98 Cf カリホルニウム 251*
アクチノイド f-block Period 7 Radioactive Synthetic

カリホルニウム

Cf · Element 98

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

20°Cでの状態 固体
原子量 251 u
ELECTRON CONFIGURATION [Rn] 5f¹⁰ 7s²
97Bk All 118 99Es

構造

カリホルニウム原子

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、その性質についてカリホルニウムが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 15.1 g/cm³ 81%
融点 1173 K 52%
沸点 1743 K 38%
比熱 —
熱伝導率 10 W/m·K 24%

原子

原子半径 245 pm 80%
共有結合半径 168 pm~
ファンデルワールス半径 245 pm

電子

電気陰性度 1.3 30%
イオン化エネルギー 605.9 kJ/mol 36%
電子親和力 —

存在

地殻中の存在度 0 mg/kg 0%

同定

元素記号Cf
原子番号98
原子量251 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1950
発見者Thompson, Street, 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 カリホルニウム atom?

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

熱範囲

Solid, liquid, gas — and when

カリホルニウム is liquid over a 570 K window, from 1173 K to 1743 K.

位置

表での位置

カリホルニウム 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 97Bk 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr
All アクチノイド

物語

カリホルニウムとは何か、そしてどのように発見されたか

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

The discovery of カリホルニウム

Berkeley Labの成果

カリホルニウムは1950年2月9日、カリフォルニア大学バークレー校で発見されました。これは、原子核科学に革命をもたらした超ウラン元素発見の目覚ましい流れを引き継ぐものでした。

発見チーム

カリホルニウムの発見は、新元素を体系的に生成してきた同じ優れたチームによって達成されました。

  • Glenn T. Seaborg - ノーベル賞受賞者で、超ウラン元素発見計画の指導者
  • Kenneth Street Jr. - 放射化学の専門家で、アクチノイドの研究者
  • Albert Ghiorso - 独創的な原子核物理学者で、装置の設計者
  • Stanley G. Thompson - 放射化学的分離技術の達人

60インチサイクロトロン法

この発見では、綿密に計画された実験でバークレーの強力なサイクロトロンを使用しました。

  • 標的物質：キュリウム-242（極めて希少で高価）
  • 照射粒子：35 MeVまで加速したアルファ粒子
  • 核反応：Cm-242 + α → Cf-245 + neutron
  • 検出方法：アルファ崩壊分析と化学分離

実験上の課題

カリホルニウムの生成と同定には、前例のない困難が伴いました。

  • 微量：初めに生成されたのはわずか数千個の原子でした
  • 急速な崩壊：Cf-245の半減期はわずか45分です
  • 化学的類似性：他のアクチノイドと性質がほぼ同じで、分離が非常に困難でした
  • 放射線の危険：非常に放射性の高い物質を扱うため、新しい安全手順が必要でした

化学的同定

カリホルニウムの存在を確認するには、新しい分析技術の開発が必要でした。

  • イオン交換クロマトグラフィー：わずかな化学的差異に基づいて、他のアクチノイドからカリホルニウムを分離しました
  • アルファ線スペクトロスコピー：特徴的なアルファ粒子のエネルギーを測定し、新元素を確認しました
  • 崩壊分析：崩壊系列を追跡して核の性質を確認しました
  • クロスボンバードメント：異なる核反応によって同じ同位体を生成し、確認しました

命名と認定

この元素は、カリフォルニア州とカリフォルニア大学にちなんで命名されました。

  • 名前の由来：「Californium」は、発見された州と大学の両方を称える名前です
  • 記号の選択：「Cf」は標準的な化学命名規則に従っています
  • 国際的な認定：国際純正・応用化学連合によって正式に承認されました
  • 科学的影響：さらに重い合成元素にも実用的な用途があり得ることを示しました

遺産と影響

カリホルニウムの発見は、次の点で画期的でした。

  • 合成元素にも重要な実用用途があることを証明しました
  • アクチノイドの化学と原子核物理学の理解を深めました
  • 産業や医療向けの強力な中性子源の開発につながりました
  • 合成超重元素を生成・取り扱う技術を確立しました

用途

カリホルニウムの用途

高度な原子力用途

カリホルニウムは、純粋な研究以外にも実用的な用途を持つ数少ない合成元素の一つです。その独自の性質により、専門的な産業および科学用途で非常に重要です。

中性子源としての用途

Cf-252は、自然核分裂によって1グラムあたり毎秒2.3 × 10¹²個の中性子を放出する非常に強力な中性子源です。そのため、次の用途に使用されます。

  • 油井検層：中性子放射化分析により、地下の地層に含まれる油、水、気体の量を測定します
  • 石炭分析：石炭試料の硫黄と灰分の含有量を測定する非破壊検査です
  • 金属検出：空港の保安システムでCf-252を使用し、隠された爆発物や武器を検出します
  • 原子炉の起動：原子炉を安全に起動するための初期中性子束を供給します

医療用途

カリホルニウムの強い中性子放出は、専門的な医療用途に利用されています。

  • がん治療：特定の脳腫瘍や子宮頸がんに対する中性子線治療です
  • 小線源治療：内部放射線治療に密封Cf-252線源を使用します
  • 医療画像：専門的な医療画像用途に中性子ラジオグラフィーを使用します
  • 研究：治療抵抗性のがんを治療するための中性子捕捉療法を研究します

産業用途

  • 厚さ測定：製造工程で材料の厚さを測定します
  • 水分検出：建設材料や農産物に含まれる水分量を測定します
  • セメント分析：中性子放射化によってセメント製造の品質を管理します
  • 核廃棄物分析：安全な廃棄のために放射性廃棄物の特性を分析します

科学研究

  • 中性子散乱：材料の結晶構造と磁気的性質を研究します
  • 原子核物理学：核分裂過程と中性子物理学を研究します
  • 考古学：古代の遺物の年代測定と分析に中性子放射化分析を使用します
  • 法科学：犯罪捜査で微量元素を分析します

原子力安全保障

カリホルニウムは、原子力安全保障の用途で重要な役割を果たします。

  • 核物質の検出：国境や港で隠された核物質を特定します
  • 兵器査察：核軍縮の遵守を確認します
  • 保障措置：国際的な原子力監視システムに使用します

専門的な産業用途

ほとんどの合成元素とは異なり、カリホルニウムには複数の実用的な用途があります。ただし、希少で高価なため、いずれも極めて少量しか使用しません。

石油産業

  • 油井検層：Cf-252中性子源で油層の特性を測定します
  • 地層分析：油井内の岩石の間隙率と流体含有量を特定します
  • パイプライン検査：パイプラインの腐食や材料欠陥を検出します
  • 製油所での用途：石油精製工程の品質を管理します

保安と検出

  • 空港保安：爆発物や麻薬を検出する中性子放射化システムです
  • 国境管理：貨物コンテナを走査し、隠された核物質を検出します
  • 核保障措置：核不拡散条約の遵守を監視します
  • 軍事用途：防衛目的の専門的な検出システムです

製造と品質管理

  • 厚さ測定：金属板やフィルムを非接触で測定します
  • 水分分析：建築材料や食品に含まれる水分量を測定します
  • 密度測定：コンクリートやアスファルト製造の品質を管理します
  • 元素分析：材料の組成を中性子放射化分析で測定します

ラボと研究

  • 中性子源：中性子検出装置を校正します
  • 放射化分析：試料中の微量元素を測定します
  • 原子核研究：原子核の性質と反応を研究します
  • 教育用ツール：原子核物理学の原理を実演します

経済的な実情：カリホルニウムは1グラムあたり約$25-30 millionで、地球上で最も高価な物質の一つです。通常の用途ではマイクログラム単位しか使用しません。

由来

天然での存在

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

完全に人工的に生成

カリホルニウムは地球上に天然には存在せず、高度な原子核過程によって生成しなければなりません。これは人工元素合成における人類の最も困難な成果の一つです。

主な生成方法

高束同位体炉（HFIR）法：主な生成はOak Ridge National Laboratoryで行われます。

  • 出発物質：プルトニウム-239からキュリウム-244標的を調製します
  • 中性子照射：Cm-244が炉心内で中性子を吸収します
  • 逐次捕獲：複数回の中性子捕獲によって、より重いキュリウム同位体を生成します
  • ベータ崩壊：Cm-249がベータ崩壊してBk-249になります
  • 最終段階：Bk-249がさらに中性子を捕獲し、ベータ崩壊してCf-250になります

生成上の課題

カリホルニウムの生成には、非常に大きな技術的課題を克服する必要があります。

  • 極めて低い収率：何年も原子炉を運転して、わずか数ミリグラムしか生成できません
  • 複雑な化学処理：数十種類の他の放射性元素から分離する必要があります
  • 短い半減期：多くの中間生成物は変換される前に崩壊します
  • 高コスト：原子炉の使用時間と処理費用が莫大です

世界的な生産ネットワーク

世界でカリホルニウムを生成できる施設は、わずかしかありません。

  • Oak Ridge National Laboratory（米国）：世界の主な供給源で、年間約500マイクログラムを生成します
  • Research Institute of Atomic Reactors（ロシア）：限られた生成能力を持ちます
  • Atomic Energy of Canada Limited：小規模な生成を時折行います
  • Institut Laue-Langevin（フランス／ドイツ）：研究用の量のみを生成します

処理と精製

原子炉の標的からカリホルニウムを抽出する工程には、次の作業が含まれます。

  • 標的の溶解：照射済みのキュリウム標的を酸に溶かします
  • 化学分離：イオン交換クロマトグラフィーでアクチノイドを分離します
  • 同位体精製：さらに分離して特定のCf同位体を取り出します
  • 線源の調製：安全な取り扱いと使用のために封入します

生産統計

  • 総生産量：1958年以降に生成されたカリホルニウムは約8グラムにすぎません
  • 現在の在庫：世界全体で約500ミリグラムが存在します
  • 年間生産量：世界全体で年間1グラム未満です
  • 生産期間：標的の調製から最終製品まで18～24か月かかります

戦略的重要性：米国とロシアは、世界で唯一の大規模なカリホルニウム生成能力を維持しており、カリホルニウムは両国にとって戦略的に重要な物質です。

取り扱い

安全性

カリホルニウムは放射性です。 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。

極めて危険な放射性物質

危険：カリホルニウムは、知られている物質の中でも特に放射性が高く危険なものの一つです。Cf-252の比放射能は536 GBq/mgで、微量でも致命的になる可能性があります。

重大な健康上の危険

  • 強いアルファ線：細胞に深刻な損傷を与え、DNAを破壊します
  • 中性子放出：Cf-252は組織の深部まで到達する高エネルギー中性子を放出します
  • 体内汚染：吸入、摂取、または傷口から侵入した場合、極めて危険です
  • 骨親和性：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、肝臓がん、白血病のリスクを大幅に高めます

必須の安全手順

  • ホットセル封じ込め：厳重に遮蔽され、遠隔操作される施設内でのみ取り扱わなければなりません
  • 多重障壁：放出を防ぐため、三重の封じ込めシステムを使用します
  • 中性子遮蔽：標準的な放射線遮蔽に加えて、特殊な中性子吸収材料が必要です
  • 放射線監視：複数の検出システムで継続的に監視します
  • 緊急システム：事故発生時に直ちに封じ込める自動安全システムを備えます

作業員の防護

  • 遠隔操作：すべての作業をマニピュレーターで遠隔操作して行わなければなりません
  • 個人線量測定：複数の放射線バッジとリアルタイムの線量監視を使用します
  • 健康監視：すべての作業員を定期的に健康監視します
  • 訓練要件：放射線安全に関する広範な専門訓練を受けます

緊急時の対応

カリホルニウムに関する事故には、直ちに緊急対応が必要です。

  • 避難：汚染区域からすべての作業員を直ちに避難させます
  • 医療処置：放射線医学の専門家による緊急治療を行います
  • 除染：専門の放射線除染チームが必要です
  • 長期監視：被ばくした人を生涯にわたって健康監視します

規制管理：カリホルニウムは、最も厳格な核物質管理の対象です。所持、使用、輸送には特別な許可と国際的な監督が必要です。

簡単な回答

カリホルニウム：よくある質問

What is カリホルニウム?

カリホルニウム (symbol Cf) is element 98 on the periodic table, a アクチノイド 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 カリホルニウム?

カリホルニウム'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 カリホルニウム?

カリホルニウム melts at 1173 K (899.9 °C) and boils at 1743 K (1469.9 °C).

What is the atomic mass of カリホルニウム?

カリホルニウム 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 カリホルニウム?

カリホルニウム has a density of 15.1 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of カリホルニウム is about 15.1× heavier.

What is the electronegativity of カリホルニウム?

カリホルニウム 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 カリホルニウム, and when?

カリホルニウム was discovered in 1950 by Thompson, Street, Ghiorso & Seaborg. It is named after california.

How common is カリホルニウム on Earth?

カリホルニウム does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.

Is カリホルニウム radioactive?

Yes. カリホルニウム 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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