Войти
Калифорний - это радиоактивный химический элемент с символом Cfи атомный номер 98. Этот элемент был впервые синтезирован в 1950 г. в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (затем Радиационная лаборатория Калифорнийского университета) путем бомбардировки кюрия альфа-частицами (ионы гелия-4 ). Это элемент актинид, шестой трансурановый элемент, который должен быть синтезирован, и имеет вторую по величине атомную массу среди всех элементов, которые были произведены в количествах достаточно большой, чтобы видеть невооруженным глазом (после einsteinium ). Элемент был назван в честь университета и штата Калифорния.
. Две кристаллические формы существуют для калифорния при нормальном давлении: одна выше и одна ниже 900 ° C (1650 ° F). Третья форма существует при высоком давлении. Калифорний медленно тускнеет на воздухе при комнатной температуре. Соединения калифорния преобладают со степенью окисления +3 . Наиболее стабильным из двадцати известных изотопов калифорния является калифорний-251, период полураспада которого составляет 898 лет. Такой короткий период полураспада означает, что этот элемент не находится в значительных количествах в земной коре. Калифорний-252 с периодом полураспада около 2,645 лет является наиболее часто используемым изотопом и производится в Национальной лаборатории Ок-Ридж в США и Исследовательском институте атомных реакторов в России.
Калифорний - один из немногих трансурановых элементов, имеющих практическое применение. В большинстве этих приложений используется свойство некоторых изотопов калифорния испускать нейтроны. Например, калифорний может использоваться для запуска ядерных реакторов, и он используется в качестве источника нейтронов при исследовании материалов с помощью дифракции нейтронов и нейтронной спектроскопии. Калифорний также можно использовать в ядерном синтезе элементов с более высокой массой; оганессон (элемент 118) был синтезирован путем бомбардировки атомов калифорния-249 ионами кальция-48. Пользователи калифорния должны принимать во внимание радиологические проблемы и способность элемента нарушать образование красных кровяных телец за счет биоаккумуляции в скелетных тканях.
Калифорний - серебристо-белый актинид металл с точкой плавления 900 ± 30 ° C (1,650 ± 50 ° F) и расчетной точкой кипения 1,745 K (1,470 ° C; 2680 ° F). Чистый металл податлив и легко режется лезвием бритвы. Металлический калифорний начинает испаряться при температуре выше 300 ° C (570 ° F) под воздействием вакуума. Ниже 51 K (−222 ° C; −368 ° F) металлический калифорний является либо ферромагнитным, либо ферримагнитным (действует как магнит), между 48 и 66 K это антиферромагнетик (промежуточное состояние), а выше 160 К (−113 ° C; −172 ° F) он парамагнитен (внешние магнитные поля могут сделать его магнитным). Он образует сплавы с металлами лантанидами, но мало что известно о полученных материалах.
Элемент имеет две кристаллические формы по стандарту атмосферное давление : двойная гексагональная плотноупакованная форма, обозначенная альфа (α), и гранецентрированная кубическая форма, обозначенная бета (β). Форма α существует при температуре ниже 600–800 ° C с плотностью 15,10 г / см, а форма β существует при температуре выше 600–800 ° C с плотностью 8,74 г / см. При давлении 48 ГПа β-форма превращается в ромбическую кристаллическую систему из-за делокализации 5f-электронов атома, которая освобождает их для связи.
Модуль объемной упругости материала является мерой его устойчивости к равномерному давлению. Модуль объемной упругости калифорния составляет 50 ± 5 ГПа, что аналогично трехвалентным лантаноидам, но меньше, чем у более известных металлов, таких как алюминий (70 ГПа).
| состояние | соединение | формула | цвет | |
|---|---|---|---|---|
| +2 | CfBr 2 | желтый | ||
| +2 | CfI 2 | темно-фиолетовый | ||
| +3 | Cf2O3 | желто-зеленый | ||
| +3 | CfF 3 | ярко-зеленый | ||
| +3 | хлорид калифорния (III) | CfCl 3 | изумрудно-зеленый | |
| +3 | CfBr 3 | желтовато-зеленый | ||
| +3 | CfI 3 | лимонно-желтый | ||
| +3 | калифорний (III) полиборат | Cf [B 6O8(OH) 5] | бледно-зеленый | |
| +4 | CfO 2 | черно-коричневый | ||
| +4 | CfF 4 | зеленый |
Калифорний имеет степень окисления 4, 3 или 2. Обычно он образует восемь или девять связей с окружающими атомами или ионами. По прогнозам, его химические свойства аналогичны другим актинидам с валентностью 3+ и элементу диспрозий, который является лантанидом выше калифорния в периодической таблице. Соединения в степени окисления +4 являются сильными окислителями, а соединения в состоянии +2 - сильными восстанавливающими агентами.
Элемент медленно тускнеет на воздухе при комнатной температуре, причем скорость увеличивается при влажности добавлен. Калифорний реагирует при нагревании с водородом, азотом или халькогеном (элемент семейства кислорода); реакции с сухим водородом и водными минеральными кислотами протекают быстро.
Калифорний является только водорастворимым в качестве катиона калифорния (III) . Попытки восстановить или окислить ион +3 в растворе потерпели неудачу. Элемент образует водорастворимый хлорид, нитрат, перхлорат и сульфат и осаждается в виде фторида <156.>, оксалат или гидроксид. Калифорний является самым тяжелым актинидом, проявляющим ковалентные свойства, как это наблюдается у бората калифорния.
Были охарактеризованы двадцать радиоизотопов калифорния, наиболее стабильным из которых является калифорний. -251 с периодом полураспада 898 лет, калифорний-249 с периодом полураспада 351 год, калифорний-250 с периодом полураспада 13,08 года и калифорний-252 с периодом полураспада 2.645 лет. Все оставшиеся изотопы имеют период полураспада менее года, а у большинства из них период полураспада менее 20 минут. Изотопы калифорния находятся в диапазоне массовое число от 237 до 256.
Калифорний-249 образуется в результате бета-распада берклия-249 и большинства других изотопов калифорния. изготавливаются путем воздействия на берклий интенсивным нейтронным излучением в ядерном реакторе. Хотя калифорний-251 имеет самый длительный период полураспада, его выход составляет всего 10% из-за его склонности к улавливанию нейтронов (высокий захват нейтронов ) и его склонности к взаимодействию с другими частицами (высокий нейтронный поперечное сечение ).
Калифорний-252 является очень сильным излучателем нейтронов, что делает его чрезвычайно радиоактивным и опасным. Калифорний-252 подвергается альфа-распаду 96,9% времени для образования кюрия -248, в то время как оставшиеся 3,1% распадов составляют спонтанное деление. Один микрограмм (мкг) калифорния-252 испускает 2,3 миллиона нейтронов в секунду, в среднем 3,7 нейтрона на спонтанное деление. Большинство других изотопов калифорния распадаются до изотопов кюрия (атомный номер 96) посредством альфа-распада.
Циклотрон диаметром 60 дюймов (1,52 м), использованный для первого синтеза калифорния Калифорний был впервые синтезирован в Калифорнийском университете Радиационная лаборатория в Беркли, исследователи-физики Стэнли Г. Томпсон, Кеннет-стрит-младший, Альберт Гиорсо и Гленн Т. Сиборг примерно 9 февраля 1950 года. Это был шестой трансурановый элемент, который был открыт; группа объявила о своем открытии 17 марта 1950 года.
Чтобы произвести калифорний, мишень из кюрия-242 (. 96Cm.) размером в микрограмм подверглась бомбардировке 35 МэВ- альфа-частицами (. 2He.) в циклотроне диаметром 60 дюймов (1,52 м) в Беркли, который произвел калифорний-245 (. 98Cf.) плюс один свободный нейтрон (. n.).
. Чтобы идентифицировать и выделить элемент, методы ионного обмена и адсорбции. В этом эксперименте было произведено всего около 5000 атомов калифорния, а период полураспада этих атомов составил 44 минуты.
Первооткрыватели назвали новый элемент в честь университета и штата. Это был отход от соглашения, используемого для элементов с 95 по 97, которое черпало вдохновение из того, как были названы элементы непосредственно над ними в периодической таблице. Однако элемент диспрозий непосредственно над элементом 98 в периодической таблице имеет название, которое просто означает «труднодоступный», поэтому исследователи решили отказаться от неформального соглашения об именах. Они добавили, что «лучшее, что мы можем сделать, - это указать [на то]... что столетие назад исследователи обнаружили, что добраться до Калифорнии было трудно».
Взвешенные количества калифорния были впервые получены путем облучения плутония. цели в реакторе для испытаний материалов на Национальной испытательной станции реакторов в восточном Айдахо ; и эти находки были опубликованы в 1954 году. В этих образцах наблюдалась высокая скорость спонтанного деления калифорния-252. Первый эксперимент с калифорнием в концентрированной форме был проведен в 1958 году. Изотопы от калифорния-249 до калифорния-252 были выделены в том же году из образца плутония-239, облученного нейтронами в ядерном реакторе в течение пять лет. Двумя годами позже, в 1960 г., в Радиационной лаборатории Лоуренса Калифорнийского университета были созданы первые соединения калифорния - трихлорид калифорния, оксихлорид калифорния и оксид калифорния - путем обработки калифорния паром и соляной кислотой. 276>
Изотопный реактор с высоким потоком (HFIR) в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) в Ок-Ридж, штат Теннесси, начал производить небольшие партии калифорния в 1960-е гг. К 1995 году HFIR номинально производил 500 миллиграммов (0,018 унции) калифорния в год. Плутоний, поставленный Соединенным Королевством в Соединенные Штаты в соответствии с Соглашением о взаимной обороне между США и Великобританией от 1958 года, использовался для производства калифорния.
Комиссия по атомной энергии продавала калифорний- 252 промышленным и академическим потребителям в начале 1970-х годов по цене 10 долларов за микрограмм и в среднем 150 мг (0,0053 унции) калифорния-252 поставлялись ежегодно с 1970 по 1990 год. оксид калифорния (III) с металлическим лантаном для получения микрограмм пленок субмикрометровой толщины.
Следы калифорния можно найти возле предприятий, которые используют этот элемент в разведке полезных ископаемых и в медицине. лечения. Элемент нерастворим в воде, но хорошо прилипает к обычной почве; и его концентрация в почве может быть в 500 раз выше, чем в воде, окружающей частицы почвы.
Fallout от атмосферных ядерных испытаний до 1980 года внесло небольшое количество калифорния в окружающую среду.. Изотопы калифорния с массовыми числами 249, 252, 253 и 254 были обнаружены в радиоактивной пыли, собранной из воздуха после ядерного взрыва. Калифорний не является основным радионуклидом на прежних объектах Министерства энергетики США, поскольку он не производился в больших количествах.
Когда-то считалось, что калифорний производится в сверхновых, поскольку их распад соответствует 60-дневному периоду полураспада Cf. Однако последующие исследования не смогли продемонстрировать какие-либо спектры калифорния, и теперь считается, что кривые блеска сверхновых соответствуют распаду никеля-56.
трансурановых элементов от америция до фермий, включая калифорний, естественным образом встречается в естественном ядерном реакторе деления в Окло, но больше этого не происходит.
Калифорний производится в ядерных реакторах и ускорителях частиц. Калифорний-250 получают путем бомбардировки берклия-249 (. 97Bk.) нейтронами, образуя берклий-250 (. 97Bk.) посредством захвата нейтронов (n, γ), что, в свою очередь, быстро бета-распад (β) до калифорния-250 (. 98Cf.) в следующей реакции:
Бомбардировка калифорния-250 нейтронами дает калифорний-251 и калифорний-252.
Продолжительное облучение америция, кюрия и плутония нейтронами дает миллиграммы калифорния-252 и микрограммы калифорния-249. По состоянию на 2006 год изотопы 244–248 кюрия облучались нейтронами в специальных реакторах для получения в основном калифорния-252 с меньшими количествами изотопов 249–255.
Микрограммы калифорния-252 доступны для коммерческого использования через Комиссия по ядерному регулированию США. Только два предприятия производят калифорний-252: Национальная лаборатория Окриджа в США и Научно-исследовательский институт атомных реакторов в Димитровграде, Россия. По состоянию на 2003 год на этих двух объектах производилось 0,25 грамма и 0,025 грамма калифорния-252 в год соответственно.
Производятся три изотопа калифорния со значительными периодами полураспада, что требует в общей сложности 15 захватов нейтронов с помощью уран-238 без ядерного деления или альфа-распада, происходящего во время процесса. Калифорний-253 находится в конце производственной цепочки, которая начинается с урана-238, включает несколько изотопов плутония, америция, кюрия, берклия. и изотопы калифорния с 249 по 253 (см. Диаграмму).
Схема производства калифорния-252 из урана-238 путем нейтронного облучения 
50-тонный транспортный контейнер, построенный в Национальной лаборатории Ок-Ридж, который может транспортировать до 1 грамма Cf. Большие и хорошо экранированные транспортные контейнеры необходимы для предотвращения выброса высокорадиоактивных материалов в случае обычных и гипотетических аварий. Калифорний-252 имеет ряд специализированных применений в качестве сильного излучателя нейтронов, и каждый микрограмм свежего калифорния производит 139 миллион нейтронов в минуту. Это свойство делает калифорний полезным в качестве пускового источника нейтронов для некоторых ядерных реакторов и в качестве переносного (нереакторного) источника нейтронов для активационного анализа нейтронов для обнаружения следовых количеств элементов в образцах.. Нейтроны из калифорния используются для лечения некоторых шейки матки и рака мозга, где другая лучевая терапия неэффективна. Он используется в образовательных целях с 1969 года, когда Технологический институт Джорджии получил ссуду в размере 119 мкг калифорния-252 от завода в Саванна-Ривер. Он также используется с интерактивными элементными анализаторами угля и анализаторами сыпучих материалов в угольной и цементной промышленности.
Проникновение нейтронов в материалы делает калифорний полезным в приборах обнаружения, таких как топливные стержни сканеры; нейтронная радиография самолетов и компонентов оружия для обнаружения коррозии, плохие сварные швы, трещины и скопившаяся влага; и в портативных металлоискателях. Нейтронные датчики влажности используют калифорний-252 для обнаружения слоев воды и нефти в нефтяных скважинах, в качестве портативного источника нейтронов для поиска золота и серебра на- точечный анализ и обнаружение движения грунтовых вод. Основными видами использования калифорния-252 в 1982 г. были запуск реактора (48,3%), сканирование топливных стержней (25,3%) и активационный анализ (19,4%). К 1994 году большая часть калифорния-252 использовалась в нейтронной радиографии (77,4%), при этом сканирование твэлов (12,1%) и запуск реактора (6,9%) были важными, но отдаленными вторичными применениями.
Калифорний-251 имеет очень небольшую расчетную критическую массу около 5 кг (11 фунтов), высокую летальность и относительно короткий период токсичного воздействия окружающей среды. Низкая критическая масса калифорния привела к некоторым преувеличенным заявлениям о возможном использовании этого элемента.
В октябре 2006 года исследователи объявили, что три атома оганессона (элемент 118) были идентифицированы в Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, Россия, как продукт бомбардировки калифорния-249 кальцием-48, в результате чего он самый тяжелый элемент из когда-либо синтезированных. Мишень для этого эксперимента содержала около 10 мг калифорния-249, нанесенного на титановую фольгу площадью 32 см. Калифорний также использовался для производства других трансурановых элементов; например, элемент 103 (позже названный лоуренсий ) был впервые синтезирован в 1961 году путем бомбардировки калифорния ядрами бора.
Калифорний, который биоаккумулируется в скелетной ткани, высвобождает излучение, которое нарушает способность организма образовывать эритроциты. Элемент не играет естественной биологической роли в каком-либо организме из-за его высокой радиоактивности и низкой концентрации в окружающей среде.
Калифорний может попасть в организм при проглатывании зараженной пищи или напитков или при вдыхании воздуха с взвешенными частицами элемента. Попадая в организм, только 0,05% калифорния достигает кровотока. Около 65% этого калифорния откладывается в скелете, 25% - в печени, а остальная часть - в других органах или выводится, главным образом, с мочой. Половина калифорния, откладываемого в скелете и печени, исчезает через 50 и 20 лет соответственно. Калифорний в скелете прилипает к поверхности кости, прежде чем медленно мигрировать по кости.
Этот элемент наиболее опасен при попадании в тело. Кроме того, калифорний-249 и калифорний-251 могут вызывать внешнее повреждение тканей из-за излучения гамма-излучения. Ионизирующее излучение, испускаемое калифорнием на кости и в печень, может вызвать рак.
 | На Викискладе есть ссылки на СМИ относится к Калифорний. |
 | Найдите калифорний в Wiktionary, бесплатном словаре. |
Категория: Калифорний.