Калифорний

Уран
Плутоний
Протактиний
Кюрий

Атомный номер 98

Внешний вид - радиоактивный металл серебристо-белого цвета

Атомная масса (молярная масса) - 251,0796 а.е.м. (г/моль)

Радиус атома 295 пм

Плотность 15,1 г/см³

Температура плавления 900 K

Калифорний, Californium, Cf, атомный номер 98, атомный вес 251. Название по месту открытия (штат Калифорния, США). Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп ²⁵¹Cf (T = 900 лет). Т.пл. 900°С. Источник нейтронов в активационном анализе, медицине. Получен искусственно в 1950 г на циклотроне С. Томпсоном, А. Гиорсо, К. Стритом и Г, Сиборгом. Назван в честь Калифорнийского университета в Беркли, где и был получен. Этим названием авторы хотели указать, что открыть новый элемент им было так же трудно, как век назад пионерам Америки достичь Калифорнии.

В 1952 году среди новых ядер, извлеченных из продуктов термоядерного испытания Ivy Mike, был обнаружен удивительный изотоп калифорний-254. Удивительный потому, что главным видом его распада оказалось спонтанное деление. Удивительной оказалась и энергетика этого изотопа. Удельную мощность калифорниевого источника трудно назвать иначе, как гигантской, - 10000 квт/кг!

Известно 15 радиоактивных изотопов калифорния с массовыми числами 240—256. Из них следующие относительно устойчивы и могут быть получены в макроколичествах при длительном облучении урана или плутония нейтронами: ²⁴⁹Cf (Т = 360 лет), ²⁵⁰Cf (13,2 лет), ²⁵¹Cf (> 800 лет) и ²⁵²Cf (2,65 лет).

Получить весовые количества калифорния в ядерных реакциях с заряженными частицами - задача практически невыполнимая: слишком мал выход этого элемента при слиянии двух атомных ядер. Поэтому калифорний сегодня получают, облучая тяжелые изотопы плутония и кюрия в нейтронных потоках мощных ядерных реакторов, построенных специально для производства трансуранов. Иначе, в обычном котле, накопление калифорния будет происходить слишком медленно. Потребуется десятки лет, чтобы плутоний или кюрий превратились в элемент №98. На пути плутоний→калифорний в осколки превращаются 9999 ядер из 10000. В конечном итоге на один грамм калифорния затрачивается 10 килограммов ²³⁹Pu. И все же потери в реакторе в тысячи раз меньше потерь при синтезе калифорния в пучке ускоренных ядер. Изотоп ²⁵²Cf по существу замыкает цепочку плутоний-калифорний. Это ядро слабо взаимодействует с нейтронами, его очень трудно превратить в еще более тяжелые изотопы.

Лучше всего изучен изотоп ²⁵²Cf. Он оказался незаменимо полезен для многих физических исследований. Хотя основной вид его распада - α-распад, интенсивность параллельного спонтанного деления достаточно велика (3.08%). Микрограмм ²⁵²Cf в единицу времени дает столько же ядер-осколков, сколько микрограмм урана при интенсивном облучении нейтронами в ядерном реакторе. Поэтому его применяют для изучения осколков деления. Главное применение калифорния - изготовление мощных и чрезвычайно компактных источников нейтронов. Грамм ²⁵²Cf испускает 3*10¹² нейтронов в секунду. Он применяется в качестве пусковых источников нейтронов для ядерных реакторов, нейтронного каротажа (определении нефтяных пластов по характеру отражения нейтронов средой). Калифорний получил известность за свою чрезвычайно малую критическую массу, якобы в "диапазоне грамм", создавая множество спекуляций по поводу возможности создания "карманных" ядерных бомб. Так же как и у других трансурановых элементов, нечетные изотопы делятся тепловыми нейтронами и имеют наиболее подходящие свойства деления. Только два изотопа подходящие кандидаты на роль делящегося вещества - долгоживущие ²⁴⁹Cf и ²⁵¹Cf. Расхожее представление о калифорнии как об оружейном материале обычно сосредотачиваются на ²⁵²Cf, вследствие его чрезвычайной нейтронной излучательной способности. Однако относительно маленький период полураспада ²⁵²Cf, интенсивное и проникающее нейтронное излучение, высокая тепловая мощность делают его достаточно непригодным для оружейного использования. К тому же, даже на десяток граммов калифорния придется переработать 100 кг плутония, а это очень много.

Изотопы калифорния получают при длительном (3—4 года) облучении урана, плутония, америция или кюрия в ядерных реакторах с высокой плотностью потока нейтронов. Изотопы калифорния также могут быть получены в ходе термоядерной реакции. В настоящее время ²⁵²Cf получают в ядерных реакторах при длительном облучении ²³⁹Рu. Из 1 кг ²³⁹Рu можно получить 3 г ²⁵²Cf. Выделение изотопа из смеси трансплутониевых элементов осуществляют ионообменным или хроматографическим методами, либо электрофорезом и экстракцией.

Благодаря испусканию мощного потока нейтронов ²⁵²Cf применяют как в нейтронно-активационном анализе, так и в нейтронной радиографии; в геологоразведке и при добыче полезных ископаемых; в сталелитейной, химической, нефтеперерабатывающей, угледобывающей промышленности; в ядерной энергетике и авиационно-космической технике. Апробирован метод контактной терапии злокачественных опухолей с использованием источников ²⁵²Cf и применение их для нейтронной радиохирургии. Применяется для производства компонентов ядерного оружия (ядерные и термоядерные заряды малой мощности).  

Источник:

И.Н. Бекман. Радиохимия. Курс лекций.