Californium

Californium

Caractéristiques du californium

Symbole : Cf
Masse atomique : 251 u
Numéro CAS : 7440-71-33
Configuration électronique : [Rn]5f¹⁰ 7s²
Numéro atomique : 98
Groupe : n.a
Bloc : Bloc F
Famille d’éléments : Actinide
Électronégativité : 1,3
Point de fusion : 900 °C

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

Le californium est un élément chimique radioactif, transuranien et synthétique, appartenant à la famille des actinides. Son symbole chimique est Cf et son numéro atomique, 98. Dans les conditions normales de pression et de température, ce corps simple est un métal.

Caractéristiques du californium

Le californium se situe dans la septième période et dans le bloc f du tableau périodique. Il fait partie des métaux lourds. Sa configuration électronique est [Rn] 5f¹⁰ 7s². Ses électrons par niveau d’énergie sont 2, 8, 18, 32, 28, 8 et 2. Cet élément peut amorcer des réactions de fission dans le pilotage des centrales thermiques et les réacteurs nucléaires. Il trouve cette même application dans l’exploitation pétrolière et en radiothérapie. Dans le pilotage des cimenteries, le californium intervient dans les sondes de contrôle de production.

Propriétés atomiques

Le californium est un élément chimique de masse atomique 251 u. Il a 186 ± 2 pm de rayon atomique et 225 pm de rayon de covalence. Son état d’oxydation est 2, 3, 4 et son électronégativité, 1.3.

Propriétés physiques

Ce corps simple solide est de masse volumique 15,1 g·cm^-3. Son système cristallin se présente sous une forme hexagonale compacte. Cet élément fond à 900 °C et bout à 1 469,85 °C. Sa première énergie d’ionisation s’élève à 6,281 7 eV et sa deuxième, à 11,8 eV. Son numéro CAS est le 7440-71-3.

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.

Formation du californium

Le californium se forme par captures neutroniques successives, venant d’uranium 238 dans les réacteurs nucléaires. Le berkélium ⁹⁷Bk, étape intermédiaire, peut donner du californium dès l’isotope ²⁴⁹Bk, aussi bien par désintégration β que par capture neutronique.

Pour les neutrons thermiques, l’isotope ²⁵¹Cf a une section efficace de fission de 4 800 barn. Par conséquent, la plupart des atomes se divisent avant de capter des neutrons supplémentaires. Cependant, il en reste suffisamment pour que du ²⁵²Cf puisse se former dans le matériau nucléaire. La désintégration de ce ²⁵²Cf est rapide en une suite d’isotopes du curium. Ceux-ci peuvent, à leur tour, redonner du californium par capture neutronique.

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

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

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.

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