Le potentiel rédox de cette paire est légèrement inférieur à celui de la paire Am (III) – Am (V), et il est donc plus facile d'oxyder l'américium trivalent en hexavalent qu'en pentavalent. Ce dernier n'est obtenu que dans les cas où le composé d'américium (V) formé est immédiatement éliminé du système réactionnel, par exemple s'il précipite. Ainsi, si le processus d'oxydation se produit dans un environnement de carbonate de potassium, un double sel peu soluble d'américium pentavalent KAmO 2 CO 3 se forme.
Notez que dans les états d’oxydation supérieurs (V) et (VI), l’américium fait partie du cation sous la même forme d’ion « limon » contenant de l’oxygène que l’uranium, le neptunium et le plutonium. L'américium possède deux ions « sil » : (AmO 2) + lorsque l'américium est pentavalent, et (AmO 2) 2+ lorsque sa valence est six.
L'américium pentavalent possède une propriété chimique très intéressante : la capacité de se disproportionner. Cela signifie que pour l'interaction chimique dans des solutions acides, aucun partenaire réactif n'est nécessaire. La réaction rédox se produit entre les ions américium pentavalents : l'un d'eux ajoute deux électrons, taxant deux voisins. Un ion américium (III) et deux ions américium (VI) apparaissent dans le système. La raison de ce phénomène inhabituel est considérée comme la différence anormale déjà mentionnée dans les potentiels rédox des paires Am (III) – Am (VI) et Am (III) – Am (V).
L'américium tétravalent se comporte de manière similaire dans les solutions aqueuses, uniquement lorsqu'il est disproportionné, le rapport Am (III) sur Am (VI) est de 2 : 1, et non de 1 : 2. Il est extrêmement difficile de conserver l'américium instable (IV ) en solution. Pour la première fois, les radiochimistes de Los Alamos, L. Asprey et R. Penneman, déjà mentionnés dans cette histoire, y sont parvenus. Ils ont découvert qu'en présence d'une grande quantité d'ions fluor, l'américium (IV) forme un complexe stable et l'ont obtenu dans une solution concentrée (13 M) de fluorure d'ammonium.
En 1972, les premiers composés d’américium divalent ont été synthétisés.
Il est très important que chacun des ions américium donne un spectre d'absorption prononcé et caractéristique uniquement pour lui. Cela permet d'utiliser très efficacement la méthode spectrophotométrique pour étudier les processus redox se produisant avec les ions américium dans les solutions. Et cela est important non seulement pour la chimie des éléments transuraniens, mais aussi pour comprendre le mécanisme des réactions redox en général. Cela doit être considéré comme l’une des applications pratiques importantes de l’élément artificiel américium.
Il y a d'autres utilisations
On sait désormais avec certitude que l'américium est un métal blanc argenté, malléable et malléable. Il ressemble le plus aux métaux de la famille des terres rares, mais il est peu probable qu'il soit un jour possible d'utiliser les propriétés métalliques de l'américium dans la pratique. Par conséquent, en parlant de l'utilisation de l'élément n°95, que cela nous plaise ou non, nous ne parlerons que de ses isotopes individuels.
L'isotope de l'américium à vie la plus longue est le 243 Am, et parmi les isotopes à vie longue, il est peut-être le plus inintéressant. Il vit près de 8 000 ans (plus précisément 7 930) et est jusqu'à présent utilisé principalement pour la recherche radiochimique et pour l'accumulation de transuraniens plus lointains, jusqu'au fermium. Des cibles d'américium-243 ont été utilisées à Doubna dans la synthèse de certains isotopes des éléments n° 102, 103 et 105.
L’application du tout premier isotope de l’américium – 241 Am – est beaucoup plus diversifiée. Cet isotope, lors de sa désintégration, émet des particules alpha et des rayons gamma doux de faible énergie. Leur énergie (d'ailleurs strictement constante ; on peut parler d'un faisceau de rayons gamma d'énergie monochromatique) n'est que de 60 keV. Et l’énergie des rayons gamma durs, par exemple ceux émis par le cobalt 60, se mesure en millions d’électrons-volts.
La protection contre les rayonnements doux de l'américium-241 est relativement simple et non massive : une couche centimétrique de plomb suffit. C'est l'une des raisons de l'apparition de nombreux appareils contenant de l'américium-241. En particulier, une conception a été proposée pour un appareil translucide légèrement plus grand qu'une boîte d'allumettes à des fins médicales. Une source américaine de rayonnement gamma - une boule d'un diamètre de 3...4 cm - constitue la base d'un tel dispositif qui, d'ailleurs, contrairement à une installation à rayons X, ne nécessite pas d'équipement haute tension encombrant - transformateurs, redresseurs, amplificateurs, etc.
Le Dr P. Hofer (États-Unis, Argonne National Hospital) a utilisé une source de rayonnement gamma doux contenant de l'américium-241 pour étudier les maladies thyroïdiennes. L'iode stable présent dans la glande thyroïde commence à émettre de faibles rayons X lorsqu'il est exposé aux rayons gamma. Son intensité est proportionnelle à la concentration en iode au point étudié. Cette installation permet d'obtenir des informations sur la répartition de l'iode dans la glande sans introduire d'isotope radioactif dans l'organisme. La dose totale de rayonnement reçue par le patient est bien inférieure à celle d'un examen à l'iode radioactif.
L'industrie de plusieurs pays du monde maîtrise déjà la production de divers instruments de contrôle, de mesure et de recherche avec l'américium-241. De tels appareils sont notamment utilisés pour mesurer en continu l'épaisseur des rubans d'acier (de 0,5 à 3 mm) et d'aluminium (jusqu'à 50 mm), ainsi que des feuilles de verre. Les équipements contenant de l'américium-241 sont également utilisés pour éliminer les charges électrostatiques dans les industries du plastique, des films synthétiques et du papier.
On pense qu'un isotope à durée de vie plus courte (152 ans) – 242 Am, caractérisé par une section efficace de capture de neutrons thermiques très élevée – environ 6 000 granges, trouvera également une application.
Du passé au futur
Il fut un temps où il fallait faire preuve de beaucoup d’ingéniosité pour trouver au moins une certaine utilité à l’américium. Il a été proposé, par exemple, de l'utiliser dans des bâtons lumineux pour les agents de la circulation routière... Maintenant, la situation est différente : la demande d'américium isotopiquement pur dépasse peut-être même l'offre. Sous forme d’isotopes individuels, l’américium est très cher, plusieurs fois plus cher que l’or. Selon la liste de prix de la Commission américaine de l'énergie atomique, un gramme d'américium-241 est évalué à 150 dollars, et pourtant c'est l'isotope le plus abordable des isotopes de l'élément n°95.
Mais à mesure que la technologie nucléaire se développe, l’américium devrait devenir moins cher. On estime que d'ici 1980, les États-Unis recevront environ 200 kg d'américium par an et que le coût des principaux isotopes de l'élément n° 95 tombera à 20...50 dollars le gramme.
Nous avons parlé de manière si détaillée des avantages pratiques de l'américium - l'un des éléments transuraniens artificiels - afin de montrer que la recherche sur les transuraniens, qui apparaît généralement comme une science pour la science, peut et aurait dû, selon les mots de L.A. Chugaev, son équivalent pratique.
