Калифорний — радиоактивный химический элемент седьмого периода таблицы Менделеева, актиноид.

История

Получен искусственно в 1950 группой Сиборга в Калифорнийском университете в Беркли.

Первые твёрдые соединения калифорния — ²⁴⁹Cf₂O₃ и ²⁴⁹CfOCl получены в 1958.

Происхождение названия

Назван в честь Калифорнийского университета в Беркли, где и был получен. Как писали авторы, этим названием они хотели указать, что открыть новый элемент им было так же трудно, как век назад пионерам Америки достичь Калифорнии.

Получение

Калифорний производят в двух местах: Димитровграде в России, Окрижской национальной лаборатории в США.

Для производства одного грамма калифорния плутоний или кюрий подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе, от 8 месяцев до 1,5 лет. Затем из получившихся продуктов облучения химическим путём выделяют калифорний.

Металлический калифорний получают путем восстановления фторида калифорния CfF₃ литием:

${\displaystyle {\mathsf {CfF_{3}+3Li\rightarrow Cf+3LiF}}}$

или оксида калифорния Cf₂O₃ кальцием:

${\displaystyle {\mathsf {Cf_{2}O_{3}+3Ca\rightarrow 2Cf+3CaO}}}$

От других актиноидов калифорний отделяют экстракционными и хроматографическими методами.

Физические и химические свойства

Калифорний — чрезвычайно летучий металл. Существует в двух полиморфных модификациях. Ниже 600 °C устойчива α-модификация с гексагональной решёткой (параметры а = 0,339 нм, с = 1,101 нм), выше 600 °C — β-модификация с кубической гранецентрированной решёткой. Температура плавления металла 900 °C, температура кипения 1227 °C.

По химическим свойствам калифорний подобен лантаноидам. Синтезированы галогениды калифорния — CfX₃ (X — атом галогена), оксигалогениды — CfOX. Для получения диоксида калифорния CfO₂ оксид Cf₂O₃ окисляют при нагревании кислородом под давлением 10МПа. В растворах Cf⁴⁺ получают, действуя на соединения Cf³⁺ сильными окислителями. Синтезирован твёрдый дииодид калифорния CfI₂. Из водных растворов Cf³⁺ восстанавливается до Cf²⁺ электрохимически.

Изотопы

Известно 17 изотопов калифорния, наиболее стабильными из которых являются ²⁵¹Cf с периодом полураспада T_1/2=900 лет, ²⁴⁹Cf (T_1/2=351 год), ²⁵⁰Cf (T_1/2=13,08 года) и ²⁵²Cf (T_1/2=2,645 года)^[4]. Последний изотоп имеет высокий коэффициент размножения нейтронов (выше 3) и критическую массу около 5 кг^[5] (для металлического шара). Грамм ²⁵²Cf испускает около 3·10¹² нейтронов в секунду^[6]. ²⁵¹Cf упоминается в книге Чингиза Абдуллаева «Символы распада» как элемент миниатюрной атомной бомбы — «ядерного чемоданчика». Встречающиеся иногда оценки критической массы, составляющие порядка 10 г, относятся к водным растворам солей калифорния.

Применение

Наибольшее применение нашёл изотоп ²⁵²Cf. Он используется как мощный источник нейтронов в нейтронно-активационном анализе, в лучевой терапии опухолей. Кроме того, изотоп ²⁵²Cf используется в экспериментах по изучению спонтанного деления ядер. Калифорний является чрезвычайно дорогим металлом. Цена 1 грамма изотопа ²⁵²Cf составляет около 27 млн. долларов США. Калифорний — один из самых дорогих материалов на Земле^[7].

Продукты распада ядер калифорния-252 (²⁵²Cf) с энергией порядка 80-100 МэВ используют для бомбардировки и ионизации пробы в спектрометрии (см. Плазменная десорбционная ионизация). При делении ядра ²⁵²Cf возникают движущиеся в противоположных направлениях частицы Одна из частиц попадает в триггерный детектор и сигнализирует о начале отсчета времени. Другая частица попадает на матрицу пробы, выбивая ионы, которые направляются во времяпролетный масс-спектрометр (time of flight mass spectrometer, TOF-MS).^[8]

Физиологическое действие

Радионуклид ²⁵²Cf высокотоксичен. ПДК в воде открытых водоемов 1,33·10⁻⁴ Бк/л.