98 Cf كاليفورنيوم 251*
أكتينيد f-block Period 7 Radioactive Synthetic

كاليفورنيوم

Cf · Element 98

A neutron source strong enough to be used in oil-well logging and cancer treatment.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 251 u
ELECTRON CONFIGURATION [Rn] 5f¹⁰ 7s²
97Bk All 118 99Es

البنية

ذرة كاليفورنيوم

ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع كاليفورنيوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.

فيزيائية

الكثافة 15.1 g/cm³ 81%
نقطة الانصهار 1173 K 52%
نقطة الغليان 1743 K 38%
الحرارة النوعية —
التوصيل الحراري 10 W/m·K 24%

ذرية

نصف القطر الذري 245 pm 80%
نصف القطر التساهمي 168 pm~
نصف قطر فان دير فالس 245 pm

إلكترونية

السالبية الكهربائية 1.3 30%
طاقة التأين 605.9 kJ/mol 36%
الألفة الإلكترونية —

الوفرة

الوفرة في القشرة 0 mg/kg 0%

الهوية

الرمزCf
العدد الذري98
الكتلة الذرية251 u
الفئةأكتينيد
المستوى الفرعيf
البنية البلوريةسداسي محكم التراص
حالات الأكسدة+3, +4
الاكتشاف1950
اكتشفهThompson, Street, Ghiorso & Seaborg

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق مقياس

How big is a كاليفورنيوم atom?

Radius 245 pm — that is 0.245 nm, so about 2041 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

كاليفورنيوم is liquid over a 570 K window, from 1173 K to 1743 K.

موضعه

موضعه في الجدول

كاليفورنيوم sits in the actinide series, printed below the main grid.

OTHER الأكتينيدات

89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr
All الأكتينيدات

القصة

ما هو كاليفورنيوم، وكيف اكتشفناه

A neutron source strong enough to be used in oil-well logging and cancer treatment.

The discovery of كاليفورنيوم

إنجاز مختبر Berkeley

اكتُشف كاليفورنيوم في 9 فبراير 1950 في جامعة California, Berkeley، مواصلًا السلسلة المذهلة من اكتشافات العناصر العابرة لليورانيوم التي أحدثت ثورة في العلم النووي.

فريق الاكتشاف

حقق اكتشاف كاليفورنيوم الفريق العبقري نفسه الذي كان ينشئ عناصر جديدة بصورة منهجية:

  • Glenn T. Seaborg - حائز على جائزة نوبل وقائد برنامج اكتشاف العناصر العابرة لليورانيوم
  • Kenneth Street Jr. - كيميائي إشعاعي خبير ومتخصص في الأكتينيدات
  • Albert Ghiorso - فيزيائي نووي بارع ومصمم أجهزة
  • Stanley G. Thompson - خبير تقنيات الفصل الكيميائي الإشعاعي

طريقة السيكلوترون ذي الـ60 بوصة

استُخدم في الاكتشاف السيكلوترون القوي في Berkeley ضمن تجربة مخططة بعناية:

  • المادة المستهدفة: Curium-242 (نادر ومكلف للغاية)
  • الجسيمات المقذوفة: جسيمات ألفا مسرعة إلى 35 MeV
  • التفاعل النووي: Cm-242 + α → Cf-245 + نيوترون
  • طريقة الكشف: تحليل اضمحلال ألفا والفصل الكيميائي

التحديات التجريبية

طرح إنشاء كاليفورنيوم والتعرف عليه صعوبات غير مسبوقة:

  • كميات مجهرية: أُنتجت في البداية بضعة آلاف من الذرات فقط
  • اضمحلال سريع: يبلغ عمر النصف لـ Cf-245 45 دقيقة فقط
  • تشابه كيميائي: جعلت الخصائص المتطابقة تقريبًا مع الأكتينيدات الأخرى الفصل صعبًا للغاية
  • مخاطر الإشعاع: تطلب العمل مع مواد مشعة بشدة بروتوكولات سلامة جديدة

التحديد الكيميائي

تطلب تأكيد وجود كاليفورنيوم تطوير تقنيات تحليلية جديدة:

  • كروماتوغرافيا التبادل الأيوني: فصلت كاليفورنيوم عن الأكتينيدات الأخرى استنادًا إلى فروق كيميائية دقيقة
  • مطيافية ألفا: قاست طاقات جسيمات ألفا المميزة لتأكيد العنصر الجديد
  • تحليل الاضمحلال: تتبع سلسلة الاضمحلال للتحقق من الخصائص النووية
  • القذف المتقاطع: إنشاء النظير نفسه من خلال تفاعلات نووية مختلفة للتأكيد

التسمية والتقدير

سُمّي العنصر نسبةً إلى ولاية California وجامعة California:

  • أصل الاسم: يكرّم اسم "Californium" الولاية والجامعة اللتين اكتُشف فيهما
  • اختيار الرمز: يتبع "Cf" الاصطلاح القياسي لتسمية المواد الكيميائية
  • الاعتراف الدولي: اعتمده رسميًا الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية
  • الأثر العلمي: أثبت أن العناصر الاصطناعية الأثقل يمكن أن تمتلك تطبيقات عملية

الإرث والأثر

كان اكتشاف كاليفورنيوم رائدًا لأنه:

  • أثبت أن العناصر الاصطناعية يمكن أن تمتلك استخدامات عملية مهمة
  • طوّر فهم كيمياء الأكتينيدات والفيزياء النووية
  • أدى إلى تطوير مصادر نيوترونات قوية للصناعة والطب
  • أرسى تقنيات إنتاج العناصر الاصطناعية فائقة الثقل ومناولتها

الاستخدامات

فيما يُستخدم كاليفورنيوم

التطبيقات النووية المتقدمة

يبرز كاليفورنيوم بين العناصر الاصطناعية بوصفه واحدًا من القليل منها ذي التطبيقات العملية التي تتجاوز البحث البحت. وتجعل خصائصه الفريدة منه مادة لا غنى عنها في التطبيقات الصناعية والعلمية المتخصصة.

تطبيقات مصادر النيوترونات

Cf-252 مصدر نيوترونات قوي بصورة استثنائية، إذ يصدر تقريبًا 2.3 × 10¹² نيوترون في الثانية لكل غرام من خلال الانشطار التلقائي. وهذا يجعله لا غنى عنه في:

  • تسجيل آبار النفط: تحليل التنشيط النيوتروني لتحديد محتوى النفط والماء والغاز في التكوينات الجوفية
  • تحليل الفحم: اختبار غير متلف لتحديد محتوى الكبريت والرماد في عينات الفحم
  • كشف المعادن: تستخدم أنظمة أمن المطارات Cf-252 لكشف المتفجرات والأسلحة المخفية من خلال التنشيط النيوتروني
  • بدء تشغيل المفاعلات النووية: توفير التدفق النيوتروني الأولي لبدء تشغيل المفاعلات النووية بأمان

التطبيقات الطبية

وجد انبعاث النيوترونات الشديد من كاليفورنيوم استخدامات طبية متخصصة:

  • علاج السرطان: العلاج بحزمة النيوترونات لأنواع معينة من أورام الدماغ وسرطان عنق الرحم
  • المعالجة الكثبية: مصادر Cf-252 محكمة الإغلاق للعلاج الإشعاعي الداخلي
  • التصوير الطبي: التصوير الشعاعي بالنيوترونات لتطبيقات التصوير الطبي المتخصصة
  • البحث: أبحاث العلاج بالالتقاط النيوتروني لعلاج السرطانات المقاومة

التطبيقات الصناعية

  • قياس السماكة: قياس سماكة المواد في عمليات التصنيع
  • كشف الرطوبة: تحديد محتوى الماء في مواد البناء والمنتجات الزراعية
  • تحليل الأسمنت: مراقبة الجودة في إنتاج الأسمنت من خلال التنشيط النيوتروني
  • تحليل النفايات النووية: تحديد خصائص النفايات المشعة تمهيدًا للتخلص منها بأمان

البحث العلمي

  • تشتت النيوترونات: دراسة البنى البلورية والخصائص المغناطيسية للمواد
  • الفيزياء النووية: البحث في عمليات الانشطار النووي وفيزياء النيوترونات
  • علم الآثار: تحليل التنشيط النيوتروني لتأريخ القطع الأثرية القديمة وتحليلها
  • علوم الأدلة الجنائية: تحليل العناصر النزرة في التحقيقات الجنائية

الأمن النووي

يؤدي كاليفورنيوم دورًا حاسمًا في تطبيقات الأمن النووي:

  • كشف المواد النووية: تحديد المواد النووية المخفية عند الحدود والموانئ
  • تفتيش الأسلحة: التحقق من الامتثال لمتطلبات نزع السلاح النووي
  • الضمانات: أنظمة المراقبة الدولية للطاقة الذرية

التطبيقات الصناعية المتخصصة

على خلاف معظم العناصر الاصطناعية، يمتلك كاليفورنيوم عدة تطبيقات عملية، مع أن جميعها تتطلب كميات صغيرة للغاية بسبب ندرته وارتفاع تكلفته.

صناعة النفط

  • تسجيل الآبار: تساعد مصادر النيوترونات Cf-252 في تحديد خصائص مكامن النفط
  • تحليل التكوينات: تحديد مسامية الصخور ومحتوى السوائل في آبار النفط
  • فحص خطوط الأنابيب: كشف التآكل وعيوب المواد في خطوط الأنابيب
  • تطبيقات المصافي: مراقبة الجودة في عمليات تكرير النفط

الأمن والكشف

  • أمن المطارات: أنظمة التنشيط النيوتروني لكشف المتفجرات والمخدرات
  • مراقبة الحدود: فحص حاويات الشحن بحثًا عن المواد النووية المخفية
  • الضمانات النووية: مراقبة الامتثال لمعاهدات عدم انتشار الأسلحة النووية
  • التطبيقات العسكرية: أنظمة كشف متخصصة لأغراض الدفاع

التصنيع ومراقبة الجودة

  • قياس السماكة: قياس صفائح المعادن والأغشية دون تلامس
  • تحليل الرطوبة: تحديد محتوى الماء في مواد البناء والمنتجات الغذائية
  • قياس الكثافة: مراقبة الجودة في إنتاج الخرسانة والأسفلت
  • التحليل العنصري: تحليل التنشيط النيوتروني لتحديد تركيب المواد

المختبر والبحث

  • مصدر النيوترونات: معايرة معدات كشف النيوترونات
  • تحليل التنشيط: تحديد العناصر النزرة في العينات
  • البحث النووي: دراسة الخصائص والتفاعلات النووية
  • الأدوات التعليمية: توضيح مبادئ الفيزياء النووية

الواقع الاقتصادي: تبلغ تكلفة كاليفورنيوم تقريبًا $25-30 مليون دولار لكل غرام، مما يجعله واحدًا من أغلى المواد على وجه الأرض. وتستخدم التطبيقات المعتادة كميات لا تتجاوز الميكروغرامات.

مصدره

وجوده الطبيعي

0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements

إنتاج اصطناعي بالكامل

لا يوجد كاليفورنيوم طبيعيًا على الأرض، بل يجب إنتاجه من خلال عمليات نووية متقدمة. وهو يمثل أحد أصعب إنجازات البشرية في تخليق العناصر الاصطناعية.

طريقة الإنتاج الرئيسية

عملية مفاعل النظائر عالي التدفق (HFIR): يحدث الإنتاج الرئيسي في مختبر Oak Ridge الوطني:

  • المادة الأولية: تُحضّر أهداف Curium-244 من plutonium-239
  • قذف النيوترونات: تمتص نواة المفاعل نيوترونات بواسطة Cm-244
  • الالتقاط المتتابع: تؤدي عمليات التقاط النيوترونات المتعددة إلى تكوين نظائر كوريوم أثقل
  • اضمحلال بيتا: يخضع Cm-249 لاضمحلال بيتا ليصبح Bk-249
  • الخطوة النهائية: يلتقط Bk-249 نيوترونًا آخر ويخضع لاضمحلال بيتا ليصبح Cf-250

تحديات الإنتاج

يتطلب إنتاج كاليفورنيوم التغلب على عقبات تقنية هائلة:

  • مردود منخفض للغاية: لا تنتج سنوات من تشغيل المفاعل سوى بضعة مليغرامات
  • كيمياء معقدة: فصله عن عشرات العناصر المشعة الأخرى
  • أعمار نصف قصيرة: تتحلل العديد من المنتجات الوسيطة قبل تحويلها
  • تكاليف مرتفعة: تكاليف وقت المفاعل والمعالجة هائلة

شبكة الإنتاج العالمية

لا يستطيع إنتاج كاليفورنيوم سوى عدد قليل من المنشآت حول العالم:

  • مختبر Oak Ridge الوطني (الولايات المتحدة): المصدر الرئيسي عالميًا، وينتج ~500 ميكروغرام سنويًا
  • معهد مفاعلات الطاقة الذرية (روسيا): قدرات إنتاج محدودة
  • Atomic Energy of Canada Limited: إنتاج صغير النطاق من حين إلى آخر
  • Institut Laue-Langevin (فرنسا/ألمانيا): كميات مخصصة للبحث فقط

المعالجة والتنقية

يتضمن استخراج كاليفورنيوم من أهداف المفاعل ما يلي:

  • إذابة الهدف: إذابة أهداف الكوريوم المشععة في الحمض
  • الفصل الكيميائي: كروماتوغرافيا التبادل الأيوني لفصل الأكتينيدات
  • تنقية النظير: فصل إضافي لعزل نظائر Cf المحددة
  • إعداد المصدر: تغليف المصدر لضمان التعامل معه واستخدامه بأمان

إحصاءات الإنتاج

  • إجمالي الإنتاج: لم يُنتج منذ 1958 سوى ~8 غرامات من كاليفورنيوم
  • المخزون الحالي: يوجد تقريبًا 500 مليغرام حول العالم
  • الإنتاج السنوي: أقل من 1 غرام سنويًا على مستوى العالم
  • مدة الإنتاج: 18-24 شهرًا من إعداد الهدف إلى المنتج النهائي

الأهمية الاستراتيجية: تحتفظ الولايات المتحدة وروسيا بقدرات الإنتاج الكبيرة الوحيدة من كاليفورنيوم في العالم، مما يجعله مادة ذات أهمية استراتيجية لكلا البلدين.

التعامل

السلامة

كاليفورنيوم مشع. It has no stable isotope — every nucleus decays. يتطلب التعامل معه تدريعًا وترخيصًا مناسبين.

خطر إشعاعي شديد للغاية

خطر: كاليفورنيوم واحد من أكثر المواد المشعة والخطيرة المعروفة. يمتلك Cf-252 نشاطًا نوعيًا قدره 536 GBq/mg، مما يجعله قاتلًا بكميات مجهرية.

المخاطر الصحية الحرجة

  • إشعاع ألفا الشديد: يسبب ضررًا خلويًا بالغًا وتدميرًا للحمض النووي
  • انبعاث النيوترونات: يصدر Cf-252 نيوترونات عالية الطاقة تنفذ عميقًا في الأنسجة
  • التلوث الداخلي: خطير للغاية إذا استُنشق أو ابتُلع أو دخل عبر الجروح
  • مستهدف العظام: يتركز في العظام والكبد، مسببًا تعرضًا إشعاعيًا طويل الأمد
  • مسرطن: يزيد بدرجة كبيرة خطر الإصابة بسرطان العظام وسرطان الكبد واللوكيميا

بروتوكولات السلامة الإلزامية

  • الاحتواء في الخلية الساخنة: يجب التعامل معه فقط في منشآت محمية بشدة وتُشغّل عن بُعد
  • حواجز متعددة: أنظمة احتواء ثلاثية لمنع أي تسرب محتمل
  • الحماية من النيوترونات: يلزم استخدام مواد خاصة ماصة للنيوترونات إضافةً إلى الحماية الإشعاعية القياسية
  • مراقبة الإشعاع: مراقبة مستمرة باستخدام أنظمة كشف متعددة
  • أنظمة الطوارئ: أنظمة سلامة آلية للاحتواء الفوري في حال وقوع حوادث

حماية العاملين

  • المناولة عن بُعد: يجب تنفيذ جميع العمليات عن بُعد باستخدام المتلاعبات
  • قياس الجرعات الشخصي: شارات إشعاعية متعددة ومراقبة آنية للجرعة
  • المراقبة الطبية: مراقبة صحية منتظمة لجميع العاملين
  • متطلبات التدريب: تدريب متخصص ومكثف في السلامة الإشعاعية

الاستجابة للطوارئ

تتطلب حوادث كاليفورنيوم استجابة فورية للطوارئ:

  • الإخلاء: إخلاء جميع العاملين فورًا من المناطق الملوثة
  • العلاج الطبي: علاج طارئ على يد اختصاصيي طب الإشعاع
  • إزالة التلوث: يلزم الاستعانة بفرق تنظيف إشعاعي محترفة
  • المراقبة طويلة الأمد: مراقبة صحية مدى الحياة للأفراد المتعرضين

الرقابة التنظيمية: يخضع كاليفورنيوم لأشد ضوابط المواد النووية صرامة. وتتطلب حيازته واستخدامه ونقله تراخيص خاصة وإشرافًا دوليًا.

إجابات سريعة

كاليفورنيوم: أسئلة شائعة

What is كاليفورنيوم?

كاليفورنيوم (symbol Cf) is element 98 on the periodic table, a أكتينيد in period 7. A neutron source strong enough to be used in oil-well logging and cancer treatment. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.

What is the electron configuration of كاليفورنيوم?

كاليفورنيوم's ground-state electron configuration is [Rn] 5f¹⁰ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 28, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of كاليفورنيوم?

كاليفورنيوم melts at 1173 K (899.9 °C) and boils at 1743 K (1469.9 °C).

What is the atomic mass of كاليفورنيوم?

كاليفورنيوم has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 251, is the mass number of its longest-lived known isotope.

How dense is كاليفورنيوم?

كاليفورنيوم has a density of 15.1 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of كاليفورنيوم is about 15.1× heavier.

What is the electronegativity of كاليفورنيوم?

كاليفورنيوم has a Pauling electronegativity of 1.3. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered كاليفورنيوم, and when?

كاليفورنيوم was discovered in 1950 by Thompson, Street, Ghiorso & Seaborg. It is named after california.

How common is كاليفورنيوم on Earth?

كاليفورنيوم does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.

Is كاليفورنيوم radioactive?

Yes. كاليفورنيوم has no stable isotope — every one of its nuclei decays. It does not occur in usable quantities in nature and must be synthesised.

→ السابق Bk Berkelium Element 97 · Actinide التالي ← Es Einsteinium Element 99 · Actinide