Кіріспе

Калифорний – химиялық элемент, жасанды түрде алынған. Оның символы Cf, атомдық нөмірі 98. Алғаш рет 1950 жылы Лоренс Беркли ұлттық зертханасында (бұрынғы Калифорния университетінің радиациялық зертханасы) курийді альфа бөлшектерімен (гелий-4 иондары) бомбалау арқылы синтезделді. Бұл актинид элементі, синтезделген алтыншы трансуран элементі және көзге көрінетіндей мөлшерде алынған барлық элементтердің арасында екінші ең жоғары атомдық массаға ие (эйнстейниумнан кейін). Ол университеттің және АҚШ-тың Калифорния штатының құрметіне аталған. Қалыпты жағдайда екі кристалдық түрі бар: біреуі жоғары, екіншісі төмен. Үшінші түрі жоғары қысымда пайда болады. Калифорний бөлме температурасында ауада бірте-бірте тотығады. Калифорний қосылыстарында +3 тотығу дәрежесі басым. Калифорнийдің 20 белгілі изотопының ең тұрақтысы – калифорний-251, оның жартылай ыдырау периоды 898 жылды құрайды. Осы қысқа жартылай ыдырау периодының салдарынан, бұл элемент Жер қыртысында көп мөлшерде табылмайды. 252Cf, шамамен 2,645 жылдық жартылай ыдырау периодымен, ең көп қолданылатын изотоп болып табылады және АҚШ-тағы Оук Ридж ұлттық зертханасында және Ресейдегі Атомдық реакторлар ғылыми-зерттеу институтында өндіріледі. Калифорний – практикалық қолданысы бар сирек трансуран элементтерінің бірі. Осы қолданыстардың көпшілігі калифорнийдің белгілі бір изотоптарының нейтрондарды шығару қасиетіне негізделген. Мысалы, калифорнийді ядролық реакторларды іске қосуға көмектесу үшін пайдалануға болады, сондай-ақ, материалдарды зерттеу кезінде нейтрон дифракциясы және нейтрон спектроскопиясы үшін нейтрон көзі ретінде қолданылады. Ол сонымен қатар жоғары массалы элементтерді синтездеу үшін де қолданылады; оганесон (118 элемент) 249 калифорний атомдарын 48 кальций иондарымен бомбалау арқылы алынған. Калифорнийді пайдаланушылар радиологиялық қауіптерді және элементтің сүйек тіндерінде жиналу арқылы қызыл қан жасушаларының қалыптасуына кедерес келтіру қабілетін ескеруі керек.

Физикалық қасиеттері

Калифорний – күміс түсті ақ актинид металлы, балқу температурасы және шамамен қайнау температурасы белгісіз. Таза металл серпімді және оны бритвамен оңай кесуге болады. Калифорний металлы вакуумда жоғары температураға жеткенде булана бастайды. Калифорний металлы төмен температурада ферромагниттік немесе ферримагниттік (магнит сияқты әрекет етеді), 48 және 66 К аралығында антиферромагниттік (аралық күй), ал одан жоғары температурада парамагниттік (сыртқы магнит өрістері оны магниттеуге мүмкіндік береді). Ол лантаноид металдарымен қорытпалар құрайды, бірақ нәтижесіндегі материалдар туралы көп мәлімет жоқ. Бұл элемент стандартты атмосфералық қысымда екі кристалдық түрде кездеседі: альфа (α) деп аталатын қос гексагональ тығыз қаптамалы форма және бет-орталық кубтық форма, бета (β) деп белгіленген. α формасы 600–800 °C төмен температурада 15,10 г/см³ тығыздықпен, ал β формасы 600–800 °C жоғары температурада 8,74 г/см³ тығыздықпен кездеседі. 48 ГПа қысымда β формасы атомның 5f электрондарының локалдануына байланысты орторомбалық кристалл жүйесіне өтеді, бұл оларды байланысқа түсуге босатады. Материалдың көлемдік модулі – оның біркелкі қысымға төзімділігінің өлшемі. Калифорнийдің көлемдік модулі 50-ге тең, бұл үшвалентті лантаноид металдарына ұқсас, бірақ алюминий (70 ГПа) сияқты кең таралған металдардан кішірек.

Пайда болуы

Калифорнийдің іздері минералдарды іздеу және медициналық емдеулерді жүзеге асыратын объектілердің жанында табылуы мүмкін. Бұл элемент суда нашар ериді, бірақ қарапайым топыраққа жақсы жабысады; ал топырақтағы концентрациясы, топырақ бөлшектерін қоршаған суға қарағанда 500 есе жоғары болуы мүмкін. 1980 жылға дейін атмосферадағы ядролық қару сынақтарынан тараған радиоактивтік жауын-шашын қоршаған ортаға калифорнийдің аз мөлшерін әкелді. Калифорний АҚШ Энергетика министрлігінің бұрынғы объектілерінде маңызды радионуклид болып табылмайды, себебі ол көп мөлшерде өндірілген жоқ. Дегенмен, кейінгі зерттеулер калифорний спектрлерін анықтауға мүмкіндік бермеді, ал суперновалардың жарық қисықтары қазір 56-никельдің ыдырауынан туындайды деп саналады. Американнан фермийге дейінгі трансурандық элементтер, соның ішінде калифорний, Оклодағы табиғи ядролық бөліну реакторында табиғи түрде кездесті, бірақ қазіргі таңда олай емес. 2008 жылы Прибыльский жұлдызында калифорнийдің спектрлік сызықтары, сондай-ақ бірнеше бастапқы емес элементтердің сызықтары анықталды.

Қолданбалар

Калифорний-252 – күшті нейтрон шығарушы ретінде бірнеше арнайы қолданысқа ие; ол минутына бір микрограммға 139 миллион нейтрон шығарады. Калифорнийден алынған нейтрондар, басқа сәулелену терапиясы тиімсіз болатын жатыр мойны және мидың кейбір қатерлі ісіктерін емдеу үшін қолданылады. Ол 1969 жылдан бері білім беру саласында қолданылып келеді, ол кезде Джорджия Технология институты Саванна-Ривер полигонынан 252Cf-тің 119 мкг-ын қарызға алды. Ол сондай-ақ, көмір және цемент өнеркәсіптерінде онлайн-элементтік көмір анализаторларымен және жаппай материал анализаторларымен қолданылады. Материалдарға нейтронның енуі калифорнийді отын таяқшаларын сканерлеу сияқты анықтау құралдарында, ұшақтар мен қару-жарақ компоненттерінің коррозияны, нашар дәнекерлеулерді, жарықтарды және ішке қалған ылғалды анықтау үшін нейтрондық рентгенографияда және портативті металл іздегіштерде пайдалы етеді. Нейтрон ылғалдығын өлшеу құралдары 252Cf-ті мұнай ұңғымаларындағы су және мұнай қабаттарын табу үшін, алтын мен күміс іздеу үшін портативті нейтрон көзі ретінде, сондай-ақ жер асты суларының қозғалысын анықтау үшін қолданады. 1982 жылы 252Cf-тің негізгі қолданылуы реакторды іске қосу (48,3%), отын таяқшаларын сканерлеу (25,3%) және активациялық талдау (19,4%) болды. 1994 жылға қарай 252Cf көбінесе нейтрондық радиографияда (77,4%) қолданылды, ал отын таяқшаларын сканерлеу (12,1%) және реакторды іске қосу (6,9%) маңызды, бірақ екінші деңгейдегі қолданыс болып табылды. 2021 жылы 252Cf-тің жылдам нейтрондары сымсыз деректерді беру үшін пайдаланылды. 251Cf өте кішкентай, шамамен 0,053 кг есептелген, өте қауіпті және салыстырмалы түрде қысқа уытты қоршаған ортаға сәулелену периодына ие. Калифорнийдің төменгі сындық массасы элементтің мүмкін қолданылуы туралы кейбір асыра сілтеулерге әкелді. 2006 жылдың қазан айында зерттеушілер Оганнесонның (элемент 118) үш атомының Ресейдің Дубна қаласындағы Біріккен Ядролық Зерттеулер институтында 249Cf-ті кальций-48-бен бомбалау арқылы анықталғанын жариялады, бұл оны ең ауыр жасалған элемент етті. Мақсатқа 32 см² титан фольгасына жатқызылған шамамен 10 мг 249Cf кірді. Калифорний басқа да трансуран элементтерін өндіру үшін де қолданылған; мысалы, лоуренций алғаш рет 1961 жылы калифорнийді бор ядроларымен бомбалау арқылы синтезделген.

Сақтық шаралары

Скелеттік тіндерде жиналатын калифорний денедегі қызыл қан жасушаларын қалыптастыру қабілетін бұзатын сәулеленуді тудырады. Элемент өте жоғары радиоактивтілігі және қоршаған ортадағы төмен концентрациясы салдарынан ешбір организмде табиғи биологиялық рөл атқармайды. Калифорний ластанған тағам немесе сусынды ішу арқылы немесе элементтің майда бөлшектері бар ауаны тыныс алу арқылы денеге енуі мүмкін. Денеге түскеннен кейін, калифорнийдің бар болғаны 0,05% ғана қанға жетеді. Осы калифорнийдің шамамен 65% қаңқаға, 25% бауырға сіңеді, ал қалғаны басқа мүшелерге таралады немесе негізінен зәрмен шығарылады. Қаңқа мен бауырға сіңген калифорнийдің жартысы тиісінше 50 және 20 жыл ішінде жоғалады. Калифорний қаңқада сүйек бетіне жабысып, содан кейін сүйек бойына баяу қозғалады. Элемент ең қауіптісі денеге түскен кезде. Бұған қоса, калифорний-249 және калифорний-251 гамма сәулелерін шығару арқылы тіндерге сыртқы зақым келтіруі мүмкін. Калифорнийдің сүйекке және бауырға шығаратын иондаушы сәулеленуі қатерлі ісіктерге әкелуі мүмкін.