Калифорний

Получен искусственно в 1950 году американскими физиками С. Томпсоном, К. Стритом, А. Гиорсо и Г. Сиборгом в Калифорнийском университете в Беркли при облучении ²⁴²Cm ускоренными α-частицами^[4].

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

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.

Калифорний производят в двух местах: НИИАР в Димитровграде (Россия), Ок-Риджской 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 путём восстановления фторида калифорния CfF₃ литием:

${\displaystyle {{\ce {CfF3 + 3 Li -> Cf + 3 LiF}}}}$

или оксида калифорния Cf₂O₃ кальцием:

${\displaystyle {{\ce {Cf2O3 + 3 Ca -> 2 Cf + 3 CaO}}}}$.

От других актиноидов калифорний отделяют экстракционными и хроматографическими методами.

Калифорний представляет собой серебристо-белый металл^[5] с температурой плавления 900 ± 30° C и предполагаемой температурой кипения 1470 °C^[6]. Чистый металл податлив и легко режется ножом. Металлический калифорний начинает испаряться при температуре выше 300 °C под вакуумом^[7]. Образует сплавы с лантаноидными металлами, но о них мало что известно^[7].

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 1470 °C.^[6].

По химическим свойствам калифорний подобен остальным актиноидам^[4]. Синтезированы галогениды калифорния CfX₃ и оксигалогениды CfOX. Для получения диоксида калифорния CfO₂ оксид Cf₂O₃ окисляют при нагревании кислородом под давлением 10 МПа. В растворах Cf⁴⁺ получают, действуя на соединения Cf³⁺ сильными окислителями. Синтезирован твёрдый дииодид калифорния CfI₂. Из водных растворов Cf³⁺ может быть восстановлен до Cf²⁺ электрохимическим способом.

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)^[8]. Последний изотоп имеет высокий коэффициент размножения нейтронов (выше 3) и критическую массу около 5 кг^[9] (для металлического шара). Грамм ²⁵²Cf испускает около 3⋅10¹² нейтронов в секунду^[10].

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 4 млн долларов США, и она вполне оправдана, так как ежегодно получают 40—60 миллиграммов^[11].

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 отсчёта времени. Другая частица попадает на матрицу пробы, выбивая ионы, которые направляются во времяпролётный масс-спектрометр^[12].

Изотоп ²⁴⁹Cf применяют в научных исследованиях. При работе с ним не требуется защита от нейтронного излучения^[4]. Калифорний является самым дорогим металлом в мире.^[13] Один грамм Калифорния стоит $70 000 000. Мировой запас составляет около 10 граммов, а производится – несколько десятков микрограмм в год. Сложность заключается в том, что элемент Плутоний переходит в элемент Калифорний за 7-8 лет, из-за этого так дорого.

Радионуклид ²⁵²Cf высокорадиотоксичен. ПДК в воде открытых водоёмов 1,33⋅10⁻⁴ Бк/л.

При поступлении в организм только 0,05 % калифорния попадает в кровь, из этого количества около 65 % попадает в скелет, где он адсорбируется в костной ткани, 25 % — в печень, а остальные 10 % накапливаются в других органах или выводятся из организма^[14].

Излучение калифорния нарушает выработку эритроцитов. Калифорний-249 и калифорний-251 испускают гамма-излучение^[15].