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锎是第六个被人工合成出来的超铀元素

(2019-12-15 21:27:48)
 锎(英语:Californium台湾、香港、澳门称鉲)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。
1905年,德国科学家维斯巴赫从氧化镱中分离出的一种新元素,符号Cf,曾一度获得承认,译作"锎",后确定它就是"镥",故此名称被舍弃。

1950年2月9日前后,物理学家Stanley G. Thompson、Kenneth Street, Jr.、阿伯特·吉奥索格伦·西奥多·西博格在伯克利加州大学首次发现了锎元素。锎是第六个被发现的超铀元素。研究小组在1950年3月17日发布了该项发现。

美国加州伯克利的1.5米直径回旋加速器α粒子(4

2He)加速至35 MeV能量,射向一微克大小的锔-242目标,以此产生了锎-245(245

98Cf)和一颗自由中子(n)。

  • 24296Cm + 42He → 24598Cf + 10n

此次实验只产生了大约5千颗锎原子,半衰期为44分钟。

该新元素以加州和加州大学命名。这和95至97号元素的命名方式有所不同。第95至97号元素是利用类似於对上的元素之命名方式而命名的。但是,98号元素以上的镝(Dysprosium)的意思是「难取得」,所以研究人员决定打破此前的非正式命名常规。

爱达荷国家实验室通过对目标体进行辐射,首次产生了重量可观的锎元素,并于1954年发布了研究结果。产生的样本中能够观察到锎-252的高自发裂变率。1958年,科学家首次对浓缩锎进行了实验。在对钸-239进行中子辐射连续5年之后,科学家在样本中发现了从锎-249到锎-252的各个同位素。两年后的1960年,劳伦斯伯克利国家实验室的Burris Cunningham和James Wallman把锎置于蒸汽与盐酸中,第一次制成了锎的化合物--三氯化锎、氯氧化锎及氧化锎。

1960年代,位于美国田纳西州橡树岭橡树岭国家实验室利用其高通率同位素反应炉(HFIR)产生了少量的锎。到1995年为止,HFIR的实际锎年产量为500毫克。在《英美共同防御协约》下英国向美国提供的钸元素曾用于制造锎。

美国原子能协会在1970年代初起向工业及学术机构销售锎-252同位素,每微克价格为10美元,从1970至1990年每年一共售出150微克锎-252。Haire和Baybarz于1974年用镧金属还原了氧化锎(III),首次制成数微克重、厚度小於1微米的锎金属薄片。

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51 K(−220 °C)以下的锎金属具铁磁性亚铁磁性,在48至66 K时具反铁磁性,而在160 K(−110 °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48 GPa的压力下,锎的晶体结构会由β型转变为第三种正交晶系结构。这是由于锎原子中的5f电子在此压力下会变成离域电子,这些自由电子够参与键结的形成。

物质的体积模量指的是该物质抗衡均匀压力的强度。锎的体积模量为50 ± 5 GPa,这与三价的镧系金属相似,但比一些常见的金属低(如铝:70 GPa)。

目前已知的锎同位素共有20个,都是放射性同位素。其中最稳定的有锎-251(半衰期为898年)、锎-249(351年)、锎-250(13.08年)及锎-252(2.645年)。其余的同位素半衰期都在一年以下,大部分甚至少于20分钟。锎同位素的质量数从237到256不等。

锎-249是在鉳-249进行β衰变后形成的。大部分其他的锎同位素是在核反应炉中对鉳进行强烈的中子辐射后产生的。虽然锎-251的半衰期最长,但是由于容易吸收中子(高中子捕获率)以及会与其他粒子产生反应(高中子截面),所以其产量只有10%。

锎-252是个强中子射源,因此其放射性极高,非常危险。锎-252有96.9%的机率进行α衰变(损失两颗质子和两颗中子),并形成锔-248,剩于的3.1%机率进行自发裂变。一微克(µg)的锎-252每秒释放230万颗中子,平均每次自发裂变释放3.7颗中子。其他大部分的锎同位素都以α衰变形成锔的同位素(原子序为96)。

锎的用途


锎(台湾、香港、澳门称鉲),它的化学符号是Cf,它的原子序数是98,属于锕系元素之一。锎几乎都是人工合成的,合成条件极为苛刻,工艺极为繁琐,美国的实际锎年产量也仅为0.5克。

美国原子能协会出售人造锎的价格为每微克10美元,1微克=0.001毫克,1000毫克=1克,也就是说10万微克=1克,1克人造锎的售价是100万美金。

科学家曾认为超新陨星会产生锎,因为超新陨星物质的衰变符合Cf的60天半衰期。它最早是在1950年合成的。锎的拼音名称是以美国的加利福尼亚州命名。该地是加利福尼亚大学柏克莱分校的所在州份。由氦同位素轰击锔可得到微量的锎。锎的同位素有244Cf到254Cf。锎-251是最稳定的同位素,它的半衰期有898年。虽然锎-251是锎最稳定的同位素,但是最有商业价值的却是锎-252。锎-252现在大部分都是用来检测飞机行李内是否有爆裂物存在。

由于锎能够利用的数量非常少,使其应用受到了限制,可是,它作为裂解碎片源,被用于核研究。自然界中能找到锎元素的概率极低,就算偶尔发现,最多也就只有半克,由于其数量极少,每次出现,都会引起全世界各国的关注。物以稀为贵,该元素是世界上最昂贵的元素,1克价值100万—20亿美元可用作高通量的中子源。在核医学领域可用来治疗恶性肿瘤。由于锎-252中子源可以做得很小很细,这是其它中子源所做不到的,所以把中子源经过软管送到人体腔内器官肿瘤部位,或者植入到人体的肿瘤组织内进行治疗。特别是对子宫癌、口腔癌、直肠癌、食道癌、胃癌、鼻腔癌等,锎-252中子治疗都有相当好的疗效。




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