Для чего используется металл калифорний

Калифорний — свойства и применение

Это один из самых дорогих химических элементов известных человечеству. Открыт он был совсем недавно, в середине XX века при изучении радиоактивных веществ полученных в результате ядерных реакций. Получают калифорний в очень малых количествах (менее грамма в год), но даже этого хватает для практического применения вещества.

Свойства элемента

Он представляет собой смесь из 17 изотопов. Все они радиоактивны, период полураспада составляет от 2,5 до 900 лет. Особенностью является крайне низкая критическая масса, то есть количество вещества нужное для запуска цепной реакции распада.

Из всех изотопов лучше всего был изучен 252й. Несмотря на крайнюю степень токсичности он содержит огромный энергетический потенциал. Всего 1 грамм способен генерировать до 2,5 миллиардов нейтронов ежесекундно. Такой же нейтронный поток создает некрупный ядерный реактор.

Получают его в процессе ядерных реакций в специальных реакторах. Под действием радиоактивных излучений происходит распад одних элементов и появление других. Цепочка таких распадов при использовании специальных технологий позволят получить нужный элемент. Но количество калифорний выделяемого таким образом крайне мало – до 100 мкг ежегодно во всех лабораториях планеты. Соответственно стоимость вещества огромна – не меньше 27 млн долларов за 1 грамм.

Но несмотря на сложности с процессом получения, даже такие небольшие количества вещества нашли полезное применение. Свойства металла продолжают изучать с помощью сканирующих зондовых микроскопов, таких как эти — https://nanoafm.ru/produktsiya/skaniruyushchie-zondovye-mikroskopy

Где его используют

Калифорний активно используют в таких сферах деятельности:

  • Разработка новых процессов деления ядер.
  • Космические исследования.
  • Поиск залежей полезных ископаемых (в основном драгоценных металлов).
  • Поиск месторождений нефти и пластов грунтовых вод.
  • Анализ целостности самолетов, космических аппаратов, ядерных реакторов.

Нейтронные камеры, построенные на основе этого элемента активно используют на таможнях для предотвращения перевозки наркотиков. Мощное излучение, создаваемое этим изотопом используют в разных сферах промышленности:

  1. Металлургия.
  2. Угольная промышленность.
  3. Переработка нефти.
  4. Химический синтез.

Металл представляет большую ценность для медицины. Он используется как источник излучения, которым уничтожают раковые клетки. Пучки нейтронов поступающие от этого вещества позволяют удалить поврежденные атипичными клетками ткани без вреда для здоровых органов.

Благодаря активному внедрению калифорния радиохирургия получила мощный инструмент для лечения самых тяжелых больных, что позволяет ежегодно спасать сотни людей, которым другие методы лечения помочь бы не смогли.

Источник

Калифорний металл 252 — свойства и применение

Эквивалент богатства, золото, вовсе не самый дорогой среди металлов. Для неспециалиста перечень может оказаться неожиданностью: №2 — осмий, №3 — родий, №4 — платина и №5 — золото. Безоговорочно, №1 рейтинга — металл калифорний, 98-й элемент, радиоактивный серебристо-белый металл.

Цена 1 грамма Cf — почти 30 миллионов долларов. Используется калифорний только для дорогостоящих научных исследований и в медицине. Экономический эффект его применения перекрывает затраты на производство.

Научное открытие — вовсе не случайность

Люди не подозревали о существовании калифорния до 1950 года. Спасаясь от преследований фашистского режима, многие видные европейские физики бежали в США. Одним из крупнейших стал центр ядерных исследований в калифорнийском университете Беркли.

Это была эпоха открытий новых химических элементов. Шла гонка за мировое лидерство. Как результат направленной бомбардировки кюрия-242 потоком альфа-частиц было получено несколько атомов нового трансуранового элемента. Название “калифорний” ( Cf) радиоактивный металл получил в честь новой родины его открывателей. Физики С. Томпсон, А. Гиорсо, К. Стрит и Г. Сиборг даже шутили, что их открытие — сродни открытию Америки. Открытие элемента сравнивали с трудностями калифорнийских первопроходцев.

Читайте также:  Как заварить толстый металл чтобы не лопнул шов

Новый элемент с момента открытия существовал в “невидимом” состоянии — счет шел на атомы. Цена каждого атома калифорния складывается из стоимости ядерного реактора, циклотрона и всего научного комплекса Беркли. В осязаемом виде Cf получили немного позже — в 1958 году, в виде солей.

Чтобы наглядно оценить масштабы производства калифорния, достаточно представить маковое зернышко: 100-я часть его — годовое производство калифорния. За более чем полвека произведено не более 5 граммов Cf.

Изотопы калифорния

Радиоактивный металл имеет 17 изотопов с массой от 240 до 256 атомных единиц. Продолжительность жизни у всех разная. Далеко не все из них можно получить в макро количествах, более нескольких атомов.

Источник

Топ-10 самых дорогих металлов в мире: сколько стоит и как добывают калифорний-252

Доброго дня, дорогие читатели! В 1960 году доктор Стен Форшуфвуд, дантист из Швеции, развернул масштабное исследование, совсем не относившееся к его специальности. Он задался целью доказать обществу, что Наполеон Бонапарт не умер от депрессии и язвы на острове Святой Елены, а был отравлен.

Гипотеза наделала шума в СМИ и среди историков, а разработать её помог самый дорогой металл в мире, созданный за несколько лет до этого, — калифорний.

Топ-10 самых дорогих драгоценных металлов на планете

Чаще всего в истории ценности измеряли в золотом эквиваленте. Золото входит в десятку ценнейших драгметаллов планеты, но не оно возглавляет список. Самые дорогостоящие металлы — на порядки ценнее золота — не используются для изготовления ювелирных украшений, не так распространены и известны.

Давайте посмотрим на рейтинг. Данные актуальны на ноябрь 2018 и примерны из-за колебаний курса. В 2011 платина была дороже палладия, а цена золота — в полтора раза выше нынешней.

0,5

9

13

25

39

40

48

84

200 тыс.

Остановимся на лидере рейтинга — самом дорогом элементе. Его стоимость измеряется сотнями миллионов долларов. В рублях это число — 16 604 750 000 — скорее похоже на пароль от Wi-Fi, чем на цену. 1 мг калифорния стоит столько же, сколько 9 трехкомнатных квартир в историческом центре Таганрога с панорамными окнами и евроремонтом .

Происхождение и свойства Cf-252

Порядковый номер Cf в периодической таблице Менделеева — 98, год открытия — 1950, место — Калифорнийский университет в Беркли, США. Калифорний синтезирован искусственно и не встречается на Земле (но есть версия, что он образуется при взрывах сверхновых). Известно 17 его изотопов (элементов с тем же атомным номером, но другой атомной массой, то есть количеством нейтронов в ядре атома).

Самый стабильный (период полураспада 900 лет) — калифорний-251, но широкое применение получил изотоп 252 (период полураспада 2,5 года) из-за максимального коэффициента размножения нейтронов.

Калифорний принадлежит к семейству актиноидов (не путайте с лантаноидами — редкоземельными элементами). Актиноиды — радио- и химически активные металлы серебристо-белого цвета, из которых в природе можно встретить только два: уран и торий. Как типичному металлу, калифорнию свойственны:

  • мягкость;
  • пластичность;
  • высокая плотность — 15,1 г/см³ (больше, чем у палладия, но меньше, чем у золота);
  • среднеплавкость — 900 °С.

Калифорний — красивый металл с благородным холодным блеском, смертельно опасный для человека из-за радиотоксичности. Это самый редкий металл на Земле: его мировой запас — около 10 г, что неудивительно, учитывая объемы ресурсов, нужных для его производства.

Где и как добывают самый дорогой металл

В мире есть всего два предприятия, производящих калифорний. Они находятся на территориях главных ядерных держав мира: НИИАР в российском Димитровграде и Национальная лаборатория Окридж в штате Теннеси, США.

Для получения калифорния мишени из кюрия (тоже дорогого искусственного металла) длительно (от 8 мес. до 1,5 лет) бомбардируют (облучают) нейтронами в ядерном реакторе. Синтез проходит в несколько этапов с образованием новых изотопов и останавливается на калифорнии, ядро которого малочувствительно к облучению и не увеличивает свою массу.

Есть метод, позволяющий вырабатывать калифорний из плутония. Для производства 1 г калифорния требуется 8 лет и 10 кг плутония, который тоже производится только в лабораториях и 40 кг которого достаточно для создания 6 ядерных ракет. Плутоний последовательно метаморфирует в металлы америций, кюрий, берклий и, наконец, в калифорний.

Польза и применение калифорния-252

Несмотря на колоссальную стоимость и сложность изготовления калифорния, его производство оправдывает себя — ему нет аналогов.

Источник нейтронов

Суть работы ядерного реактора — самоподдержание цепной реакции деления атомов, сопровождающейся выделением энергии. И самый дорогой металл мира — Калифорний обладает уникальными для этого свойствами: один его грамм выделяет 2,3 биллиона (2,3×1012) нейтронов в секунду. Нейтронное излучение такой мощности присуще целому реактору «традиционной» системы.

Научные исследование микро- и макромира

Калифорний предоставляет ученым огромные возможности. Разница между масштабами работ, в которых он используется, поражает: это и разработки, посвященные исследованию космоса (ближнего и дальнего), и изучение атомов веществ.

Прикладная наука

В более конкретных областях науки этот элемент тоже полезен. Его применение обходится дорого, но дает очень точные результаты. С его помощью стали возможны:

Нейтронно-активационный анализ, количественный и качественный, исключительно точный, — тот самый, что выступил в пользу гипотезы об отравлении Наполеона, обнаружив в срезанной за день до смерти пряди волос бывшего императора мышьяк.

Нейтронная радиография — метод неразрушающего исследования материала, изначально применявшийся для распознавания состава руды — минералов и сплавов.

Повседневная практика

Индустрии, где применяется самый дорогой металл, многообразны: это металлургия, химическая, нефтяная и угольная промышленности. С калифорнием мы можем находить повреждения в корпусах самолетов, океанских лайнеров и атомных реакторов.

Может Cf служить и безопасности: нейтронная радиография способна найти наркотики в запаянной патронной гильзе и взрывчатку на дне грузового вагона, тем самым спасая сотни и тысячи жизней.

Медицина

Спасает жизни дорогой калифорний и онкологическим больным. В 1960-х началось изучение воздействия калифорния-252 на злокачественные опухоли. Проводились эксперименты и исследования — сначала на китайских хомячках, потом и на людях. Сейчас 252 изотоп успешно используют в радиологической терапии новообразований — это дорого, но действенно.

Тайны древности и волосы Наполеона

Радиография используется для определения возраста предметов искусства и древнего быта. Благодаря нейтронным технологиям подделка произведений скульптуры и живописи становится все более трудноосуществимой.

Но вернемся к Бонапарту. Нейтронно-активационный анализ показал, что содержание мышьяка в пряди его волос превышало физиологическую норму в 13 раз. Предположили, что Наполеон был отравлен. Впрочем, в начале XXI века гипотезу опровергли, выяснив, что волосы хранились в порошке, содержащем мышьяк, а сам Бонапарт страдал прободной язвой и, вероятно, раком желудка. Какая из болезней убила его — неизвестно, но не исключено, что облучение калифорнием спасло бы императора-изгнанника.

Надеюсь, вам было интересно. Подписывайтесь на мои статьи и рассказывайте о них!

Источник

Калифорний

Место в рейтинге Металл Стоимость, USD за 1 г
10 Серебро (Au)
9 Рутений (Ru)
8 Осмий (Os)
7 Платина (Pt)
6 Палладий (Pd)
5 Золото (Au)
4 Иридий (Ir)
3 Родий (Rh)
2 Осмий-187 (187Os)
1 Калифорний-252 (252Cf)
Калифорний
Радиоактивный металл серебристо-белого цвета
Название, символ, номер Калифорний / Californium (Cf), 98
Атомная масса
(молярная масса)
251,0796 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Rn] 5f 10 7s 2
Радиус атома 295 пм
Электроотрицательность 1,3 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Cf ← Cf 3+ : −1,93 В
Cf ← Cf 2+ : −2,1 В
Степени окисления +2, +3, +4
Плотность (при н. у.) 15,1 г/см³
Температура плавления 1173,15 К (900 °С, 1652 °F)
Температура кипения оценочно 1743 K (1470 °C)
Молярная теплоёмкость 29 Дж/(K·моль)
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a = 3,38, c = 11,03
Отношение c/a 3,26
Номер CAS 7440-71-3

Калифорний — искусственный радиоактивный химический элемент, актиноид, обозначаемый Cf, имеющий атомный номер 98 в периодической системе Менделеева. Известны радиоизотопы с массовыми числами 237—256. Стабильных изотопов не имеет.

Элемент был впервые синтезирован в 1950 году в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (тогда Лаборатория радиации Калифорнийского университета) путём бомбардировки кюрия альфа-частицами (ионами гелия-4). Актиноид, шестой трансурановый элемент, который был когда-либо синтезирован, и имеет вторую по величине атомную массу среди всех элементов, которые были произведены в таких количествах, чтобы их можно было разглядеть невооружённым глазом (после эйнштейния). Элемент был назван в честь штата Калифорния и университета из этого штата.

Содержание

История

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

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

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: НИИАР в Димитровграде (Россия), Окриджской 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:

CfF3 + 3Li ⟶ Cf + 3LiF

или оксида калифорния Cf2O3 кальцием:

От других актиноидов калифорний отделяют экстракционными и хроматографическими методами.

Физические и химические свойства

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

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 актиноидам. Синтезированы галогениды калифорния — CfX3 (X — атом галогена), оксигалогениды — CfOX. Для получения диоксида калифорния CfO2 оксид Cf2O3 окисляют при нагревании кислородом под давлением 10 МПа. В растворах Cf 4+ получают, действуя на соединения Cf 3+ сильными окислителями. Синтезирован твёрдый дийодид калифорния CfI2. Из водных растворов Cf 3+ восстанавливается до Cf 2+ электрохимически.

Изотопы

Известно 17 изотопов калифорния, наиболее стабильными из которых являются 251 Cf с периодом полураспада T1/2 = 900 лет, 249 Cf (T1/2 = 351 год), 250 Cf (T1/2 = 13,08 года) и 252 Cf (T1/2 = 2,645 года). Последний изотоп имеет высокий коэффициент размножения нейтронов (выше 3) и критическую массу около 5 кг (для металлического шара). Грамм 252 Cf испускает около 3⋅10 12 нейтронов в секунду. 251 Cf упоминается в книге Чингиза Абдуллаева «Символы распада» как элемент миниатюрной ядерной бомбы — «ядерного чемоданчика». Встречающиеся иногда оценки критической массы, составляющие порядка 10 г, относятся к водным растворам солей калифорния.

Применение

Наибольшее применение нашёл изотоп 252 Cf. Он используется как мощный источник нейтронов в нейтронно-активационном анализе, в лучевой терапии опухолей. Кроме того, изотоп 252 Cf используется в экспериментах по изучению спонтанного деления ядер. Калифорний является чрезвычайно дорогим металлом. Цена 1 грамма изотопа 252 Cf составляет около 4 млн долларов США, и она вполне оправдана, так как ежегодно получают 40—60 миллиграммов.

Продукты распада ядер калифорния-252 ( 252 Cf) с энергией порядка 80—100 МэВ используют для бомбардировки и ионизации пробы в спектрометрии (см. Плазменная десорбционная ионизация). При делении ядра 252 Cf 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.

Изотоп 249 Cf применяют в научных исследованиях. При работе с ним не требуется защита от нейтронного излучения.

Физиологическое действие

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

Источник

Читайте также:  Как вы стали фитнес тренером
Поделиться с друзьями
Металл и камни