Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

98. Калифорний

Хотя вполне логично предположить, что элемент, полученный в Университете Калифорнии в Беркли назван калифорнием в честь штата, в котором он был впервые получен, надо сказать, что для Глена Сиборга и его коллег придумать имя этому элементу оказалось непростым делом – Сиборг пытался играть в «химический кроссворд» и подбирал названия синтезированным актиноидам так, чтобы название актиноида смысловой нагрузке, вложенный в название его аналога-лантаноида: европий-америций, гадолиний-кюрий, тербий-берклий.

Однако, в 1950 году, когда дело дошло до того, чтобы дать название элементу № 98, система дала сбой. Эквивалентом будущего калифорния среди лантаноидов был диспрозий, получивший название благодаря сложности в получении и выделении: «диспрозитос» – трудно найти. Сиборг с коллегами решили исходить от слова «получить», и попытались рассмотреть все варианты, связанные с получением. Предлагались варианты «циклотроний», циклоний» – по названию устройства, в котором был получен элемент № 98, радлабиум – уже по названию подразделения Университета Калифорнии в Беркли, в котором был осуществлен синтез (радиационная лаборатория). В конечном итоге произошёл интересны разворот мысли – Сиборг напомнил, что за столетие до получения элемента № 98 людьми, занимавшимися поисками другого химического элемента было трудно найти безопасный путь до Калифорнии (имелась в виду калифорнийская золотая лихорадка 1848–50 годов), и элемент назвали калифорнием.

Первый нуклид калифорния, который был синтезирован – ²⁴⁵Cf, его период полураспада составлял всего 44 минуты, для получения этого нуклида мишень из кюрия облучали α-частицами в циклотроне – одном из первых типов ускорителей частиц. Циклотроны используются и в наше время, но уже не для решения научных задач, а для получения радиоизотопов, применяющихся в ядерной медицине – радиодиагностике и радиотерапии. В циклотроне частица, которая движется в постоянном магнитном поле, ускоряется переменным высокочастотным электрическим полем, которое заставляет частицу двигаться в круговой камере циклотрона по спирали до столкновения с мишенью. В эксперименте Сиборга столкновение α-частицы с кюриевой мишенью давало атом калифорния и нейтрон.

Калифорний образует около двадцати изотопов (большая часть распадается за минуты и менее), самый устойчивый из которых ²⁵⁰Cf, его период полураспада 898 лет. Эту разновидность калифорния получают, бомбардируя берклий ²⁴⁹Bk нейтронами – образующийся при этом ²⁵⁰Bk испускает β-частицу и превращается в калифорний. Хотя на Земле калифорний можно получить только с помощью «трансмутации XX века» – ядерных реакций, следы этого элемента наблюдаются в космосе как один из множества продуктов, образующихся в результате взрывов сверхновых.

Калифорний является отличным эмиттером нейтронов, что позволяет использовать его для запуска ядерных реакторов, в которых поток нейтронов начинает распад ядерного горючего. Какое-то время предполагалось, что калифорний может стать материалом для ядерного оружия – для ²⁵¹Cf критическая масса (минимальная масса, при которой начинается цепная ядерная реакция, приводящая к взрыву) составляет пять килограмм, что вдвое меньше критической массы плутония. К счастью, сложности и высокая стоимость получения калифорния избавили нас от перспективы появления ещё и такого оружия массового поражения – цена 1 грамма ²⁵²Cf составляет около 250 миллионов долларов, ежегодно получают 20–40 микрограммов, а общий мировой запас этого металла не превышает 8 граммов.

Помимо «зажигательной свечи» для ядерного реактора небольшие количества калифорния применяются в устройствах, в которых нужен поток нейтронов, из которых наиболее известны датчики для разведывания нефтяных месторождений. Эти детекторы направляют поток нейтронов в исследуемый материал, в котором ядра водорода, безусловно присутствующие в составе углеводородов нефти, замедляют поток нейтронов, то есть позволяют искать молекулы, содержащие водород, в подземных резервуарах. Нейтроны, испускаемые калифорнием, также позволяют искать серебро и золото. Метод, применяющийся для поиска этих металлов, называется нейтронно-активационный анализ – область, в которой идет геологическая разведка, облучают нейтронами и расшифровывают картину γ-излучения, выделяющегося в результате взаимодействия образца с нейтронами – характер ответного излучения индивидуален для каждого металла.

99. Эйнштейний