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据5月8日消息,英国国家核能实验室(NNL)领导的科学家团队和莱斯特大学合作,成功利用稀有元素镅点亮了第一只小灯泡。
实际上,在自然界中稀有元素镅并不存在,而是在核反应堆运行过程中由钚衰变而来的。通过多年的研究,该团队终于在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,并利用高放射性物质产生的热量制造出足够的电流,点亮了第一只小灯泡。
太空电池是太空探测器的动力源,而未来可以利用镅颗粒的热量来为传感器和发射器提供动力。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。
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技术,因为使用这些技术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,目前得到镅并不容易,因为目前的技术是使用钚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。
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。除此之外,还是离子烟雾探测器的重要部分,而离子烟雾探测器又是失火报警的重要装置。
正常状态下,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。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,会引起电离室的正负离子数目变化,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。
稀有元素“镅”是一种放射性超铀元素,元素符号为Am,原子序数为95。如前所述,镅在自然界中并不存在,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。一艘情况下,1吨的乏核燃料含有大约100g镅,主要包括241Am和243Am同位素。
虽然过去的核反应实验中很可能已经产生了镅,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。
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,形成镅一241。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。
第一批镅元素样本重几微克,需通过其放射性才能测出。1951年,科学家在1100℃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。
镅同位素中半衰期最長、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。(编辑/任伟)
实际上,在自然界中稀有元素镅并不存在,而是在核反应堆运行过程中由钚衰变而来的。通过多年的研究,该团队终于在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,并利用高放射性物质产生的热量制造出足够的电流,点亮了第一只小灯泡。
有何意义
太空电池是太空探测器的动力源,而未来可以利用镅颗粒的热量来为传感器和发射器提供动力。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。
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技术,因为使用这些技术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,目前得到镅并不容易,因为目前的技术是使用钚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。
探测器的重要部分
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。除此之外,还是离子烟雾探测器的重要部分,而离子烟雾探测器又是失火报警的重要装置。
正常状态下,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。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,会引起电离室的正负离子数目变化,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。
镅的发现
稀有元素“镅”是一种放射性超铀元素,元素符号为Am,原子序数为95。如前所述,镅在自然界中并不存在,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。一艘情况下,1吨的乏核燃料含有大约100g镅,主要包括241Am和243Am同位素。
虽然过去的核反应实验中很可能已经产生了镅,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。
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,形成镅一241。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。
第一批镅元素样本重几微克,需通过其放射性才能测出。1951年,科学家在1100℃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。
镅同位素中半衰期最長、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。(编辑/任伟)