اكتشاف عنصر الأمريسيوم

في الكيمياء يعد عنصر الأمريسيوم (Americium) عنصر كيميائي يمتلك الرمز Am والرقم الذري 95، يتواجد في الجدول الدوري ويصنف الأمريسيوم كأحد الأكتينيدات، وهو يكون على شكل مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة.

اكتشاف عنصر الأمريسيوم

لقد تم اكتشاف عنصر الأميريسيوم في عام 1944 ميلادي من قبل العلماء الأمريكيين جلين تي سيبورج ورالف أ.جيمس وليون أو.مورجان وألبرت غيورسو، ولقد أنتجوا الأمريسيوم بقذف نظير البلوتونيوم 239 وهو نظير من نظائر البلوتونيوم مع نيوترونات عالية الطاقة، حيث شكل هذا نظير البلوتونيوم 240 الذي تم قصفه بالنيوترونات.

تحول نظير البلوتونيوم 240 إلى نظير البلوتونيوم 241 والذي تحلل بعد ذلك إلى نظير الأمريسيوم 241 من خلال عملية اضمحلال بيتا، ولقد تم تنفيذ هذا العمل في مختبر ميتالورجيك بجامعة شيكاغو المعروف الآن باسم مختبر أرجون الوطني، إن من أكثر نظائر الأميريسيوم استقرارًا هو نظير الأمريسيوم 243 ويبلغ عمر نصفه حوالي 7370 عامًا ويتحلل إلى نظير النبتونيوم 239 من خلال عملية اضمحلال ألفا.

كان الأميريسيوم رابع عنصر اصطناعي ما بعد اليورانيوم يتم اكتشافه، وقد تم تسميته على اسم قارة أمريكا الشمالية بالقياس إلى نظيرتها اللانثانيدية الأخف اليوروبيوم، والتي سميت على اسم أوروبا قارة الاكتشاف الخاصة بها، ولقد تم تصنيع الأميريسيوم بواسطة جلين سيبورج ورالف جيمس وليون مورغان وألبرت غيورسو في أواخر عام 1944 ميلادي في مختبر المعادن في زمن الحرب بجامعة شيكاغو.

لقد تم صنعه نتيجة تفاعلات متتالية لالتقاط النيوترونات بواسطة نظائر البلوتونيوم في مفاعل نووي، حيث أنه كان من الصعب جدًا فصل عنصر المنتج بناءً على خصائصه المتوقعة، والتي كانت غير صحيحة كما اتضح، على عكس عناصر عبر اليورانيوم الأخف التي تم اكتشافها سابقًا والموجودة في الكتلة الرئيسية للجدول الدوري تصرف الأميريسيوم كيميائيًا مثل سلسلة عناصر اللانثانيدات.

تم التعرف على أول نظير للأميرسيوم وهو النظير (241-Am) والذي يبلغ نصف عمر 432.2 سنة لابنة نظير النبتونيوم 237 عبر عملية اضمحلال ألفا، ولقد تم تصنيف الاكتشاف الأولي على أنه سري كجزء من مشروع مانهاتن خلال الحرب العالمية الثانية ولكن تم رفع السرية عن الاكتشاف لاحقًا.

أعلن سيبورج عن اكتشاف العناصر 95 والأميريسيوم 96 والكوريوم في البرنامج الإذاعي الأمريكي للأطفال “The Quiz Kids” قبل خمسة أيام من عرضه المخطط له في اجتماع الجمعية الكيميائية الأمريكية في نوفمبر 1945 ميلادي، حيث نتج إعلانه عندما كان أحد المستمعين الشباب يسأل عما إذا كان قد تم اكتشاف أي عنصر جديد عبر اليورانيوم إلى جانب البلوتونيوم والنبتونيوم.

الأمريسيوم لا يوجد بشكل طبيعي في قشرة الأرض، حيث أنه في عام 1944 ميلادي قد تم تصنيعه لأول مرة بواسطة جلين تي سيبورج وفريقه في مختبر جامعة كاليفورنيا في بيركلي عبر تفاعل التقاط النيوترون المتعدد على النظير (239-Pu) كما في التفاعل التالي: ⁻²⁴¹Am : ²³⁹Pu (n, γ) ²⁴⁰Pu, ²⁴⁰Pu (n, γ) ²⁴¹Pu, and ²⁴¹Pu→ ²⁴¹Am+β.

كانت عينات الأميريسيوم الأولية تزن بضعة ميكروجرامات وكانت بالكاد مرئية، وتم التعرف عليها من خلال نشاطها الإشعاعي، لم يتم تحضير أول كميات كبيرة من الأمريسيوم المعدني حتى عام 1951 ميلادي عن طريق عملية اختزال فلوريد الأمريسيوم (III) بمعدن الباريوم في فراغ عالي عند درجة حرارة 1100 درجة مئوية مما ينتج عنه ما يصل إلى 200 ملليجرام.

يكون لمعان معدن الأمريسيوم الطازج أبيض اللون وأكثر فضية من البلوتونيوم أو النبتونيوم المحضرين بنفس الطريقة، ويبدو أنه أكثر مرونة من اليورانيوم أو النبتونيوم ويتلطخ ببطء في الهواء الجاف في درجة حرارة الغرفة، وفي المحلول حالات الأكسدة III و IV و V و VI معروفة، وهناك ادعاء لا أساس له بوجود Am (VII) Am (IV) غير مستقر في الوسط الحمضي ولكن في محاليل الكربونات القاعدية القوية Am (IV) يكون مستقرًا، وفي الواقع في محاليل الكربونات ثبت أن الأمريسيوم هو العنصر الثاني بعد البلوتونيوم الذي يتعايش مع حالات الأكسدة الأربع في وقت واحد، وهناك العديد من مركبات الأمريسيوم أكاسيدها لها أكثر التطبيقات العملية.

يمكن إنتاج الأمريسيوم بكميات كيلوجرام وله عدد قليل من الاستخدامات العملية، ويتم استخدامه في أجهزة الكشف عن الدخان ويمكن استخدامه كمصدر محمول لأشعة جاما، نظير الأمريسيوم 241 بعمر نصف يبلغ 432.2 سنة يستخدم في هذه المنتجات لأنه من الأسهل إنتاج عينات نقية نسبيًا من هذا النظير.

معلومات عامة عن الأميريسيوم

• هناك العديد من التطبيقات التجارية لنظائر الأميريسيوم، لقد تم استخدام نظير الأميريسيوم 241 كمصدر محمول لأشعة جاما وجزيئات ألفا لعدد من الاستخدامات الطبية والصناعية، ويمكن استخدام انبعاثات أشعة غاما البالغة 60 كيلو فولت من النظير 241 في هذه المصادر للتحليل غير المباشر للمواد في التصوير الشعاعي والتحليل الطيفي للأشعة السينية، وكذلك لمراقبة الجودة في مقاييس الكثافة النووية الثابتة ومقاييس الكثافة النووية.

• يستخدم نظير الأميريسيوم 241 أيضًا كمصدر تأين في أجهزة الكشف عن الدخان التجارية، ولقد تم اقتراح العديد من التطبيقات غير العادية مثل البطارية النووية أو وقود السفن الفضائية ذات الدفع النووي للنظير (242m-Am) لكنها ما زالت تعيقها ندرة هذا الايزومر وارتفاع سعره.

• هناك حوالي 19 نظيرًا و 8 أيزومرات نووية معروفة لعنصر الأميرسيوم، وهناك نوعان من بواعث ألفا طويلة العمر للنظير (241-Am) والنظير (243-Am) مع عمر نصف يبلغ 432.2 و 7370 عامًا على التوالي والأيزومر النووي (242-Am) له عمر نصف يبلغ 141 عامًا، وتتراوح أعمار النصف للنظائر والأيزومرات الأخرى من 0.64 ميكروثانية مقابل النظير 245 إلى 50.8 ساعة مقابل النظير 240.

• كما هو الحال مع معظم الأكتينيدات الأخرى فإن نظائر الأميريسيوم ذات العدد الفردي من النيوترونات لها معدل انشطار نووي مرتفع نسبيًا وكتلة حرجة منخفضة، وتتوفر الآن كميات كيلوغرام عالية النقاء للنظائر الأطول عمراً هي النظير 241 والنظير 243.

• يستخدم النظير (241-Am) مع نصف عمر 433 يومًا في أجهزة الكشف عن الدخان كمصدر تأين للكشف عن الدخان، وتوجد قطعة صغيرة من أكسيد النظير (241-Am) داخل أجهزة الكشف عن الدخان المؤين، ويبعث مركب الأميريسيوم جسيمات ألفا التي تصطدم بجزيئات الهواء في مسارها مما يؤدي إلى تأينها، وتحمل الأيونات تيارًا من لوحة واحدة في الكاشف إلى لوحة ثانية، يتدفق التيار باستمرار حتى يعطل الدخان التيار بين الصفيحتين، ويُطلق الإنذار عندما ينقطع التيار بفعل الدخان.

• عندما يتم خلط النظير (241-Am) مع البريليوم (241AmBe) فإنها تنبعث منها نيوترونات بمعدل مرتفع، وهذا المعدل العالي لتوليد النيوترونات مفيد في عمليات آبار النفط لمراقبة معدل إنتاج النفط، ويمكن استخدامه أيضًا في تسجيل الآبار لتسجيل المسامية (جزء من حجم الفراغ إلى الحجم الإجمالي للمادة) للوحدات الجيولوجية على طول جوانب البئر.

• تُستخدم أشعة جاما من النظير (241-Am) أيضًا كآلات أشعة سينية محمولة لتحديد مكان حفر الآبار الجديدة. عندما يتم وضع حبيبة صغيرة من النظير (241-Am) في كبسولة محكمة الغلق من التيتانيوم، حيث يمكن أن تكون بمثابة مصدر محمول لتصوير أشعة جاما، وهو أكثر اختراقًا من الأشعة السينية لاختبار المواد المختلفة بحثًا عن العيوب مثل الشقوق غير المرئية أو اللحامات المعيبة في خطوط الأنابيب.

• لقد تم استخدام انبعاثات أشعة جاما من النظير 241 كمصدر إشعاع لاختبارات التشخيص الطبية، وعلى وجه الخصوص ساعد النظير (241-Am) في توفير تشخيص دقيق لوظيفة الغدة الدرقية ولكن هذا الاستخدام للأميرسيوم أصبح الآن قديمًا.