Californium

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Californium
Image illustrative de l'article Californium
Disque de 10 mg de californium 249.
BerkéliumCaliforniumEinsteinium
Dy
  Structure cristalline hexagonale compacte
 
98
Cf
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
Cf
?
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom Californium
Symbole Cf
Numéro atomique 98
Famille d'éléments Actinide
Groupe, période, bloc –, 7, f
Masse volumique 15,1 g·cm-3[1]
Couleur Argentée
No CAS 7440-71-3[2]
Propriétés atomiques
Masse atomique 251 u
Rayon atomique (calc) 186 ± 2 pm
Rayon de covalence 225 pm
Configuration électronique [Rn] 7s2 5f10
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 32, 28, 8, 2
État(s) d’oxydation 2, 3, 4
Système cristallin Hexagonal compact
Propriétés physiques
État ordinaire Solide
Point de fusion 900 °C[1]
Point d’ébullition 1 469,85 °C, 1 743
Divers
Électronégativité (Pauling) 1.3
Énergies d’ionisation[3]
1re : 6,2817 eV 2e : 11,8 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
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
Précautions
Élément radioactif
Radioélément à activité notable
Directive 67/548/EEC


Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le californium (symbole Cf) est l'élément chimique de numéro atomique 98. C'est un élément transuranien de la famille des actinides, radioactif et synthétique. Le corps simple est un métal dans les conditions normales de température et de pression.

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

Occurrence[modifier | modifier le code]

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[modifier | modifier le code]

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[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Isotopes du californium.

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

Propriétés[modifier | modifier le code]

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][réf. insuffisante] rendant peu efficient son usage pour l'armement.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  4. Emsley 2001, p. 90.
  5. a et b (en) ANL contributors, « Human Health Fact Sheet: Californium » [PDF], Argonne National Laboratory,
  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, no 1,‎ , p. 180–182 (DOI 10.1103/PhysRev.102.180, Bibcode 1956PhRv..102..180F)
  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, no 403,‎ , p. 296–300 (DOI 10.1086/126941, Bibcode 1956PASP...68..296B, lire en ligne)
  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,‎ (DOI 10.1364/josa.52.000222, lire en ligne)
  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,‎ , 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).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]


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