Californium

Californium
98 Cf
Dy ↑ Cf ↓ (Upn) Tableau p??riodique berkelium ← → californium einsteinium
Apparence
argent??
Propri??t??s g??n??rales
Nom, symbole, nombre	californium, Cf, 98
Prononciation	/ ˌ k ?? l ɨ fa ɔr n Je ə m / KAL -i- POUR -neE-əm
Cat??gorie Metallic	actinides
Groupe, p??riode, bloc	n / a, 7, fa
Poids atomique standard	(251)
Configuration ??lectronique	[ Rn ] 5f 10 7s 2 2, 8, 18, 32, 28, 8, 2
Histoire
D??couverte	Lawrence Berkeley National Laboratory (1950)
Propri??t??s physiques
Phase	solide
Densit?? (?? proximit?? rt)	15,1 g ?? cm -3
Point de fusion	1173 K , 900 ?? C, 1652 ?? F
Point d'??bullition	1743 K, 1470 ?? C, 2678 (estimation) ?? F
Propri??t??s atomiques
??tats d'oxydation	2, 3, 4
??lectron??gativit??	1,3 (??chelle de Pauling)
??nergies d'ionisation	1er: 608 kJ ?? mol -1
Miscellan??es
Crystal structure	simples hexagonale
Duret?? Mohs	3-4
Num??ro de registre CAS	7440-71-3
La plupart des isotopes stables
Article d??taill??: Isotopes de californium
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP 248 Cf syn 333,5 d α (100%) 6,369 244 cm SF (2,9 ?? 10 -3%) 0,0029 - 249 Cf trace 351 y α (100%) 6,295 245 cm SF (5,0 ?? 10 -7%) 4,4 ?? 10 -7 - 250 Cf trace 13,08 y α (99,92%) 6,129 246 cm SF (0,08%) 0,077 - 251 Cf trace 898 y α 6,172 247 cm 252 Cf trace 2,645 y α (96,91%) 6,217 248 cm SF (3,09%) - - 253 Cf trace 17,81 d β - (99,69%) 0,29 253 Es α (0,31%) 6.126 249 cm 254 Cf syn 60,5 d SF (99,69%) - - α (0,31%) 5,930 250 cm R??f??rences isotopes:

Californium est un radioactifs m??talliques ??l??ment chimique avec le symbole Cf et de num??ro atomique 98. L'??l??ment a ??t?? faite ?? la Universit?? de Californie, Berkeley en 1950 en bombardant le curium avec (particules alpha h??lium-4 ions ). Ce est un actinide ??l??ment, le sixi??me Transuranien ??tre synth??tis??, et a la deuxi??me plus forte masse atomique de tous les ??l??ments qui ont ??t?? produites en quantit??s assez grandes pour voir avec le oeil nu (apr??s einsteinium ). L'??l??ment a ??t?? nomm?? d'apr??s la Californie et de la Universit?? de Californie. Ce est l'??l??ment le plus lourd ?? l'??tat naturel sur la Terre; ??l??ments les plus lourds ne peuvent ??tre produits par synth??se.

Deux formes cristallines existent pour californium sous pression normale: une au-dessus de 900 ?? C et une au-dessous de 900 ?? C. Une troisi??me forme existe ?? haute pression. Californium ternit lentement ?? l'air ?? la temp??rature ambiante. Compos??s de californium sont domin??es par une forme chimique de l'??l??ment, d??sign?? californium (III), qui peuvent participer ?? trois liaisons chimiques . Le plus stable de vingt connus de californium isotopes est californium-251, qui a une demi-vie de 898 ans. Signifie que l'??l??ment ne est pas trouv?? en quantit??s importantes dans la cro??te de la Terre Cette demi-vie courte. Californium-252, avec une demi-vie d'environ 2,64 ann??es, est l'isotope le plus couramment utilis?? et est produite ?? la Oak Ridge National Laboratory aux ??tats-Unis et de la Institut de recherche des r??acteurs atomiques en Russie.

Californium est l'un des rares ??l??ments transuraniens qui ont des applications pratiques. La plupart de ces applications exploitent la propri??t?? de certains isotopes de californium ?? ??mettre des neutrons . Par exemple, californium peut ??tre utilis?? pour aider ?? d??marrer les r??acteurs nucl??aires, et il est utilis?? comme une source de neutrons pour l'??tude des mat??riaux avec diffraction de neutrons et spectroscopie de neutrons. Californium peut ??galement ??tre utilis?? dans la synth??se nucl??aire d'??l??ments de masse sup??rieur; ununoctium (??l??ment 118) a ??t?? synth??tis?? par bombardement du californium 249 atomes avec 48 ions calcium. L'utilisation de californium doit tenir compte des pr??occupations radiologiques et la capacit?? de l'??l??ment de perturber la formation de les globules rouges par bio-accumulation dans les tissus squelettiques.

Caract??ristiques

Propri??t??s physiques

Californium est un blanc argent?? actinides m??tal avec un point de fusion de 900 ?? 30 ?? C et on estime que le point d'??bullition de 1745 ?? C. Le m??tal pur est mall??able et peut ??tre facilement coup?? avec une lame de rasoir. Californium m??tal commence ?? se vaporiser au-dessus de 300 ?? C lorsqu'il est expos?? ?? un vide. Moins de 51 K (-220 ?? C) en m??tal californium est soit ferromagn??tique ou ferrimagn??tique (il agit comme un aimant), entre 48 et 66 K, il est antiferromagn??tique (un ??tat interm??diaire), et au-dessus de 160 K (-110 ?? C), il est paramagn??tiques (champs magn??tiques externes peuvent faire magn??tique). Il forme alliages avec lanthanides m??taux, mais on en sait peu sur eux.

L'??l??ment a deux formes cristallines sous une atmosph??re standard de la pression: Un double hexagonale forme serr??e alpha de copie (α) et un ?? faces centr??es forme cubique b??ta d??sign?? (β). La forme α existe au-dessous de 900 ?? C avec une masse volumique de 15,10 g / cm ³ et la forme β qui existe au-dessus de 900 ?? C avec une densit?? de 8,74 g / cm ^3. Au 48 GPa de pression sous la forme de β transforme en un syst??me cristallin orthorhombique en raison de la d??localisation de l'atome de ??lectrons 5f, qui les lib??re pour coller.

Le module de compression d'un mat??riau est une mesure de sa r??sistance ?? la pression uniforme. Un module de masse californium est 50 ?? 5 GPa, ce qui est similaire aux m??taux trivalents de lanthanides, mais plus petite que les m??taux connus, tels que l'aluminium (70 GPa).

Les compos??s chimiques et les propri??t??s

Californium expositions valences de 4, 3 ou 2; indiquant le nombre de liaisons chimiques d'un atome de cet ??l??ment peut se former. Ses propri??t??s chimiques sont pr??dits comme ??tant essentiellement similaires ?? d'autres ??l??ments actinides 3+ de valence et l'??l??ment dysprosium , qui est le lanthanide californium-dessus dans le tableau p??riodique. L'??l??ment ternit lentement ?? l'air ?? la temp??rature ambiante, avec l'augmentation du taux lorsque l'humidit?? est ajout??. Californium r??agit lorsqu'il est chauff?? avec de l'hydrog??ne , de l'azote , ou un chalcog??ne (??l??ment de la famille d'oxyg??ne); r??actions avec de l'hydrog??ne sec et aqueuse acides min??raux sont rapides.

Californium est seulement soluble que le californium (III) de l'eau cation . Les tentatives de r??duire ou oxyder l'ion 3 en solution ont ??chou??. L'??l??ment soluble dans l'eau forme une- le chlorure, le nitrate , perchlorate et sulfate et est pr??cipit??e en tant que fluorure, oxalate, ou hydroxyde .

Isotopes

Vingt des radio-isotopes de californium ont ??t?? caract??ris??es, le plus stable ??tant californium-251 avec une demi-vie de 898 ans californium-249 avec une demi-vie de 351 ans californium-250 avec une demi-vie de 13,08 ann??es, et californium- 252, avec une demi-vie de 2,645 ann??es. Tous les isotopes restants ont des demi-vies plus courte d'un an, et la majorit?? d'entre eux ont des demi-vies plus courtes que 20 minutes. Les isotopes de californium varient en nombre de masse de 237 ?? 256.

Californium-249 est form??e ?? partir de la d??sint??gration b??ta de berkelium-249, et la plupart des autres isotopes du californium sont fabriqu??s en soumettant berkelium au rayonnement intense de neutrons dans un r??acteur nucl??aire. Bien californium-251 a une demi-vie plus longue, son rendement de production ne est que de 10% en raison de sa tendance ?? recueillir des neutrons (haute capture de neutrons) et sa tendance ?? interagir avec d'autres particules (haute neutron section transversale).

Californium-252 est une tr??s forte neutrons ??metteur, ce qui rend extr??mement radioactifs et dangereux. Californium-252 subit d??sint??gration alpha (la perte de deux protons et deux neutrons) 96,9% du temps pour former le curium -248 3,1% tandis que le restant de d??sint??grations sont fission spontan??e. Une microgrammes (ug) de californium-252 ??met 2,3 millions de neutrons par seconde, soit une moyenne de 3,7 neutrons par fission spontan??e. La plupart des autres isotopes du californium d??croissance aux isotopes de curium ( de num??ro atomique 96) par d??sint??gration alpha.

Histoire

Le 60 pouces de diam??tre (1500 mm) cyclotron utilis?? pour synth??tiser les premier californium

Californium ??tait synth??tis?? ?? la premi??re Universit?? de Californie, Berkeley par les chercheurs en physique Stanley G. Thompson, Kenneth Street, Jr., Albert Ghiorso, et Glenn T. Seaborg vers le 9 F??vrier, 1950. Ce ??tait la sixi??me Transuranien ?? d??couvrir; l'??quipe a annonc?? sa d??couverte le 17 Mars 1950.

Pour produire californium, une cible de microgramme taille du curium-242 (242
96 cm) a ??t?? bombard?? de 35 MeV- les particules alpha (4
2 Il) dans le 60 pouces de diam??tre (1500 mm) cyclotron Berkeley, en Californie, qui a produit californium-245 (245
98 Cf) plus un neutron libre (n).

242
96 cm + 4
2 Il → 245
98 Cf + 1
0 n

Seulement environ 5000 atomes de californium ont ??t?? produites dans cette exp??rience et ces atomes eu une demi-vie de 44 minutes.

Les d??couvreurs nomm?? le nouvel ??l??ment apr??s la Californie et le Universit?? de Californie. Ce ??tait une pause de la convention utilis??e pour les ??l??ments 95 ?? 97, qui se est inspir?? de la fa??on dont les ??l??ments directement dessus d'eux dans le tableau p??riodique ont ??t?? nomm??s. Cependant, l'??l??ment directement au-dessus ??l??ment 98 dans le tableau p??riodique, le dysprosium , a un nom qui signifie simplement "difficile ?? obtenir au" de sorte que les chercheurs ont d??cid?? de mettre de c??t?? la convention de nommage informel. Ils ont ajout?? que "le meilleur que nous pouvons faire, ce est de souligner [...] que les chercheurs il ya un si??cle ont trouv?? difficile de se rendre ?? la Californie."

Pesables quantit??s de californium ont d'abord ??t?? produits par l'irradiation de cibles de plutonium ?? la Materials Testing Reactor au Laboratoire national de l'Idaho; et ces r??sultats ont ??t?? rapport??s en 1954. Le taux de fission spontan??e ??lev?? de californium-252 a ??t?? observ??e dans ces ??chantillons. La premi??re exp??rience avec californium sous forme concentr??e est produite en 1958. Les isotopes du californium 249 ?? californium-252 ont ??t?? isol??s de la m??me ann??e d'un ??chantillon de plutonium-239 qui avaient ??t?? irradi??s avec des neutrons dans un r??acteur nucl??aire pendant cinq ans. Deux ans plus tard, en 1960, Burris et Cunningham James Wallman du Lawrence Radiation Laboratory de l'Universit?? de Californie a cr???? le premier californium compos??s californium-trichlorure, californium oxychlorure et californium oxyde par traitement ?? la vapeur californium et d'acide chlorhydrique.

Le High Flux Isotope Reactor (HFIR) au Oak Ridge National Laboratory (ORNL) dans Oak Ridge, Tennessee, a commenc?? ?? produire de petits lots de californium dans les ann??es 1960. En 1995, le produit HFIR nominalement 500 milligrammes de californium chaque ann??e. Plutonium fourni par le Royaume-Uni aux ??tats-Unis en vertu de la 1958 Accord de d??fense mutuelle am??ricano-britannique a ??t?? utilis?? pour la production de californium.

Le Commission de l'??nergie atomique vendu californium-252 ?? des clients industriels et universitaires dans les ann??es 1970 pour 10 $ par microgramme et une moyenne de 150 mg de californium-252 ont ??t?? exp??di??es chaque ann??e de 1970 ?? 1990. Californium m??tallique a ??t?? pr??par?? en 1974 par Haire et Baybarz californium (III) oxyde de lanthane qui r??duit avec le m??tal pour obtenir des quantit??s de microgramme de films ??pais sous-microm??triques.

Occurrence

Les essais nucl??aires a contamin?? l'environnement avec des traces de californium.

Des quantit??s tr??s minutes de californium existent sur la Terre en raison de r??actions de capture de neutrons et d??sint??gration b??ta en tr??s hautement concentr??es uranium d??p??ts -bearing. Traces de californium peuvent ??tre trouv??s ?? proximit?? des installations qui utilisent l'??l??ment dans la prospection mini??re et dans les traitements m??dicaux. L'??l??ment est assez insoluble dans l'eau, mais il adh??re bien au sol ordinaire; et les concentrations de celui-ci dans le sol peut ??tre 500 fois plus ??lev??e que dans l'eau entourant les particules du sol.

Fallout de la pression atmosph??rique essais nucl??aires avant 1980 a contribu?? une petite quantit?? de californium ?? l'environnement. Californium isotopes avec nombres de masse 249, 252, 253, et 254 ont ??t?? observ??es dans la poussi??re radioactive recueillies aupr??s de l'air apr??s une explosion nucl??aire. Californium ne est pas un radionucl??ide majeur ?? United States Department of anciens sites ??nergie car il n'a pas ??t?? produit en grandes quantit??s.

Californium croyait autrefois ??tre produite en supernovas , que leur d??croissance correspond ?? la demi-vie de 60 jours ²⁵⁴ Cf. Cependant, des ??tudes ult??rieures ne ont pu d??montrer toute spectres de californium et courbes de lumi??re de la supernova sont maintenant pens??s pour suivre la d??croissance de nickel-56.

Production

Californium est produit en les r??acteurs nucl??aires et des acc??l??rateurs de particules. Californium-250 est fabriqu?? par bombardement berkelium-249 (249
97 Bk) avec des neutrons, formant berkelium-250 (250
97 Bk) via capture de neutrons (n, γ) qui, ?? son tour, rapidement d??sint??grations b??ta (β ^-) ?? californium-250 (250
98 Cf) dans la r??action suivante:

249
97 Bk (n, γ) 250
97 Bk → 250
98 Cf + β ^-

Bombardement de californium-250 avec des neutrons produit californium-251 et le californium-252.

Irradiation prolong??e de l'am??ricium , curium, et le plutonium avec des neutrons produit des quantit??s de milligrammes de californium-252 et les montants de microgrammes de californium-249. En 2006, le curium isotopes 244-248 sont irradi??s par des neutrons dans les r??acteurs sp??ciaux pour produire principalement californium-252 avec des quantit??s moindres d'isotopes 249-255.

Microgrammes quantit??s de californium-252 sont disponibles pour un usage commercial par les ??tats-Unis Nuclear Regulatory Commission. Seuls deux des sites produisent californium-252 - l'Oak Ridge National Laboratory aux ??tats-Unis, et de la Institut de recherche des r??acteurs atomiques dans Dimitrovgrad, Russie. En 2003, les deux sites produisent 0,25 grammes et 0,025 grammes de californium-252 par an, respectivement.

Trois isotopes de californium avec des demi-vies d'importantes sont produites, ce qui n??cessite un total de 15 captures de neutrons par l'uranium-238, sans la fission nucl??aire ou la d??sint??gration alpha survenant au cours du processus. Californium-253 est ?? la fin d'une cha??ne de production qui commence par l'uranium 238, comprend plusieurs isotopes du plutonium, am??ricium, curium, berkelium et le californium isotopes 249-253 (voir sch??ma).

Sch??ma de la production de californium-252 de l'uranium 238 par irradiation de neutrons

Applications

Cinquante tonnes exp??dition f??t construit ?? Oak Ridge National Laboratory qui peut transporter jusqu'?? 1 gramme de ²⁵² Cf. Conteneurs grandes et lourdement blind??s de transport sont n??cessaires pour emp??cher la lib??ration de mati??res hautement radioactives en cas d'accident normales et hypoth??tiques.

Californium-252 a un certain nombre d'applications sp??cialis??es comme un ??metteur de neutrons forte, et chaque microgramme de produit frais californium 139 millions neutrons par minute. Cette propri??t?? rend utile comme californium source de d??marrage de neutrons pour certains r??acteurs nucl??aires et en tant que (base non-r??acteur) source de neutrons portatif pour analyse par activation neutronique pour d??tecter l'??tat de traces dans des ??chantillons d'??l??ments. Les neutrons de californium sont utilis??s comme traitement de certains col de l'ut??rus et cancers du cerveau o?? d'autres la radioth??rapie est inefficace. Il a ??t?? utilis?? dans des applications ??ducatives depuis 1969 lorsque le Georgia Institute of Technology a re??u un pr??t de 119 ug de californium-252 de l'usine de Savannah River. Il est ??galement utilis?? avec ligne ??l??mentaire analyseurs de charbon et analyseurs de mat??riau en vrac dans les industries du charbon et du ciment.

la p??n??tration des neutrons dans des mat??riaux rend californium utile dans les instruments de d??tection tels que scanners de barres de combustible; neutronographie d'a??ronefs et de composants d'armes pour d??tecter la corrosion , mauvaises soudures, fissures et de l'humidit?? pi??g??e; et des d??tecteurs de m??taux portatifs. Jauges ?? neutrons utilisent californium-252 de trouver les couches d'eau et de p??trole dans les puits de p??trole, comme un portable source de neutrons pour l'or et l'argent pour l'analyse de prospection sur le terrain, et de d??tecter les mouvements de l'eau souterraine. Les principales utilisations de californium-252 en 1982 ??taient, dans l'ordre d'utilisation, d??marrage du r??acteur (48,3%), la num??risation de barre de combustible (25,3%), et l'analyse d'activation (19,4%). En 1994 plus californium-252 a ??t?? utilis?? dans la radiographie neutronique (77,4%), gr??ce ?? la num??risation de barre de combustible (12,1%) et le r??acteur d??marrage (6,9%) que les utilisations secondaires importants, mais lointains.

Californium-251 a une tr??s petite masse critique (environ 5 kg), l??talit?? ??lev??e, et une p??riode relativement courte de l'irradiation de l'environnement toxique. La faible masse critique de californium a conduit ?? certaines des affirmations exag??r??es au sujet des utilisations possibles de l'??l??ment.

En Octobre 2006, des chercheurs ont annonc?? que trois atomes de ununoctium (??l??ment 118) avaient ??t?? identifi??s ?? la Institut unifi?? de recherches nucl??aires dans Dubna, en Russie , comme le produit de bombardement de californium 249 avec calcium -48, ce qui en fait l'??l??ment le plus lourd jamais synth??tis??. L'objectif de cette exp??rience contenait environ 10 mg de californium-249 d??pos??s sur une feuille de titane de 32 cm ^2. Californium a ??galement ??t?? utilis?? pour produire d'autres ??l??ments transuraniens; par exemple, ??l??ment 103 (plus tard appel?? lawrencium ) a ??t?? synth??tis?? en 1961 par bombardement du californium avec bore noyaux.

Pr??cautions

Californium que se accumule dans les tissus squelettiques presse rayonnement qui perturbe la capacit?? du corps ?? former les globules rouges. L'??l??ment ne joue aucun r??le biologique naturel dans tout organisme en raison de sa radioactivit?? intense et faible concentration dans l'environnement.

Californium peut p??n??trer dans l'organisme ?? partir de l'ingestion d'aliments ou de boissons contamin??s ou en respirant l'air avec des particules en suspension de l'??l??ment. Une fois dans le corps, seulement 0,05% du californium va atteindre la circulation sanguine. Environ 65% de cette californium sera d??pos?? dans le squelette, 25% dans le foie, et le reste dans d'autres organes, ou excr??t??, principalement dans l'urine. La moiti?? de la californium d??pos?? dans le squelette et le foie ont disparu en 50 et 20 ans, respectivement. Californium dans le squelette adh??re aux surfaces osseuses avant de migrer lentement tout au long de l'os.

L'??l??ment est le plus dangereux se il est pris dans le corps. En outre, californium-249 et le californium-251 peuvent endommager les tissus ?? l'ext??rieur, ?? travers ??mission de rayons gamma. Rayonnement ??mis par californium sur l'os et le foie ionisants peut causer le cancer.