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锎_Californium_锎元素

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kai),英文名是Californium,是一种放射性金属元素,符号为Cf,原子序为98。锎属于锕系元素,是第六个被人工合成出来的超铀元素,自然界能自行产生的元素中质量最高的,所有比锎更重的元素皆必须通过人工合成才能产生。伯克利加州大学于1950年以α粒子(氦-4离子)撞击锔,首次人工合成锎元素,因此该元素是以美国加利福尼亚州及加州大学命名的。

矿藏分布

地球上有着极少量的锎,主要出现在含铀量很高的铀矿中。铀在捕获中子之后进行β衰变,从而形成锎。在使用锎进行探矿或医学治疗的设施附近也可以发现锎。锎不易溶于水,但会黏附在泥土上,所以泥土中锎的浓度可以比泥土粒子周围的水高出500倍。

1980年之前大气层核试验的辐射落尘散落在环境中,其中含有少量的锎。从空气中采得的核爆辐射落尘中曾被发现含有质量数为249、252、253和254的锎同位素。

科学家曾认为超新星会产生锎,因为超新星物质的衰变符合Cf的60天半衰期。不过,之后的研究未能探测到锎谱线,人们也一般认为超新星的光变曲线是符合镍-56的特征的。

制备方法

用氦离子轰击锔而得。

锎可以在核反应炉和粒子加速器中产生。锫-249(24997Bk)受中子撞击(中子捕获(n,γ))后立即进行β衰变(β),便会形成锎-250(25098Cf)。反应如下:

锎-250在受中子撞击后会产生锎-251和锎-252。

对镅、锔和钚元素进行中子辐射可以制成数毫克的锎-252和数微克的锎-249。直到2006年,科学家利用特殊的反应炉对锔-244至248进行中子辐射,主要产生出锎-252,另有较少的锎-249至255。

经过美国核能管理委员会可以购得微克量的锎-252作商业用途。世界上仅有两处生产锎的设施:位于美国的橡树岭国家实验室以及位于俄罗斯的核反应器研究所。到2003年为止,两座设施分别每年生产0.25克和0.025克的锎-252。

设施还生产三个半衰期颇长的锎同位素,这需要铀-238捕获中子15次,期间不进行核裂变或α衰变。从铀-238开始的核反应链经过几个钚同位素、镅同位素、锔同位素、锫同位素以及锎-249至253。

锎的危害

锎累积在骨骼组织里的锎会释放辐射,破坏身体制造红血球的能力。由于放射性极强,在环境中的存量极低,所以锎在生物体中没有任何自然的用途。

在进食受锎污染的食物或饮料,或吸入含有锎的悬浮颗粒之后,锎就会进入体内。在身体里,只有0.05%的锎会进入血液里,其中的65%会积累在骨骼中,肝脏25%,其余的主要通过排尿排出身体。骨骼和肝脏中积累的锎分别会在50年和20年后消失。锎会首先附在骨骼的表面,之后会慢慢蔓延到骨骼的各个部分。

一旦进入体内,锎会造成很大的损害。另外,锎-249和锎-251能释放伽马射线,对外表组织造成伤害。锎所释放的电离辐射在骨骼和肝脏中可致癌


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锎的理化性质
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物理性质

同位素:同位素有245Cf到254Cf。最稳定的同位素是251Cf,半衰期是898年。

发现:1950年3月17日,美国的汤普森(S.G.Thompson)、小斯特里特(K.Street Jr.)、乔索(A.Chiorso)和西博格(G.T.Seaporg)发现了锎。用回旋加速器加速的氦离子轰击242Cm,几乎和锫同时发现。

性质:熔点900℃。金属锎十分容易挥发,在1100~1200℃范围中能蒸馏出来。化学性质活泼,与其他+3价锕系元素相似。有水溶性的硝酸盐、硫酸盐、氯化物和过氯酸盐;它的氟化物、草酸盐、氢氧化物在水溶液中沉淀。利用耙子同位素和轰击粒子的种种组合,已发现了几种锎的同位素:246Cf、249Cf、251Cf、252Cf、254Cf等。251Cf半衰期为900年;249Cf半衰期为360年;252Cf半衰期为2.64年;254Cf半衰期为64天 。

由氦同位素轰击锔可得到微量的锎。锎的同位素有从237Cf到256Cf。锎-251是最稳定的同位素,它的半衰期有898年。

虽然锎-251是最稳定的同位素,但是最有商业价值的却是锎-252。锎-252大部分都是用来检测飞机行李内是否有爆裂物存在。

锎是一种银白色的锕系金属,熔点为900 ± 30 °C,估计的沸点为1745 °C。处于纯金属态时,锎是具延展性的,可以用刀片轻易切开。在真空状态下的锎金属到了300 °C以上时便会气化。在51K(三20 °C)以下的锎金属具铁磁性或亚铁磁性,在48至66 K时具反铁磁性,而在160 K(ㄢ10 °C)以上时具顺磁性。它与镧系元素能够形成合金,但人们对其所知甚少。

在一个大气压力下,锎有两种晶体结构:在900 °C以下为双层六方密排结构(称α型),此时密度为15.10 g/cm;而另一种面心立方结构(β型)则在900 °C以上出现,密度为8.74 g/cm。在48GPa的压力下

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橡树岭国家实验室建造的50吨重运输桶,可用于运载最多1克的Cf。运输此类高放射性物质必须用到重型容器,以避免可能的意外。

锎-252作为一种强中子射源,有着几个应用的范畴。每微克的锎每分钟能够产生1.39亿颗中子。因此锎可以被用作核反应炉的中子启动源或在中子活化分析中作为(非来自反应炉的)中子源。在放射治疗无效时,子宫颈癌和脑癌的治疗用到了锎所产生的中子。自从1969年萨瓦那河发电厂向佐治亚理工学院借出119 最萀锎-252之后,锎一直被用于教育范畴上。在煤炭、水泥产业中,锎也被应用在煤元素分析和粒状物质分析机上。

由于中子能够穿透物质,所以锎也可以被用在探测器中,如燃料棒扫描仪,使用中子射线照相术来探测飞机和武器部件的腐蚀、问题焊接点、破裂及内部湿气,以及便携式金属探测器等。中子湿度计利用锎-252来寻找油井中的水和石油,为金银矿的实地探测提供中子源,以及探测地下水的流动。1982年锎-252的主要用途按用量比例分别为:反应炉启动源(48.3%)、燃料棒扫描仪(25.3%)及活化分析(19.4%)。到了1994年,大部分的锎-252都用于中子射线照相(77.4%),而燃料棒扫描仪(12.1%)和反应炉启动源(6.9%)则成了次要的应用范围。

锎-251的临界质量很低(约为5 kg)。人们曾夸大其低临界质量的可能用途。

2006年10月,位于俄罗斯杜布纳联合核研究所的研究人员宣布成功合成3颗Uuo(118号元素)原子。他们利用钙-48撞击锎-249,产生了这个目前最重的元素。该次实验的目标体是一片面积为

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