Californium

Iso	AN	Période	MD	Ed	PD
Iso	AN	Période	MD	MeV	PD
²⁴⁸Cf	{syn.}	333,5 j	α FS	6,361 —	²⁴⁴Cm PF
²⁴⁹Cf	{syn.}	351 a	α FS	6,295 —	²⁴⁵Cm PF
²⁵⁰Cf	{syn.}	13,08 a	α FS	6,128 —	²⁴⁶Cm PF
²⁵¹Cf	{syn.}	898 a	α	6,176	²⁴⁷Cm
²⁵²Cf	{syn.}	2,645 a	α FS	6,217 —	²⁴⁸Cm PF
²⁵³Cf	{syn.}	17,81 j	β^- α	0,285 6,124	²⁵³Es ²⁴⁹Cm
²⁵⁴Cf	{syn.}	60,5 j	α FS	5,926 —	²⁵⁰Cm PF

Propriétés physiques du corps simple

État ordinaire

Solide

15,1 g·cm^-3[2]

Argentée

900 °C[2]

1 469,85 °C, 1 743

Divers

N^o CAS

7440-71-3[3]

Précautions

Radioélément à activité notable

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le californium trouve des applications comme amorce des réactions de fission dans les réacteurs nucléaires, dans le pilotage des centrales thermiques et des cimenteries en intervenant dans les sondes de contrôle de production, dans certaines radiothérapies, ainsi que dans l'exploration pétrolière.

Le californium est le sixième transuranien à avoir été synthétisé. Il a été produit pour la première fois en 1950 par Stanley G. Thompson, Glenn T. Seaborg, Kenneth Street, Jr. (en), et Albert Ghiorso à Berkeley, en Californie, d'où son nom : il avait alors été obtenu en bombardant une cible de curium 242 avec un faisceau de particules α pour produire du ²⁴⁵Cf par une réaction (α,n) :

242
96Cm + 4
2He → 246
98Cf* → 245
98Cf + 1
0n.

Occurrence

L'élément n'existe pas à l'état naturel sur Terre, en raison de sa demi-vie faible (900 ans ou moins selon les isotopes) par rapport à l'âge de la planète, tous les atomes qui pouvaient se trouver présents lors de la formation de la Terre se seraient désintégrés, et ne faisant pas partie des chaînes de désintégration naturelles il n'est pas renouvelé naturellement. Tous les atomes de californium présents sur Terre sont donc d'origine humaine.

Des traces de californium peuvent être trouvées à proximité d'installations utilisant l'élément en prospection minière et en médecine[4]. L'élément est difficilement soluble dans l'eau mais il adhère bien à un sol ordinaire (les concentrations de californium dans le sol peuvent être 500 fois plus importantes que dans l'eau entourant les particules de ce sol)[5].

Les retombées radioactives issues d'essais nucléaires atmosphériques antérieurs à 1980 sont à l'origine de la présence d'une petite quantité de californium dans l'environnement[5]. Les isotopes du californium de nombres de masse 249, 252, 253 et 254 ont été observés dans la poussière radioactive récoltée dans l'air après une explosion nucléaire[6].

Il a été supposé que le californium était produit par des supernovae, leurs désintégrations concordant avec la demi-vie de 60 jours de ²⁵⁴Cf[7]. Cependant, des études ultérieures ont échoué à montrer tout spectre du californium[8] et les courbes de lumière des supernovae sont maintenant présumées suivre la désintégration du nickel 56[9].

Formation

Le californium se forme dans les réacteurs nucléaires par captures neutroniques successives à partir d'uranium 238. L'étape intermédiaire est le berkélium ₉₇Bk, qui peut donner du californium autant par capture neutronique que par désintégration β (à partir de l'isotope ²⁴⁹Bk).

L'isotope ²⁵¹Cf a une section efficace de fission de 4 800 barn pour les neutrons thermiques, ce qui fait que la plupart des atomes fissionnent avant de capturer des neutrons supplémentaires, mais il en demeure néanmoins suffisamment pour que se forme du ²⁵²Cf dans le matériau nucléaire ; ce ²⁵²Cf se désintègre rapidement en une série d'isotopes du curium, lesquels sont susceptibles de redonner à leur tour du californium par capture neutronique.

Isotopes

L'isotope à la plus grande demi-vie est ²⁵¹Cf avec une demi-vie d'environ 900 ans.

Propriétés

L'isotope ²⁵²Cf est un puissant émetteur de neutrons, ce qui le rend particulièrement dangereux. Chaque microgramme de ²⁵²Cf émet spontanément 2 314 000 neutrons par seconde[10], tandis qu'un gramme dégage 39 W de chaleur somme de la chaleur des désintégrations alpha et de celle émise par les fissions spontanées[11]. Le taux de fissions spontanées par désintégration alpha est de 3,09 %; le nombre de neutrons émis est de 3,73 en moyenne par fission.

L'isotope ²⁵¹Cf est connu pour sa faible masse critique, inférieure à 5 kg et même à peine 2 kg avec un réflecteur de neutrons comme l’acier[12]. Il serait en théorie possible de fabriquer une bombe atomique très compacte à base de cet isotope. En pratique, le coût de revient d'une telle masse critique de californium 251 est de 25 millions d'euros le gramme[13]^{[source insuffisante]} rendant peu efficient son usage pour l'armement.

Notes et références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Californium#Occurrence » (voir la liste des auteurs).

(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, 2009, 89^e éd., p. 10-203
(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
Emsley 2001, p. 90.
(en) ANL contributors, « Human Health Fact Sheet: Californium » [PDF], Argonne National Laboratory, août 2005
(en) P. R. Fields, M. Studier, H. Diamond, J. Mech, M. Inghram, G. Pyle, C. Stevens, S. Fried et W. Manning, « Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris », Physical Review, vol. 102, n^o 1,‎ 1956, p. 180–182 (DOI 10.1103/PhysRev.102.180, Bibcode 1956PhRv..102..180F)
(en) W. Baade, Burbidge, G. R., Hoyle, F., Burbidge, E. M., Christy, R. F. et Fowler, W. A., « Supernovae and Californium 254 », Publications of the Astronomical Society of the Pacific, vol. 68, n^o 403,‎ août 1956, p. 296–300 (DOI 10.1086/126941, Bibcode 1956PASP...68..296B, lire en ligne, consulté le 26 septembre 2012)
(en) J. G. Conway, Hulet, E.K. et Morrow, R.J., « Emission Spectrum of Californium », Journal of the Optical Society of America, vol. 52,‎ 1^er février 1962 (DOI 10.1364/josa.52.000222, lire en ligne, consulté le 26 septembre 2012)
Ruiz-Lapuente1996, p. 274.
(en) R. C. Martin, J. B. Knauer, P. A. Balo, « Production, Distribution, and Applications of Californium-252 Neutron Sources », Applied Radiation and Isotopes, vol. 53, n^os 4–5,‎ 1999, p. 785–792 (DOI 10.1016/S0969-8043(00)00214-1, lire en ligne)
Encyclopædia Britannica Transuranium Element – Nuclear Properties.
Site de l'IRSN (Institut de Radioprotection et de Sureté Nucléaire)
Sputnik, « 25 M EUR pour un gramme de ce métal produit en Russie », sur fr.sputniknews.com (consulté le 25 janvier 2017).

Voir aussi

Bibliographie

(en) John Emsley, Nature's Building Blocks : An A-Z Guide to the Elements, Oxford University Press, 2001, 538 p. (ISBN 978-0-19-850340-8, lire en ligne), « Californium »
(en) P. Ruiz-Lapuente, R. Canal et J. Isern, Thermonuclear Supernovae, Springer Science+Business Media, 1996, 890 p. (ISBN 978-0-7923-4359-2, lire en ligne)

Liens externes

(en) « Technical data for Californium » (consulté le 11 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope

1

2

3

4

5

6

7

8

*

Métaux Alcalins	Alcalino- terreux	Lanthanides	Métaux de transition	Métaux pauvres	Métal- loïdes	Non- métaux	Halo- gènes	Gaz nobles	Éléments non classés
		Actinides
		Superactinides

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[CRC_Handbook_of_Chemistry_and_Physics-1] (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, 2009, 89^e éd., p. 10-203

[HandbookChemPhys90-2] (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)

[3] Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)

[Emsley200190JK3HIS-4] Emsley 2001, p. 90.

[ANL2005-5] (en) ANL contributors, « Human Health Fact Sheet: Californium » [PDF], Argonne National Laboratory, août 2005

[6] (en) P. R. Fields, M. Studier, H. Diamond, J. Mech, M. Inghram, G. Pyle, C. Stevens, S. Fried et W. Manning, « Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris », Physical Review, vol. 102, n^o 1,‎ 1956, p. 180–182 (DOI 10.1103/PhysRev.102.180, Bibcode 1956PhRv..102..180F)

[super1-7] (en) W. Baade, Burbidge, G. R., Hoyle, F., Burbidge, E. M., Christy, R. F. et Fowler, W. A., « Supernovae and Californium 254 », Publications of the Astronomical Society of the Pacific, vol. 68, n^o 403,‎ août 1956, p. 296–300 (DOI 10.1086/126941, Bibcode 1956PASP...68..296B, lire en ligne, consulté le 26 septembre 2012)

[super2-8] (en) J. G. Conway, Hulet, E.K. et Morrow, R.J., « Emission Spectrum of Californium », Journal of the Optical Society of America, vol. 52,‎ 1^er février 1962 (DOI 10.1364/josa.52.000222, lire en ligne, consulté le 26 septembre 2012)

[Ruiz-Lapuente1996274PB88ZU-9] Ruiz-Lapuente1996, p. 274.

[10] (en) R. C. Martin, J. B. Knauer, P. A. Balo, « Production, Distribution, and Applications of Californium-252 Neutron Sources », Applied Radiation and Isotopes, vol. 53, n^os 4–5,‎ 1999, p. 785–792 (DOI 10.1016/S0969-8043(00)00214-1, lire en ligne)

[11] Encyclopædia Britannica Transuranium Element – Nuclear Properties.

[12] Site de l'IRSN (Institut de Radioprotection et de Sureté Nucléaire)

[13] Sputnik, « 25 M EUR pour un gramme de ce métal produit en Russie », sur fr.sputniknews.com (consulté le 25 janvier 2017).