Смекни!
smekni.com

Основы радиохимии и радиоэкологии (стр. 45 из 63)

Самый долгоживущий изотоп америция - 243Am, он живет 8 000 лет и используется пока для радиохимических исследований и накопления более отдаленных трансуранов, вплоть до фермия. Значительно многообразие применение самого первого изотопа америция - 241Am. период полураспада которого 433 года.

Этот изотоп, распадаясь, испускает альфа-частицы и мягкие (60 кэВ) гамма-лучи (энергия жестких гамма-квантов, испускаемых кобальтом-60 - несколько МэВ). В промышленности используются различные контрольно-измерительные и исследовательские приборы с америцием-241. В частности, такими приборами пользуются 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). Сейчас Am-241 получают в промышленном количестве при распаде Pu-241:

Так как

обычно присутствует в только что выработанном оружейном плутонии, 241Am постепенно накапливается в веществе. В связи с этим, он играет важную роль в старении 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 241Am и относительно короткое время жизни создают высокую удельную радиоактивность и тепловой выход. Большая часть альфа- и гамма-активности старого оружейного плутония обусловливается 241Am. Кроме того важной областью применения рассматриваемых элементов является изготовление на основе

изотопных источников. Эти источники могут быть использованы для получения электрической энергии, теплоты и механической энергии. Изотопы
, испускающие γ – кванты с малой энергией используют в качестве источников возбуждения в рентгенофлюоресцентном анализе.
имеет очень большое сечение деления и следовательно, малую критическую массу, что позволяет использовать его в качестве ядерного топлива в небольших реакторах, пригодных для космических исследований.

10.10 ТРАНСАМЕРИЦИЕВЫЕ АКТИНОИДЫ (96Cm, 97Bк, 98Cf, 99Es, 100Fm, 101Md, 102No, 103Lr)

10.10.1 ОБЩИЕ СВОЙСТВА ТРАНСАМЕРИЦИЕВЫЕХ АКТИНОИДОВ

Трансамерициевые элементы 96Cm, 97Bк, 98Cf, 101Md, были синтезированы в лабораториях в Беркли ( США) в период с 1940 по 1950 г.г.

, где х= 1-5

(
)

99Es, 100Fm открыты в 1952 г. в результате анализа продуктов термоядерного взрыва. Элементы 102No, 103Lr открыты в результате осуществления ядерных реакций с использованием в качестве бомбардирующих частиц тяжелых ионов (бора, углерода, кислорода), ускоренных до больших энергий.

(Сиборг, Беркли,1958,);

( Флеров, Дубна , СССР);

( Гиорсо, Беркли,1961)

Особенностью изучения химии этих элементов является необходимость использования методов радиохимии. Это обусловлено невозможностью получения большинства указанных элементов в весомых количествах, а также их чрезвычайно высокой массовой активностью.

Все элементы от кюрия до фермия получены в виде металлов.

Для всех рассматриваемых элементов, за исключением 102, основной степенью окисления является +3. Известны также для этих элементов степени окисления +4 и +2. У этих элементов высокая склонность к комплексообразованию. Эти элементы способны образовывать металлоорганические соединения Ме (С5Н5)3.

Для отделения актиноидов друг от друга и от лантаноидов используются процессы экстракции и ионного обмена. Кроме экстракции для целей выделения и разделения рассматриваемых элементов применимы почти все известные варианты хроматографическихметодов.

Практическое применение тяжелых актиноидов так же как и легких, обусловлено их физико-химическими свойствами.

Так изотопы кюрия

используются для приготовления изотопных источников тока.
- являются удобным материалом для изготовления источников нейтронов с большой интенсивностью потока.

Изотопы

- находят применение для изготовления α – источников.

могут найти применение в качестве ядерного топлива.

10.10.1 КЮРИЙ(96Cm)

96 Cm247КюрийCurium [Rn]7s25f76d

После завершения работ, связанных с плутонием, внимание исследователей лаборатории Г. Сиборга было обращено на синтез и идентификацию новых трансурановых элементов № 95 и № 96. В 1944 г., когда было установлено, что эти элементы являются аналогами лантаноидов и входят в особую группу называемую актиноидами, открытие состоялось. Первым, в 1944 г., был открыт кюрий в Беркли в 1944 г. американским учёными Г. Сиборгом, Р. Джеймсом и А. Гиорсо и Л. О. Морганом по ядерной реакции:

Pu(a, n)
Cm

Новый элемент был назван в честь П. Кюри и М. Склодовской-Кюри - основателей науки о радиоактивности. Разделение америция и кюрия было сопряжено с большими трудностями, так как химически они очень схожи. Трудность разделения отображена в первоначальных названиях элементов «пандемониум» и «делириум», что в переводе с латыни означает «ад» и «бред». Они были разделены методом ионного обмена с использованием ионообменной смолы дауэкс-50 и α-оксиизобутирата аммония в качестве элюента. Кюрий был выделен Л. В. Вернером и И. Перлманом в 1947 г. в виде гидроксида, полученного исходя из гидроксида америция, который подвергли облучению нейтронами.

В настоящее врем определенные изотопы кюрия производят в атомных реакторах. накопление атомов кюрия происходит путем длительного облучения нейтронами элементов-мишени плутония или урана. Когда кюрий накопится в достаточных количествах, его выделяют методами химической переработки, концентрируют и вырабатывают в основном оксид кюрия.

Известны изотопы кюрия с массовыми числами 238 - 250, из которых самый долгоживущий 247Cm (период полураспада T1/2=1,64·107 лет).

Кюрий имеет следующую электронную структуру атома

Кюрий - блестящий серебристый металл, tпл 1340 °C, рассчитанное значение плотности около 13 г/см3. Металлический кюрий обладает большей реакционной способностью, чем плутоний и америций и быстро корродирует в сухом воздухе. Его большая реакционная способность связана, веротно, с самрразогреваеием металла в результате радиоактивного распада. Наиболее типичная степень окисления кюрия, как и других тяжёлых актиноидов, +3; в частности, синтезированы Cm2O3, CmCl3 и др. Однако известны и устойчивые соединения К. со степенью окисления +4 (CmO2, CmF4). От других актиноидов кюрий можно отделить ионообменными методами.

Сильное выделение тепла в препаратах кюрия, обусловленное его радиоактивным распадом, даёт возможность использовать изотопы 242Cm, 244Cm и др. для создания малогабаритных источников электрического тока. 242Cm в виде окиси (плотность около 11,75 и период полураспада 162 дня) применяется для производства компактных и чрезвычайно мощных радиоизотопных источников энергии (энерговыделение около 1169 Вт/см³), а 1 грамм металлического кюрия выделяет около 120 Вт. Особенностью и удобством, а также причиной безопасности источников тепла на основе кюрия является тот факт, что кюрий — практически чистый альфа-излучатель. Интегрированная энергия альфа - распада одного грамма кюрия за год составляет приблизительно 480 кВт·ч.

Важной областью применения кюрия является производство нейтронных источников высокой мощности для «поджигания» (запуска) специальных атомных реакторов.

В последние годы очень важное место занимает другой, более тяжелый изотоп кюрия — кюрий-244 (период полураспада 18,1 года) и он также чистый альфа-излучатель (энерговыделение около 2,83 Вт/грамм). Кюрий-245 (период полураспада 3320 лет) очень перспективен для создания компактных атомных реакторов с сверхвысоким энерговыделением.

Кюрий металл крайне дорогой и пока что используется в самых важных областях ядерных технологий, тем не менее в США и России существуют так называемые кюриевые программы, основной задачей которых являются: