97 Bk バークリウム 247*
アクチノイド f-block Period 7 Radioactive Synthetic

バークリウム

Bk · Element 97

Made in nanogram quantities and used mainly as a target for creating even heavier elements.

20°Cでの状態 固体
原子量 247 u
ELECTRON CONFIGURATION [Rn] 5f⁹ 7s²
96Cm All 118 98Cf

構造

バークリウム原子

環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

性質一覧

各バーは、その性質についてバークリウムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。

物理的

密度 14.78 g/cm³ 80%
融点 1323 K 58%
沸点 2900 K 58%
比熱 —
熱伝導率 10 W/m·K 24%

原子

原子半径 244 pm 79%
共有結合半径 168 pm~
ファンデルワールス半径 244 pm

電子

電気陰性度 1.3 30%
イオン化エネルギー 598.2 kJ/mol 32%
電子親和力 —

存在

地殻中の存在度 0 mg/kg 0%

同定

元素記号Bk
原子番号97
原子量247 u
分類アクチノイド
ブロックf
結晶構造六方最密充填
酸化数+3, +4
発見年1949
発見者Thompson, Ghiorso & Seaborg

出典：IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。

縮尺どおりの大きさ

How big is a バークリウム atom?

Radius 244 pm — that is 0.244 nm, so about 2049 million of them side by side would span a millimetre.

熱範囲

Solid, liquid, gas — and when

バークリウム is liquid over a 1577 K window, from 1323 K to 2900 K.

位置

表での位置

バークリウム sits in the actinide series, printed below the main grid.

OTHER アクチノイド

89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr
All アクチノイド

物語

バークリウムとは何か、そしてどのように発見されたか

Made in nanogram quantities and used mainly as a target for creating even heavier elements.

The discovery of バークリウム

バークレー研究所の発見チーム

バークリウムは1949年12月19日、カリフォルニア大学バークレー校で、ウランより重い新元素を体系的に作り出していた優秀な核化学者のチームによって発見されました。

発見チーム

バークリウムの発見チームには、20世紀を代表する核科学者が参加していました。

  • Glenn T. Seaborg－チームリーダーであり、多数の超ウラン元素を発見したノーベル賞受賞者
  • Stanley G. Thompson－アクチノイド化学と放射化学的分離の専門家
  • Albert Ghiorso－独創的な装置設計者であり核物理学者
  • Kenneth Street Jr.－重元素の同定を専門とする放射化学者

60インチサイクロトロン実験

この発見には、当時最も強力な粒子加速器の一つであったバークレーの60インチサイクロトロンが使用されました。

  • 標的物質：アメリシウム-241（利用できたのはわずか1マイクログラム！）
  • 入射粒子：35 MeVまで加速したヘリウム-4原子核（アルファ粒子）
  • 核反応：Am-241 + α → Bk-243 + 2中性子
  • 検出：特徴的なアルファ崩壊パターンによって同定

同定の難しさ

バークリウムの発見を確認するには、並外れた技術が必要でした。

  • 極微量：生成されたのは数千個の原子だけでした
  • 短い半減期：Bk-243は4.5時間の半減期で崩壊します
  • 化学分離：イオン交換クロマトグラフィーによって他のアクチノイドと区別しました
  • アルファ線分光法：固有のアルファ粒子エネルギーシグネチャーによって新元素であることが確認されました

科学的影響

バークリウムの発見は、次の理由から科学的に画期的でした。

  • アクチノイド系列の構造に関する予測を確認した
  • ネプツニウムより重い元素を体系的に作り出せることを実証した
  • 核殻構造の理論モデルを検証した
  • さらに重い元素の発見への道を開いた

評価と遺産

発見チームの業績は、数多くの栄誉によって評価されました。

  • ノーベル化学賞（1951年）：超ウラン元素の発見によりGlenn Seaborgに授与
  • 元素名：発見地であるカリフォルニア州バークレーにちなんで命名
  • 科学的遺産：バークレー研究所を超重元素研究における世界有数の拠点として確立

用途

バークリウムの用途

研究への応用

バークリウムは、原子科学の限界を押し広げ、物質そのものに対する理解を深める核研究において、最も困難な最前線の一つです。

核物理学研究

バークリウムは、さらに重い元素を合成するための重要な足がかりとなります。Bk-249同位体は、粒子加速器で元素117（テネシン）などを生成する標的物質として使用されます。これらの実験は、超重元素がより長く存在できると予測される領域、理論上の「安定の島」について科学者が理解するのに役立ちます。

アクチノイド化学の研究

バークリウムは非常に希少ですが、アクチノイド化学に関する独自の知見をもたらします。研究者は、その酸化数（主に+3と+4）を調べ、5f軌道系列における電子の挙動を理解しようとしています。これらの研究は、重元素化学に関する新しい理論の構築や、未発見元素の性質の予測に不可欠です。

教育研究ツール

バークリウムの同位体は、高度な核化学の授業で教育ツールとして使用され、学生が次の事項を理解するのに役立ちます。

  • アルファ崩壊の過程と核の安定性
  • 電子捕獲の機構
  • アクチノイド溶液における複合イオンの形成
  • 放射化学的分離技術

技術開発

バークリウムを用いた研究は、次のような高度な核技術の開発に貢献します。

  • 同位体の分離と精製
  • 放射線検出装置の校正
  • 核廃棄物処理技術
  • 核過程の理論モデリング

将来の応用

現在は研究用途に限られていますが、バークリウムの研究は将来的に次の分野へ貢献する可能性があります。

  • 新しい核エネルギー技術の開発
  • 先端材料科学への応用
  • 恒星内元素合成に関する理解の向上
  • 次世代の素粒子物理学実験

限定的な研究用途

バークリウムは、極めて希少で半減期が短く、放射能が高いため、商業用途はありません。すべての用途は、専門的な核研究施設に限られています。

主な研究用途

  • 標的物質：Bk-249は、テネシン（元素117）のような超重元素を合成するため、粒子加速器の標的として使用されます
  • 核研究：アクチノイド系列における核の性質、崩壊形式、安定性のパターンの研究
  • 化学研究：アクチノイド化学、酸化数、複合イオン形成の研究
  • 校正標準：高感度な放射線検出装置の校正に、極めて少量使用されます

学術用途

  • 大学院研究：核化学および核物理学課程における高度な研究
  • 理論研究：超重元素における核モデルと周期的傾向の検証
  • 教育実演：核の安定性と放射性崩壊の概念の説明

分析用途

バークリウムの同位体は、次の基準物質として使用されます。

  • 質量分析の校正
  • 放射化学分析技術
  • 核反応断面積の測定
  • アルファ線分光法の標準

生産規模：これまでに生産されたバークリウムはマイクログラム量にすぎず、地球上で最も希少な物質の一つです。世界の年間生産量はナノグラム単位で測定されます。

由来

天然での存在

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

完全人工合成元素

バークリウムは地球上に天然には存在せず、原子炉または粒子加速器で人工的に生成する必要があります。これは、自然界に存在しない新しい物質を人類が作り出す能力を示しています。

生成方法

原子炉での生成：主な方法は、高束原子炉内でアメリシウム-241に中性子を照射することです。

  • Am-241 + 中性子 → Am-242 → Cm-242（ベータ崩壊）
  • Cm-242 + 中性子 → Cm-243 + 中性子 → Cm-244
  • さらに中性子捕獲とベータ崩壊を繰り返すことで、最終的にBk-249に至ります

粒子加速器による合成：重イオン照射を用いる別の方法です。

  • キュリウム標的へのアルファ粒子の照射
  • Cm-245 + α → Bk-249 + 中性子
  • 正確なエネルギー制御と高度な検出システムが必要です

分離と精製

バークリウムの分離が極めて困難なのは、次の理由によります。

  • 類似した化学的性質：他のアクチノイドと化学的性質がほぼ同一です
  • 極微量：数か月にわたる原子炉運転で生成されるのはマイクログラム量にすぎません
  • 短い半減期：ほとんどの同位体は数日から数か月以内に崩壊します
  • 複雑な混合物：他の多くの放射性元素とともに生成されます

世界の生産拠点

世界でバークリウムを生産できる施設はごくわずかです。

  • オークリッジ国立研究所（米国）：高束同位体原子炉を使用する世界の主な供給源
  • 原子炉研究所（ロシア）：限られた生産能力を保有
  • ラウエ・ランジュバン研究所（フランス）：欧州の研究向けに時折生産

総生産量：1949年の発見以来、生産されたバークリウムは1グラム未満です

現在の可用量：世界中に存在する量は、通常、いかなる時点でも1ミリグラム未満です

取り扱い

安全性

バークリウムは放射性です。 It has no stable isotope — every nucleus decays. 取り扱いには適切な遮蔽と許可が必要です。

極めて高い放射線の危険性

警告：バークリウムは科学上知られている中で最も危険な放射性物質の一つです。複数の経路で極めて重大な健康リスクをもたらすため、最高水準の安全手順が必要です。

主な危険性

  • アルファ線：強いアルファ粒子の放出により、深刻な細胞損傷を引き起こす可能性があります
  • 体内汚染：吸入、摂取、または傷口から吸収された場合、極めて危険です
  • 骨への蓄積：骨や肝臓に蓄積し、長期的な放射線被ばくを引き起こします
  • 発がん性：骨がん、肝がん、白血病のリスクを大幅に高めます

必要な安全対策

  • 封じ込めレベル：複数の封じ込め障壁を備えた専用のホットセル内でのみ取り扱わなければなりません
  • 個人防護：完全な放射線防護服、供給空気システム、線量測定による監視
  • 空気ろ過：空気中の汚染を防ぐHEPAろ過システム
  • 廃棄物管理：すべての物質を高レベル放射性廃棄物として処理しなければなりません

緊急時の手順

バークリウムへの被ばくまたは汚染が発生した場合：

  • 直ちに避難：直ちに区域から退避し、汚染区域を封鎖します
  • 医療処置：放射線専門医療機関で直ちに治療を受けます
  • 除染：専門家による放射線除染が必要です
  • 監視：被ばくした人に対して長期的な健康監視を行います

法的規制：バークリウムは、国際原子力機関の規制に基づく核物質として管理されています。専門設備と訓練を受けた職員を備えた認可施設だけが取り扱うことができます。

簡単な回答

バークリウム：よくある質問

What is バークリウム?

バークリウム (symbol Bk) is element 97 on the periodic table, a アクチノイド in period 7. Made in nanogram quantities and used mainly as a target for creating even heavier elements. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.

What is the electron configuration of バークリウム?

バークリウム's ground-state electron configuration is [Rn] 5f⁹ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 27, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of バークリウム?

バークリウム melts at 1323 K (1049.9 °C) and boils at 2900 K (2626.9 °C).

What is the atomic mass of バークリウム?

バークリウム has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 247, is the mass number of its longest-lived known isotope.

How dense is バークリウム?

バークリウム has a density of 14.78 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of バークリウム is about 14.8× heavier.

What is the electronegativity of バークリウム?

バークリウム 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 バークリウム, and when?

バークリウム was discovered in 1949 by Thompson, Ghiorso & Seaborg. It is named after berkeley, California.

How common is バークリウム on Earth?

バークリウム does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.

Is バークリウム radioactive?

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

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