Америций

Америций (americium) Am, актинид, Z= 95, атомная масса 243,0614. Назван от слова «Америка» (по месту открытия). Был идентифицирован как 24,Ат Г. Т. Сиборгом, А. Гиорсо, Р. Джеймсом и Л. Морганом в 1944 г. в результате облучения нейтронами изотопов плутония в реакторе. Америций был также получен Сиборгом путем бомбардировки 234Ри а-час- тицами.

Известно 18 изотопов америция. Самый легкий 231 Ат (Г1/2 = 30 с), самый тяжелый 249Am (Т{/2 = 1 м). Есть 8 ядер- ных изомеров. Наиболее устойчив изотоп 243Ат (Г, 2 = 7370 л). Средняя энергия a-излучения 237Ат, 238Ат, 239Ат, 240Ат, 241 Ат, 242'"Ат, 243Ат равна соответственно 1,54-10 3; 6,04-10“6; 5,87-10-4; 1,08 -10-5; 5,57; 2,52 Ю2; 5,36 МэВДБк с).

Америций-241 (Г1/2 = 432,6 л) — дочерний продукт р -распада 241Ри (Г1/2 = 13,2 л), электронного захвата ядром 241Ст (Ту2 = 32,9 дня), а-распада 245Вк (Г1/2 = 4,94 дня). При распаде 241Ат (энергия распада 5,6378 МэВ) испускает а-частицы, а дочернее ядро 23/Np — каскад у-квантов и (или) конверсионных электронов, а-раснад происходит в основном на возбужденные уровни 237Np, лишь в 0,34% случаев на основной уровень.

24'Ри образуется во всех ядерных реакторах при захвате нейтрона 238U. При этом протекают ядерные реакции:

Промышленное получение изотопов америция основано на облучении нейтронами 238U, 2:i'Np и 235Pu. Для получения некоторых изотопов америция используют отдельные изотопы самого элемента. Так,248Ат и 243Ат могут быть получены у-нейтронным излучением 241Ат и 244Ат. Изотопы америция с массовыми числами 241, 245 и 246 являются дочерними продуктами изотопов плутония с такими же массовыми числами. Некоторые изотопы америция образуются при испытаниях ядерного оружия.

Исходным сырьем для получения 24|Ат служит Ри02, накапливающийся при переработке ОЯТ. Ри02 — соединение труднорастворимое. Скорость его растворения можно увеличить путем обработки высококонцентрированным озоном и применением церия (при растворении РиО., малой выдержки) или америция (при растворении выдержанного Ри02). Для получения чистых препаратов плутония и америция применяется сорбционное разделение на высокоосновном анионите или на фосфорсодержащем катионите.

Радиус атома америция 0,173 нм, электронная конфигурация [Rn]5/77s2, радиус иона (+4с) 0,092 и (+3е) 0,107 нм, электроотрицательность по Полингу 1,3, электродный потенциал Am — Am3+ -0,90 В, Am «- Am3+ -2,07, Am — Am2+ -1,95 В, степени окисления 6, 5, 4, 3 (основная 3+), плотность 13,67, Тпл = 1176°С, теплота плавления 10 кДж/моль, Ткт = 2607°С, теплота испарения 238,5 кДж/моль, молярный объем 20,8 см3/моль, молярная теплоемкость 25,85 ДжДКмоль). Имеет две аллотропные формы. В низкотемпературной форме обладает двойной плотно упакованной гексагональной структурой = 0,3468, с = 1,124 нм), которая при 1074°С преобразуется в ГЦК-структуру.

Металлический америций получают восстановлением трифторида америция парами бария при 1200°С:

Америций — металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Светится в темноте за счет собственного а-излуче- ния. Гомолог европия, более электроположительный и более активный металл, чем нептуний и плутоний, весьма реакционно способен.

Металлический америций хороню растворяется в концентрированных минеральных кислотах с образованием Аш3+. Реагирует: с кислородом, образуя нерастворимые оксиды AmO, Ат.;03 и Ат02; водородом — гидриды АтН2, АтН3, Ат4Н15; азотом — нитриды AmN; серой — сульфиды Am2S2; углеродом — карбиды Ат2С3; галогенами: с фтором — нерастворимые соли, хлором, бромом и иодом — растворимые соли АтС13, АтВг3, Ат13.

AmF4 получается при действии фтора на соединения Am(III) и Am(IV) при 500°С. При действии на AmF4 воды идет восстановление до AmF3. Америций образует комплексные соединения с минеральными и органическими кислотами.

Как правило, америций проявляет валентность +3, однако может иметь степени окисления 2, 3, 4, 5, 6 и 7. В растворе америций может находиться в виде ионов Ат2 Ат3 Ат02 и Ат02+.

Ат(И) получается восстановлением Am(III) на ртутном катоде в среде диамина.

Ион Am(III) Am3+ получается при растворении металла в кислотах или восстановлением его высших окисленных состояний. При действии на растворы Am3t щелочей выпадает осадок основного гидроксида, который легко растворяется в кислотах. Ат3* осаждается также в виде фторида, оксалата и фосфата.

Am3" образует с анионами соляной, азотной и серной кислот малоустойчивые комплексы, которые позволяют отделять эти ионы от РЗЭ на катионите в концентрированных растворах кислот. С F- дает устойчивый комплекс, позволяющий удерживать америций в растворе, в то время как лан- таниды остаются в осадке. С роданид-ионом образуются анионные комплексы, сорбируемые на анионите. Ат3+ дает прочные комплексы с оксалат-, фосфат-, карбонат- и ацетат- ионами, лимонной, винной, молочной кислотами, ЭДТА.

Am(IV) в растворе не получен: он неустойчив и диспро- иорционирует.

Америций является единственным из трансплутониевых элементов, который окисляется до Am( V) в водном растворе. Am(V) — сильный окислитель. В растворах этилендиаминтетрауксусной кислоты с pH 5 при 25°С медленно (кинетика нулевого порядка) переходит в Am(III). Ион Am(V) Am02 получается окислением Ат3+ гипохлоритом и персульфатом калия, а также озоном в карбонатном растворе при 95°С. При этом осаждается двойная соль состава Ме^тС^СОз или Ме115[Аш02(С03)з]. При растворении этих солей образуется ион Ат2+, который необратимо диспропорционирует:

При действии щелочей на растворы солей Am(V) выпадает гидроксид.

Am(V) способен образовывать комплексы. Примером является хроматный комплекс (Аш02)2Сг04 • ггН20 и бихро- матный комплекс Cs3Am02(Cr207)2 H20.

Ион Am(VI) Am02+ получается при окислении Ат(Ш) в кислой среде персульфатом или Ce(IV). Чтобы получить Am(VI) из Ат(Ш), достаточно слегка нагреть исходное соединение с персульфатом аммония в слабокислой среде (обычно в 0,01 М HN03). Переход Am(III) — Am(VI) происходит сразу же, минуя промежуточные стадии окисления. Окислительно-восстановительный потенциал этой пары несколько меньше, чем пары Am(III) — Am(V), и потому окислить Ат(Ш) до Am(VI) проще, чем до Am(V). Последний получается лишь в тех случаях, когда образуемое соединение Am(V) сразу же выводится из реагирующей системы, например, выпадает в осадок. Так, если процесс окисления происходит в среде КС03, образуется малорастворимая двойная соль Aiii(V) KAiii02C02. Aiii02+ — сильный окислитель. Гидразин Н202, I восстанавливают Am(VI) до Ат(Ш), щелочи переводят Аш02+ в Am(V).

Для разделения смеси америция, тория, лантанидов, тяжелых актинидов, плутония, урана и нептуния используют метод осаждения. Разделение близких по свойствам америция и кюрия возможно с помощью ТБФ. Для отделения америция от лантанидов успешно используются ионообменные методы.

Америций из высокоактивных жидких отходов, образующихся при переработке ОЯТ, обычно извлекают экстракционными методами. Хорошие результаты дает экстракция Ат(Ш) изомерами дигликольамидов (например, N, N, N', ЛГ'-тетраоктилдигликоль-амидом) в среде ионной жидкости.

Каждый из америциевых ионов дает ярко выраженный и характерный только для него спектр поглощения. Это позволяет эффективно использовать спектрофотометрический метод для исследования окислительно-восстановительных процессов, происходящих с ионами америция в растворах.

Изотопы 241,243Am определяют с помощью жидкосцинтил- ляционных счетчиков по a-излучению после выделения их в радиохимически чистом состоянии. Измерение а-активно- сти этих изотопов позволяет определить субмикрограммо- вые количества америция.

Известно, что а-распад изотопов америция сопровождается мягким, но интенсивным у-излучением. Так, изотоп 24,Аш испускает у-кванты с энергией 0,06 МэВ с выходом 36% на один а-распад, а изотоп 243Ат — 0,075 МэВ (50%). Кроме того, 243Ат довольно быстро приходит в равновесие с дочерним 238Np, испускающим у-кванты с энергией 0,106 МэВ (23%), 0,228 МэВ (12%) и др. Это позволяет проводить радиометрическое определение америция по его у-излучению или по у-излучению 239Np.

243Am используется для радиохимических исследований и синтеза более отдаленных трансуранов, вплоть до фермия. 241Ат применяется шире, например, в нейтронных источниках на основе америций-бериллиевых смесей, предназначенных для разведки органического топлива (нейтронный каротаж скважин). 241Ат при распаде испускает а-частицы и мягкие (60 кэВ) у-лучи. Для защиты от у-излучения 241Ат достаточно сантиметрового слоя свинца. В этом одна из причин появления многочисленных приборов с 241Аш. В частности, предложена конструкция просвечивающего аппарата размером чуть больше спичечного коробка для медицинских целей. Америциевый источник у-излучения — шарик диаметром 3 см — основа такого аппарата, которому, в отличие от рентгеновской установки, не нужна громоздкая высоковольтная аппаратура. Источник мягкого у-излучения с 241Ат используется для диагностики болезней щитовидной железы методом рентгенофлуоресцентного анализа. Стабильный иод, присутствующий в щитовидной железе, под действием у-лучей начинает испускать слабое рентгеновское излучение. Его интенсивность пропорциональна концентрации иода в исследуемой точке. Такая установка позволяет получить сведения о распределении иода в железе, не вводя радиоактивный изотоп внутрь организма. Суммарная доза облучения пациента намного ниже, чем при радиоиодном способе обследования.

В промышленности используются различные контрольно-измерительные приборы с 241Ат как источником мягкого у-излучения (дефектоскопы, плотномеры, толщиномеры и т.д.). В частности, такими приборами пользуются для непрерывного измерения толщины стальной и алюминиевой ленты, а также листового стекла. а-Излученис 241 Аш используют для снятия электростатических зарядов с пластмасс, синтетических пленок и бумаги. Этот изотоп находится внутри детекторов дыма.241 Аш применяется для получения изотопа 242Ст. Смесь 241Ат и 9Ве является источником нейтронов в дефектоскопии.

Ядерный изомер 242wAm обладает высоким сечением деления тепловыми нейтронами (6000 барн), большим количеством выделяемых нейтронов на одно деление (3,6) и относительно большим периодом полураспада (141 л), 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.

Возможно найдет применение и более короткоживущий (152 л) изотоп 242Ат, которому свойственно очень высокое сечение захвата тепловых нейтронов — порядка 6000 барн.

Америций — высокотоксичный элемент. Его токсичность обусловлена в большей степени радиационными свойствами, чем химическими. Значение ПДК для америция в воздухе составляет ориентировочно 1 • 10 4 Бк/л, в воде водоемов — 70 Бк/л.

Источниками поступления америция в окружающую среду являются испытания ядерного оружия, атомные электростанции и аварии при производстве и применении радионуклида. Содержание глобального америция в окружающей среде постоянно увеличивается в связи с распадом 241Ри. В отличие от плутония, соединения америция обладают большей растворимостью и, следовательно, большей миграционной способностью. Тем не менее закономерности миграции, установленные для плутония, характерны и для америция. При обследовании пострадавших, которым америций поступал в органы дыхания при различных аварийных ситуациях, отмечено, что химические соединения радионуклида могут быстро перемещаться из легких в кровь с Тв от нескольких дней до нескольких недель и длительно задерживаться в скелете и печени.

Из растворимых соединений 241Ат наиболее низкая величина всасывания (%) у нитрата и хлорида — (0,45—1,0) • 10 3. Большие величины имеют комплексные соединения 241Ат, которые слабо гидролизуются в Ж КТ. Для нитратного комплекса уровень всасывания 241Аш достигает 0,5%. Наименьшая резорбция (%) из ЖКТ отмечена для оксида 241Аш и составляет 1 • 10-4. Голодание и беременность существенно увеличивают всасывание241 Ат из ЖКТ.

Основными органами депонирования 241Ат в организме человека являются скелет, печень и почки. На уровни отложения радионуклида в этих органах влияют химическая форма вводимого соединения, возраст, путь и ритм поступления в организм.

При однократном ингаляционном или интратрахеальном поступлении америция в органы дыхания крыс в течение первых суток отмечается в основном равномерное распределение а-трсков на гистоавторадиограммах легких. В отдаленные сроки наблюдается агрегация a-треков в «звезды», что приводит к неравномерному облучению легочной ткани. Хроническое поступление америция в легкие животных приводит к образованию большего количества «звезд» по сравнению с однократной ингаляцией. Опухоли легких и остеосаркомы являются основной опухолевой патологией при инкорпорации 241Аш. При этом частота опухолей возрастает с увеличением дозы.

При работе с большими количествами 241 Ат в условиях недостаточной защиты возможно внешнее облучение мягким у-излучением радионуклида. Различают острое, подострое и хроническое лучевое поражение 24,Ат.

Для 24‘Ат, 242Ат, 243Ат группа радиационной опасности А, М3 А = 3,7 • 103 Бк; для 242 Ат,244 Ат группа радиационной опасности В, МЗА = 3,7 • 1(Р Бк.

При работе с радиоактивными изотопами америция необходимо соблюдать санитарные правила и нормы радиационной безопасности с применением специальных мер защиты в соответствии с классом работ. При аварийном поступлении изотопов америция промывание носоглотки и полости рта водой; лечебные ингаляции раствором пентацина. Промывание желудка, слабительные, очистительные клизмы. Дезактивация кожи хозяйственным мылом или раствором пентацина.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >