鉲 (Cf)

發現史

發現: 1950 · Stanley Gerald Thompson

1950年2月9日前後，物理學家斯坦利·G·湯普森（Stanley Gerald Thompson）、小肯尼斯·史翠特、阿伯特·吉奧索及格倫·西奧多·西博格在伯克利加州大學首次發現了鉲元素。鉲是第六個被發現的超鈾元素。研究小組在1950年3月17日發佈了該項發現。美國加州伯克利的1.5米直徑迴旋加速器將α粒子（42He）加速至35 MeV能量，射向一微克大小的鋦-242目標，以此產生了鉲-245（24598Cf）和一顆自由中子（n）。24296Cm + 42He → 24598Cf + 10n這次實驗只產生了大約5千個鉲原子，這些原子的半衰期為44分鐘。該新元素以加州和加州大學命名為Californium。這和95至97號元素的命名方式有所不同：第95至97號錒系元素是利用類似於其上方的鑭系元素之命名方式而命名的。但是位於98號元素之上的鏑（Dysprosium）名稱原意為「難取得」，所以研究人員決定打破這項非正式的命名規律。不過在期刊物理評論上公布98號元素的發現時，他們對此有所說明：「我們要指出一點，鏑（Dysprosium）這個名字是由一個希臘字變來的，意思是『很難達到』；而在一個世紀以前，尋找另一種元素的人們（指淘金者）覺得加州是個難以達到的地方。」海峽兩岸對此元素的漢字命名均遵從音譯原則。1951年，中國大陸《化學命名原則》修訂時新增這一元素，並將其訂名為「鐦」，後《簡化字總表》將其簡化為「锎」，而非按照類推簡化原則作「钘」，以防與表示酒器的「鈃」相混淆。台灣則將其訂名為「鉲」。愛達荷國家實驗室通過對鈽目標體進行輻射，首次產生了重量可觀的鉲元素，並於1954年發佈了研究結果。產生的樣本中能夠觀察到鉲-252的高自發裂變率。1958年，科學家首次對濃縮鉲進行了實驗。在對鈽-239進行中子輻射連續5年之後，科學家在樣本中發現了從鉲-249到鉲-252的各個同位素。兩年後的1960年，勞倫斯伯克利國家實驗室的伯里斯·坎寧安（Burris Cunningham）和詹姆斯·沃爾曼（James Wallman）把鉲置於蒸汽與鹽酸中，第一次製成了鉲的化合物——三氯化鉲、氯氧

用途與應用

鉲是目前在科學研究之外有實際用途的最重元素。鑀及以上的元素由於半衰期太短，生產難度大，因此只能在實驗室中用於合成更重的元素。鉲-252為一種強中子射源，有著幾個應用的範疇。每微克的鉲每分鐘能夠產生1.39億顆中子。因此鉲可以被用作核反應爐的中子啟動源或在中子活化分析中作為（非來自反應爐的）中子源。在放射治療無效時，子宮頸癌和腦癌的治療目前用到了鉲所產生的中子。自從1969年薩瓦那河發電廠（Savannah River Plant）向喬治亞理工學院借出119 µg的鉲-252之後，鉲一直用於教育。由於中子能夠穿透物質，所以鉲也可以用在探測器中，如燃料棒掃描儀，使用中子射線照相術來探測飛機和武器部件的腐蝕、問題焊接點、破裂及內部濕氣，以及便攜式金屬探測器等。中子濕度計利用鉲-252來尋找油井中的水和石油，為金銀礦的實地探測提供中子源，以及探測地下水的流動。1982年鉲-252的主要用途按用量比例分別為：反應爐啟動源（48.3%）、燃料棒掃描儀（25.3%）及活化分析（19.4%）。到了1994年，大部份的鉲-252都用於中子射線照相（77.4%），而燃料棒掃描儀（12.1%）和反應爐啟動源（6.9%）則成了次要的應用範圍。鉲-251的臨界質量很低（約為5 kg），但人們也曾低估其臨界質量，並誇大其臨界質量較低的特性的潛在用途。2006年10月，位於俄羅斯杜布納的聯合核研究所研究人員宣佈成功合成3顆Og（118號元素）原子。他們利用鈣-48撞擊鉲-249，產生了這個目前最重的元素。該次實驗的目標體是一片面積為32 cm2、含有10 mg鉲-249的鈦薄片。其它用到鉲來合成的超鈾元素還包括1961年以硼原子核撞擊鉲所形成的鐒元素。

同位素

目前已知的鉲同位素共有20個，質量數從237到256不等，都是放射性同位素。其中最穩定的有鉲-251（半衰期為898年）、鉲-249（351年）、鉲-250（13.08年）及鉲-252（2.645年）。其餘的同位素半衰期都在一年以下，大部份甚至少於20分鐘。鉲-249是在鉳-249進行β衰變後形成的。大部分其他的鉲同位素是在核反應爐中對鉳進行強烈的中子輻射後產生的。雖然鉲-251的半衰期最長，但是由於容易吸收中子（高中子捕獲率）以及會與其它粒子產生反應（高中子截面），所以其產量只有10%。鉲-252為強中子放射源，因此它的放射性極高，非常危險。鉲-252有96.9%的機率進行α衰變（損失兩顆質子和兩顆中子），並形成鋦-248，剩餘的3.1%機率進行自發裂變。一微克（µg）的鉲-252每秒釋放230萬顆中子，平均每次自發裂變釋放3.7顆中子。其他大部份的鉲同位素都以α衰變形成鋦的同位素（原子序為96）。