캘리포늄 (Cf)

발견 과정

발견: 1950 · Stanley Gerald Thompson

Californium was first made at University of California Radiation Laboratory, Berkeley, by physics researchers Stanley Gerald Thompson, Kenneth Street Jr., Albert Ghiorso, and Glenn T. Seaborg, about February 9, 1950. It was the sixth transuranium element to be discovered; the team announced its discovery on March 17, 1950. To produce californium, a microgram-size target of curium-242 (242Cm) was bombarded with 35 MeV alpha particles (4He) in the 60-inch-diameter (1.52 m) cyclotron at Berkeley, which produced californium-245 (245Cf) plus one free neutron (n).

용도와 활용

캘리포늄은 은백색의 악티늄족 금속이며870~930°C의 녹는점과1745 K의 추정된 끓는점을 가지고 있다. 순수금속은 가단성이 있고 면도칼로 쉽게 잘린다. 캘리포늄 금속은300 °C의 진공 상태에서 증발하기 시작한다. 51 K밑에서는 준강자성 아니면 강자성을 띤다. 48~66 K에서는 반강자성을 띠고(중간 상태이다) 160 K이상에서는 상자성을 띤다. 란타넘족 원소들과 합금을 생성하기도 하지만 그리 많이 알려져 있지는 않다. 이 원소는1표준 대기압 밑에서는 두가지 결정 구조를 갖는데 하나는 이중 육방정계 구조를 갖는 알파 결정 구조와 면심입방격자 구조를 가지는 베타 결정 구조이다. 알파 결정 구조는600 °C~800 °C이하에서15.10 g/cm3의 밀도를 가지고 베타 결정 구조는600 °C~800 °C이상에서8.74 g/cm3의 밀도로 존재한다. 48 GPa위에서는 베타 결정 구조가 사방정계 구조로 변하는데 이건 원자의5f전자의 비편재화로 인해 전자들이 결합에 참여할 수 있게 되기 때문이다. 부피탄성계수(체적탄성계수)는 물체에 압력이 가해졌을 때 부피의 변화에 저항하는 강성을 나타낸 것이다. 캘리포늄의 부피탄성계수는45~55 GPa이다. 이는3가의 란타넘족 원소들과 비슷하지만 알루미늄(Al) 같은3가의 더 비슷한 금속들보다는 부피탄성계수가 낮다.(알루미늄의 부피탄성계수는70 GPa)

동위원소

캘리포늄은20개의 방사성 동위원소가 알려져 있으며 가장 안정한 방사성 동위원소는 캘리포늄-251로898년의 반감기를 가진다. 그 다음으로 안정한 동위원소들은 캘리포늄-249(반감기351년), 캘리포늄-250(반감기13.08년), 캘리포늄-252(반감기2.645년)이다. 이들을 나머지 동위원소들은 반감기가1년 미만이며, 대부분20분을 넘지 않는다. 캘리포늄의 동위원소들은237에서256까지의 질량수를 가진다. 캘리포늄-249는 버클륨-249의 베타 붕괴로 생성되고 다른 대부분의 캘리포늄 동위원소들은 원자로에서 버클륨 동위원소에 중성자가 흡수되며 생성된다. 캘리포늄-251이 가장 안정한 동위원소임에도 불구하고 이 동위원소의 생산량은 전체의10 % 밖에 되지 않는데 이는 이 동위원소가 중성자를 잘 흡수(중성자 포획)하고 다른 입자들과 상호작용을 잘 하는 성질에 있다. 캘리포늄-252는 아주 강한 중성자 발생원으로 따라서 방사성이 아주 강하며 위험하다. 96.9 %의 캘리포늄-252는 알파 붕괴를 통해 퀴륨-248을 생성하고 나머지3.1 %는 자발 핵분열을 한다. 1마이크로그램(μg)의 캘리포늄은 자발 핵분열을 통해 초당230만개의 중성자(n)를 방출한다. 대부분의 다른 캘리포늄 동위원소들은 알파 붕괴를 통해 퀴륨(Cm, 원자번호96번)의 동위원소로 붕괴된다.