据世界核能新闻网报道,英国国家核能实验室(NNL)和莱斯特大学(University of Leicester)的研究人员利用稀有化学元素镅成功点亮了一只小灯泡。他们相信这是全球首次获得成功的发电实验。该实验的成功为接下来在太空电池中使用镅前进了一大步,也意味着未来若使用这种供电方式为太空飞行器提供能源,可以支持其执行太空任务长达400年。
稀有元素镅在自然界中并不存在,而是钚衰变的副产品,可以在核反应堆运行过程中产生。由NNL领导的一个科研团队通过多年研究,终于在坎布里亚郡NNL中心实验室的一个特殊屏蔽区域内,从英国钚储备中提取出镅,并且利用高放射性物质产生的热量制造出足够的电流,点亮了一个小灯泡。
这一突破有何意义
太空电池是太空探测器的动力源,未来它可以利用镅颗粒的热量来为传感器和发射器提供动力。因为探测器会进入深空,而在深空内,其他电源(比如太阳能电池板)将不再起作用。而通过这种方式提供电源,探测器可以在数十年内持续将重要的图像和数据传回地球,这将远远超过其他能源可持续的时间。
这一突破意味着在放射性同位素动力系统中使用镅的可能性很大。在执行太空任务时,镅颗粒产生的热量可用于为进入深空的航天器提供动力,或在其他能源(如太阳能电池板)不能发挥作用的行星表面,给航天器提供动力。
该项目其实是在欧洲航天局(ESA)的资助下进行的,该计划已经进行了好几年,NNL除了得到了莱斯特大学的支持外,欧洲热力学有限公司在开发热电发电机组方面也给与了帮助,还有核管理局的支持也必不可少,核管理局允许其在管理下使用英国库存中的钚。
莱斯特大学空间仪器和空间核动力系统教授Richard Ambrosi表示:“为了进一步探索太空的边界,我们需要在发电,机器人,自动驾驶汽车和先进仪器方面进行创新。放射性同位素电源是未来欧洲太空探索任务的一项重要威廉希尔官方网站
,因为使用这些威廉希尔官方网站
可以制造出更先进的航天器,也能让探测器进入更遥远、寒冷、黑暗和恶劣的环境。“
NNL业务主管Tim Tinsley指出,镅以这种方式获得利用,意味着把一个行业的废物回收利用,变成另一个行业的重要资源,是一件非常有意义的事。
不过他也承认,目前得到镅并不用容易,因为目前的威廉希尔官方网站
是使用钚238获得的,而钚238生产起来非常困难,也非常昂贵。
NNL发言人Adrian Bull补充说,目前使用钚238来制备镅只是暂时的。
目前钚是不能进行回收的,“但未来,我们可以从清除钚中,获得镅。这样清除后的钚还可以进一步储存,或者作为核燃料继续使用。”Tinsley指出。
镅的其他应用
其实镅可用于发电外,由于其具强放射性,化学性质活泼,常用于同位素测厚仪和同位素X荧光仪等的放射源。
图:离子烟雾探测器的原理图。
除此之外镅还是离子烟雾探测器的重要部分,离子烟雾探测器是失火报警的重要装置,几乎遍布于我们生活中。
平常状态下镅241放射源会放射α粒子,α粒子进入电离室后会将电离室内的气体电离产生正负离子,由于外接电路,正负离子会向外接电路两极移动,从而引起电流变化,集成电路会记录电压电流的稳定值通。当烟雾进入电离室,α粒子会被烟雾颗粒阻挡,这时电离室的α粒子减少,会引起电离室的真负离子数目变化,这时两个电极之间电压电流会发生变化,变化被集成电路感知从而控制蜂鸣器报警。
虽然并不是所有的烟雾探测器都会用到镅241,但是不妨碍其在生活中的重要性,使用到镅241的离子烟雾探测器一直以来都以高灵敏度著称。
镅元素简介:
镅元素简介:
稀有元素“镅”(Americium)是一种放射性超铀元素,元素符号为Am,原子序数为95。它属于锕系元素,在元素周期表中位于镧系元素铕之下。
镅在自然界中并不存在,而是钚衰变的副产品,可以在核反应堆运行过程中产生。大部分的镅都是在核反应堆中,以中子撞击铀或钚而形成的。一般情况下,一吨的乏核燃料含有大约100g镅,主要包括241Am和243Am同位素。
发现历史
虽然过去的核反应实验中很可能已经产生了镅元素,但是直到1944年,伯克利加州大学的格伦·西奥多·西博格、Leon O. Morgan、Ralph A. James和阿伯特·吉奥索等人才首次专门合成并分离出镅。他们的实验使用了1.5米直径回旋加速器(见下图)。
图:伯克利加州大学劳伦斯伯克利国家实验室的1.5米直径回旋加速器,摄于1939年8月。
继更轻的镎、钚和更重的锔之后,镅是第四个被发现的超铀元素。
当时西博格重新排列了元素周期表,并将锕系置于镧系之下。因此,镅位于铕以下,两者为同系物。铕(Europium)是以欧洲大陆(Europe)命名的,镅也因此以美洲大陆(America)命名。
最初的实验产生了四个镅同位素:241Am、242Am、239Am和238Am。钚在吸收一颗中子后,形成镅-241。该同位素释放一颗α粒子后,转变为237Np。这衰变的半衰期最初测定为510 ± 20年,但后来改为432.2年。
由于锔和镅在1944年的发现与当时旨在制造原子弹的曼哈顿计划息息相关。因此,有关其发现的信息一直保密到1945年才公诸于世。
在1945年11月11日美国化学学会正式发布锔和镅的发现前5天,美国电台节目“Quiz Kids”(小朋友问答)的一位听众问到,战时除了镎和钚之外还有没有发现其他新的超铀元素,格伦·西博格回应时泄露了有关发现锔和镅的消息。
第一批镅元素样本只重几微克,肉眼仅仅可见,并需通过其放射性才能测出。1951年,科学家在1100 °C高真空中用钡金属还原三氟化镅,产生了可观量的镅金属,约重40至200微克。
图:图中玻璃容器底部的三角形内是首次合成的镅化合物(氢氧化镅),摄于1944年。
镅同位素中半衰期最长、最常见的同位素是241Am和243Am,其半衰期分别为432.2和7,370年。相对地球的年龄来说,这是微不足道的,因此所有原始的镅元素,也就是在地球形成时可能存在的镅,至今都已全部衰变殆尽。
现在地球上的镅都集中在1945年至1980年曾进行大气层核试验的地点,以及发生过核事故的地点,如切尔诺贝尔核事故。
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