Амери́ций — химический элемент с атомным номером 95^[4]. Принадлежит к 3-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к побочной подгруппе III группы, или к группе IIIB), находится в седьмом периоде таблицы. Относится к семейству актиноидов. В природе отсутствует, массовое число наиболее стабильного из известных изотопов равно 243^[1](его атомная масса равна 243,06138(2) а. е. м.). Обозначается символом Am (от лат. Americium). Четвёртый синтезированный трансплутониевый элемент.

История

Элемент был получен искусственно в 1944 году в Металлургической лаборатории Чикагского университета Гленном Сиборгом с сотрудниками.

Физические свойства

Америций — металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Светится в темноте за счёт собственного α-излучения. Больше всего он похож на металлы редкоземельного семейства. Имеет две аллотропные формы. В низкотемпературной форме (плотность 13,67 г/см³) обладает двойной плотно упакованной гексагональной структурой, которая при 1074 °C преобразуется в гранецентрированную кубическую. Температура плавления — 1175 °C. Температура кипения — 2607°С.

Химические свойства

Происхождение названия

Внешняя электронная оболочка нового элемента (5f) оказалась аналогичной европию (4f). Поэтому элемент назвали в честь Америки, как европий — в честь Европы.

Получение

²⁴¹Am сейчас получают в промышленном количестве при распаде ²⁴¹Pu: Pu-241 -> (13,2 года, бета-распад) -> Am-241, а ²⁴³Am при распаде ²⁴³Pu.

²⁴¹Pu образуется во всех ядерных реакторах при захвате нейтрона ураном-238.

1. ²³⁸U + n → ²³⁹U
2. ²³⁹U β-распад → ²³⁹Np
3. ²³⁹Np β-распад → ²³⁹Pu
4. ²³⁹Pu + n → ²⁴⁰Pu
5. ²⁴⁰Pu + n → ²⁴¹Pu
6. ²⁴¹Pu β-распад (13,2 года) → ²⁴¹Am (период полураспада 432,2 года)
7. ²⁴¹Pu + n → ²⁴²Pu
8. ²⁴²Pu + n → ²⁴³Pu
9. ²⁴³Pu + n → ²⁴³Am (период полураспада 4,956(3) ч. бета-распад)

Так как ²⁴¹Pu обычно присутствует в только что выработанном оружейном плутонии, с распадом ²⁴¹Pu в веществе накапливается ²⁴¹Am. В связи с этим он играет важную роль в старении плутониевого оружия. Свежеизготовленный оружейный плутоний содержит 0,5-1,0 % ²⁴¹Pu, реакторный плутоний имеет от 5-15 % до 25 % ²⁴¹Pu. Через несколько десятилетий почти весь ²⁴¹Pu распадётся в ²⁴¹Am. Энергетика альфа-распада ²⁴¹Am и относительно короткое время жизни создают высокую удельную радиоактивность и тепловой выход (106 Вт/кг, для примера у ²⁴¹Pu тепловой выход 3,4 Вт/кг). Большая часть альфа- и гамма-активности старого оружейного плутония обусловливается ²⁴¹Am.

Применение

Самый долгоживущий изотоп америция, ²⁴³Am, имеет период полураспада 7,37 тыс. лет и используется для радиохимических исследований и накопления более отдалённых трансуранов, вплоть до фермия.

Значительно многообразнее применение самого первого обнаруженного изотопа америция — ²⁴¹Am. Он имеет период полураспада 433,2 года. Этот изотоп, распадаясь, испускает альфа-частицы и мягкие (60 кэВ) гамма-лучи (для примера: энергия жестких гамма-квантов, испускаемых кобальтом-60, — более 1 МэВ: 1,173 и 1,332 МэВ). Защита от мягкого излучения Am-241 сравнительно проста и немассивна: вполне достаточно сантиметрового слоя свинца. В промышленности используются различные контрольно-измерительные и исследовательские приборы с америцием-241, в частности, для непрерывного измерения толщины стальной (от 0,5 до 3 мм) и алюминиевой (до 50 мм) ленты, а также листового стекла. Аппаратуру с америцием-241 используют и для снятия электростатических зарядов в промышленности с пластмасс, синтетических пленок и бумаги. Он находится и внутри некоторых детекторов дыма (~0,26 микрограмма на детектор).

Ядерный изомер америций-242m обладает высоким сечением деления тепловыми нейтронами (6000 барн), большим количеством выделяемых нейтронов на одно деление (3,6) и относительно большим периодом полураспада (141 год)^[5], что делает его подходящим топливом для сверхкомпактных ядерных реакторов (критическая масса — 3,78 кг, меньше только у некоторых изотопов калифорния). Предполагается, например, использовать его для ядерных реакторов на межпланетных космических кораблях^[6]. Однако получение этого изотопа в граммовых количествах пока только обсуждается (предполагается получать его из ²⁴¹Am, который содержится в ОЯТ в количестве порядка килограмма на тонну).

Биологическая роль

Америций — высокотоксичный элемент. Значение ПДК для америция в воздухе — около 1·10⁻⁴ Бк/л, в воде водоёмов — около 70-80 Бк/л.