Americium

Americium ist ein chemisches Element des Periodensystems der Elemente. Es hat die Ordnungszahl 95 und das Symbol Am. Es gehört zur Gruppe der Actiniden (7. Periode, f-Block). Americiumisotope mit ungrader Neutronenzahl sind gut durch thermische Neutronen spaltbar. Neben Europium ist Americium das einzige nach einem Erdteil benannte Element.

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Eigenschaften

  Americium ist ein künstliches, radioaktives Element. Frisch hergestelltes Americium ist ein silberweißes Metall, welches jedoch bei Raumtemperatur langsam matt wird. Es ist leicht verformbar.

Reaktionen

Americium ist ein sehr reaktionsfähiges Element, das schon mit Luftsauerstoff reagiert und sich gut in Säuren löst. Gegenüber Alkalien ist es stabil.

Je nach Oxidationszahl variiert die Farbe von Americium in wässriger Lösung ebenso wie in festen Verbindungen: blassrot (+3, +4), goldbraun (+5, +6). Die Oxidationsstufe +3 ist die stabilste. Im Gegensatz zum homologen Europium – Americium hat eine zu Europium analoge Elektronenkonfiguration – kann Am³⁺ nicht zu Am²⁺ reduziert werden. Verbindungen mit Americium ab Oxidationszahl +4 aufwärts sind starke Oxidationsmittel, vergleichbar dem Permanganat-Ion MnO₄^- in saurer Lösung.

Isotope

Von Americium sind 26 Isotope (inklusive Kernisomeren) mit Halbwertszeiten zwischen Bruchteilen von Mikrosekunden und 7370 Jahren bekannt.

Es gibt die zwei langlebigen α-Strahlende Isotope Americium ²⁴¹Am mit 432,2- und Americium ²⁴³Am mit 7370 Jahren Halbwertszeit. Außerdem hat das Kernisomer Americium ^242m1Am mit 141 Jahren eine lange Halbwertszeit.

²⁴¹Am gibt nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,35% die gesamte Zerfallsenergie mit dem Alphateilchen ab, sondern emitiert meistens noch ein oder mehrere Gammaquanten.^[1]

Vorkommen und Darstellung

Vorkommen

Americium kommt in der Natur aufgrund seines radioaktiven Zerfalls mit seinen - im Vergleich zum Alter der Erde - niedrigen Halbwertszeiten nicht vor.

Herstellung

Americium wird über Plutonium ²³⁹Pu in Kernreaktoren mit hohem ²³⁸U-Anteil zwangsläufig erbrütet, da ²³⁹Pu aus diesem durch Neutroneneinfang und zwei anschließende Betazerfälle (über ²³⁹U und ²³⁹Np) entsteht.

Danach wird, wenn es nicht zur Kernspaltung kommt, aus dem Plutonium ²³⁹Pu, neben anderen Nukliden, durch stufenweisen Neutronen-Einfang und andschließendem Betazerfall Americium-241 oder Americium-243 erbrütet.

• Für ²⁴¹Am

Plutonium ²⁴¹Pu kann unter Aussendung von Beta- oder Alphateilchen zerfallen, wobei der Betazerfall (siehe Prozentangabe) wesentlich wahrscheinlicher ist. Seine Halbwertszeit beträgt 14,4 Jahre.

• Für ²⁴³Am

Die Halbwertszeit des Betazerfalls des ²⁴³Pu beträgt nur 4,956 Stunden.

Da der Brutprozess zur Erzeugung von ²⁴¹Am kürzer ist als der zu ²⁴³Am ist er effektiver und die Ausbeute höher.

Eine Tonne abgebranntes Spaltmaterial aus einem Kernreaktor soll 100 Gramm Americium enthalten.^[2]

Verwendung

Americium ²⁴¹Am wird als Quelle für ionisierende Strahlung eingesetzt. Anwendungsgebiete sind die Fluoreszenzspektroskopie und Ionisationsrauchmelder.

Americium ²⁴¹Am wurde wegen seiner gegenüber Plutonium ²³⁸Pu wesentlich längeren Halbwertszeit und nur geringfügig stärkeren Strahlung, zur Befüllung von Radioisotopengeneratoren (RTG) von Raumsonden vorgeschlagen. Dank seiner Halbwertszeit von 432,2 Jahren könnte ein RTG mit ²⁴¹Am Füllung hunderte von Jahre lang anstatt nur wenigen Jahrzehnte (wie mit Plutonium ²³⁸Pu Füllung) elektrische Energie zum Betrieb einer Raumsonde erzeugen.^[3][4]

Americium ^242mAm wurde wegen seiner kleinen Kritischen Masse als Spaltmaterial vorgeschlagen um Raumschiffe mit Kernenergieantrieb anzutreiben.^[5]

Geschichte

Americium wurde 1944 von Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, Stanley G. Thompson und Albert Ghiorso entdeckt. Sie isolierten am metallurgischen Laboratorium der Universität von Chicago aus einer Plutonium-Probe, die im Reaktor mit Neutronen bestrahlt wurde (siehe Herstellung), ein bis dahin noch unbekanntes, α-Strahlen aussendendes langlebiges Nuklid. Der Name „Americium“ wurde in Analogie zu Europium gewählt, der seltenen Erde, die im Periodensystem genau über Americium steht. Erstmals öffentlich bekannt gemacht wurde die Entdeckung des Elementes in der amerikanischen Radiosendung Quiz Kids am 11. November 1945 durch Glenn T. Seaborg, noch vor der eigentlichen Bekanntmachung bei einem Symposium der American Chemical Society: Einer der jungen Zuhörer fragte den Gast der Sendung, Seaborg, ob während des Zweiten Weltkrieges im Zuge der Erforschung von Nuklearwaffen neue Elemente entdeckt wurden. Seaborg bejahte die Frage und enthüllte dabei auch gleichzeitig die Entdeckung des nächsthöheren Elementes, Curium^[6].

Sicherheitshinweise

Americium ²⁴¹Am gibt beim radioaktiven Zerfall große Mengen relativ weicher Gammastrahlung ab, die sich gut abschirmen lässt. Größere Mengen können deshalb nicht mehr von Hand bearbeitet werden. ^[7][8][9]

Quellen

1. ↑ Alphazerfall von Americium ²⁴¹Am mit Entstehung von Gammastrahlen
2. ↑ Klaus Hoffmann: Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente Urania-Verlag; Leipzig, Jena, Berlin 1979; keine ISBN; Seite 233
3. ↑ en:Radioisotope_thermoelectric_generator#Fuels
4. ↑ Nuklide für RTGs (PDF) letzte Seite
5. ↑ http://www.sciencedaily.com/releases/2001/01/010103073253.htm
6. ↑ http://pubs.acs.org/cen/80th/print/americiumprint.html
7. ↑ Public Health Statement for Americium Abschnitt 1.5
8. ↑ http://periodic.lanl.gov/elements/95.html
9. ↑ Nuklide für RTGs (PDF) letzte Seite