98 Cf Калифорний 251*
Актиноид f-block Period 7 Radioactive Synthetic

Калифорний

Cf · Element 98

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

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 251 u
ELECTRON CONFIGURATION [Rn] 5f¹⁰ 7s²
97Bk All 118 99Es

Строение

Атом калифорний

Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место калифорний занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 15.1 g/cm³ 81%
Температура Плавления 1173 K 52%
Температура Кипения 1743 K 38%
Удельная теплоёмкость —
Теплопроводность 10 W/m·K 24%

Атомные

Атомный Радиус 245 pm 80%
Ковалентный радиус 168 pm~
Радиус Ван-дер-Ваальса 245 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.3 30%
Энергия ионизации 605.9 kJ/mol 36%
Сродство к Электрону —

Распространённость

Распространённость в земной коре 0 mg/kg 0%

Идентификационные

СимволCf
Атомный номер98
Атомная масса251 u
КатегорияАктиноид
Блокf
Кристаллическая структурагексагональная плотноупакованная
Степени окисления+3, +4
Открытие1950
ПервооткрывательThompson, Street, Ghiorso & Seaborg

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a калифорний atom?

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

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

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

Положение

Положение в таблице

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

OTHER АКТИНОИДЫ

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

История

Что такое калифорний и как его обнаружили

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

The discovery of калифорний

Достижение Berkeley Lab

Калифорний был открыт 9 февраля 1950 года в University of California, Berkeley, продолжив выдающуюся серию открытий трансурановых элементов, которые произвели революцию в ядерной науке.

Команда первооткрывателей

Открытие калифорния было совершено той же блестящей командой, которая систематически создавала новые элементы:

  • Glenn T. Seaborg — лауреат Нобелевской премии и руководитель программы открытия трансурановых элементов
  • Kenneth Street Jr. — эксперт в области радиохимии и специалист по актиноидам
  • Albert Ghiorso — талантливый ядерный физик и конструктор приборов
  • Stanley G. Thompson — мастер методов радиохимического разделения

Метод 60-дюймового циклотрона

Открытие было сделано с использованием мощного циклотрона Berkeley в ходе тщательно спланированного эксперимента:

  • Материал мишени: Curium-242 (чрезвычайно редкий и дорогой)
  • Частицы-снаряды: альфа-частицы, ускоренные до 35 MeV
  • Ядерная реакция: Cm-242 + α → Cf-245 + neutron
  • Метод обнаружения: анализ альфа-распада и химическое разделение

Экспериментальные сложности

Получение и идентификация калифорния были беспрецедентно сложными:

  • Микроскопические количества: первоначально было получено лишь несколько тысяч атомов
  • Быстрый распад: период полураспада Cf-245 составляет всего 45 минут
  • Химическое сходство: почти идентичные свойства с другими актиноидами чрезвычайно затрудняли разделение
  • Радиационные опасности: работа с интенсивно радиоактивными материалами потребовала новых протоколов безопасности

Химическая идентификация

Подтверждение существования калифорния потребовало разработки новых аналитических методов:

  • Ионообменная хроматография: отделяла калифорний от других актиноидов на основе незначительных химических различий
  • Альфа-спектроскопия: измеряла характерные энергии альфа-частиц для подтверждения нового элемента
  • Анализ распада: отслеживал цепочку распада для проверки ядерных свойств
  • Перекрёстная бомбардировка: тот же изотоп создавался с помощью различных ядерных реакций для подтверждения

Название и признание

Элемент был назван в честь штата California и University of California:

  • Происхождение названия: «Californium» — дань уважения штату и университету, где он был открыт
  • Выбор символа: «Cf» соответствует стандартному принципу химической номенклатуры
  • Международное признание: официально принят International Union of Pure and Applied Chemistry
  • Научное значение: показал, что даже более тяжёлые синтетические элементы могут иметь практическое применение

Наследие и значение

Открытие калифорния стало революционным, поскольку оно:

  • доказало, что синтетические элементы могут иметь важное практическое применение
  • расширило понимание химии актиноидов и ядерной физики
  • привело к созданию мощных источников нейтронов для промышленности и медицины
  • заложило основы методов получения и обращения с синтетическими сверхтяжёлыми элементами

Применение

Для чего используется калифорний

Передовые ядерные применения

Калифорний выделяется среди синтетических элементов как один из немногих, имеющих практическое применение за пределами чистых исследований. Его уникальные свойства делают его незаменимым в специализированных промышленных и научных приложениях.

Применение источников нейтронов

Cf-252 — исключительно мощный источник нейтронов, испускающий примерно 2.3 × 10¹² нейтронов в секунду на грамм в результате спонтанного деления. Это делает его незаменимым для:

  • Каротажа нефтяных скважин: нейтронно-активационного анализа для определения содержания нефти, воды и газа в подземных пластах
  • Анализа угля: неразрушающего контроля для определения содержания серы и золы в образцах угля
  • Обнаружения металлов: системы безопасности в аэропортах используют Cf-252 для обнаружения скрытых взрывчатых веществ и оружия с помощью нейтронной активации
  • Запуска ядерных реакторов: обеспечивает начальный поток нейтронов для безопасного запуска ядерных реакторов

Медицинское применение

Интенсивное нейтронное излучение калифорния нашло специализированное медицинское применение:

  • Лечение рака: нейтронно-лучевая терапия некоторых видов опухолей мозга и рака шейки матки
  • Брахитерапия: герметичные источники Cf-252 для внутренней лучевой терапии
  • Медицинская визуализация: нейтронная радиография для специализированных методов медицинской визуализации
  • Исследования: исследования нейтрон-захватной терапии для лечения устойчивых форм рака

Промышленное применение

  • Измерение толщины: измерение толщины материалов в производственных процессах
  • Обнаружение влаги: определение содержания воды в строительных материалах и сельскохозяйственной продукции
  • Анализ цемента: контроль качества производства цемента с помощью нейтронной активации
  • Анализ ядерных отходов: характеристика радиоактивных отходов для безопасной утилизации

Научные исследования

  • Рассеяние нейтронов: изучение кристаллических структур и магнитных свойств материалов
  • Ядерная физика: исследование процессов ядерного деления и физики нейтронов
  • Археология: нейтронно-активационный анализ для датировки и изучения древних артефактов
  • Судебная экспертиза: анализ следовых количеств элементов в криминальных расследованиях

Ядерная безопасность

Калифорний играет важную роль в применениях, связанных с ядерной безопасностью:

  • Обнаружение ядерных материалов: выявление скрытых ядерных материалов на границах и в портах
  • Инспекция вооружений: проверка соблюдения требований ядерного разоружения
  • Гарантии: международные системы контроля атомной энергии

Специализированное промышленное применение

В отличие от большинства синтетических элементов, калифорний имеет несколько практических применений, хотя во всех случаях используются чрезвычайно малые количества из-за его редкости и высокой стоимости.

Нефтяная промышленность

  • Каротаж скважин: нейтронные источники Cf-252 помогают определять характеристики нефтяных месторождений
  • Анализ пластов: определение пористости горных пород и содержания жидкостей в нефтяных скважинах
  • Инспекция трубопроводов: обнаружение коррозии и дефектов материалов в трубопроводах
  • Применение на нефтеперерабатывающих предприятиях: контроль качества процессов переработки нефти

Безопасность и обнаружение

  • Безопасность в аэропортах: системы нейтронной активации для обнаружения взрывчатых веществ и наркотиков
  • Пограничный контроль: сканирование грузовых контейнеров для выявления скрытых ядерных материалов
  • Ядерные гарантии: контроль соблюдения договоров о нераспространении ядерного оружия
  • Военное применение: специализированные системы обнаружения для оборонных целей

Производство и контроль качества

  • Измерение толщины: бесконтактное измерение металлических листов и плёнок
  • Анализ влажности: определение содержания воды в строительных материалах и пищевых продуктах
  • Измерение плотности: контроль качества при производстве бетона и асфальта
  • Элементный анализ: нейтронно-активационный анализ состава материалов

Лабораторные и исследовательские работы

  • Источник нейтронов: калибровка оборудования для обнаружения нейтронов
  • Активационный анализ: определение следовых элементов в образцах
  • Ядерные исследования: изучение ядерных свойств и реакций
  • Учебные инструменты: демонстрация принципов ядерной физики

Экономическая реальность: калифорний стоит примерно $25-30 миллионов долларов за грамм, что делает его одним из самых дорогих материалов на Земле. В типичных применениях используются лишь микрограммовые количества.

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

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

Полностью искусственное получение

Калифорний не встречается в природе на Земле и должен быть создан с помощью сложных ядерных процессов. Он представляет собой одно из самых сложных достижений человечества в области синтеза искусственных элементов.

Основной метод производства

Процесс в реакторе изотопов с высоким потоком нейтронов (HFIR): основное производство осуществляется в Oak Ridge National Laboratory:

  • Исходный материал: мишени из кюрия-244 получают из плутония-239
  • Нейтронная бомбардировка: Cm-244 поглощает нейтроны в активной зоне реактора
  • Последовательный захват: многократный захват нейтронов создаёт более тяжёлые изотопы кюрия
  • Бета-распад: Cm-249 претерпевает бета-распад и превращается в Bk-249
  • Заключительный этап: Bk-249 захватывает ещё один нейтрон и в результате бета-распада превращается в Cf-250

Сложности производства

Для получения калифорния необходимо преодолеть огромные технические препятствия:

  • Чрезвычайно низкий выход: за годы работы реактора получают лишь миллиграммы
  • Сложная химия: отделение от десятков других радиоактивных элементов
  • Короткие периоды полураспада: многие промежуточные продукты распадаются до превращения
  • Высокая стоимость: время работы реактора и затраты на переработку огромны

Глобальная сеть производства

Лишь несколько предприятий в мире способны производить калифорний:

  • Oak Ridge National Laboratory (США): основной источник в мире, производящий примерно 500 микрограммов в год
  • Research Institute of Atomic Reactors (Россия): ограниченные производственные возможности
  • Atomic Energy of Canada Limited: периодическое мелкосерийное производство
  • Institut Laue-Langevin (Франция/Германия): только исследовательские количества

Переработка и очистка

Извлечение калифорния из реакторных мишеней включает:

  • Растворение мишени: растворение облучённых мишеней из кюрия в кислоте
  • Химическое разделение: ионообменную хроматографию для разделения актиноидов
  • Очистку изотопов: дополнительное разделение для выделения определённых изотопов Cf
  • Подготовку источника: герметизацию для безопасного обращения и использования

Статистика производства

  • Общий объём производства: с 1958 года произведено лишь около 8 граммов калифорния
  • Текущий запас: во всём мире существует примерно 500 миллиграммов
  • Годовое производство: во всём мире производится менее 1 грамма в год
  • Время производства: 18–24 месяца от подготовки мишени до получения готового продукта

Стратегическое значение: США и Россия располагают единственными в мире значительными возможностями производства калифорния, что делает его стратегически важным материалом для обеих стран.

Обращение

Безопасность

Калифорний радиоактивен. It has no stable isotope — every nucleus decays. Для обращения требуются соответствующие средства защиты и лицензия.

Чрезвычайно опасный радиоактивный материал

ОПАСНОСТЬ: калифорний — один из самых радиоактивных и опасных известных материалов. Удельная активность Cf-252 составляет 536 GBq/mg, что делает его смертельно опасным даже в микроскопических количествах.

Критические опасности для здоровья

  • Интенсивное альфа-излучение: вызывает тяжёлое повреждение клеток и разрушение ДНК
  • Испускание нейтронов: Cf-252 испускает высокоэнергетические нейтроны, глубоко проникающие в ткани
  • Внутреннее загрязнение: чрезвычайно опасно при вдыхании, проглатывании или попадании через раны
  • Накопление в костях: концентрируется в костях и печени, вызывая длительное радиационное воздействие
  • Канцерогенность: резко повышает риск рака костей, рака печени и лейкоза

Обязательные протоколы безопасности

  • Горячая камера: обращаться с ним можно только в хорошо экранированных помещениях с дистанционным управлением
  • Многоуровневые барьеры: тройные системы герметизации для предотвращения любого возможного выброса
  • Нейтронная защита: в дополнение к стандартной радиационной защите требуются специальные материалы, поглощающие нейтроны
  • Радиационный мониторинг: непрерывный контроль с помощью нескольких систем обнаружения
  • Аварийные системы: автоматические системы безопасности для немедленной изоляции при авариях

Защита персонала

  • Дистанционное обращение: все операции должны выполняться дистанционно с помощью манипуляторов
  • Индивидуальная дозиметрия: несколько радиационных дозиметров и мониторинг дозы в реальном времени
  • Медицинское наблюдение: регулярный контроль здоровья всего персонала
  • Требования к подготовке: обширное специализированное обучение радиационной безопасности

Аварийное реагирование

Аварии с калифорнием требуют немедленного аварийного реагирования:

  • Эвакуация: немедленная эвакуация всего персонала из загрязнённых зон
  • Медицинская помощь: неотложное лечение у специалистов по радиационной медицине
  • Дезактивация: необходимы профессиональные радиологические аварийные бригады
  • Долгосрочный мониторинг: пожизненное наблюдение за здоровьем подвергшихся воздействию людей

Нормативный контроль: калифорний подпадает под самые строгие меры контроля ядерных материалов. Для владения, использования и транспортировки требуются специальные лицензии и международный надзор.

Краткие ответы

Калифорний: часто задаваемые вопросы

What is Калифорний?

Калифорний (symbol Cf) is element 98 on the periodic table, a актиноид 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 Калифорний?

Калифорний'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 Калифорний?

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

What is the atomic mass of Калифорний?

Калифорний 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 Калифорний?

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

What is the electronegativity of Калифорний?

Калифорний 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 Калифорний, and when?

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

How common is Калифорний on Earth?

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

Is Калифорний radioactive?

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

← Предыдущий Bk Berkelium Element 97 · Actinide Далее → Es Einsteinium Element 99 · Actinide