Californium

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.

Californium
Disque de 10 mg de californium 249.
Berkélium ← Californium → Einsteinium Dy     98 Cf                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Cf ↓ ? Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole	Cf
Nom	Californium
Numéro atomique	98
Groupe	–
Période	7e période
Bloc	Bloc f
Famille d'éléments	Actinide
Configuration électronique	[Rn] 5f10 7s2
Électrons par niveau d’énergie	2, 8, 18, 32, 28, 8, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique	251 u
Rayon atomique (calc)	186 ± 2 pm
Rayon de covalence	225 pm
État d’oxydation	2, 3, 4
Électronégativité (Pauling)	1.3
Énergies d’ionisation
1re : 6,281 7 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
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire	Solide
Masse volumique	15,1 g·cm-3
Système cristallin	Hexagonal compact double
Couleur	Argentée
Point de fusion	900 °C
Point d’ébullition	1 469,85 °C, 1 743
Divers
No CAS	7440-71-3
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. 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).

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. 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.

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

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, tandis qu'un gramme dégage 39 W de chaleur somme de la chaleur des désintégrations alpha et de celle émise par les fissions spontanées. 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. Il serait en théorie possible de fabriquer une bombe atomique très compacte à base de cet isotope.

Utilisations

Cet élément est utilisé dans divers domaines. Il améliore le contrôle du taux de fission nucléaire dans les réacteurs, permet des mesures des gisements dans l'industrie pétrolière. En médecine il est utilisé en neutronthérapie pour traiter les cellules cancéreuses.

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).

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

• « Ce métal blanc-argenté est 400 fois plus cher que l’or », Sciencepost, 22 février 2024.
• (en) « Technical data for Californium » (consulté le 11 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope

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