Californium

Le californium, élément atomique n°98 de symbole Cf : ses caractéristiques, sa synthèse, sa formation, ses isotopes et ses propriétés.

Synthèse

Le californium est le sixième transuranien à avoir été synthétisé. Albert Ghiorso, Glenn T. Seaborg, Kenneth Street, Jr. et Stanley G. Thompson l’ont produit pour la première fois à Berkeley, en Californie en 1950. Une réaction de fusion entre un noyau de curium 242 et un noyau d’hélium-4 (α) se produisit. Elle forme un noyau instable de ²⁴⁶Cf et se désintègre en émettant un neutron, pour enfin produire un noyau plus stable, le ²⁴⁵Cf.

²⁴²₉₆Cm + ⁴₂He → ²⁴⁶₉₈Cf → ²⁴⁵₉₈Cf + ¹₀n

Occurrence

Par rapport à l’âge de notre Planète, la demi-vie du californium est faible. Suivant les isotopes, elle dure au moins 900 ans. Pour cette raison, cet élément chimique n’existe pas sur Terre à l’état naturel. En effet, tous les atomes présents, pendant la formation de la planète, se seraient décomposés. Comme il ne fait pas partie des chaînes de désintégration naturelles, le Cf n’est pas naturellement renouvelé. Donc, les atomes de californium existant ici sont d’origine humaine. On peut trouver des traces de cet élément près des installations qui l’utilisent en médecine et en exploration minière. Même s’il se dissout difficilement dans l’eau, il colle bien à un sol ordinaire. Cela est dû aux concentrations de californium dans le sol. Elles peuvent être 500 fois plus importantes que dans l’eau entourant les particules de ce sol.

Les essais nucléaires atmosphériques réalisés avant 1980 ont produit des retombées radioactives. Elles proviennent de la présence d’une petite quantité de californium dans l’environnement. Après une explosion nucléaire, on a récolté la poussière radioactive dans l’air. On a observé des isotopes de Cf de nombre de masse 249, 252, 253 et 254.

Initialement, cet élément chimique était présumé produit par des supernovae, car sa désintégration correspond à la demi-vie de 60 jours du ²⁵⁴Cf. Pourtant, les études réalisées ultérieurement n’ont pas réussi à montrer tout spectre du californium. Actuellement, on suppose que les courbes de lumière des supernovae suivent la désintégration du nickel 56.

Isotopes

Le ²⁵¹Cf constitue l’isotope du californium ayant la plus grande vie. Sa demi-vie dure environ 900 ans.

Les isotopes les plus stables

AN* ou abondance naturelle est le pourcentage en nombre d’atomes de chaque isotope.

Un noyau atomique instable se désagrège par un MD* ou mode de désintégration.

Ed* ou énergie de désintégration se définit par l’énergie émise par la radioactivité d’une décomposition nucléaire.

PD* ou produit de désintégration est le nucléide qui descend de la désintégration radioactive d’un nucléide précurseur.

Propriétés

L’isotope ²⁵²Cf est particulièrement dangereux, car c’est un puissant émetteur de neutrons. Un gramme de ²⁵²Cf dégage 39 W de chaleur. Cette chaleur est la somme de celle émise par les fissions spontanées et celle des désintégrations alpha. Un microgramme de ²⁵²Cf dégage naturellement 2 314 000 neutrons par seconde. Chaque fission dégage en moyenne 3,73 neutrons. Le taux de fission spontanée est de 3,09 % par désintégration alpha.

L’isotope ²⁵¹Cf est caractérisé par sa faible masse critique. Celui-ci est en dessous de 5 kg et atteint à peine 2 kg avec un réflecteur de neutrons, tel l’acier. Théoriquement, il serait possible de fabriquer une bombe atomique très compacte à partir de cet isotope.

La radioactivité du californium étant notable, sa manipulation doit être réalisée avec précaution.