Изотопы америция
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Америций ( 95 Am) — искусственный элемент , поэтому стандартный атомный вес не может быть дан. Как и все искусственные элементы, он не имеет известных стабильных изотопов . Первым синтезированным изотопом был 241 Am в 1944 году. Искусственный элемент распадается, испуская альфа-частицы . Америций имеет атомный номер 95 (число протонов в ядре атома америция). Несмотря на243
Я живу на порядок дольше, чем241
Ам , первый труднее получить, чем второй, поскольку его больше в отработанном ядерном топливе .
Были охарактеризованы восемнадцать радиоизотопов америция, от 229 Am до 247 Am, за исключением 231 Am; еще один изотоп, 223 Am, также был зарегистрирован, но не подтвержден. Наиболее стабильными изотопами являются 243 Am с периодом полураспада 7370 лет и 241 Am с периодом полураспада 432,2 года. Все остальные радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 51 часа, и большинство из них имеют период полураспада менее 100 минут. Этот элемент также имеет 8 метасостояний , наиболее стабильным из которых является 242m1 Am (t 1/2 = 141 год). Этот изомер необычен тем, что его период полураспада намного больше, чем у основного состояния того же изотопа.
Список изотопов
| Нуклид [n 1] | З | Н | Изотопная масса ( Da ) [n 2] [n 3] | Период полураспада [1] | Режим распада [1] [n 4] | Дочерний изотоп | Спин и четность [1] [n 5] [n 6] | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Энергия возбуждения [n 6] | |||||||||||||||||||
| 223 Ам [н 7] | 95 | 128 | 223.04584(32)# | 10(9) мс | α | 219 Нп | 9/2–# | ||||||||||||
| 229 Ам | 95 | 134 | 229.04528(11) | 1,8(15) с | α | 225 Нп | 5/2–# | ||||||||||||
| 230 утра | 95 | 135 | 230.04603(15)# | 40(9) с | β + (<70%) | 230 Pu | 1–# | ||||||||||||
| β + СФ (>30%) | (различный) | ||||||||||||||||||
| 232 Ам | 95 | 137 | 232.04661(32)# | 1.31(4) мин | β + (97%) | 232 Pu | 1–# | ||||||||||||
| α (3%) | 228 Нп | ||||||||||||||||||
| β + СФ (0,069%) | (различный) | ||||||||||||||||||
| 233 Ам | 95 | 138 | 233.04647(12)# | 3.2(8) мин | β + (95,5%) | 233 Pu | 5/2–# | ||||||||||||
| α (4,5%) | 229 Нп | ||||||||||||||||||
| 234 Ам | 95 | 139 | 234.04773(17)# | 2.32(8) мин | β + (99,95%) | 234 Pu | 0–# | ||||||||||||
| α (0,039%) | 230 Нп | ||||||||||||||||||
| β + , СФ (0,0066%) | (различный) | ||||||||||||||||||
| 235 Ам | 95 | 140 | 235.047906(57) | 10.3(6) мин | β + (99,60%) | 235 Pu | 5/2−# | ||||||||||||
| α (0,40%) | 231 Нп | ||||||||||||||||||
| 236 Ам | 95 | 141 | 236.04943(13)# | 3,6(1) мин | β + | 236 Pu | 5− | ||||||||||||
| α (4×10−3 % ) | 232 Нп | ||||||||||||||||||
| 236м Ам | 50(50)# кэВ | 2.9(2) мин | β + | 236 Pu | (1−) | ||||||||||||||
| α ? | 232 Нп | ||||||||||||||||||
| 237 Ам | 95 | 142 | 237.049995(64)# | 73,6(8) мин | β + (99,975%) | 237 Pu | 5/2− | ||||||||||||
| α (.025%) | 233 Нп | ||||||||||||||||||
| 238 Ам | 95 | 143 | 238.051983(63) | 98(3) мин. | β + | 238 Pu | 1+ | ||||||||||||
| α (1,0×10−4 % ) | 234 Нп | ||||||||||||||||||
| 238м Ам | 2500(200)# кэВ | 35(18) мкс | СФ | (различный) | |||||||||||||||
| ЭТО ? | 238 Ам | ||||||||||||||||||
| 239 Ам | 95 | 144 | 239.0530227(21) | 11.9(1) ч. | ЕС (99,99%) | 239 Pu | 5/2− | ||||||||||||
| α (0,01%) | 235 Нп | ||||||||||||||||||
| 239м Ам | 2500(200) кэВ | 163(12) нс | СФ | (различный) | (7/2+) | ||||||||||||||
| ЭТО ? | 239 Ам | ||||||||||||||||||
| 240 Ам | 95 | 145 | 240.055298(15) | 50,8(3) ч | β + | 240 Пу | (3−) | ||||||||||||
| α (1,9×10−4 % ) | 236 Нп | ||||||||||||||||||
| 240м ам | 3000(200) кэВ | 940(40) мкс | СФ | (различный) | |||||||||||||||
| ЭТО ? | 240 Ам | ||||||||||||||||||
| 241 Ам | 95 | 146 | 241.0568273(12) | 432.6(6) г | α | 237 Нп | 5/2− | ||||||||||||
| СФ (3,6×10−10 % ) | (различный) | ||||||||||||||||||
| 241м Ам | 2200(200) кэВ | 1,2(3) мкс | СФ | (различный) | |||||||||||||||
| 242 Ам | 95 | 147 | 242.0595474(12) | 16.02(2) ч. | β − (82,7%) | 242 см | 1− | ||||||||||||
| ЕС (17,3%) | 242 Pu | ||||||||||||||||||
| 242м1 Ам | 48,60(5) кэВ | 141(2) г | ИТ (99,54%) | 242 Ам | 5− | ||||||||||||||
| α (.46%) | 238 Нп | ||||||||||||||||||
| СФ ? | (различный) | ||||||||||||||||||
| 242м2 Ам | 2200(80) кэВ | 14.0(10) мс | СФ | (различный) | (2+, 3−) | ||||||||||||||
| ЭТО ? | 242 Ам | ||||||||||||||||||
| 243 Ам | 95 | 148 | 243.0613799(15) | 7,350(9) лет | α | 239 Нп | 5/2− | ||||||||||||
| СФ (3,7×10−9 % ) | (различный) | ||||||||||||||||||
| 243м ам | 2300(200) кэВ | 5,5(5) мкс | СФ | (различный) | |||||||||||||||
| ЭТО ? | 243 Ам | ||||||||||||||||||
| 244 Ам | 95 | 149 | 244.0642829(16) | 10.01(3) ч. | β − | 244 см | (6−) | ||||||||||||
| 244м1 Ам | 89,3(16) кэВ | 26.13(43) мин. | β − (99,96%) | 244 см | 1+ | ||||||||||||||
| ЕС (0,0364%) | 244 Pu | ||||||||||||||||||
| 244м2 Ам | 2000(200)# | 900(150) мкс | СФ | (различный) | |||||||||||||||
| ЭТО ? | 244 Ам | ||||||||||||||||||
| 244м3 Ам | 2200(200)# | ~6,5 мкс | СФ | (различный) | |||||||||||||||
| ЭТО ? | 244 Ам | ||||||||||||||||||
| 245 Ам | 95 | 150 | 245.0664528(20) | 2.05(1) ч. | β − | 245 см | 5/2+ | ||||||||||||
| 245м Ам | 2400(400)# | 640(60) нс | СФ | (различный) | |||||||||||||||
| ЭТО ? | 245 Ам | ||||||||||||||||||
| 246 Ам | 95 | 151 | 246.069774(19)# | 39(3) мин. | β − | 246 см | (7−) | ||||||||||||
| 246м1 Ам | 30(10)# кэВ | 25.0(2) мин | β − | 246 см | 2(−) | ||||||||||||||
| ЭТО ? | 246 Ам | ||||||||||||||||||
| 246м2 Ам | 2000(800)# кэВ | 73(10) мкс | СФ | (различный) | |||||||||||||||
| ЭТО ? | 246 Ам | ||||||||||||||||||
| 247 Ам | 95 | 152 | 247.07209(11)# | 23.0(13) мин | β − | 247 см | 5/2# | ||||||||||||
| Заголовок и нижний колонтитул этой таблицы: | |||||||||||||||||||
- ^ m Am – Возбужденный ядерный изомер .
- ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) приводится в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
- ^ # – Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из тенденций от поверхности массы (TMS).
- ^
Способы распада:
Компакт-диск: Распад кластера ЕС: Захват электронов ЭТО: Изомерный переход СФ: Спонтанное деление - ^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
- ^ ab # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
- ^ Открытие этого изотопа неопределенно из-за разногласий между теоретическими предсказаниями и полученными экспериментальными данными. [2]
Актиниды против продуктов деления
| Актиниды [3] по цепочке распада | Диапазон периода полураспада ( а ) | Продукты деления 235 U по выходу [ 4] | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 н | 4 н + 1 | 4 н + 2 | 4 н + 3 | 4,5–7% | 0,04–1,25% | <0,001% | ||
| 228 Ра№ | 4–6 утра | 155 Euþ | ||||||
| 248 Бк[5] | > 9 утра | |||||||
| 244 смƒ | 241 Puƒ | 250 Кф | 227 Ак№ | 10–29 утра | 90 Ср | 85 Кр | 113m Кдþ | |
| 232 Uƒ | 238 Puƒ | 243 смƒ | 29–97 а | 137С | 151 Смþ | 121м Сн | ||
| 249 Кфƒ | 242m Amƒ | 141–351 а | Ни один из продуктов деления не имеет периода полураспада | |||||
| 241 Амƒ | 251 Кфƒ[6] | 430–900 а | ||||||
| 226 Ра№ | 247 Бк | 1,3–1,6 тыс. лет назад | ||||||
| 240 Пу | 229 Тыс | 246 смƒ | 243 Амƒ | 4,7–7,4 тыс. лет назад | ||||
| 245 смƒ | 250 см | 8,3–8,5 тыс. лет назад | ||||||
| 239 Puƒ | 24,1 тыс. лет назад | |||||||
| 230 Ты№ | 231 Па№ | 32–76 тыс. лет назад | ||||||
| 236 Нпƒ | 233 Uƒ | 234 У№ | 150–250 тыс. лет назад | 99 тк₡ | 126 Сн | |||
| 248 см | 242 Pu | 327–375 тыс. лет назад | 79 се₡ | |||||
| 1,33 млн лет назад | 135 Cs₡ | |||||||
| 237 Нпƒ | 1,61–6,5 млн лет назад | 93 Зр | 107 Пд | |||||
| 236 У | 247 смƒ | 15–24 млн лет назад | 129 Я₡ | |||||
| 244 Pu | 80 млн лет назад | ... и не более 15,7 млн лет назад [7] | ||||||
| 232 Т№ | 238 У№ | 235 Uƒ№ | 0,7–14,1 млрд лет | |||||
| ||||||||
Известные изотопы
Америций-241
Америций-241 — наиболее распространённый изотоп америция в ядерных отходах. [8] Это изотоп, используемый в америциевом дымовом извещателе на основе ионизационной камеры . Это потенциальное топливо для долгосрочных радиоизотопных термоэлектрических генераторов .
| Параметр | Ценить |
|---|---|
| Атомная масса | 241.056829 у |
| Избыток массы | 52930 кэВ |
| Энергия бета-распада | −767 кэВ |
| Вращаться | 5/2− |
| Период полураспада | 432,6 лет |
| Спонтанные деления | 1200 за кг. |
| Тепло распада | 114 Вт/кг |
Возможные родительские нуклиды: бета из 241 Pu , электронный захват из 241 Cm, альфа из 245 Bk.
241 Am распадается альфа-частицами , образуя побочный продукт гамма-лучи . Его присутствие в плутонии определяется исходной концентрацией 241 Pu и возрастом образца. Из-за низкой проникающей способности альфа-излучения 241 Am представляет опасность для здоровья только при попадании внутрь или вдыхании. Более старые образцы плутония, содержащие плутоний-241, содержат накопление 241 Am. Может потребоваться химическое удаление америция из переработанного плутония (например, во время переработки плутониевых ям ).
Америций-242m
Процент деления равен 100 минус указанные проценты.
Общая скорость трансмутации сильно варьируется в зависимости от нуклида.
245 Cm– 248 Cm являются долгоживущими с незначительным распадом.
| Вероятность | Режим распада | Энергия распада | Продукт распада |
|---|---|---|---|
| 99,54% | изомерный переход | 0,05 МэВ | 242 Ам |
| 0,46% | альфа-распад | 5,64 МэВ | 238 Нп |
| (1,5±0,6) × 10 −10 [10] | спонтанное деление | ~200 МэВ | продукты деления |
Америций-242m имеет массу 242,0595492 г/моль. Это один из редких случаев, как 108m Ag , 166m Ho , 180m Ta , 186m Re , 192m Ir , 210m Bi , 212m Po и другие, где ядерный изомер с более высокой энергией более стабилен, чем основное состояние, америций-242 . [11]
242m Am является делящимся с низкой критической массой , сравнимой с критической массой 239 Pu . [12] Он имеет очень высокое сечение деления и быстро разрушается, если производится в ядерном реакторе. Было исследовано, может ли этот изотоп быть использован для нового типа ядерной ракеты . [13] [14]
| Вероятность | Режим распада | Энергия распада | Продукт распада |
|---|---|---|---|
| 82.70% | бета-распад | 0,665 МэВ | 242 см |
| 17.30% | захват электронов | 0,751 МэВ | 242 Pu |
Америций-243
Америций-243 имеет массу 243,06138 г/моль и период полураспада 7370 лет, самый продолжительный из всех изотопов америция. Он образуется в ядерном топливном цикле путем захвата нейтронов на плутонии-242 с последующим бета-распадом . [15] Производство увеличивается экспоненциально с увеличением выгорания , поскольку требуется в общей сложности 5 захватов нейтронов на 238 U. Если используется MOX-топливо , особенно MOX-топливо с высоким содержанием241
Пу и242
Pu , больше америция в целом и больше243
Будут произведены.
Он распадается либо испуская альфа-частицу (с энергией распада 5,27 МэВ) [15] , превращаясь в 239 Np, который затем быстро распадается на 239 Pu , либо, реже, путем спонтанного деления . [16]
Что касается других изотопов америция, и в целом для всех альфа-излучателей, 243 Am является канцерогенным в случае внутреннего загрязнения после вдыхания или приема внутрь. 243 Am также представляет риск внешнего облучения, связанный с гамма-излучением, испускаемым его короткоживущим продуктом распада 239 Np . Риск внешнего облучения для двух других изотопов америция ( 241 Am и 242m Am) составляет менее 10% от риска для америция-243. [8]
Ссылки
- ^ abcd Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "Оценка ядерных свойств NUBASE2020" (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
- ^ Сан, MD; и др. (2017). «Новый короткоживущий изотоп 223Np и отсутствие замыкания подоболочки Z = 92 вблизи N = 126». Physics Letters B. 771 : 303–308 . Bibcode : 2017PhLB..771..303S. doi : 10.1016/j.physletb.2017.03.074 .
- ^ Плюс радий (элемент 88). Хотя на самом деле он является субактинидом, он непосредственно предшествует актинию (89) и следует за трехэлементным промежутком нестабильности после полония (84), где ни один нуклид не имеет периода полураспада не менее четырех лет (самый долгоживущий нуклид в промежутке — радон-222 с периодом полураспада менее четырех дней ). Самый долгоживущий изотоп радия, с периодом полураспада 1600 лет, таким образом, заслуживает включения элемента сюда.
- ^ В частности, из деления урана-235 тепловыми нейтронами , например, в типичном ядерном реакторе .
- ^ Milsted, J.; Friedman, AM; Stevens, CM (1965). "Период альфа-полураспада берклия-247; новый долгоживущий изомер берклия-248". Nuclear Physics . 71 (2): 299. Bibcode : 1965NucPh..71..299M. doi : 10.1016/0029-5582(65)90719-4.
«Изотопный анализ выявил вид с массой 248 в постоянном количестве в трех образцах, проанализированных в течение периода около 10 месяцев. Это было приписано изомеру Bk 248 с периодом полураспада более 9 [лет]. Роста Cf 248 обнаружено не было, а нижний предел для периода полураспада β − можно установить на уровне около 10 4 [лет]. Альфа-активности, приписываемой новому изомеру, не обнаружено; период полураспада альфа, вероятно, превышает 300 [лет]». - ^ Это самый тяжелый нуклид с периодом полураспада не менее четырех лет до « моря нестабильности ».
- ^ Исключая « классически стабильные » нуклиды с периодами полураспада, значительно превышающими период полураспада 232Th ; например, в то время как период полураспада 113mCd составляет всего четырнадцать лет, период полураспада 113Cd составляет восемь квадриллионов лет.
- ^ ab "Америций" Архивировано 30 июля 2012 г. на Wayback Machine . Аргоннская национальная лаборатория, EVS. Получено 25 декабря 2009 г.
- ^ Сасахара, Акихиро; Мацумура, Тецуо; Николау, Гиоргос; Папаиоанну, Димитрий (апрель 2004 г.). «Оценка источника нейтронов и гамма-излучения для отработанного топлива LWR с высокой степенью выгорания UO2 и MOX». Журнал ядерной науки и технологий . 41 (4): 448– 456. doi : 10.3327/jnst.41.448 .
- ^ JT Caldwell; SC Fultz; CD Bowman; RW Hoff (март 1967). "Период полураспада спонтанного деления Am 242 m ". Physical Review . 155 (4): 1309– 1313. Bibcode : 1967PhRv..155.1309C. doi : 10.1103/PhysRev.155.1309.(период полураспада (9,5±3,5)×10 11 лет)
- ^ 95-Am-242 Архивировано 19 июля 2011 г. на Wayback Machine
- ^ "Расчеты критической массы для 241Am, 242mAm и 243Am" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2011 г. Получено 3 февраля 2011 г.
- ^ «Чрезвычайно эффективное ядерное топливо может доставить человека на Марс всего за две недели» (пресс-релиз). Университет Бен-Гуриона в Негеве. 28 декабря 2000 г.
- ^ Ронен, Игаль; Швагераус, Э. (2000). «Сверхтонкие топливные элементы 241mAm в ядерных реакторах». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях A. 455 ( 2): 442– 451. Bibcode : 2000NIMPA.455..442R. doi : 10.1016/s0168-9002(00)00506-4.
- ^ ab "Америций-243" Архивировано 25.02.2011 в Wayback Machine . Национальная лаборатория Оук-Ридж. Получено 25 декабря 2009 г.
- ^ "Изотопы элемента америций". Jefferson Lab Science Education. Получено 25 декабря 2009 г.
Источники
- Массы изотопов из:
- Национальный центр ядерных данных . "База данных NuDat 2.x". Брукхейвенская национальная лаборатория .
- Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из следующих источников.
- Национальный центр ядерных данных . "База данных NuDat 2.x". Брукхейвенская национальная лаборатория .
- МАГАТЭ - Секция ядерных данных. Текущая карта нуклидов. Венский международный центр.
- Holden, Norman E. (2004). "11. Таблица изотопов". В Lide, David R. (ред.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (85-е изд.). Boca Raton, Florida : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.
