カリホルニウム

カリホルニウムは合成化学元素であり、元素記号はCf、原子番号は98です。1950年にローレンス・バークレー国立研究所（当時はカリフォルニア大学放射線研究所）で、キュリウムにアルファ粒子（ヘリウム4イオン）を照射することによって初めて合成されました。アクチノイド元素であり、合成された6番目の超ウラン元素です。肉眼で見えるほど大量に生成された元素の中では、アインスタイニウムに次いで2番目に原子量が大きい元素です。その名前は、カリフォルニア大学とアメリカ合衆国カリフォルニア州にちなんで付けられました。

常圧では2 つの結晶形が存在します。1 つは900 °C (1,650 °F) より上、もう 1 つは 900 °C (1,650 °F)より下です。高圧では 3 番目の形が存在します。カリホルニウムは室温で空気中でゆっくりと変色します。カリホルニウム化合物は+3 の酸化状態が支配的です。カリホルニウムの既知の 20 個の同位体の中で最も安定なのは、半減期が 898 年であるカリホルニウム 251 です。この短い半減期は、この元素が地殻中に有意な量で存在しないことを意味します。^{[ a ]}半減期が約 2.645 年である²⁵² Cf は、最も一般的に使用されている同位体であり、米国のオークリッジ国立研究所(ORNL) とロシアの原子炉研究所で生産されています。  

カリホルニウムは、実用的な用途を持つ数少ない超ウラン元素の一つです。これらの用途のほとんどは、カリホルニウムの特定の同位体が中性子を放出するという性質を利用しています。例えば、カリホルニウムは原子炉の起動を助けるために使用でき、中性子回折や中性子分光法を用いて物質を研究する際の中性子源としても使用されます。また、より質量の大きい元素の核合成にも使用できます。オガネソン（元素番号118）は、カリホルニウム249原子にカルシウム48イオンを照射することによって合成されました。カリホルニウムを使用する際には、放射線に関する懸念と、骨組織に生体蓄積することで赤血球の形成を阻害する性質を考慮する必要があります。

カリホルニウムは、 1950年2月9日頃、カリフォルニア大学バークレー校放射線研究所で物理学者のスタンリー・ジェラルド・トンプソン、ケネス・ストリート・ジュニア、アルバート・ギオルソ、グレン・T・シーボーグによって初めて合成されました。 ^{[ 28 ]}これは発見された6番目の超ウラン元素であり、研究チームは1950年3月17日にその発見を発表しました。^{[ 29 ] [ 30 ]}

カリホルニウムを生成するために、バークレーにある直径60インチ（1.52m ）のサイクロトロンで、マイクログラムサイズのキュリウム242（^242Cm  ）ターゲットに35MeVのアルファ粒子（^4He）を照射し、カリホルニウム245（^245Cf）と1つの自由中性子（n）を生成した。^{[ 28 ] [ 29 ]} 

²⁴² ₉₆ Cm+ ⁴ ₂ He→ ²⁴⁵ ₉₈ Cf+ ¹ ₀ n

元素を特定して分離するために、イオン交換法と吸着法が実施された。^{[ 29 ] [ 31 ]}この実験では約5,000個のカリホルニウム原子しか生成されず、^{[ 32 ]}これらの原子の半減期は44 分であった。^{[ 28 ]}

発見者たちは、新元素に大学と州の名前をつけた。これは、周期表でその直上の元素の命名方法からヒントを得た、元素95～97に用いられてきた慣例からの逸脱であった。^{[ 33 ] [ e ]}しかし、周期表で元素98の直上の元素であるジスプロシウムは「到達しにくい」という意味の名前を持つため、研究者たちは非公式な命名慣例を脇に置くことにした。^{[ 35 ]}彼らはさらに、「我々ができる最善のことは、1世紀前の探鉱者たちがカリフォルニアにたどり着くのが困難だったことを指摘することだ」と付け加えた。^{[ 34 ]}

計量可能な量のカリホルニウムは、アイダホ州東部の国立原子炉試験場の材料試験炉でプルトニウム標的を照射することによって初めて生成され、これらの発見は1954年に報告されました。 ^{[ 36 ]}これらのサンプルでは、​​カリホルニウム-252の高い自発核分裂率が観察されました。濃縮されたカリホルニウムの最初の実験は1958年に行われました。^{[ 28 ]}同年、原子炉で5年間中性子照射されたプルトニウム-239のサンプルから、同位体^249Cfから^{252Cfが分離されました。 [ 11 ]} 2年後の1960年、カリフォルニア大学ローレンス放射線研究所のバリス・カニンガムとジェームズ・ウォールマンは、カリホルニウムを水蒸気と塩酸で処理することにより、最初のカリホルニウム化合物である三塩化カリホルニウム、オキシ塩化カリホルニウム(III)、および酸化カリホルニウムを生成した。^{[ 37 ]}

テネシー州オークリッジのORNLにある高フラックス同位体原子炉（HFIR）は、1960年代に少量のカリホルニウムの生産を開始した。^{[ 38 ]} 1995年までに、HFIRは名目上年間500ミリグラム（0.018オンス）のカリホルニウムを生産していた。^{[ 39 ]} 1958年の米英相互防衛協定に基づき英国から米国に供給されたプルトニウムは、カリホルニウムの製造に使用された。^{[ 40 ]} 

原子力委員会は1970年代初頭に252Cfを産業界や学術界の顧客に1マイクログラムあたり10ドルで^販売し^{[ 27 ]} 、 1970年から1990年まで毎年平均150mg （0.0053オンス）の^{252Cfが出荷された[ 41 ]。[ f ]}カリホルニウム金属は1974年にヘアとバイバルツによって初めて製造され、彼らは酸化カリホルニウム(III)を金属ランタンで還元して、マイクログラム量のサブマイクロメートル厚の膜を得た^{[ 42 ] 。 [ 43 ] [ g ]}  

カリホルニウムの痕跡は、鉱物探査や医療処置でこの元素を使用する施設の近くで見つかることがある。^{[ 45 ]}この元素は水にはほとんど溶けないが、通常の土壌にはよく付着し、土壌中の濃度は土壌粒子の周囲の水中の濃度よりも500倍高くなることがある。^{[ 46 ]}

1980 年以前の大気圏核兵器実験による放射性降下物は、環境に少量のカリホルニウムをもたらした。^{[ 46 ]}核爆発後に大気から採取された放射性塵には、カリホルニウム 249、-252、-253、および -254 が観測されている。^{[ 47 ]}カリホルニウムは大量に生産されなかったため、米国エネルギー省のレガシーサイトでは主要な放射性核種ではない。 ^{[ 46 ]}

カリホルニウムはかつて超新星爆発で生成されると考えられていた。なぜなら、超新星爆発の崩壊は^254Cfの60日間の半減期と一致するからである。[ ^{48 ]しかし}、その後の研究ではカリホルニウムのスペクトルは検出されず、^{[ 49 ]}超新星の光度曲線は現在、ニッケル56の崩壊に従うと考えられている。^{[ 50 ]}

オクロの天然核分裂炉には、カリホルニウムを含むフェルミウムまでの超ウラン元素が存在していたはずだが、当時生成された量はとっくに崩壊してなくなっているだろう。^{[ 51 ]}

カリホルニウムは原子炉や粒子加速器で生成されます。^{[ 52 ]}カリホルニウム-250は、バークリウム-249（^{249 Bk）に中性子を照射し、}中性子捕獲（n,γ ）によってバークリウム-250（²⁵⁰ Bk）を生成し、それが次の反応で急速にベータ崩壊（β ⁻）してカリホルニウム-250（^{250 Cf）になることによって生成されます。 [ 53 ]}

²⁴⁹ ₉₇ Bk(n,γ) ²⁵⁰ ₉₇ Bk→ ²⁵⁰ ₉₈ Cf+ β⁻

²⁵⁰ Cfに中性子を照射すると²⁵¹ Cf と²⁵² Cfが生成される^{。[ 53 ]}

アメリシウム、キュリウム、プルトニウムに中性子を長時間照射すると、ミリグラム量の^252Cfとマイクログラム量の^249Cfが生成されます。^{[ 54 ]} 2006年現在、キュリウム同位体244～248は、特殊な原子炉で中性子照射され、主にカリホルニウム252と少量の同位体249～255が生成されます。^{[ 55 ]}

マイクログラム量の^{252Cfは、米国}原子力規制委員会を通じて商業的に利用可能です。^{[ 52 ] 252Cf}を生産しているのは、米国のオークリッジ国立研究所とロシアのディミトロフグラードにある原子炉研究所の2か所のみです。2003年現在、この2か所はそれぞれ年間0.25グラムと0.025グラムの^{252Cfを生産しています。 [ 56 ]}

半減期が長いカリホルニウム同位体が3種類生成され、その過程で核分裂やアルファ崩壊が起こらずにウラン238による中性子捕獲が合計15回必要となる。 ^{[ 56 ] 253Cf}は、ウラン238から始まり、プルトニウム、アメリシウム、キュリウム、バークリウムのいくつかの同位体、およびカリホルニウム同位体249～253を含む生産チェーンの最終段階にある（図を参照）。

骨組織に生物濃縮されるカリホルニウムは、赤血球の形成能力を阻害する放射線を放出する。^{[ 73 ]}この元素は、強い放射能と環境中の低濃度のため、いかなる生物においても自然な生物学的役割を果たさない。^{[ 45 ]}

カリホルニウムは、汚染された食品や飲料を摂取したり、元素の浮遊粒子を含む空気を吸い込んだりすることで体内に取り込まれる可能性があります。体内に取り込まれたカリホルニウムのうち、血流に到達するのはわずか0.05%です。そのカリホルニウムの約65%は骨格に、25%は肝臓に沈着し、残りは他の臓器に沈着するか、主に尿として排泄されます。骨格と肝臓に沈着したカリホルニウムの半分は、それぞれ50年と20年で消失します。骨格内のカリホルニウムは、骨の表面に付着してから、ゆっくりと骨全体に移動します。^{[ 46 ]}

この元素は体内に取り込まれると最も危険です。さらに、カリホルニウム249とカリホルニウム251は、ガンマ線放出によって外部から組織損傷を引き起こす可能性があります。カリホルニウムが骨や肝臓に放出する電離放射線は癌を引き起こす可能性があります。 ^{[ 46 ]}

• Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999). Advanced Inorganic Chemistry (6th  ed.). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-19957-1。
• カニンガム、BB（1968）。「カリフォルニウム」。ハンペル、クリフォード A.（編）。化学元素百科事典。ラインホルド・ブック・コーポレーション。LCCN 68029938。 
• エムズリー、ジョン（1998）。『元素』オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-855818-7。
• エムズリー、ジョン（2001）。「カリフォルニウム」。『自然の構成要素：元素に関するアリゾナ州ガイド』。オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-850340-8。
• グリーンウッド、NN；アーンショー、A.（1997）。元素の化学（第2 版）。バターワース・ハイネマン。ISBN 978-0-7506-3365-9。
• Haire, Richard G. (2006). 「カリホルニウム」. Morss, Lester R.、Edelstein, Norman M.、Fuger, Jean (編)『アクチニドおよび超アクチニド元素の化学』（第3 版）. Springer Science+Business Media. ISBN 978-1-4020-3555-5。
• ハイザーマン、デイビッド・L. (1992). 「元素98：カリホルニウム」。化学元素とその化合物の探求。TABブックス。ISBN 978-0-8306-3018-9。
• ヤクブケ、ハンス・ディーター。ジェシュカイト、ハンス編。 （1994年）。簡潔な百科事典化学。トランス。回転数イーグルソン、メアリー。ウォルター・デ・グルイテル。ISBN 978-3-11-011451-5。
• クレブス、ロバート（2006）。地球の化学元素の歴史と利用：参考ガイド。グリーンウッド出版グループ。ISBN 978-0-313-33438-2。
• ライド、デイビッド・R.編（2006）。化学と物理のハンドブック（第87 版）。CRCプレス、テイラー＆フランシスグループ。ISBN 978-0-8493-0487-3。
• 米国国家研究評議会（NRC）。放射線源の使用と代替に関する委員会（2008）。放射線源の使用と代替：要約版。米国科学アカデミー出版局。ISBN 978-0-309-11014-3。
• オニール、メアリーデール J.、ヘッケルマン、パトリシア E.、ローマン、シェリー B. 編 (2006)。メルクインデックス：化学物質、医薬品、生物製剤の百科事典（第14 版）。メルク研究所、メルク社。ISBN 978-0-911910-00-1。
• Osborne-Lee, IW; Alexander, CW (1995). "Californium-252: A Remarkable Versatile Radioisotope" . Oak Ridge Technical Report ORNL/TM-12706 . doi : 10.2172/205871 . OSTI 205871 . 
• ルイス・ラプエンテ、P.カナル、R. Isern、J. (1996)。熱核超新星。シュプリンガーサイエンス+ビジネスメディア。ISBN 978-0-7923-4359-2。
• シーボーグ、グレン・T.、ラブランド、ウォルター・D. (1990). 『ウラン以外の元素』ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社ISBN 978-0-471-89062-1。
• シーボーグ、グレン・T. (1994).現代錬金術：グレン・T・シーボーグ選集. ワールド・サイエンティフィック. ISBN 978-981-02-1440-1。
• シーボーグ、グレン T. (1996)。アドロフ、JP (編)。放射能発見から100年。オルデンブールヴィッセンシャフトヴェルラーク。ISBN 978-3-486-64252-0。
• シーボーグ、グレン・T. (2004). 「カリフォルニウム」 . ゲラー、エリザベス編『簡潔化学百科事典』 . マグロウヒル. p.  94. ISBN 978-0-07-143953-4。
• シュワッキ、ネビル・ゴンザレス、シュワッキ、テレサ（2010）。結晶学の基礎。パン・スタンフォード。ISBN 978-981-4241-59-5。
• ウォーカー、ペリン、ターン、ウィリアム H. 編 (1991).金属エッチング剤ハンドブック. CRC Press. ISBN 978-0-8493-3623-2。
• ウィークス、メアリー・エルヴィラ；ライチェスター、ヘンリー・M.（1968）。「21：現代錬金術」。元素の発見。化学教育ジャーナル。848-850頁。ISBN  978-0-7661-3872-8。LCCN 68015217。 

• カリフォルニウム（周期表動画集、ノッティンガム大学）
• NuclearWeaponArchive.org – カリフォルニウム
• 有害物質データベース – 放射性カリホルニウム

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