Кратко об америции
Добрый день, уважаемые читатели. Сегодня мы поговорим с вами об америции и одном из его практических применений.
Итак, америций — тяжелый, ковкий и тягучий металл серебристо-белого цвета. Все изотопы америция радиоактивны. Способен светиться в темноте под действием собственного альфа-излучения.
Америций (в зависимости от изотопа) применяется в ионизационных датчиках дыма; в радиохимических исследованиях; в некоторых толщиномерах непрерывного действия в качестве источника излучения и пр.
Попал мне недавно в руки вот такой интересный датчик дыма. Интересен он прежде всего тем, что содержит в своём составе как раз обсуждаемый америций, а если быть точным, то его 241-й изотоп. Таким образом данный датчик является ионизационным (что честно указано на самом датчике).
На фото 1-3 представлен внешний вид датчика дыма с обеих сторон. На фото 4 представлено внутреннее устройство датчика. Центральная область на втором лепестке справа как раз изготовлена с содержанием Америция-241.
Сам по себе Америций-241 при распаде испускает альфа-частицы и мягкое гамма-излучение, а дочернее ядро Нептуния-237 или каскад гамма-квантов и/или конверсионных электронов. Ну что же, проверим!
В подборке фото ниже представлен результат измерения естественного фона и фона образца по гамме (с закрытым фильтром). По результатам измерений видно, что показания практически не отличаются друг от друга. Отсюда можно сделать вывод, что образец не излучает гамма-кванты с какой-то ощутимой энергией.
Вообще тут есть 2 интересных технических момента.
Во-первых, нижний заявленный предел измерения использованного дозиметра-радиометра для фотонного излучения равен 50 кэВ. Согласно литературным данным пик гамма-излучения америция-241 грубо равен 60 кэВ т.е. находится практически на нижней паспортной границе дозиметра-радиометра. Соответственно чувствительность дозиметра к таким энергиям достаточно низка. Именно поэтому мы не смогли его обнаружить (т.е. часть излучения была экранирована гамма-фильтром, а оставшуюся не позволила обнаружить низкая чувствительность использованного дозиметра-радиометра). С другой стороны проникающая способность такого излучения достаточно низка.
Во-вторых, немного казуистики для диапазона излучений от 1 до 100 кэВ. В данном диапазоне между собой пересекается рентгеновское и гамма излучение. Если источником излучения служит ядерный переход — тогда с точки зрения физики это гамма-излучение. Если же источником излучения служит электронное взаимодействие — тогда это рентгеновское излучение. Но вне зависимости от источника излучения на выходе будет фотон с определённой энергией. С точки зрения физики кванты электромагнитного излучения, имеющие одинаковую энергию неразличимы (в независимости от источника). Поэтому в указанном диапазоне энергий такое деление весьма условно.
Из этого же условного деления вытекает и вторая классификация. В ней все кванты электромагнитного излучения с энергией ниже 100 кэВ относят к рентгеновскому излучению, а выше 100 кэВ уже к гамма-излучению т.е. проложена чёткая условная граница между диапазонами. В данной классификации не учитывается истинный источник (причина) испускаемых квантов. Опирается классификация всё на ту же неразличимость квантов электромагнитного излучения с одинаковой энергией. Такую классификацию удобно использовать, когда источник излучения не важен, а важна только энергия самих квантов (например, для оценки проникающей способности).
Из-за подобной двойственности иногда возникает путаница испускает ли америций-241 гамма-кванты. Если подходить чисто физически — да. С энергией около 60 кэВ. Но как было сказано выше, их проникающая способность достаточно низка.
На фото 1-4 в подборке фото ниже представлен результат измерения потока альфа и бета-частиц. На фото 1- фон альфа+бета+гамма (с открытым фильтром), на фото 2- альфа+бета+гамма образца (с открытым фильтром), на фото 3- гамма+бета (с открытым фильтром через 2 листа бумаги). Таким образом поток альфа частиц будет грубо равен разности показаний между 2 и 3 фото (с небольшой поправкой на гамма-излучение в 60 кэВ практически на нижней границе чувствительности дозиметра).
Правда следует заметить, что реальный поток альфа-частиц интенсивнее т.к. 30 000 — это верхний предел измерения прибора и он превышается на расстоянии около 3-4 мм от образца + площадь образца в разы меньше площади окна детектора т.е. фактически источник является точечным.
На фото 4 представлен поток бета-частиц. Фоновой гаммой и гамма излучением на 60 кэВ можно пренебречь, а альфа-частицы задерживаются двойным листом бумаги при измерениях. Таким образом можно считать, что результат измерения примерно соответствует реальному потоку бета-частиц.
На фото ниже представлен сам образец с америцием, извлечённый из датчика дыма. Обратите внимание насколько он мал.
Подобный источник вполне способен засвечивать сцинтиллятор на основе йодида цезия, легированного таллием. Такой сцинтилляционный кристалл представлен на фото ниже. У меня есть пара таких кристаллов. Один из них находится в заводской упаковке и герметичном металлическом контейнере с прозрачным окном, а у второго лопнуло прозрачное окно при транспортировке. Поэтому я его извлёк из родного контейнера и использую в различных экспериментах (предварительно покрыв тонким слоем лака для защиты от влаги).
На фото далее как раз и представлено свечение такого кристалла, при размещении источника с америцием на одной из поверхностей. Фото сделано с длинной выдержкой в тёмном помещении. Кроме того хорошо виден внешний контур кристалла. Визуально же видно слабое свечение даже невооруженным глазом в области сразу за источником.
Ну что же, достаточно злая штука этот самый америций-241… Мне кажется выводы относительно опасности внутренностей подобного датчика в неумелых руках вполне очевидна… Здоровья при попадании внутрь столь активный материал явно не добавит.
А на этом на сегодня всё. Спасибо, что дочитали до конца!
Список использованной литературы:
2. Химические свойства неорганических веществ / под ред. Р. А. Лидина. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — 480 с.
3. Америций. Популярная библиотека химических элементов
4. Громов Б. В. Америций // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А — Дарзана. — 623 с.