Для чего используется калифорний
Самый дорогой металл
Когда речь заходит о самом дорогом металле на нашей планете, многие представляют себе платину, родий или титан. На самом же деле, это далеко от правды.
Самым дорогим металлом, полученным химическим путем, является металл под названием Калифорний. Сходством со многими драгоценными металлами у Калифорния является белый цвет и серебристый отблеск, не более того.
Увидеть Калифорний воочию не удастся- вес исчисляется атомами.
Немного истории
Этот необычный металл открыл в 50х годах 20 века Гленн Сиборг. Изначально, невидимый (лишь несколько атомов) Калифорний получили в реакторах, в которых под воздействием нейтронов осуществляли расщепление радиоактивных элементов. Логично, что и полученный металл тоже является радиоактивным и возник он в результате четко направленной ядерной реакции.
Через 8 лет удалось получить химическое соединение Калифорния в более твердом состоянии.
Что же представляет из себя Калифорний?
Критическая масса — в ядерной физике минимальная масса делящегося вещества, необходимая для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления. Коэффициент размножения нейтронов в таком количестве вещества больше единицы или равен единице. Размеры, соответствующие критической массе, также называют критическими.
Величина критической массы зависит от свойств вещества (таких, как сечения деления и радиационного захвата), от плотности, количества примесей, формы изделия, а также от окружения. Например, наличие отражателей нейтронов может сильно уменьшить критическую массу.
252 изотоп Калифорния создают в лабораторных условиях, а точнее в защищенных ядерных реакторах, расщепляя продукты облученные радиоактивным плутонием, кюрием или нейтронами.
Калифорний-252 поддать распаду нереально. В результате преобразования, только 0,3% ядер плутония не распадается, поэтому для получения 1 грамма Калифорния требуется 10 кг плутония.
За год в мире получают до 100 микрограмм такого «концентрата энергии», как калифорний-252, а по некоторым оценкам, на нашей планете, его запас не превышает 5 грамм.
Калифорний-252 – самый дорогостоящий и научно важный металл. Его стоимость доходила до 27 миллионов долларов за 1 грамм.
Вопреки высокой стоимости, есть такие отрасли, в которых этот изотоп, а точнее его свойства являются во много раз ценней стоимости.
Где используют Калифорний?
Его активно применяют:
Кроме того, его излучение используют в таких сферах, как:
Применение в медицине
Несмотря на токсичность, его применяют в медицине, как источник целительного излучения, убивающего зараженные и больные ткани тела.
При введении малейшего его количества в ткани тела, разрушаются все атипичные клетки, при этом здоровые клетки облучению не поддаются.
Благодаря этим открытиям нейтронная радиохирургия стала реальным и опробованным способом лечения распространенных заболевания.
Вы не задумывались, почему «калифорний-252» стоит так дорого? (3 фото)
Ядерная реакция.
Ядерная реакция это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, который может сопровождаться изменением состава и строения ядра. Последствием взаимодействия может стать деление ядра, испускание элементарных частиц или фотонов. Кинетическая энергия вновь образованных частиц может быть гораздо выше первоначальной, при этом говорят о выделении энергии ядерной реакцией.
Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд в 1919 году, бомбардируя α-частицами ядра атомов азота. Она была зафиксирована по появлению вторичных ионизирующих частиц, имеющих пробег в газе больше пробега α-частиц и идентифицированных как протоны. Впоследствии с помощью камеры Вильсона были получены фотографии этого процесса.
По механизму взаимодействия ядерные реакции делятся на два вида:
1.
Драгоценные металлы вовсе не являются такими дорогими, если сравнивать их с некоторыми искусственно полученными металлами. Например, радиоактивный элемент Калифорний-252 стоит неимоверных 27 миллионов долларов за 1 грамм (дороже только антиматерия, которая оценивается в 60 триллионов долларов за 1 грамм). Ежегодно в мире производят лишь 40 миллиграмм этого материала, поэтому мировой запас Калифорния составляет ничтожных 8 грамм. Регулярно Калифорний производят в Окриджской национальной лаборатории в США и в Димитровграде Ульяновской области. Далее предлагаем взглянуть на процесс производства почти самого дорогого в мире материала.
2.
В 80 километрах от Ульяновска, на реке Черемшан, находится город Димитровград с населением около 100 000 человек. Его главное предприятие – Научно-исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР), который был создан в 1956 году по иницитиве Курчатова. Изначально он был опытной станцией для испытаний ядерных реакторов, но в настоящее время спектр направлений деятельности значительно расширился. Сейчас в НИИАР испытывают различные материалы, чтобы определить, как они себя ведут в условиях продолжительного радиактивного излучения, создают радионуклидные источники и препараты, которые применяют в медицине и исследованиях, решают технические вопросы экологически чистых технологий и просто ведут научную деятельность. В НИИАР работает около 3500 сотрудников и 6 реакторов.
Известны 20 изотопов, наиболее ценным из них является калифорний-252 с периодом полураспада в 2,6 года.
Температура плавления металла 900 градусов Цельсия, температура кипения оценивается в 1300-1500 градусов Цельсия. Калифорний радиоактивен, является мощным источником нейтронов и токсичен. Ежегодно производят не больше нескольких сот миллиграммов 252-го изотопа.
P.S.
И лечит и колечит. Но, при этом не доступен, обычному «Смертному».
Калифорний назван в честь Калифорнийского университета в Беркли, где в 1950 году его получила группа ученых под руководством обладателя Нобелевской премии по химии и участника Манхэттенского проекта Гленна Сиборга.
Создатель калифорния и один из основоположников ядерной химии Гленн Сиборг причастен к открытию десяти новых элементов таблицы Менделеева, один из которых в его честь получил название сиборгий.
С калифорнием работают только Научно-исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР) в Димитровграде и Национальная лаборатория Оук-Ридж в США.
Калифорний относится к числу самых дорогих веществ в мире. По некоторым оценкам, один грамм этого вещества стоит 26 миллионов долларов.
Самый дорогой металл на планете: сколько стоит, как получают и где используют?
Какой металл является самым дорогим на планете и когда его открыли?
Среди всех металлов есть настоящий рекордсмен, как по цене, так и по трудности добычи. Им является калифорний-252. На нашей планете имеется не более 10 грамм этого металла в чистом виде! Калифорний-252 был открыт и впервые получен в 50-х годах прошлого века, когда между США и СССР шла гонка технологий, а своим названием он обязан американским учёным.
Как получают Калифорний-252?
Металл получают путём бомбардировки кюрия и плутония потоками нейтронов. Процесс протекает в ядерном реакторе, а за время облучения происходят сложные ядерные трансформации элементов (плутоний-америций-кюрий-берклий-калифорний). Чтобы получить всего 1 грамм калифорния-252 нужно потратить около 10 килограммов радиоактивного плутония.
После завершения ядерных реакций, калифорний-252 получается не в чистом виде. Его сложные оксиды и соли необходимо восстановить до металла. Период полураспада элемента составляет чуть больше 2 лет. Это значит, что через этот срок останется лишь половина активных ядер.
Сколько стоит самый дорогой металл и где его производят?
Вышеописанный процесс невероятно сложно реализовать, а потому металл очень дорогой. Цена всего 1 грамма этого металла может доходить до 30 миллионов долларов! Получают калифорний-252 всего в двух местах на планете: в США (Окриджская национальная лаборатория) и в России (Димитровград, Научно-исследовательский институт атомных реакторов).
Где используют Калифорний-252?
Высокая цена калифорния-252 оправдана его уникальными свойствами. Изотоп спонтанно испускает мощнейший поток нейтронов. Это сопоставимо с таким же количеством излучения урана, который находится в рабочем реакторе. Металл может быть использован для первичного запуска ядерных реакторов, для исследования свойств материи и для широкого спектра физических исследований.
Калифорний-252 может быть применён для лечения онкологии. Мельчайший образец металла, испускающий медленные нейтроны, способен разрушать поражённые клетки. Также нейтронный анализ используют в неразрушающей диагностике предметов старины, для определения их возраста и подлинности.
Если статья была интересна, пожалуйста, поддержите лайком!
Подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить новые материалы.
Калифорний
| 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.
Драгоценные металлы вовсе не являются такими дорогими, если сравнивать их с некоторыми искусственно полученными металлами. Например, радиоактивный элемент Калифорний-252 стоит неимоверных 27 миллионов долларов за 1 грамм (дороже только антиматерия, которая оценивается в 60 триллионов долларов за 1 грамм). Ежегодно в мире производят лишь 40 миллиграмм этого материала, поэтому мировой запас Калифорния составляет ничтожных 8 грамм. Регулярно Калифорний производят в Окриджской национальной лаборатории в США и в Димитровграде Ульяновской области. Далее предлагаем взглянуть на процесс производства почти самого дорогого в мире материала.
Далее слова автора:
В 80 километрах от Ульяновска, на реке Черемшан, находится город Димитровград с населением около 100 000 человек. Его главное предприятие – Научно-исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР), который был создан в 1956 году по иницитиве Курчатова. Изначально он был опытной станцией для испытаний ядерных реакторов, но в настоящее время спектр направлений деятельности значительно расширился. Сейчас в НИИАР испытывают различные материалы, чтобы определить, как они себя ведут в условиях продолжительного радиактивного излучения, создают радионуклидные источники и препараты, которые применяют в медицине и исследованиях, решают технические вопросы экологически чистых технологий и просто ведут научную деятельность. В НИИАР работает около 3500 сотрудников и 6 реакторов.
Светят, но не греют
Ни один из шести «нииаровских» реактора не используется как источник энергии и не отапливает город – тут вы не увидите гигантских установок на тысячи МВт. Главная задача этих «малышей» – создать максимальный по плотности поток нейтронов, которыми учёные института и бомбардируют различные мишени, создавая то, чего нет в природе. Реакторы НИИАР работают по схеме «10/10″ – десять дней работы и 10 день отдыха, профилактики и перегрузки топлива. При таком режиме просто невозможно использовать их для нагрева воды. Да и максимальная температура теплоносителя, получаемая на выходе – всего 98 С, воду быстро охлаждают в небольших градирнях и пускают по кругу.
Из 6 реакторов есть один, самый любимый учёными НИИАР. Он же и самый первый. Он же и Самый Мощный, что и дало ему имя – СМ. В 1961 году это был СМ-1, мощностью в 50 МВт, в 1965 после модернизации он стал СМ-2, в 1992 – СМ-3, эксплуатация которого рассчитана до 2017 года. Это уникальный реактор и в мире он один такой. Его уникальность – в очень высокой плотности потока нейтронов, который он способен создавать. Именно нейтроны и являются основной продукцией НИИАР. С помощью нейтронов можно решать много задач по исследованию материалов и созданию полезных изотопов. И даже воплощать в жизнь мечту средневековых алхимиков – превращать свинец в золото (теоретически).
Если не вдаваться в подробности, то процесс очень прост – берётся одно вещество и обстреливается со всех сторон нейтронами. Так, к примеру, из урана путём дробления его ядер нейтронами можно получить более лёгкие элементы: йод, стронций, молибден, ксенон и другие.
Ввод реактора СМ-1 в эксплуатацию и его успешная работа вызвали большой резонанс в научном мире, стимулировав, в частности, сооружение в США высокопоточных реакторов с жестким спектром нейтронов – HFBR (1964 год) и HFIR (1967 год). В НИИАР неоднократно приезжали светила ядерной физики, включая отца ядерной химии Гленна Сиборга, и перенимали опыт. Но всё же такой же по элегантности и простоте реактор так никто больше и не создал.
К примеру, совсем недавно из реактора вытащили колбу с иридием, из которого получили нужный изотоп. Теперь она висит и остывает.
После этого, маленькую ёмкость с теперь уже радиоактивным иридием погрузят в специальный защитный свинцовый контейнер, весом в несколько тонн и отправят на автомобиле заказчику.
Отработанное топливо (всего несколько грамм) потом тоже остудят, законсервируют в свинцовую бочку и отправят в радиоактивное хранилище на территории института на длительное хранение.
В этом зале не один реактор. Рядом с СМ находится и другой – РБТ – реактор бассейнового типа, который работает с ним в паре. Дело в том что в реакторе СМ топливо «выгорает» всего наполовину. Поэтому его нужно «дожечь» в РБТ.
Вообще, РБТ удивительный ректор, внутрь которого можно даже заглянуть (нам не дали). Он не имеет привычного толстого стального и бетонного корпуса, а для защиты от радиации он просто помещен в огромный бассейн с водой (отсюда и название). Толща воды удерживает активные частицы, тормозя их. При этом частицы, движущиеся со скоростью, превышающей фазовую скорость света в среде, вызывают знакомое многим по фильмам голубоватое свечение. Этот эффект носит название учёных, которые его описали – Вавилова — Черенкова.
Запах реакторного зала не спутать ни с чем. Здесь сильно пахнет озоном, как после грозы. Воздух ионизируется при перегрузке, когда отработавшие сборки достают и перемещают в бассейн для охлаждения. Молекула кислорода О2 превращается в О3. Кстати, озон пахнет совсем не свежестью, а больше похож на хлор и такой же едкий. При высокой концентрации озона вы будете чихать и кашлять, а потом умрёте. Он отнесён к первому, самому высокому классу опасности вредных веществ.
Радиационный фон в зале в этот момент повышается, но и людей здесь нет – все автоматизировано и оператор наблюдает за процессом через специальное окно. Однако, даже после этого к перилам в зале без перчаток прикасаться не стоит – можно подхватить радиоактивную грязь.
Но уйти домой с ней вам не дадут – на выходе из «грязной зоны» всех обязательно проверяют детектором бэта-излучения и в случае обнаружения вы вместе со своей одеждой отправитесь в реактор в качестве топлива. Шутка.
Но руки в любом случае нужно мыть с мылом после посещения любых подобных зон.
Коридоры и лестницы в реакторном корпусе застелены специальным толстым линолеумом, края которого загнуты на стены. Это нужно для того, чтобы в случае радиоактивного загрязнения можно было бы не утилизировать всё здание целиком, а просто скатать линолеум и постелить новый. Чистота тут почти как в операционной, ведь наибольшую опасность представляет здесь пыль и грязь, которая может попасть на одежду, кожу и внутрь организма – альфа и бэта-частицы не могут улететь далеко, но при ближнем воздействии они как пушечные ядра, и живым клеткам точно не поздоровится.
Пульт с красной кнопкой
Зал управления реактором.
Сам пульт производит впечатление глубоко устаревшего, но зачем менять то, что спроектировано на долгие годы работы? Важнее всего то, что за щитами, а там все новое. Всё же многие датчики были переведены с самописцев на электронные табло, и даже программные системы, которые, кстати, в НИИАР и разрабатываются.
Каждый реактор имеет множество независимых степеней защиты, поэтому «фукусимы» тут не может быть в принципе. А что касается «чернобыля» – не те мощности, тут работают «карманные» реакторы. Наибольшую опасность представляют выбросы некоторых лёгких изотопов в атмосферу, но и этому не дадут случиться, как нас уверяют.
Если за пределами НИИАР вы будете заправлять штаны в носки, то, скорее всего, вас кто-то сфотографирует и выложит в сеть, чтобы посмеяться. Однако здесь это необходимость. Попробуйте сами догадаться, почему.
Теперь о Калифорнии-252 и зачем он нужен. Теперь представьте, что та энергия, которую вырабатывает целый реактор СМ, может дать всего лишь один грамм (!) Калифорния.
Калифорний-252 – мощный источник нейтронов, что позволяет использовать его для обработки злокачественных опухолей, где другая лучевая терапия бездейственна. Уникальный металл позволяет просвечивать части реакторов, детали самолетов, и обнаруживать повреждения, которые обычно тщательно скрываются от рентгеновских лучей. С его помощью удается находить запасы золота, серебра и месторождения нефти в недрах земли. Потребность в нём в мире очень велика, и заказчики порою вынуждены стоять годами в очереди за вожделённым микрограммом Калифорния! А всё потому, что производство этого металла занимает…. годы. Для производства одного грамма Калифорния-252, плутоний или кюрий подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе, в течение 8 и 1.5 лет соответственно, последовательными превращениями проходя практически всю линейку трансурановых элементов таблицы Менделеева. На этом процесс не заканчивается – из получившихся продуктов облучения химическим путем долгими месяцами выделяют сам калифорний. Это очень и очень кропотливая работа, которая не прощает спешки. Микрограммы металла собирают буквально по атомам. Этим и объясняется такая высокая цена.