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californium
   

98
Cf.
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
berkelio ← → californium einsteinium
apparence
apparition de' src=
généralité
Nom, symbole, numéro atomique californium, Cf, 98
série actinides
groupe, période, serrure -, 7, fa
densité 15,1 g / cm³
configuration électronique
configuration électronique
propriétés atomiques
masse atomique 251 u
configuration électronique [rn] 5f107s2
et- pour niveau d'énergie 2, 8, 18, 32, 28, 8, 2
états d'oxydation 2 3, 4
propriétés physiques
Point de fusion 1173 K (900 ° C)
point d'ébullition 1743 K (1470 ° C)
D'autres propriétés
CAS 7440-71-3
électronégativité 1.3 (échelle de Pauling)
Energie de première ionisation 608 kJ / mol
La plupart des isotopes stables
iso NA TD DM DE DP
248Cf. synthétique 333,5 jours regardé fixement.
α
 
6361
 
244cm
249Cf. synthétique 351 ans regardé fixement.
α
 
6295
 
245cm
250Cf. synthétique 13,08 ans regardé fixement.
α
6128
246cm
251Cf. synthétique 898 ans α 6176 247cm
252Cf. synthétique 2.645 ans regardé fixement.
α
6217
248cm
253Cf. synthétique 17.81 jours β-
α
0,285
6124
253es
244cm
254Cf. synthétique 60,5 jours regardé fixement.
α
 
5926
 
250cm
iso: isotope
NA: abondance dans la nature
TD: demi-vie
DM: mode de désintégration
DE: énergie de désintégration en MeV
DP: le produit de désintégration

la californium est le 'élément chimique avec le symbole Cf. et numéro atomique 98.

Il est élément transuraniens synthétique, radioactif: Californium a été découvert bombardements curium avec les particules alpha (ions de hélium), Et il est l'un des rares éléments transuraniens qui a des applications pratiques. La plupart de ces propriétés explore de certains isotopes de californium à émettre neutrons. Par exemple californium peut être utilisé pour démarrer réacteurs nucléaires, et est utilisé comme une source de neutrons lors de l'étude de la diffraction neutronique et de la spectroscopie de neutrons. Le californium peut également être utilisé dans la synthèse des noyaux lourds avec des masses d'éléments: par exemple, l 'oganessio Il a été synthétisé par des atomes bombardant de californium-249 avec des ions de football-48. L'utilisation de californium est également dans le domaine médical, en particulier dans le traitement contre tumeurs.

histoire

Californium a été synthétisé en 1950 par Stanley Thompson, Kenneth Street Jr., Albert Ghiorso et Glenn Seaborg à l 'Université de Berkeley, en Californie. Il a été le sixième élément transuraniens à découvrir, son nom est un hommage à l'État de Californie et tout 'Université de Berkeley, surnommé "Cal".

californium
Le cyclotron utilisé pour produire pour la première californium de temps.

Pour le produire, le groupe bombarde un échantillon de quelques microgrammes 242cm avec les particules alpha ayant une énergie de 35 MeV en cyclotron Université. on obtient à la suite de la réaction d'un noyau de 245Cf (demi-vie: 44 minutes) et un neutron libre.[1][2][3] Dans cette expérience, il a été produit seulement environ 5000 atomes de californium[4].

Les scientifiques qui ont effectué la découverte du nouveau nom californium élément en l'honneur de l'État et l'Université de Californie. Ce fut une rupture dans la convention utilisée pour donner le nom aux éléments 95 à 97, qui tient compte de la manière dont il a été choisi le nom des éléments ci-dessus immédiatement les dans le tableau périodique. En fait, l'élément immédiatement au-dessus de l'élément 98 dans le tableau périodique, le dysprosium, Il a un nom qui signifie « difficile à obtenir » les chercheurs ont décidé de mettre de côté la convention de nommage informelle. Ils ont ajouté que « le mieux que nous puissions faire est de dire aux chercheurs qui il y a un siècle a trouvé difficile de se rendre à la Californie. »

Quantité pondérable de californium ont été produits pour la première fois en irradiant une cible de plutonium Matériaux réacteur d'essai au Laboratoire national de l'Idaho; Les résultats ont été rapportés en 1954.[5]

Dans ces échantillons, il a été observé élevée fission spontanée de californium-252. La première expérience avec l'utilisation de californium sous forme concentrée a été réalisée en 1958. La même année, ont été isolés les isotopes du californium 249-252 à partir d'un échantillon de plutonium-239 qui avait été irradié par des neutrons dans un réacteur nucléaire pendant cinq ans.

Deux ans plus tard, en 1960, Burris Cunningham et James Wallman de Lawrence Berkeley National Laboratory dell 'Université de Californie Ils ont créé les premiers composés de californium (trichlorure de californium, l'oxyde de californium et californium hypochlorite) le traitement avec de la vapeur et du californium acide chlorhydrique.

Le réacteur à haut flux Isotope (HFIR) à 'Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Tennessee, Il a commencé à produire de petits lots de californium dans les années 60. Depuis 1995, la production annuelle nominale de californium dell'HFIR 500 mg. Plutonium fourni par le Royaume-Uni aux États-Unis en vertu de l'Accord sur la défense mutuelle entre les États-Unis et le Royaume-Uni en 1958 a été utilisé pour produire californium.

la États-Unis Commission de l'énergie atomique vendu californium-252 à des clients industriels et académiques dans le premier soixante-dix le prix de 10 $ Le microgramme et chaque année entre 1970 et 1990 a été envoyé un montant moyen de 252 californium de 150 mg. Le californium métallique a été synthétisé pour la première fois en 1974 par Haire et Baybarz qui réduit californium d'oxyde (III) avec le lanthane métallique pour obtenir des films minces de l'ordre du sous-multiples du micromètre et microgrammes.

occurrence

californium
Les essais nucléaires ont conclu des traces d'environnement californium.

D'infimes quantités de californium existent sur Terre à cause des réactions de capture de neutrons et désintégration bêta qui se produisent dans les dépôts contenant uranium à des concentrations très élevées. Des traces de californium se trouvent à proximité des installations qui utilisent le minerai dans l'exploration minérale et des traitements médicaux. L'élément est pratiquement insoluble dans l'eau, mais adhère bien au sol ordinaire et des concentrations pouvant atteindre dans le sol peut dépasser jusqu'à 500 fois les concentrations dans l'eau qui se trouve à proximité des particules de sol.

Une petite quantité de californium a été à l'environnement par précipitation nucléaire de tests déjà réalisés à 1980. Les isotopes de californium avec masse atomique 249, 252, 253 et 254 ont été observées dans la collecte des poussières radioactives de l'air après une explosion nucléaire .

traits

Les quantités de californium synthétisés, bien que faible, ont permis d'évaluer certaines caractéristiques.

propriétés physiques

Californium est un attinoide blanc argenté avec point de fusion de 900 ± 30 ° C et un point d'ébullition d'environ 1745 ° C. Le métal pur est malléable et peut être facilement coupé avec une lame de rasoir. Le californium métallique commence à se vaporiser au-dessus de 300 ° C soumise à un vide. Au-dessous de 51 K le métal est à la fois californium ferromagnétique que ferrimagnétique (agit comme un aimant), entre 48 et 66 K est antiferromagnétique (Un état intermédiaire) et au-dessus de 160 K est paramagnétique (Un champ magnétique externe peut rendre magnétique). alliages de forme avec lanthanides mais on sait peu à ce sujet.

A la presse d'un 'atmosphère l'élément présente deux formes cristallines: un emballage fermé à double hexagone appelé alpha (α) et à faces centrées forme cubique désigné en tant que bêta (β). La forme α existe en dessous de 900 ° C avec une masse volumique de 15,10 g / cm³ alors que la forme β existe au-dessus de 900 ° C avec une densité de 8,74 g / cm³. A une pression de 48 solPennsylvanie la forme est converti en un β Système cristalline orthorhombique en raison de la délocalisation des électrons 5f orbital, qui sont libérés de liaisons.

la module de compression d'un matériau est une mesure de sa résistance à une pression uniforme. Le module de compressibilité est californium 50 ± 5 solPennsylvanie, valeur similaire à celle des lanthanides trivalents, mais inférieur à celui des métaux les plus connus tels que l'aluminium (70 GPa).

la 252Cf (avec un 'demi-vie 2,6 années) est un puissant émetteur neutrons et il est donc extrêmement radioactif et dangereux (un microgramme émet spontanément 170 millions de neutrons par minute). Une fois on a cru qu'il pourrait être produit par le californium supernovae depuis leur déclin coïncide avec la demi-vie de californium-254.[6][7][8][9] Cependant, des études ultérieures ont pas réussi à démontrer le spectre de californium et on pense que les courbes de lumière de supernovae suivent la désintégration de nickel-56. Le 249Cf est formée à partir désintégration bêta la 249bk et la plupart des autres isotopes du californium est produit en bombardant la berkelium avec des faisceaux intenses de neutrons dans un réacteur nucléaire.

les composés chimiques et les propriétés

Les composés de californium
Numéro d'oxydation Constitué formule couleur
+2 Bromure de californium (II) CFBR2 jaune
+2 Iodure californium (II) CFI2 violet foncé
+3 oxyde de californium (III) Cf.2OU3 Jaune-Vert
+3 californium oxychlorure CfOCl couleur claire
+3 Fluorure californium (III) CFF3 vert clair
+3 Californium chlorure (III) CFCL3 vert émeraude
+3 Iodure californium (III) CFI3 jaune citron
+4 oxyde de californium (IV) CFO2 Black-Brown
+4 Fluorure californium (IV) CFF4 vert

Le californium montre les valeurs 4, 3 et 2. Ses propriétés chimiques sont censés être similaires à ceux d'autres actinides ayant de façon prédominante valence 3 et dysprosium, dont elle est la lantonoide immédiatement au-dessus du californium dans le tableau périodique. A température ambiante, l'élément oxyde lentement dans l'air et accélère le processus avec l'augmentation de l'humidité. En présence de californium de chaleur réagit avec l'hydrogène, l'azote ou un chalcogène (Les éléments appartenant à la famille de l'oxygène); les réactions avec les acides chlorhydrique anhydre et minérales aqueuses sont rapides.

son seul ion stable solution Cf est la phase aqueuse3+. Les tentatives visant à réduire ou oxydent californium (III) en solution ont échoué. Parmi les composés solubles sont le chlorure, la nitrate, la perchlorate et sulfate. la fluorure, l 'oxalate et l 'hydroxyde, , Ils plantent à la place.

applications

californium
Photo d'un conteneur pour le transport de 252Cf jusqu'à un maximum d'un gramme. Le conteneur pèse 50 tonnes, fortement protégés pour empêcher la libération ou la fuite de matières radioactives ou rayonnement en cas d'accident.

Cet élément a diverses applications spécialisées qui tirent parti de sa radioactivité. Californium-252 est en fait un puissant émetteur de neutrons (chaque microgramme de californium tout produit produit 139 millions de neutrons par minute). Profitant de cette propriété est utilisée comme source de démarrage pour certains réacteurs nucléaires; dans les jauges de neutrons de mélange, utilisé dans des puits de pétrole pour trouver des couches d'eau et huile en des puits de pétrole; comme source de neutrons portable dans l'exploration minière à la recherche de or et argent, pour analyse activation neutronique des échantillons sur place.

Les neutrons à partir de dérivés de californium sont utilisés en tant que traitement de certains cancers du col utérin et le cerveau où l'autre radiation traitement sont inefficaces. Il a été utilisé dans des applications d'enseignement depuis 1969 lorsque le Georgia Institute of Technology Elle a reçu un prêt de 119 microgrammes de californium-252 de l'usine de Savannah River. Il est également utilisé dans les analyseurs élémentaires en ligne de charbon et les analyseurs de matériaux encombrants dans les industries du charbon et du ciment.

La pénétration des neutrons dans les matériaux rend le californium utile dans des détecteurs tels que: le scanner de crayons de combustible; radiographie nucléaire de composants d'avions et d'armes à de traces de corrosion, soudures défectueuses, des fractures et de la vapeur piégée; et un détecteur de métal portable. Le plus grand de californium 252 demandes en 1982 étaient: démarrage des réacteurs nucléaires (48,3%), de du scanner de crayons de combustible (25,3%), et l'analyse d'activation (19,4%). Depuis 1994, la majorité des californium-252 a été utilisé principalement dans la radiographie neutronique (77,4%), et en tant que secondaire, mais important dans l'utilisation du scanner de crayons de combustible (12,1%), démarrage Réacteur nucléaire (6,9%).

la 251Cf est connu pour avoir un masse critique très faible (environ 5 kg) qui a conduit à des spéculations théoriques sur une possible bombe Pocket; néanmoins, cela reste un légende urbaine, étant donné la difficulté de produire une californium à la bombe qui pèse moins de 2 kg, mais les coûts de production d'une telle bombe sont prohibitifs.

En Octobre 2006, les chercheurs ont annoncé l'identification de trois atomes oganessio (Élément 118) à Institut de recherche nucléaire de Dubna, en Russie, en tant que produit de bombardement californium-249 avec le calcium-48, l'identifiant comme l'élément le plus lourd jamais synthétisé. L'objectif de cette expérience contenait environ 10 mg de californium-249 place sur une feuille de titane 32 cm de la surface2. Californium a également été utilisée pour produire d'autres éléments transuraniens; par exemple, l'élément 103 (ci-après dénommée lawrencium) Il a été synthétisé pour la première fois en 1961 en bombardant californium avec des noyaux bore.

isotopes

Del californium ont été caractérisés 20 radioisotopes, dont on retrouve le plus stable pour être californium-251 avec un 'demi-vie de 898 ans, californium-249 avec une demi-vie de 351 ans, californium-250 avec une demi-vie de 13,08 ans et californium-252 de 2.645 ans. Tous les isotopes restants ont des demi-vies moins d'un an, et la plupart d'entre eux pas plus de 20 minutes. L'isotope de californium masse atomique varie de 237 à 256.

Californium-249 est un produit de désintégration bêta de berkelium-249 et la majorité des autres isotopes sont synthétisés en soumettant le berkelio à un rayonnement intense de neutrons dans un réacteur nucléaire. Bien que californium-251 a la plus longue demi-vie, le rendement de sa synthèse est à seulement 10% en raison de sa tendance à capturer des neutrons (haute capture de neutrons) Et sa tendance à interagir avec d'autres particules (neutrons élevé de section transversale).

Californium-252 est un émetteur de neutrons très forte, ce qui le rend extrêmement radioactif et dangereux[10][11][12]. Dans 96,9% des cas californium-252 subit la désintégration alpha (La perte de deux protons et un neutron) pour former curium-248 tandis que dans 3,1% des cas subit une fission spontanée. Un microgramme (ug) de californium-252 émet 2,3 millions de neutrons par seconde, dont une moyenne de 3,7 neutrons sont dérivés à partir de fission spontanée. La plupart des californium isotopes se désintègrent en isotopes du curium (numéro atomique 96) par l'intermédiaire de la désintégration alpha.

production

Californium est produit dans les réacteurs nucléaires et des accélérateurs de particules. est produit californium-250 en bombardant berkelium-249 avec des neutrons, avec la formation de berkelium-250 par capture de neutrons que, par conséquent, subit désintégration bêta (β-) Devenant californium-250.

Le bombardement de californium-250 avec des neutrons produit californium-251 et californium-252.

irradiation prolongée américium, curium et plutonium avec des neutrons, il produit des quantités de l'ordre de milligrammes de californium-252 et californium-249. Comme il était en 2006, les isotopes 244 et 248 du curium sont irradiés par des neutrons dans les réacteurs spéciaux pour produire principalement californium-252 et de plus petites quantités d'isotopes 249 et 255.

Microgramme de californium-252 sont disponibles pour une utilisation commerciale aux États-Unis Nuclear Regulatory Commission. Seuls deux des sites produisent californium-252 - le Oak Ridge National Laboratory aux Etats-Unis, et l'Institut de recherche des réacteurs nucléaires en Dimitrovgrad, en Russie. Comme en 2003, les deux sites produisent 0,25 g et 0,025 g de californium-252 par an respectivement.

Ils sont produits même trois isotopes de californium avec une demi-vie importante, ce qui nécessite un total de 15 neutrons de l'uranium-238 pris sans cela se produit au cours du processus de fission nucléaire ou la désintégration alpha. Californium-253 est situé à l'extrémité de la chaîne de production qui commence par l'uranium-238, qui comprend également de nombreux isotopes du plutonium, américium, curium, isotopes de berkélium et 249-253 de californium.

californium
californium-252 système de production à partir de l'uranium 238 par irradiation de neutrons

précautions

Le californium qui est biologiquement accumule dans le rayonnement des rejets de tissus squelettiques qui perturbent le fonctionnement de moelle osseuse.

L'élément ne joue aucun rôle biologique naturel dans toute organisation, en raison de sa radioactivité intense et sa très faible concentration dans l'environnement.

Le californium peut entrer dans le corps par l'ingestion d'aliments ou de boissons ou de respirer de l'air contaminé contenant des particules dans l'élément de suspension. Une fois dans le corps, seulement 0,05% de californium atteint la circulation sanguine. Environ 65% du californium s'installe squelette, 25% en foie et le reste dans d'autres organes, ou est excrété, principalement par l'urine.

La moitié de californium déposé dans le squelette et le foie sont éliminés de 50 et 20 ans, respectivement. Californium dans le squelette adhère à la surface de l'os, puis pénètre lentement. L'élément est très dangereux si elle était retenue dans le corps. Pour plus, californium-249 et californium-251 peut causer un dommage à l'extérieur des tissus, par l'émission de les rayons gamma.

Les rayonnements ionisants émis par le californium sur les os et le cancer du foie causant.

notes

  1. ^ S. G. Thompson, rue K., Jr., A. Ghiorso, G. T.Seaborg: "Element 98", Physical Review 1950, 78 (3), 298-299; DOI: 10.1103 / PhysRev.78.298.2; Skript (27. Februar 1950), repositories.cdlib.org..
  2. ^ S. G. Thompson, K. Street, Jr., A. Ghiorso, G. T.Seaborg: "Le nouvel élément californium (Numéro atomique 98)", Physical Review 1950, 80 (5), 790-796; DOI: 10.1103 / PhysRev.80.790; abstrait, osti.gov.; Skript (19. Juni 1950) (PDF) osti.gov..
  3. ^ K. Street, Jr., G. S. Thompson, G. T.Seaborg: "Propriétés chimiques de californium", J. Am. Chem. Soc. 1950, 72 (10), 4832-4835; DOI: 10.1021 / ja01166a528; Commission de l'énergie atomique des États-Unis (12 juin 1950), handle.dtic.mil..
  4. ^ (FR) G. T.Seaborg, Cent ans après la découverte de Radioactivité, Adloff, J. P., 1996, p. 82, ISBN 978-3-486-64252-0.
  5. ^ Diamond, H. et al., Identification de californium isotopes 249, 250, 251 et 252 de Pile irradiées Plutonium, en Physical Review, vol. 94, nº 4, 1954, p. 1083, DOI:10.1103 / PhysRev.94.1083.
  6. ^ G. R. Burbidge, F. Hoyle, E. M. Burbidge, R. F. Christy, W. A. ​​Fowler"Californium-254 et Supernovae" Physical Review 1956, 103 (5), 1145-1149; DOI: 10.1103 / PhysRev.103.1145; PDF (PDF) authors.library.caltech.edu..
  7. ^ W. Baade, G. R. Burbidge, F. Hoyle, E. M. Burbidge, R. F. Christy, W. A. ​​Fowler"Supernovae et californium 254" Publications de la Société astronomique du Pacifique 1956, 68, Nr 403, 296-300. PDF, adsabs.harvard.edu..
  8. ^ St. Temesváry: "Das Element californium 254 und die von der Lichtkurven Supernovae Type I. Ein Beitrag zur Frage der Synthese schwerer Elemente im Kosmos" Die Naturwissenschaften 1957, 44 (11), 321-323; DOI: 10.1007 / BF00630928.
  9. ^ Edward Anders: "californium-254, fer-59, et supernovae de type I" Le Astrophysical Journal 1959, 129, 327-346; DOI: 10,1086 / 146624; PDF, adsabs.harvard.edu..
  10. ^ Hicks, D. A., John Ise, Robert V. Pyle, Multiplicité des neutrons à partir de la fission spontanée de californium-252, en Physical Review, vol. 97, No. 2, 1955, pp. 564-565, DOI:10.1103 / PhysRev.97.564.
  11. ^ Hicks, D. A., John Ise, Robert V. Pyle, Spontaneous-Fission Neutrons de californium-252 et le curium-244, en Physical Review, vol. 98, n ° 5, 1955, pp. 1521-1523, DOI:10.1103 / PhysRev.98.1521.
  12. ^ Hjalmar, E;. Slätis, H;. Thompson, S. G., Spectre d'énergie des neutrons de fissions spontanées de californium-252, en Physical Review, vol. 100, nº 5, 1955, pp. 1542-1543, DOI:10.1103 / PhysRev.100.1542.

bibliographie

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