發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史

锎（臺(tái)灣、香港、澳門稱鉲）是一種人工合成的放射性化學(xué)元素，它的化學(xué)符號(hào)是Cf，它的原子序數(shù)是98，屬于錒系元素之一。

1950年2月9日前后，物理學(xué)家Stanley G. Thompson、Kenneth Street, Jr.、阿伯特·吉奧索及格倫·西奧多·西博格在伯克利加州大學(xué)首次發(fā)現(xiàn)了锎元素。锎是第六個(gè)被發(fā)現(xiàn)的超鈾元素。研究小組在1950年3月17日發(fā)布了該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)。锎的拼音名稱是以美國的加利福尼亞州命名。該地是加利福尼亞大學(xué)柏克萊分校的所在州份

美國加州伯克利的1.5米直徑回旋加速器將α粒子（42He）加速至35 MeV能量，射向一微克大小的鋦-242目標(biāo)，以此產(chǎn)生了锎-245（245Cf）和一顆自由中子（n）。

此次實(shí)驗(yàn)只產(chǎn)生了大約5千顆锎原子，半衰期為44分鐘。

該新元素以加州和加州大學(xué)命名。這和95至97號(hào)元素的命名方式有所不同。第95至97號(hào)元素是利用類似于對(duì)上的元素之命名方式而命名的。但是，98號(hào)元素以上的鏑（Dysprosium）的意思是“難取得”，所以研究人員決定打破此前的非正式命名常規(guī)。

愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室通過對(duì)钚目標(biāo)體進(jìn)行輻射，首次產(chǎn)生了重量可觀的锎元素，并于1954年發(fā)布了研究結(jié)果。產(chǎn)生的樣本中能夠觀察到锎-252的高自發(fā)裂變率。1958年，科學(xué)家首次對(duì)濃縮锎進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在對(duì)钚-239進(jìn)行中子輻射連續(xù)5年之后，科學(xué)家在樣本中發(fā)現(xiàn)了從锎-249到锎-252的各個(gè)同位素。兩年后的1960年，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的Burris Cunningham和James Wallman把锎置于蒸汽與鹽酸中，第一次制成了锎的化合物——三氯化锎、氯氧化锎及氧化锎。

1960年代，位于美國田納西州橡樹嶺的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室利用其高通率同位素反應(yīng)爐（HFIR）產(chǎn)生了少量的锎。到1995年為止，HFIR的實(shí)際锎年產(chǎn)量為500毫克。在《英美共同防御協(xié)約》下英國向美國提供的钚元素曾用于制造锎。

美國原子能協(xié)會(huì)在1970年代初起向工業(yè)及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)銷售锎-252同位素，每微克價(jià)格為10美元，從1970至1990年每年一共售出150微克锎-252。Haire和Baybarz于1974年用鑭金屬還原了氧化锎(III)，首次制成數(shù)微克重、厚度小于1微米的锎金屬薄片。

礦藏分布

地球上有著極少量的锎，主要出現(xiàn)在含鈾量很高的鈾礦中。鈾在捕獲中子之后進(jìn)行β衰變，從而形成锎。在使用锎進(jìn)行探礦或醫(yī)學(xué)治療的設(shè)施附近也可以發(fā)現(xiàn)锎。锎不易溶于水，但會(huì)黏附在泥土上，所以泥土中锎的濃度可以比泥土粒子周圍的水高出500倍。

1980年之前大氣層核試驗(yàn)的輻射落塵散落在環(huán)境中，其中含有少量的锎。從空氣中采得的核爆輻射落塵中曾被發(fā)現(xiàn)含有質(zhì)量數(shù)為249、252、253和254的锎同位素。

科學(xué)家曾認(rèn)為超新星會(huì)產(chǎn)生锎，因?yàn)槌滦俏镔|(zhì)的衰變符合Cf的60天半衰期。不過，之后的研究未能探測(cè)到锎譜線，人們也一般認(rèn)為超新星的光變曲線是符合鎳-56的特征的。

物理性質(zhì)

同位素：同位素有245Cf到254Cf。最穩(wěn)定的同位素是251Cf，半衰期是900年。

性質(zhì)：熔點(diǎn)900℃。金屬锎十分容易揮發(fā)，在1100~1200℃范圍中能蒸餾出來?；瘜W(xué)性質(zhì)活潑，與其他 3價(jià)錒系元素相似。有水溶性的硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物和過氯酸鹽；它的氟化物、草酸鹽、氫氧化物在水溶液中沉淀。利用耙子同位素和轟擊粒子的種種組合，已發(fā)現(xiàn)了幾種锎的同位素：246Cf、249Cf、251Cf、252Cf、254Cf等。251Cf半衰期為900年；249Cf半衰期為360年；252Cf半衰期為2.64年；254Cf半衰期為64天。

由氦同位素轟擊鋦可得到微量的锎。锎的同位素有從237Cf到256Cf。

雖然锎-251是最穩(wěn)定的同位素，但是最有商業(yè)價(jià)值的卻是锎-252。锎-252大部分都是用來檢測(cè)飛機(jī)行李內(nèi)是否有爆裂物存在。

锎是一種銀白色的錒系金屬，熔點(diǎn)為900°C，估計(jì)的沸點(diǎn)為1470°C。處于純金屬態(tài)時(shí)，锎是具延展性的，可以用刀片輕易切開。在真空狀態(tài)下的锎金屬到了300°C以上時(shí)便會(huì)氣化。在51K（20°C）以下的锎金屬具鐵磁性或亞鐵磁性，在48至66K時(shí)具反鐵磁性，而在160K（10°C）以上時(shí)具順磁性。它與鑭系元素能夠形成合金，但人們對(duì)其所知甚少。

在一個(gè)大氣壓力下，锎有兩種晶體結(jié)構(gòu)：在900°C以下為雙層六方密排結(jié)構(gòu)（稱α型），此時(shí)密度為15.1g/cm3；而另一種面心立方結(jié)構(gòu)（β型）則在900°C以上出現(xiàn)，密度為8.74g/cm3。在48GPa的壓力下，锎的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)由β型轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌N正交晶系結(jié)構(gòu)。這是由于锎原子中的5f電子在此壓力下會(huì)變成離域電子，這些自由電子夠參與鍵結(jié)的形成。

物質(zhì)的體積模量指的是該物質(zhì)抗衡均勻壓力的強(qiáng)度。锎的體積模量為50±5GPa，這與三價(jià)的鑭系金屬相似，但比一些常見的金屬低。

參數(shù)

電子構(gòu)型:1s2 2s2p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f10 6s26p67s2

同位素及放射線： Cf-245 [44m] ；Cf-246 [1.5d] ；Cf-247 [3.1h] ；Cf-248 [334d] ；Cf-249 [351y]； Cf-250[13y] ；Cf-251 (放 α[900y])； Cf-252 [2.6y] ；Cf-253 [17.8d] ；Cf-254 [60.5d]

外圍電子層排布：5f10 7s2

晶體數(shù)據(jù)：

晶胞為六方晶胞。

晶胞參數(shù)：

a = 338 pm

b = 338 pm

c = 1102.5 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

化學(xué)性質(zhì)

锎的某些化合物

氧化態(tài)

化合物

公式

顏色

2

二溴化锎

CfBr2

黃色

2

二碘化锎

CfI2

深紫色

3

三氧化二锎

Cf2O3

黃綠色

3

三氟化锎

CfF3

鮮綠色

3

三氯化锎

CfCl3

翠綠色

3

三碘化锎

CfI3

檸檬色

4

二氧化锎

CfO2

棕黑色

4

四氟化锎

CfF4

綠色

锎的化合價(jià)

可以是 4、 3或 2，也就是說一個(gè)锎原子能夠形成2至4個(gè)化學(xué)鍵。其化學(xué)屬性預(yù)計(jì)將會(huì)類似于別的三價(jià)錒系元素，以及在元素周期表中位于锎以上的鏑。锎在室溫下會(huì)在空氣中緩慢地失去光澤，速度隨著濕度的提高而加快。锎可以和氫、氮和任何氧族元素加熱進(jìn)行反應(yīng)，其中與不含濕氣的氫或與水溶無機(jī)酸反應(yīng)的速度極快。

锎離子

處于锎(III)正離子狀態(tài)?？茖W(xué)家未能還原或氧化溶液中的 3離子。锎能夠形成能溶于水的氯化物、硝酸鹽、高氯酸鹽及硫酸鹽，沉淀后形成氟化物、草酸鹽或氫氧化物。

同位素

已知的锎同位素共有20個(gè)，有246Cf、249Cf、251Cf、252Cf、254Cf等，都是放射性同位素。其中最穩(wěn)定的有锎-251（半衰期為900年）、锎-249（360年）、锎-250（13.08年）及锎-252（2.645年）。其余的同位素半衰期都在一年以下，如锎-254半衰期為64天，大部分甚至少于20分鐘。锎同位素的質(zhì)量數(shù)從237到256不等。

锎-249是在锫-249進(jìn)行β衰變后形成的。大部分其他的锎同位素是在核反應(yīng)爐中對(duì)锫進(jìn)行強(qiáng)烈的中子輻射后產(chǎn)生的。雖然锎-251的半衰期最長(zhǎng)，但是由于容易吸收中子（高中子捕獲率）以及會(huì)與其他粒子產(chǎn)生反應(yīng)（高中子截面），所以其產(chǎn)量只有10%。

锎-252是個(gè)強(qiáng)中子射源，因此其放射性極高，非常危險(xiǎn)。锎-252有96.9%的概率進(jìn)行α衰變（損失兩顆質(zhì)子和兩顆中子），并形成鋦-248，剩余的3.1%概率進(jìn)行自發(fā)裂變。一微克锎-252每秒釋放230萬顆中子，平均每次自發(fā)裂變釋放3.7顆中子。其他大部分的锎同位素都以α衰變形成鋦的同位素（原子序?yàn)?6）。

制備方法

用氦離子轟擊鋦而得。

锎可以在核反應(yīng)爐和粒子加速器中產(chǎn)生。锫-249（249Bk）受中子撞擊（中子捕獲(n,γ)）后立即進(jìn)行β衰變（β），便會(huì)形成锎-250（250Cf）：锎-250在受中子撞擊后會(huì)產(chǎn)生锎-251和锎-252。

對(duì)镅、鋦和钚元素進(jìn)行中子輻射可以制成數(shù)毫克的锎-252和數(shù)微克的锎-249。直到2006年，科學(xué)家利用特殊的反應(yīng)爐對(duì)鋦-244至248進(jìn)行中子輻射，主要產(chǎn)生出锎-252，另有較少的锎-249至255。

經(jīng)過美國核能管理委員會(huì)可以購得微克量的锎-252作商業(yè)用途。世界上僅有兩處生產(chǎn)锎的設(shè)施：位于美國的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室以及位于俄羅斯的核反應(yīng)器研究所。到2003年為止，兩座設(shè)施分別每年生產(chǎn)0.25克和0.025克的锎-252。

設(shè)施還生產(chǎn)三個(gè)半衰期頗長(zhǎng)的锎同位素，這需要鈾-238捕獲中子15次，期間不進(jìn)行核裂變或α衰變。從鈾-238開始的核反應(yīng)鏈經(jīng)過幾個(gè)钚同位素、镅同位素、鋦同位素、锫同位素以及锎-249至253。

應(yīng)用領(lǐng)域

中子源

可用作高通量的中子源。

能夠利用的锎的數(shù)量非常少，使其應(yīng)用受到了限制，可是，它作為裂解碎片源，被用于核研究。

該元素是世界上最昂貴的元素，1克價(jià)值2700萬美元，是金子的65萬倍。

可用作高通量的中子源。在核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可用來治療惡性腫瘤。由于锎-252中子源可以做得很小很細(xì)，這是其他中子源所做不到的，所以把中子源經(jīng)過軟管送到人體腔內(nèi)器官腫瘤部位，或者植入到人體的腫瘤組織內(nèi)進(jìn)行治療。特別是對(duì)子宮癌、口腔癌、直腸癌、食道癌、胃癌、鼻腔癌等，锎-252中子治療都有相當(dāng)好的療效。

應(yīng)用發(fā)展

中國生產(chǎn)和應(yīng)用锎-252中子源始于20世紀(jì)90年代。锎是一種人造元素，其同位素锎－252被用于近距離治療。這種同位素首次發(fā)現(xiàn)于氫彈爆炸后的塵埃，是能夠產(chǎn)生豐富中子的唯一核素。1968年醫(yī)用锎源被用來治療首例病人，中子近距離治療法由此誕生。中子治癌是最先進(jìn)的癌癥治療方法之一，治療效果優(yōu)于當(dāng)前被廣泛使用的放療。它無須讓病人全身接受放射性射線，而是利用特制的施源器將中子源送入人體或腫瘤內(nèi)進(jìn)行腔內(nèi)、管內(nèi)或組織間照射，放射反應(yīng)輕且能夠徹底殺死癌細(xì)胞。

中子刀是锎-252中子源自動(dòng)遙控式后裝治療系統(tǒng)，是一種放射治療，融核物理學(xué)、放射生物學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等多門學(xué)科為一體的先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備、以治療人體腔道或管道內(nèi)腫瘤為主的大型現(xiàn)代化高科技放射治療設(shè)備。具有世界領(lǐng)先水平，中子刀填補(bǔ)了中國乃至世界治癌領(lǐng)域的一項(xiàng)空白。

橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室建造的50噸重運(yùn)輸桶，可用于運(yùn)載最多1克的Cf。運(yùn)輸此類高放射性物質(zhì)必須用到重型容器，以避免可能的意外。

锎-252作為一種強(qiáng)中子射源，有著幾個(gè)應(yīng)用的范疇。每微克的锎每分鐘能夠產(chǎn)生1.39億顆中子。因此锎可以被用作核反應(yīng)爐的中子啟動(dòng)源或在中子活化分析中作為（非來自反應(yīng)爐的）中子源。在放射治療無效時(shí)，子宮頸癌和腦癌的治療用到了锎所產(chǎn)生的中子。自從1969年薩瓦那河發(fā)電廠向佐治亞理工學(xué)院借出锎-252之后，锎一直被用于教育范疇上。在煤炭、水泥產(chǎn)業(yè)中，锎也被應(yīng)用在煤元素分析和粒狀物質(zhì)分析機(jī)上。

由于中子能夠穿透物質(zhì)，所以锎也可以被用在探測(cè)器中，如燃料棒掃描儀，使用中子射線照相術(shù)來探測(cè)飛機(jī)和武器部件的腐蝕、問題焊接點(diǎn)、破裂及內(nèi)部濕氣，以及便攜式金屬探測(cè)器等。中子濕度計(jì)利用锎-252來尋找油井中的水和石油，為金銀礦的實(shí)地探測(cè)提供中子源，以及探測(cè)地下水的流動(dòng)。1982年锎-252的主要用途按用量比例分別為：反應(yīng)爐啟動(dòng)源（48.3%）、燃料棒掃描儀（25.3%）及活化分析（19.4%）。到了1994年，大部分的锎-252都用于中子射線照相（77.4%），而燃料棒掃描儀（12.1%）和反應(yīng)爐啟動(dòng)源（6.9%）則成了次要的應(yīng)用范圍。

锎-251的臨界質(zhì)量很低（約為5kg）。人們?cè)浯笃涞团R界質(zhì)量的可能用途。

2006年10月，位于俄羅斯杜布納聯(lián)合核研究所的研究人員宣布成功合成3顆Uuo（118號(hào)元素）原子。他們利用鈣-48撞擊锎-249，產(chǎn)生了這個(gè)目前最重的元素。該次實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)體是一片面積為32cm、含有10mg锎-249的鈦薄片。其他用到锎來合成的超鈾元素還包括1961年以硼原子核撞擊锎所形成的鐒元素。

锎在核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可用來治療惡性腫瘤。由于锎-252中子源可以做得很小很細(xì)，這是其它中子源所做不到的，所以把中子源經(jīng)過軟管送到人體腔內(nèi)器官腫瘤部位，或者植入到人體的腫瘤組織內(nèi)進(jìn)行治療。特別是對(duì)子宮癌、口腔癌、直腸癌、食道癌、胃癌、鼻腔癌等，锎-252中子治療都有相當(dāng)好的療效。

我國生產(chǎn)和應(yīng)用锎-252中子源始于20世紀(jì)90年代。1992年中國已建立了锎-252中子源生產(chǎn)線。由俄羅斯提供锎-252原料和工藝設(shè)備，在中國生產(chǎn)锎-252中子源。

中國已有公司從事锎-252中子治療儀的開發(fā)，于1999年起，經(jīng)過幾年的臨床應(yīng)用，顯示出非常好的療效。

锎是一種人造元素，其同位素锎－252被用于近距離治療。這種同位素首次發(fā)現(xiàn)于氫彈爆炸后的塵埃，是能夠產(chǎn)生豐富中子的唯一核素。1968年醫(yī)用锎源被用來治療首例病人，中子近距離治療法由此誕生。中子治癌是最先進(jìn)的癌癥治療方法之一，治療效果優(yōu)于當(dāng)前被廣泛使用的放療。它無須讓病人全身接受放射性射線，而是利用特制的施源器將中子源送入人體或腫瘤內(nèi)進(jìn)行腔內(nèi)、管內(nèi)或組織間照射，放射反應(yīng)輕且能夠徹底殺死癌細(xì)胞。

危害

锎累積在骨骼組織里的锎會(huì)釋放輻射，破壞身體制造紅血球的能力。由于放射性極強(qiáng)，在環(huán)境中的存量極低，所以锎在生物體中沒有任何自然的用途。

在進(jìn)食受锎污染的食物或飲料，或吸入含有锎的懸浮顆粒之后，锎就會(huì)進(jìn)入體內(nèi)。在身體里，只有0.05%的锎會(huì)進(jìn)入血液里，其中的65%會(huì)積累在骨骼中，肝臟25%，其余的主要通過排尿排出身體。骨骼和肝臟中積累的锎分別會(huì)在50年和20年后消失。锎會(huì)首先附在骨骼的表面，之后會(huì)慢慢蔓延到骨骼的各個(gè)部分。

一旦進(jìn)入體內(nèi)，锎會(huì)造成很大的損害。另外，锎-249和锎-251能釋放伽馬射線，對(duì)外表組織造成傷害。锎所釋放的電離輻射在骨骼和肝臟中可致癌。