アメリシウムの同位体

アメリシウム の同位体（95 Am）
主な同位体[ 1 ]減衰
アイソトープ豊富半減期（t 1/2）モード製品
241午前シンセ432.6年α237番号
SF–
242午前 シンセ 16.02時間β −242センチメートル
ε242プソム
242m1午前 シンセ 141歳それ242午前
α238ヌプ
243午前 シンセ 7350年α239番号
SF–

アメリシウム（95 Am）は人工元素であるため、標準的な原子量を与えることはできません。他の人工元素と同様に、安定同位体は知られていません。最初に合成された同位体は1944年の241 Amです。この人工元素はアルファ粒子を放出して崩壊します。アメリシウムの原子番号は95（アメリシウム原子核の陽子数）です。243桁違いに長生きしている241ただし、前者は後者よりも入手が困難です。使用済み核燃料に多く含まれているからです。

アメリシウムには、231 Amを除く229 Amから247 Amまでの18種類の放射性同位体が同定されている。また、223 Amという別の同位体の存在も報告されているが、未確認である。最も安定な同位体は、半減期が7,350年の243 Amと、半減期が432.6年の241 Amである。残りの放射性同位体はすべて半減期が7日未満で、その大部分は2時間未満である。この元素には14種類のメタ状態があり、最も安定なのは242m1 Am（半減期141年）である。この異性体は、その半減期が同じ同位体の基底状態よりもはるかに長いという点で特異である。

同位体のリスト

核種[ n 1 ]Z北同位体質量( Da ) [ 2 ] [ n 2 ] [ n 3 ]半減期[ 1 ]減衰モード[ 1 ] [ n 4 ]娘同位体スピンとパリティ[ 1 ] [ n 5 ] [ n 6 ]
励起エネルギー[ n 6 ]
223Am[n 7]95 128 223.04584(32)# 10(9) msα219Np 9/2–#
229Am 95 134 229.04528(11) 1.8(15) sα 225Np 5/2–#
230Am 95 135 230.04603(15)# 40(9) sβ+ (<70%) 230Pu 1–#
β+, SF (>30%) (various)
232Am 95 137 232.04661(32)# 1.31(4) minβ+ (97%) 232Pu 1–#
α? (3%) 228Np
β+, SF (0.069%) (various)
233Am 95 138 233.04647(12)# 3.2(8) minβ+? (95.5%) 233Pu 5/2–#
α (4.5%) 229Np
234Am 95 139 234.04773(17)# 2.32(8) minβ+ (99.95%) 234Pu 0–#
α (0.039%) 230Np
β+, SF (0.0066%) (various)
235Am 95 140 235.04791(6) 10.3(6) minβ+ (99.60%) 235Pu 5/2−#
α (0.40%) 231Np
236Am 95 141 236.04943(13)# 3.6(1) minβ+236Pu 5−
α (4×10−3%) 232Np
236mAm 50(50)# keV 2.9(2) minβ+236Pu (1−)
237Am 95 142 237.05000(6)# 73.6(8) minβ+ (99.975%) 237Pu 5/2−
α (0.025%) 233Np
238Am 95 143 238.05198(6) 98(3) minβ+238Pu 1+
α (1.0×10−4%) 234Np
238mAm 2500(200)# keV 35(18) μsSF (various)
239Am 95 144 239.0530227(21) 11.9(1) hEC (99.990%) 239Pu 5/2−
α (0.010%) 235Np
239mAm 2500(200) keV 163(12) nsSF (various) (7/2+)
240Am 95 145 240.055298(15) 50.8(3) hβ+240Pu (3−)
α (1.9×10−4%) 236Np
240mAm 3000(200) keV 940(40) μsSF (various)
241Am95 146 241.0568273(12) 432.6(6) yα 237Np 5/2−
SF (3.6×10−10%) (various)
241mAm 2200(200) keV 1.2(3) μsSF (various)
242Am 95 147 242.0595474(12) 16.02(2) hβ− (82.7%) 242Cm 1−
EC (17.3%) 242Pu
242m1Am 48.60(5) keV 141(2) yIT (99.55%) 242Am 5−
α (0.45%) 238Np
SF (<4.7×10−9%) (various)
242m2Am 2200(80) keV 14.0(10) msSF (various) (2+, 3−)
IT 242Am
243Am 95 148 243.0613799(15) 7350(9) yα 239Np 5/2−
SF（3.7×10 −9 %） （様々な）
243m午前 2300(200) keV 5.5(5) μsSF （様々な）
244午前 95 149 244.0642829(16) 10.01(3) 時間β −244センチメートル （6−）
244m1午前 89.3(16) keV 26.13(43)分β −（99.96％） 244センチメートル 1歳以上
EC (0.0364%) 244プソム
244m2午前 2000(200)# keV 0.90(15)ミリ秒SF （様々な）
244m3午前 2200(200)# keV 〜6.5μsSF （様々な）
午前 245時95 150 245.0664528(20) 2.05(1) 時間β −245センチメートル 5/2+
245m午前 2400(400)# keV 0.64(6) μsSF （様々な）
246午前 95 151 246.069774(19)# 39(3)分β −246センチメートル 7−
246m1午前 30(10)# keV 25.0(2)分β −246センチメートル 2(−)
246m2午前 2000(800)# keV 73(10)μsSF （様々な）
247午前 95 152 247.07209(11)# 23.0(13)分β −247センチメートル 5/2#
この表のヘッダーとフッター:
  1. ^ m Am – 励起核異性体。
  2. ^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
  3. ^ # – 原子質量は # でマークされています。値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されています。
  4. ^ 崩壊のモード:
    EC:電子捕獲
    CD：クラスター崩壊
    それ：異性体転移
    SF：自発核分裂
  5. ^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。
  6. ^ a b # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種の傾向 (TNN) から導き出されたものです。
  7. ^この同位体の発見は、理論的予測と報告された実験データの間に不一致があるため不確実である。 [ 3 ]

アクチニド対核分裂生成物

半減期によるアクチニドと核分裂生成物
アクチニド[ 4 ]崩壊系列による半減期 範囲（a） 235 Uの核分裂生成物（収量別） [ 5 ]
4 n（トリウム）4 n + 1 （ネプツニウム）4 n + 2 （ラジウム）4 n + 3 （アクチニウム）4.5～7% 0.04～1.25% <0.001%
228ラ№4～6歳155ユー・ユー
248冊[ 6 ]> 9 a
244センチメートル241 Puƒ250立方フィート 227 Ac№10～29歳90シニア 85クローネ 113m Cdþ
232 Uƒ238 Puƒ243センチメートル29～97年137セシウム 151スモールþ121m Sn
249 Cfƒ242m午前​141～351年

100 a～210 ka の範囲に 半減期を持つ核分裂生成物はありません...

241午前​251 Cfƒ [ 7 ]430～900年
226ラ№247ページ 1.3～1.6千年前
240プエルトリコ 229番目 246センチメートル243午前​4.7～7.4千年前
245センチメートル250センチメートル 8.3～8.5千年
239 Puƒ24.1万
230番目​231パ№32～76千年前
236 Npƒ233 Uƒ234 U№15万～25万年前99 Tc₡126スン
248センチメートル 242プソム 327～375万年前79セ₡
133万135セシウム₡
237 Npƒ161万～650万年前93 Zr 107パド
236ウ 247センチメートル1500万～2400万年前129 I₡
244プソム 8000万

...1570万年以降も存在しない[ 8 ]

232番​238 U№235 Uƒ№0.7～14.1億年

アメリシウム241

イオン化煙検知器に使用されるアメリシウム 241 。

アメリシウム241（アルファ線放出体、半減期432.6年）は、核廃棄物中に存在するアメリシウムの同位体の中で最も一般的なものである。[ 9 ]これは、電離箱として機能する通常の電離煙検知器で使用される同位体である。アメリシウム241は、標準的なプルトニウム238（87.7年）や代替物質であるストロンチウム90（28.91年）よりも半減期が長いため、長寿命放射性同位体熱電発電機の燃料として有望である。崩壊​​熱は0.114 W/g、自発核分裂率は1.2/g/sである。

241 Amのアルファ崩壊は、大量のガンマ線を伴います。プルトニウム中の241 Amの存在は、241 Pu（241 Amに崩壊する）の元の濃度と試料の年代によって決まります。プルトニウム241を含む古いプルトニウム試料は241 Amを蓄積するため、プルトニウムからアメリシウムを化学的に分離する必要がある場合があります（例えば、プルトニウムピットの再加工時など）。

アメリシウム-242m

軽水炉における238 Puと244 Cm間の核変換フロー。 [ 10 ]核分裂率は100から示されたパーセンテージを引いた値である。核変換の総率は核種によって大きく異なる。245 Cmから248 Cmは長寿命で、崩壊は無視できる。

アメリシウム242m（半減期141年）は、108m Ag、166m Ho、180m Ta、186m Re、192m Ir、210m Bi、212m Poなどと同様に、高エネルギー核異性体が基底状態よりも安定している稀な例の一つです。基底状態である242 Amは、ベータ崩壊または電子捕獲崩壊によって半減期16.02時間で崩壊しますが、スピン禁制の典型的な例では、異性体はこれらの崩壊様式では崩壊せず、非常にゆっくりと基底状態（崩壊の99.55%）に崩壊するか、アルファ粒子を放出します（0.45%、部分半減期31ky）。

242m Amは核分裂性核種であり、臨界質量は239 Puに匹敵する低い。[ 11 ]核分裂断面積が非常に高く、原子炉で生成されるとすぐに破壊される。この同位体が新型の原子力ロケットに利用できるかどうかが研究されている。[ 12 ] [ 13 ]

アメリシウム243

Am-243のサンプル

アメリシウム243はアルファ線放出核種であり、半減期は7350年[ 1 ]で、アメリシウム同位体の中で最も長い。核燃料サイクルにおいて、アメリシウム243は主にプルトニウム242の中性子捕獲とそれに続くベータ崩壊によって生成される[ 14 ]。燃焼度が上昇するにつれて、 238 Uによる中性子捕獲が合計5回必要となるため、生成量は指数関数的に増加する。MOX燃料、特に高濃度MOX燃料を使用する場合、241Puと242Pu、全体的にアメリシウムが多くなり、243Amが生産されます。

アメリシウム241は、アルファ粒子（崩壊エネルギー5.439MeV）[ 15 ]を放出して239Npになり、その後急速に239Puに崩壊するか、非常にまれに自発核分裂を起こすことで崩壊します。核分裂率はアメリシウム241の約60%、つまり約0.7g/sです。[ 16 ]

他のアメリシウム同位体、そしてより一般的にはすべてのアルファ線放出体と同様に、243 Amは吸入または摂取後に体内に汚染された場合、発がん性があります。また、 243 Amは、短寿命の崩壊生成物である239 Npから放出されるガンマ線による外部被曝のリスクももたらします。他の2つのアメリシウム同位体（ 241 Amと242m Am）の外部被曝リスクは、アメリシウム243の10%未満です。[ 9 ]

参考文献

  1. ^ a b c d e Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」(PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  2. ^ Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II). 表、グラフ、参考文献*」. Chinese Physics C. 45 ( 3) 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  3. ^ Sun, MD; et al. (2017). 「新たな短寿命同位体223 NpとN = 126付近におけるZ = 92サブシェル閉包の不在」 . Physics Letters B. 771 : 303–308 . Bibcode : 2017PhLB..771..303S . doi : 10.1016 /j.physletb.2017.03.074 .
  4. ^ラジウム（元素番号88）も加わる。実際にはサブアクチノイドであるが、アクチニウム（元素番号89）の直前に位置し、ポロニウム（元素番号84）の後に3元素の不安定性ギャップがあり、このギャップには半減期が4年以上の核種は存在しない（このギャップで最も長寿命の核種は半減期が4日未満のラドン222である）。ラジウムの同位体の中で最も長寿命の同位体は1,600年であり、この元素をここに含める価値がある。
  5. ^具体的には、典型的な原子炉におけるウラン 235 の熱中性子核分裂から。
  6. ^ Milsted, J.; Friedman, AM; Stevens, CM (1965). 「ベルクリウム247のアルファ半減期；ベルクリウム248の新しい長寿命異性体」.核物理学. 71 (2): 299. Bibcode : 1965NucPh..71..299M . doi : 10.1016/0029-5582(65)90719-4 .同位体分析の結果、約10ヶ月間にわたり分析された3つのサンプルにおいて、質量数248の核種が一定量存在することが明らかになりました。これは、半減期が9年以上のBk 248異性体に起因するものと推定されました。Cf 248の増殖は検出されず、β線半減期の下限は約10 4年と推定されます。この新たな異性体に起因するα線放射は検出されていません。α線の半減期はおそらく300年以上です。
  7. ^これは「不安定の海」に入るまでの半減期が少なくとも4年である最も重い核種です。
  8. ^半減期が232 Th を大幅に超える「古典的に安定した」核種は除きます。たとえば、 113m Cd の半減​​期はわずか 14 年ですが、 113 Cd の半減​​期は 8京年です。
  9. ^ a b「アメリシウム」 2012年7月30日アーカイブ（Wayback Machine）。アルゴンヌ国立研究所、EVS。2009年12月25日閲覧。
  10. ^笹原明宏、松村哲夫、ニコラウ、ジョルゴス、パパイオアヌー、ディミトリ（2004年4月）。「軽水炉高燃焼度UO2およびMOX使用済み燃料の中性子およびガンマ線源評価」原子力科学技術誌、41 (4): 448–456 . doi : 10.3327/jnst.41.448 .
  11. ^ 「 241 Am、242m Am、243 Amの臨界質量計算」 (PDF)。2011年7月22日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2011年2月3日閲覧。
  12. ^ 「極めて効率的な核燃料で人類はわずか2週間で火星に到達できる」（プレスリリース）。ベン＝グリオン大学（ネゲブ）。2000年12月28日。
  13. ^ Ronen, Yigal; Shwageraus, E. (2000). 「原子炉における超薄型242mAm燃料要素」.核物理学研究における計測と方法A. 455 ( 2): 442– 451. Bibcode : 2000NIMPA.455..442R . doi : 10.1016/s0168-9002(00)00506-4 .
  14. ^「アメリシウム243」Wayback Machineで2011年2月25日にアーカイブ。オークリッジ国立研究所。2009年12月25日閲覧。
  15. ^国立核データセンター. 「NuDat 3.0 データベース」 .ブルックヘブン国立研究所.
  16. ^ Nubaseデータから計算。

出典

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