Americium, een zilverwit, synthetisch element, ontstaat tijdens kernreacties van zware elementen. Het element en zijn isotopen hebben zeer weinig maar belangrijke toepassingen, waaronder rookmelders die in bijna alle gebouwen worden aangetroffen en het potentieel om toekomstige ruimtemissies mogelijk te maken.

Americium is een zeer radioactief element dat kan gevaarlijk zijn bij verkeerd gebruik en ernstige ziekten kunnen veroorzaken. Omdat het niet van nature in het milieu wordt aangetroffen, is de kans erg klein dat mensen en dieren door het element worden beïnvloed, tenzij ze zich in de directe nabijheid van kernreactoren op basis van plutonium bevinden.

Alleen de feiten

• Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 95
• Atoomsymbool (op het periodiek systeem der elementen): Am
• Atoomgewicht ( gemiddelde massa van het atoom): 243
• Dichtheid: 7,91 ounce per kubieke inch (13,69 gram per kubieke cm)
• Fase bij kamertemperatuur: vast
• Smelten punt: 2.149 graden Fahrenheit (1.176 graden Celsius)
• Kookpunt: 3.652 F (2.011 C)
• Aantal natuurlijke isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen) : 0. Er zijn minstens 19 radioactieve isotopen gemaakt in een laboratorium.
• Meest voorkomende isotopen: Am-241 (verwaarloosbaar percentage van natuurlijke abundantie), Am-243 (verwaarloosbaar percentage van natuurlijke abundantie)

Geschiedenis

Glenn Seaborg, Albert Ghiorso, Ralph James en Tom Morgan ontdekten americium, evenals curium, in 1944 tijdens hun werk in het Metallurgisch Laboratorium in oorlogstijd aan de Universiteit van Chicago (nu bekend als Argonne National Laboratory), volgens een artikel uit 2008 in het Bulletin for the History of Chemistry van Keith Costecka, een Amerikaanse chemicus en milieuwetenschapper. De onderzoekers produceerden het synthetische element door plutonium-239 te beschieten met neutronen om plutonium-240 te maken en vervolgens weer om plutonium-241 te maken. Het plutonium-241 verviel vervolgens tot americium-241. Americium is het derde synthetische transuraanelement en het vierde dat ontdekt wordt.

De ontdekkingen van americium en curium werden eind 1945 aangekondigd door Seaborg in de live radioshow Quiz Kids, volgens een Nature-artikel uit 2017 van Ben Toch een Britse wetenschapper en auteur. De aankondiging zou vijf dagen later plaatsvinden tijdens een nationale bijeenkomst van de American Chemical Society. Het element werd genoemd door onderzoekers voor het land dat het ontdekte, evenals een spiegel van het naburige lanthanide-elementnummer, europium.

Americium was erg moeilijk te isoleren uit curium en het proces duurde meer dan een jaar, volgens Peter van der Krogt, een Nederlandse historicus. De onderzoekers noemden de elementen pandemonium en delirium en suggereerden zelfs dat die namen de elementen ‘officiële namen zouden worden. Ondanks de suggesties van de onderzoekers kregen de elementen de namen americium, naar het continent van ontdekking en naar het voorbeeld van europium, en curium genaamd voor wetenschappers Marie en Pierre Curie. De eerste voldoende substantiële hoeveelheid americium die zichtbaar kon worden bestudeerd, werd gemaakt in 1951, volgens het Los Alamos National Laboratory.

Wie wist?

• Volgens een artikel uit 1986 gepubliceerd in Radiochemistry and Nuclear Chemistry door Norman Edelstein en Lester Morss, Amerikaanse onderzoekers, is americium een van de 15 actinidemetalen. Actinide-elementen variëren van atoomnummers 89 (actinium) tot 103 ( lawrencium). Deze elementen zijn allemaal radioactief met een ongebruikelijke reeks fysische eigenschappen.
• De belangrijkste isotopen zijn americium-241 en americium-243, die een halfwaardetijd hebben van ongeveer 433 jaar. respectievelijk 7370 jaar, volgens de Royal Society of Chemistry.
• Volgens Lenntech komt americium hoogstwaarschijnlijk van nature voor in ongelooflijk sporenhoeveelheden in uraniummineralen als gevolg van kernreacties. Eerdere concentraties americium waren mogelijk hoger toen de lokale concentraties uranium hoger waren en meer kernreacties veroorzaakten.
• Americium wordt voornamelijk geproduceerd in kernreactoren via het bombardement van plutonium met neutronen, volgens de Royal Society of Chemistry .
• Americium is een draagbare bron van gammastraling en alfadeeltjes voor een verscheidenheid aan medische en industriële toepassingen, zoals radiografie en spectroscopie, en helpt bij het maken van vlak glas door de dikte ervan te meten.
• Volgens de World Nuclear Association zijn rookmelders die americium gebruiken populair in huizen en zijn ze gevoelig voor de aanwezigheid van rook of hitte. Deze rookmelders zijn relatief goedkoop en gevoelig voor een breed scala aan brandomstandigheden.De isotoop americium-241 wordt in deze detectoren gebruikt als americium dioxide (AmO2).
• De Centers for Disease Control and Prevention stellen dat americium-241-stof bepaalde kankers kan veroorzaken en kan worden ingeslikt, geabsorbeerd door een wond of ingeademd. Het element heeft de neiging zich te concentreren in de botten, lever en spieren. Vanwege de lange levensduur van de isotoop kan americium-241 tientallen jaren in het lichaam blijven.

Huidig onderzoek

Vanwege de zeldzaamheid en radioactiviteit zijn er maar weinig toepassingen voor americium. Een van die toepassingen voor americium die momenteel wordt onderzocht, is in batterijen, met name “ruimtebatterijen”. Onderzoek uitgevoerd door het National Nuclear Laboratory (NNL) van het Verenigd Koninkrijk, in samenwerking met de European Space Agency (ESA), heeft veelbelovende resultaten opgeleverd voor het verkrijgen van de materialen die nodig zijn om de met americium-241 aangedreven batterijen te bouwen. Onderzoekers van de NNL waren succesvol in staat om een methode te ontwerpen en met succes americium-241 te isoleren uit plutonium. Verdere studies worden momenteel voltooid om de effecten te onderzoeken die een grotere verwerkingsfabriek voor americium op het milieu zou hebben, en om de werknemers in een dergelijke fabriek veilig te houden . Het langetermijnplan van NNL zou werken om een grotere hoeveelheid americium te creëren die in de batterijen kan worden gebruikt.

In een artikel uit 2008, gepresenteerd op een European Space Power Conference, geven K. Stephenson en T. Blancquaert, wetenschappers van ESA gevestigd in Nederland, zei dat plutonium de favoriete brandstofbron is vanwege het hoge vermogen en de halfwaardetijd van 88 jaar. De isotoop van plutonium die nodig is voor een dergelijke ruimtemis sions is erg duur met een extreem beperkt aanbod en met restrictieve regelgeving. Americium-241 daarentegen heeft slechts ongeveer een kwart van het vermogen dat plutonium heeft, maar het heeft een langere halfwaardetijd (433 jaar), is gemakkelijker te produceren en kan mogelijk de kosten en het gewicht verlagen met ongeveer een ten derde.

Een andere groep wetenschappers in Israël voert tests uit op batterijen die worden aangedreven door americium-242, volgens een artikel uit 2008 dat werd gepresenteerd op het Congress of Nuclear Societies door M. Kurtzhand, et al., een groep van Israëlische nucleaire ingenieurs. De onderzoekers zeiden dat americium-242 een hoog vermogen heeft en, volgens een artikel gepubliceerd op The Future of Things over het project, het International Space Station tot 80 dagen van stroom kan voorzien. De batterij die wordt aangedreven door americium-242 ondervindt enkele problemen doordat americium-242 moeilijker te produceren is dan americium-241, maar de isotoop leidt tot ideale batterij-eigenschappen, zoals het vermogen om ongelooflijk dun te worden (ongeveer een micron) en zonder bewegende delen die leiden tot een robuuste en betrouwbare stroombron.