مقدمة
الأمريكيوم هو عنصر كيميائي اصطناعي مشع يحمل الرمز Am والعدد الذري 95. وهو عنصر عبر يورانيوم ينتمي إلى سلسلة الأكتينيدات. تم إنتاجه لأول مرة في عام 1944 في مختبر علم المعادن بجامعة شيكاغو عن طريق قصف البلوتونيوم بالنيوترونات. سُمي على اسم الأمريكتين، القارة التي تقع فيها الأمريكتان، عن طريق القياس مع اليوروبيوم، الذي سُمي على اسم أوروبا.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
الأمريكيوم هو معدن فضي أبيض مشع. وهو عنصر صلب في درجة حرارة الغرفة. يتبلور الأمريكيوم في شكلين رئيسيين: الشكل ألفا (α) وهو الأكثر استقرارًا في الظروف القياسية، وله هيكل بلوري سداسي مغلق، والشكل بيتا (β) الذي يتشكل عند درجات حرارة أعلى وله هيكل بلوري مكعب مركزي الوجه.
- العدد الذري: 95
- الرمز: Am
- الوزن الذري: [243] وحدة كتل ذرية
- الكثافة: 12 غ/سم³ (تقريبي)
- نقطة الانصهار: 1176 درجة مئوية
- نقطة الغليان: 2607 درجة مئوية
- التكافؤ: عادة +3، ولكن يمكن أن يتواجد أيضًا في حالات +2، +4، +5، +6، و +7.
الأمريكيوم معدن نشط كيميائياً ويتفاعل مع الأكسجين والبخار والأحماض. وهو يتفاعل ببطء مع الهواء في درجة حرارة الغرفة، مشكلاً طبقة من الأكسيد. يذوب في الأحماض المعدنية المخففة، ويطلق غاز الهيدروجين.
النظائر
يوجد للأمريكيوم العديد من النظائر، وأكثرها استقرارًا هو الأمريكيوم-243 (243Am) الذي يبلغ نصف عمره 7370 عامًا. النظائر الأخرى المهمة هي الأمريكيوم-241 (241Am) الذي يبلغ نصف عمره 432.2 سنة، والأمريكيوم-242m (242mAm) الذي يبلغ نصف عمره 141 سنة.
الأمريكيوم-241 هو النظير الأكثر استخدامًا. ينتج عن طريق اضمحلال البيتا للبلوتونيوم-241. يتحلل الأمريكيوم-241 عن طريق انبعاث جسيمات ألفا، ويتحول إلى النبتونيوم-237.
اكتشاف الأمريكيوم
تم اكتشاف الأمريكيوم لأول مرة في عام 1944 بواسطة جلين سيبورج (Glenn Seaborg) ورالف جيمس (Ralph James) وليونارد مورجينتير (Leonard Morganter) وألبرت جيورسو (Albert Ghiorso) في مختبر علم المعادن بجامعة شيكاغو. تم إنتاجه عن طريق قصف البلوتونيوم-239 بالنيوترونات في مفاعل نووي، وفقًا للتفاعل التالي:
239Pu + n → 240Pu → 241Pu → 241Am + β–
ثم تم فصل الأمريكيوم كيميائياً عن البلوتونيوم وغيره من المنتجات الانشطارية.
إنتاج الأمريكيوم
يتم إنتاج الأمريكيوم بكميات كبيرة في المفاعلات النووية عن طريق سلسلة من تفاعلات التقاط النيوترونات والاضمحلال الإشعاعي. يبدأ الإنتاج عادةً باليورانيوم-238، الذي يتحول إلى البلوتونيوم-239 عن طريق امتصاص النيوترونات. ثم يمتص البلوتونيوم-239 المزيد من النيوترونات ليتحول إلى البلوتونيوم-241. يتحلل البلوتونيوم-241 عن طريق انبعاث جسيمات بيتا ليتحول إلى الأمريكيوم-241.
يمكن أيضًا إنتاج الأمريكيوم-243 عن طريق قصف البلوتونيوم-242 بالنيوترونات.
تتم عملية فصل الأمريكيوم عن العناصر الأخرى بعد ذلك باستخدام طرق كيميائية مختلفة، مثل الاستخلاص بالمذيبات والتبادل الأيوني.
استخدامات الأمريكيوم
للأمريكيوم عدد من التطبيقات، بما في ذلك:
- كاشفات الدخان: يستخدم الأمريكيوم-241 في كاشفات الدخان المؤينة. يصدر الأمريكيوم-241 جسيمات ألفا تؤين الهواء داخل الكاشف. عندما يدخل الدخان إلى الكاشف، فإنه يعطل تأين الهواء، مما يقلل التيار الكهربائي ويتسبب في إطلاق إنذار.
- مصادر النيوترونات: يستخدم الأمريكيوم-241 في مصادر النيوترونات المحمولة. يتم خلطه مع البريليوم لإنتاج النيوترونات من خلال تفاعل ألفا-نيوترون. تستخدم هذه المصادر في مجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل التنقيب عن النفط والكشف عن الرطوبة.
- المعايرة: يستخدم الأمريكيوم-241 كمعيار للمعايرة في قياس النشاط الإشعاعي.
- مولدات الطاقة الحرارية بالنظائر المشعة (RTGs): تم اقتراح استخدام الأمريكيوم-242m في RTGs لتوفير الطاقة للمركبات الفضائية. ومع ذلك، لم يتم استخدام هذه RTGs بعد على نطاق واسع بسبب تكلفة إنتاج الأمريكيوم-242m وصعوبة التعامل معه.
- العلاج الإشعاعي: يُجرى بحث حول استخدام الأمريكيوم في العلاج الإشعاعي للسرطان، لكن هذا التطبيق لا يزال في مراحله التجريبية.
المخاطر
الأمريكيوم عنصر مشع، وبالتالي فهو يشكل خطرًا على الصحة. يمكن أن يؤدي التعرض للإشعاع إلى تلف الخلايا وزيادة خطر الإصابة بالسرطان. يجب التعامل مع الأمريكيوم بحذر واتباع إجراءات السلامة المناسبة.
يعتبر استنشاق أو ابتلاع الأمريكيوم خطيرًا بشكل خاص. يمكن أن يتراكم الأمريكيوم في العظام والكبد والرئتين، مما يزيد من خطر الإصابة بالسرطان.
بالإضافة إلى ذلك، الأمريكيوم قابل للاشتعال ويمكن أن يشكل خطر حريق. يجب تخزين الأمريكيوم في حاويات مقاومة للحريق.
احتياطات السلامة
عند التعامل مع الأمريكيوم، يجب اتخاذ الاحتياطات التالية:
- ارتداء معدات الوقاية الشخصية، مثل القفازات والنظارات الواقية والأقنعة.
- العمل في منطقة جيدة التهوية.
- تجنب استنشاق أو ابتلاع الأمريكيوم.
- غسل اليدين جيدًا بعد التعامل مع الأمريكيوم.
- تخزين الأمريكيوم في حاويات مناسبة ومحمية.
- التخلص من النفايات المحتوية على الأمريكيوم وفقًا للوائح المعمول بها.
الأمريكيوم في البيئة
لا يوجد الأمريكيوم بشكل طبيعي في البيئة. يمكن أن يدخل الأمريكيوم إلى البيئة من خلال الحوادث النووية أو من خلال التخلص غير السليم من النفايات المشعة. يمكن أن ينتقل الأمريكيوم في البيئة عن طريق الهواء والماء والتربة. يمكن أن يتراكم الأمريكيوم في النباتات والحيوانات، ويمكن أن يدخل السلسلة الغذائية.
خاتمة
الأمريكيوم هو عنصر كيميائي اصطناعي مشع له العديد من التطبيقات الهامة، خاصة في كاشفات الدخان ومصادر النيوترونات. ومع ذلك، يجب التعامل معه بحذر بسبب مخاطره الإشعاعية. يتم إنتاجه في المفاعلات النووية ويخضع لرقابة صارمة لضمان سلامة استخدامه والتخلص منه.