Le californium (symbole Cf) est l'élément chimique de numéro atomique 98. C'est un élément transuranien de la famille des actinides, radioactif et synthétique. Le corps simple est un métal dans les conditions normales de température et de pression.

Le californium trouve des applications comme amorce des réactions de fission dans les réacteurs nucléaires, dans le pilotage des centrales thermiques et des cimenteries en intervenant dans les sondes de contrôle de production, dans certaines radiothérapies, ainsi que dans l'exploration pétrolière.

Le californium est le sixième transuranien à avoir été synthétisé. Il a été produit pour la première fois en 1950 par Stanley G. Thompson, Glenn T. Seaborg, Kenneth Street, Jr. (en), et Albert Ghiorso à Berkeley, en Californie, d'où son nom : il avait alors été obtenu en bombardant une cible de curium 242 avec un faisceau de particules α pour produire du ²⁴⁵Cf par une réaction (α,n) :

242
96Cm + 4
2He → 246
98Cf* → 245
98Cf + 1
0n.

Occurrence

Des traces de californium peuvent être trouvées à proximité d'installations utilisant l'élément en prospection minière et en médecine^[4]. L'élément est difficilement soluble dans l'eau mais il adhère bien à un sol ordinaire (les concentrations de californium dans le sol peuvent être 500 fois plus importantes que dans l'eau entourant les particules de ce sol)^[5].

Les retombées radioactives issues d'essais nucléaires atmosphériques antérieurs à 1980 sont à l'origine de la présence d'une petite quantité de californium dans l'environnement^[5]. Les isotopes du californium de nombres de masse 249, 252, 253 et 254 ont été observés dans la poussière radioactive récoltée dans l'air après une explosion nucléaire^[6].

Il a été supposé que le californium était produit par des supernovae, leurs désintégrations concordant avec la demi-vie de 60 jours de ²⁵⁴Cf^[7]. Cependant, des études ultérieures ont échoué à montrer tout spectre du californium^[8] et les courbes de lumière des supernovae sont maintenant présumées suivre la désintégration du nickel 56^[9].

Formation

Le californium se forme dans les réacteurs nucléaires par captures neutroniques successives à partir d'uranium 238. L'étape intermédiaire est le berkélium ₉₇Bk, qui peut donner du californium autant par capture neutronique que par désintégration β (à partir de l'isotope ²⁴⁹Bk).

L'isotope ²⁵¹Cf a une section efficace de fission de 4 800 barn pour les neutrons thermiques, ce qui fait que la plupart des atomes fissionnent avant de capturer des neutrons supplémentaires, mais il en demeure néanmoins suffisamment pour que se forme du ²⁵²Cf dans le matériau nucléaire ; ce ²⁵²Cf se désintègre rapidement en une série d'isotopes du curium, lesquels sont susceptibles de redonner à leur tour du californium par capture neutronique.

Isotopes

L'isotope à la plus grande demi-vie est ²⁵¹Cf avec une demi-vie d'environ 900 ans.

Propriétés

L'isotope ²⁵²Cf est un puissant émetteur de neutrons, ce qui le rend particulièrement dangereux. Chaque microgramme de ²⁵²Cf émet spontanément 2 314 000 neutrons par seconde^[10], tandis qu'un gramme dégage 39 W de chaleur somme de la chaleur des désintégrations alpha et de celle émise par les fissions spontanées^[11]. Le taux de fissions spontanées par désintégration alpha est de 3,09 %; le nombre de neutrons émis est de 3,73 en moyenne par fission.

L'isotope ²⁵¹Cf est connu pour sa faible masse critique, inférieure à 5 kg et même à peine 2 kg avec un réflecteur de neutrons comme l’acier^[12]. Il serait en théorie possible de fabriquer une bombe atomique très compacte à base de cet isotope. En pratique, le coût de revient d'une telle masse critique de californium 251 est de 25 millions d'euros le gramme^{[13][réf. insuffisante]} rendant peu efficient son usage pour l'armement.