Химические элементы

Б. Каннингем разработал и использовал тончайшие микрохимические методы исследований, которые пригодились при изучении свойств элемента. Все, чем располагали в те времена экспериментаторы — 0,02 г берклия. На каждый опыт расходовалось не более одной десятой части этого вещества.

Позже ученым все-таки удалось получить больше металла, поэтому им удалось изучить его физико-химические свойства. Первый слиток весил всего 5 граммов. Его получили восстановлением трифторида берклия BkF₃.

Калифорний

В 1952 году в США было проведено испытание первой в мире термоядерной бомбы с именем Айви Майк в США на Маршалловых островах. Она была в 700 раз мощнее первой атомной бомбы. Взрыв был такой силы, что остров Элугелаб, находящийся в эпицентре взрыва, просто испарился. На его месте образовался кратер глубиной 50 метров. В результате образовались продукты термоядерного взрыва. Среди них ученые обнаружили изотоп нового элемента. Им был изотоп ²⁵⁴Cf. Новый элемент был назван калифорнием в честь штата, где впервые были получены его атомы.

Этот изотоп удивил ученых, так как основной вид его распада оказался спонтанным делением, то есть атом ²⁵⁴Cf делился на атомы других элементов, примерно равных по массе. До этого такие изотопы у других элементов не встречались. Если у ядер других атомов и встречалось спонтанное деление, то данный вид распада составлял мизерную долю от полного числа актов распада. Например, на несколько миллионов альфа-распадов ²³⁸U приходится только один спонтанный распад. Доля всех других изотопов других элементов спонтанное деление — это очень редкое явление. А для ²⁵⁴Cf это оказался основной вид распада. Если измерить удельную мощность данного изотопа, то она гигантская и составляет 10 000 кВт/кг.

Каждый раз получать новые атомы ²⁵⁴Cf в процессе термоядерного взрыва затея очень странная. Да и защитники природы не позволят проводить новые термоядерные взрывы. Поэтому ученые стали искать другие способы получения изотопов данного элемента. Естественно, они его нашли. Они взяли ускоритель частиц — циклотрон, поместили в него мишень из изотопа ²⁴²Cm и стали обстреливать ускоренными ядрами атома гелия. Получили всего несколько тысяч атомов.

Далее необходимо было отделить полученный калифорний от кюрия, из которого состояла мишень. Работать надо было крайне аккуратно, так как активность кюрия составляла 1011 распадов в минуту. Руками с таким объектом не поработаешь. Такую активность можно сравнить с активностью нескольких десятков килограмм урана.

Теоретически ученые определили, что период полураспада калифорния составляет около часа. Поэтому необходимо было спешить с процессом отделения калифорния от кюрия. Ведь примерно за 10 часов распадался практически весь полученный калифорний. Разделение провели при помощи ионнообменной хроматографии. Калифорнию, как и всем актиноидам характерна валентность III.

Существует и третий способ получения калифорния. Он образуется в процессе ядерных превращений в специальных ядерных реакторах под действием потока нейтронов. Чтобы получить 1 грамм калифорния в таких реакторах, требуется 10 килограммов ²³⁹Pu. Это очень много. В результате образуется изотоп ²⁵²Cf, который уже слабо взаимодействует с нейтронами. И его очень тяжело превратить в более тяжелые изотопы. Таким образом калифорний становится «тупиком» по получению более тяжелых элементов. Все методы, которые раньше ученые использовали для получения элементов тяжелее плутония, больше не подходят.

Микрограмм ²⁵²Cf дает столько же осколков деления, сколько 1 микрограмм урана, находящийся в ядерном реакторе под потоком нейтронов. Изучать уран и его осколки в таких условиях невозможно. А вот калифорний — можно, так как он не спрятан в ядерном реакторе за толстой бетонной стеной.

В результате спонтанного деления изотопа ²⁵²Cf образуется примерно 3,82 нейтрона. Даже в цепной реакции деления урана или плутония образуется меньше нейтронов. Считалось, что это свойство можно применить для создания атомной мини бомбы размером с пулю. Представьте себе снайпера, который при помощи винтовки и таких патронов устраивает ядерный апокалипсис армии своего противника. Но, как было сказано выше, на производство 1 грамма калифорния расходуется 10 килограммов плутония. А это очень много.

Основное применение калифорния — изготовление компактных и мощных источников нейтронов. Например, микрограмм калифорния нанесенный на кончик иглы можно вводить в злокачественную опухоль. Нейтроны будут разрушать область опухоли, прилегающую к кончику иглы, а здоровые ткани останутся невредимыми.

Нейтроны сильно рассеиваются ядрами легких элементов, то есть отражаются в разных направлениях, что можно использовать для определения строения мягких тканей человека.

Также калифорниевые нейтроны подходят для нефтеразведки. Нефть тоже состоит из легких элементов. Это же углеводороды. Нефтяной пласт является отличным нейтронным отражателем.

Эйнштейний