Откуда взялся калифорний и зачем он нужен.
Многие считают золото самым дорогим металлом. Однако по себестоимости оно не входит даже в тройку лидеров, где расположились плутоний, тритий и, конечно же, калифорний. Средняя цена последнего — около 27 млн. долларов за грамм. Рассказываем, как его производят и где используют.
История вопроса.
Калифорний — это искусственно синтезированный металл, который получил свое название в честь Калифорнийского университета Беркли. Именно там, в одной из лабораторий, в 1950 г. группа ученых под руководством обладателя Нобелевской премии и основоположника ядерной химии Гленна Сиборга сумела создать изотоп этого элемента.
Исследователи получили калифорний из чрезвычайно радиоактивного металла кюрия, который они бомбардировали нейтронами гелия. В результате такого воздействия элемент становится тяжелее и в итоге, после длинной цепочки химических реакций, трансформировался в новый металл.
Калифорний также можно производить из плутония, однако в этом случае процесс будет длиннее. В таком случае цепочка превращения выглядит следующим образом: «плутоний — америций — кюрий — берклий — калифорний». По пути такого преобразования из 100% ядер распадается 99,7%, и лишь 0,3% удается удержать от распада, именно они и превращаются в новый элемент.
Иными словами, для синтеза необходимо большое количество исходного материала, а результат на выходе крайне мал — всего несколько миллиграммов вещества. Так, для получения 1 мг калифорния необходимо примерно 10 кг плутония.
Кроме того, процесс синтеза занимает много времени: чтобы получить значительное количество вещества, необходимо 7−8 лет.
Самый устойчивый изотоп — калифорний-252. Каждый год создается примерно 10 мг этого вещества. За все время удалось накопить всего около 10 граммов.
На планете есть только два места, где производят этот элемент: в Научно-исследовательском институте ядерных реакторов, расположенном в Димитровграде Ульяновской области, и Национальной лаборатории Ок-Ридж в США. Отметим, что на последнем предприятии в феврале 2023 г. произошел пожар, поэтому производство там временно приостанавливали.
Почему калифорний нужен всем.
Ценность этого металла заключается не только в его редкости, но и в уникальных свойствах, которыми он обладает. Из-за высокой токсичности он имеет огромный заряд энергии. Так, микрограмм калифорния испускает 2 млн нейтронов в секунду, при этом весь этот объем поместится на кончике иглы. А один грамм дает энергии столько же, сколько может выделить небольшой ядерный реактор.
Проще говоря, калифорний — это лучшее сырье для создания портативных устройств сильной мощности, которые применяются во многих областях.
У калифорния есть 17 изотопов, период их распада варьируется от 2,5 до 900 лет. Самый известный — калифорний-252 — нашел наибольшее применение. Именно его производят в «промышленных», хоть и ничтожных масштабах, то есть используют в реальных производствах.
Где применяется калифорний:
• Ядерная энергетика. Поскольку этот металл является мощным источником нейронов, его применяют в качестве компактного пускового «механизма» для начала работы ядерного реактора.
• Медицина. Калифорний используют в миниатюрных нейтронных источниках для лечения больных раком пациентов. Его применяют в радиохирурги, поскольку источник нейтронов может разрушать раковые клетки внутри организма.
• Геологоразведка. Нейтронные излучатели с присутствием калифорния позволяют проводить анализ материалов, в том числе находящихся глубоко под землей. После облучения по обратному отклику можно судить о химическом составе того, что вы облучили. Таким образом проводят исследования для поиска золота, железа, серебра и других элементов.
По тому же принципу можно определить слои воды в почве, объем и расположение нефти в нефтяных скважинах. С помощью подобных источников сканируют большие громоздкие конструкции (например, самолеты, детали сложной космической техники), чтобы обнаружить скрытые повреждения. А еще в полиции используют нейтронные радиографы, чтобы находить запрещенные вещества, которые не удалось обнаружить с помощью рентгена.
• Диагностика предметов прошлого. С помощью подобных нейтронных источников можно определить химический состав той или иной вещи. Это, например, существенно облегчило работу антикваров. Так, с появлением такой технологии оказалось просто определять подделку предметов живописи — по анализу краски можно точно понять, в какой период времени была написана картина.
Так же перестала быть тайной смерть Наполеона Бонапарта. По этому принципу ученые провели исследование волоса французского императора и выяснили, что содержание мышьяка в нем превышено в 13 раз.