Els empèdocles moderns – Kenneth Street (1950) i l’element 98 (Cf) – californi (nilennocti, Neo)

El corònim Califòrnia es correspon actualment a tres estats nord-americans, un membre dels Estats Units d’Amèrica (State of California, 423.970 km2 i 38.802.500 habitants, que el fan el més populós de la Unió i el tercer més extens) i dos mexicans (Estado Libre y Soberano de Baja California, 71.450 km2 i 3.315.766 habitants; Estado Libre y Soberano de Baja California Sur, 73.909 km2 i 712.029 habitants). El nom de “Isla de California” podria haver estat aplicat originàriament a l’extrem sud d’aquest conjunt en el 1533, quan aquestes terres foren visitades per l’expedició comandada per Diego de Becerra i Fortún Ximénez, que hi havia estat enviada per Hernán Cortés, el conqueridor de Mèxic. La primera referència segura de l’ús del corònim per a aquesta zona d’Amèrica correspon a Hernando de Alarcón, que visità el territori en el 1540. Fos Alarcón o els seus predecessors els autors d’aquesta identificació, cal dir que el corònim era pres de “Las Sergas de Esplandián”, novel•la de cavalleries de García Rodríguez de Montalvo, entesa com a extensió de l’univers de l’Amadís de Gaula. Montalvo, en efecte, escriu: “Sabed que a la diestra mano de las Indias existe una isla llamada California muy cerca de un costado del Paraíso Terrenal; y estaba poblada por mujeres negres, sin que existiera allí un hombre, pues vivían a la manera de las amazones”. Els habitants de la Califòrnia real eren els pericúes, els guaycuras, els monquils, etc. La reina de la Califòrnia novel•lesca era Calàfia. Hom ha pensat d’on s’empescà Montalvo el nom de Califòrnia. Així s’ha citat el bordó 2924 de la “Chanson de Roland”, quan Carlemany es lamentà de la mort del nebot i de com a conseqüència d’ella se li han rebel•lat des de totes les fronteres, inclòs “e cil d’Affrike e cil de Califerne”. El nom de Califòrnia també ha estat interpretat com una referència a un forn de calç, i certament el clima del litoral del Golf de Califòrnia és ben àrid i calorós. En el 1757, Miguel Venegas recordava que en alguna llengua autòctona, “kali forno” vol dir “altes muntanyes”. La colonització efectiva de Califòrnia arrenca amb les primeres missions jesuítiques (1683). L’expulsió dels jesuïtes de la Corona Espanyola i la pressió creixent dels russos impel•liren a l’establiment en el 1768 de la “Provincia de las Californias”, de la qual fou nomenat primer governador, Gaspar de Portolà. El lloc dels jesuïtes l’ocuparen els franciscans, que estengueren les missions a l’Alta Califòrnia. En el 1804, la Província era dividida en la “Baja California” (Vieja California, la California peninsular) i la “Nueva California”. Després de la independència mexicana, hom aplegà de nous els territoris en un Departamento de las Californias (1836). L’expansió angloamericana culminà en el 1846, quan a Sonoma s’alçà la bandera de la “California Republic”, que suposaria finalment la integració de l’Alta Califòrnia a la Unió nord-americana. Des de llavors, aquesta seria la Califòrnia per antonomàsia. Pel que fa a la Baja Califòrnia, aquesta quedà configurada com un territori mexicà, que seria dividit en dos en el 1931: la part nord esdevindria un estat en 1952 i la part sud ho seria en 1974.

Mapa de mitjan segle XVII, que ens mostra Califòrnia com un illa. Eventualment, hom prendria consciència del caràcter peninsular d’aquest territori (“Vieja California”). El nom de la península també designaria les terres de més al nord que, a mitjan del segle XIX, esdevenien un dels estats més puixants dels Estats Units d’Amèrica. Periòdicament, apareixen veus partidàries de dividir aquest estat. En el 2013, Tim Draper proposà un esquema que el dividiria en sis estats: Jefferson, North California, Silicon Valley, Central California, West California i South California.

Kenneth Street i la descoberta del californi

Kenneth Street, Jr.

Kenneth Street va nàixer a Berkeley (Califòrnia) en el 1920. Es va graduar en química a la University of California, Berkeley, en el 1943.

S’enrolà llavors en la Força Aèria, i esdevingué pilot de caces. Fou condecorat amb l’Air Medal i la Distinguished Flying Cross. En un dels permisos, en el 1944, es casà amb Jane Armitage, amb la qual tindria tres fills, dos nois i una noia. Acabada la guerra i llicenciat, inicià els estudis de doctorat en el Radiation Laboratory, de Berkeley

Stanley Gerald Thompson

El Radiation Laboratory havia estat crucial en el Projecte Manhattan, que havia convertit els Estats Units d’Amèrica en la primera potència nuclear, tan en termes militars com civils.

Albert Ghiorso

El Radiation Laboratory havia estat pioner en la síntesi d’elements transurànics. Ja abans del Projecte Manhattan, havien sintetitzat l’element 93, el neptuni. L’element 94, el plutoni, seria el material fissil d’un dels dos tipus d’armes nuclears. Els elements 95 i 96, també descoberts a Berkeley, havien rebut els noms d’americi i curi.

Glenn T. Seaborg

El treball de doctorat de Street, supervisat per Glenn T. Seaborg, versaria sobre els isòtops de l’americi i del curi. La tesi fou defensada reeixidament. En el 1949, Street s’uní a la Facultat de Física de la Universitat de Berkeley, alhora que mantenia la recerca en el Radiation Laboratory, ara adreçada a la síntesi d’elements transcúrics.

Street treballà conjuntament amb Stan Thompson, Albert Ghiorso i Glenn Seaborg en la síntesi de l’element 98. Aquesta síntesi hom la podia aconseguir amb el bombardament de curi amb partícules alfa. Hom construí una diana de curi-242, d’un microgram de massa. El bombardament es va fer en el ciclotró de 60 polsades de Berkeley, amb nuclis d’heli a 35 MeV.

Aquesta reacció donà lloc a 5000 àtoms de l’isòtop 244 (ó 245) de l’element 98, suficients com per fer una caracterització que en confirmés la natura el 9 de febrer del 1950. El 17 de març, es féu pública la síntesi de l’element 98 (Thompson et al., 1950). La semivida d’aquests àtoms era de 44 minuts.

D’acord amb la concepció proposada per Seaborg en el 1945, els elements transactínids calia entendre’ls com el correlat en el període 7 dels elements de terres rares o lantànids. Així doncs, l’element 98 seria l’eka-disprosi. El comportament químic de les migrades quantitats generades de l’element 98 es corresponien amb aquesta assumpció.

Pel que fa a la denominació dels elements 95-97, Seaborg havia seguit un paral•lel respecte del lantànid homòleg. Així, l’element 95, en homologia amb l’europi, va rebre el nom d’americi. L’element 96 havia rebut el nom de curi en homenatge al matrimoni Curie, de la mateixa manera que el seu lantànid homòleg, el gadolini, l’havia rebut de Gadolin. El disprosi havia rebut aquest nom per la dificultat de separar-lo. No hauria estat estrany, doncs, que Seaborg hagués seleccionat per a l’element 98 el nom de “pandemoni” o un de similar, que de fet ja havia estat proposat per a actínids anteriors en referència a les dificultats de síntesi, purificació i identificació. Alternativament, hom pensà en un antònim del “disprosi”, com ara “euprosium” o “praedicium”. Hom considerà també homenatjar el ciclotró de Berkeley amb un nom com “cyclotronium” o “cyclonium”, o bé el procés de separació (“accretium”, “colonium”); o tot el laboratori (“radlabium” o, pel seu fundador, “lawrencium”). Es valorà també homenatjar Gilbert Newton Lewis, ànima del Departament de Química de Berkeley fins a la seva mort en el 1946, amb el nom de “lewisium”. Altres noms suggerits feien referència a que l’element 98 era el novè dels actínids (“nonactinium”, “enneactinium”, “enactinium”) Finalment, però, Seaborg suggerí que l’element 98 fos denominat “californi” en referència a la universitat i a l’estat on s’havia fet la feina de síntesi i identificació (Thompson et al., 1950). Com a símbol químic, proposà del de Cf. Amb més o menys adaptacions fonètiques i gràfiques, el mot “californi” fou acceptat per altres llengües. Hom pot fer, però, una analogia sobre els ètims del disprosi i del californi: en l’època de la fundació de la Universitat de Califòrnia, a mitjan segle XIX, l’accés principal de molts viatgers i mercaderies a Califòrnia es feia per vaixells que havien de circumnavegar totes les Amèriques.

El “New Yorker” reaccionà amb l’anunci dels noms de “berqueli” i de “californi” amb un cert bon humor, considerant que en ares de les relacions públiques hauria estat més immortalitzador una sèrie com ara: universitium (97), offium (98), californium (99) i berkelium (100). Seaborg i els seus col•laboradors respongueren que ja havien fet correctament, ja que els elements 99 i 100, encara no eren coneguts, i si haguessin iniciat la sèrie amb “universitium” (97) i “offium” (98), hi havia el perill que algun neoiorquí se’ls avancés i la completés amb “newium” (99) i “yorkium”.

Street et al. (1950) descrigueren les propietats químiques fonamentals del californi.

Diamond et al. (1954) identificaren la presència de diversos isòtops de californi (249-252) en dianes de plutoni irradiades en el reactor experimental de Eastern Idaho. Aquestes eren les primeres quantitats pesables de californi. Alhora, els investigadors remarcaven l’elevada taxa de fissió espontània del californi-252.

En el 1952, Street deixà Berkeley per treballar en el centre que el Radiation Laboratory havia obert a Livermore. Successivament, hi fou cap de departament, director adjunt i subdirector.

Fields et al. (1956) reportaren la presència de californi en residus generats en explosions termonuclears. Aquests estudis els serviren per identificar el californi-254 com el primer isòtop l’únic mode de desintegració del qual semblava ser la fissió espontània.

Baade et al. (1956) hipotetitzaren la formació de californi-254 en supernoves d’acord amb els patrons de lluminositat d’algunes d’elles.

En el 1958, hom feia el primer experiment amb californi en forma concentrada. Poc després, s’isolaven els isòtops 249-252 de californi per primera vegada, a partir d’una mostra de plutoni-239 sotmesa a irradiació neutrònica en una reactor nuclear durant cinc anys.

En el 1959, Street tornà de Livermore a Berkeley, reintegrant-se al Departament de Química. En aquest període, el seu interès versà sobre espectroscòpia de ressonància elèctrica de feixos moleculars i d’altres qüestions sobre química nuclear.

En el 1960, Burris Cuningham i James Wallman, al Radiation Laboratory de Berkeley, sintetitzaren els primers compostos de californi (triclorur, oxiclorur, òxid) en exposar californi elemental amb vapor d’aigua i àcid clorhídric. Conway et al. (1962) obtingueren l’espectre d’emissió del californi. Estudis subsegüents en supernoves no hi trobaren rastres d’aquest espectre.

En el 1961, hom utilitza dianes de californi, bombardades amb nuclis de bor, per sintetitzar per primera vegada l’element 103, que va rebre el nom de laurenci, en honor del director-fundador del Radiation Laboratory de Berkeley.

En els anys 1960, començà l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), a Tennessee, a produir petits lots de californi amb el reactor d’isòtops d’alt flux HFIR. Com a matèria primera, s’utilitzava plutoni irradiat procedent de centrals nuclears del Regne Unit. En el 1969, el Georgia Institute of Technology va rebre el primer enviament de californi-252 (119 μg) destinat a finalitats educatives.

L’elevadíssima radioactivitat del californi-252 obliga a transportar-lo en tancs ben revestits. Un tanc de cinquanta tones com el de la imatge transportava des de l’ORNL enviaments de fins a 1 gram de californi-252. En els anys 1960, hi hagué un cert interès pel californi-251 que, degut a la seva massa crítica, de 5 kg, que va estimular la imaginació popular en la suposada factibilitat de construir pistoles nuclears amb bales de californi

De la mateixa manera que ho era Seaborg, Kenneth Street era home d’espais oberts, aficionat a l’excursionisme i a la navegació. El seu interès per la geologia, el menà a fer estudis geoquímics, especialment vinculats amb l’ús de l’energia geotèrmica.

La producció de californi de l’ORNL fou comercialitzada, a partir dels anys 1970, per la Atomic Energy Comission. El preu del californi-252 era de 10 $/μg, i les vendes a l’acadèmia i a la indústria rondaven els 150 mg anuals.

Haire & Baybarz (1974) aconseguiren la síntesi de fines pel•lícules de californi metàl•lic pur (de l’ordre de micrograms) a partir de la reducció de Cf2O3 amb lantà metàl•lic, i pogueren descriure les característiques estructurals bàsiques.

En el 1974, Street tornà al Laboratori de Livermore, que havia adquirit ja la plena autonomia funcional. S’hi retirà en el 1986, i establí la residència a Taylorsville (Plumas County). Es va morir a Paradise (Butte County) el 13 març del 2006, a 86 anys d’edat.

El californi-252 adquirí una major demanda industrial amb la difusió de la radiografia de neutrons (on el 252Cf és utilitzat com a font de neutrons). En el 1994, el 77,4% del consum de californi es destinava a la radiografia de neutrons, deixant en segon terme les aplicacions vinculades a les centrals nuclears (escaneig de vares nuclears, 12,1%; iniciació, 6,9%). En el 1982, per exemple, la iniciació de reactors suposava el 48,3% del consum de californi mentre que l’escaneig de vares nuclears era un 25,3%; l’ús analític llavors era menor (19,4% del total).

En el 2006, l’Institut de Recerca Nuclear de Dubna utilitzà una diana de californi-249, bombardada amb nuclis de calci-48, per sintetitzar l’element 118. La diana consistia en 10 mg de 249Cf dipositats en una làmina de titani de 32 cm2. L’experiment donà lloc a l’observació de tres àtoms d’ununocti.

El californi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del californi és de 251 uma, corresponent a l’isòtop de més llarga semivida (251Cf; 898 anys). El llistat complet d’isòtops coneguts fa:
– californi-237 (237Cf; 237,06207 uma). Nucli format per 98 protons i 139 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,1 s. Decau bé a berqueli-237 (amb emissió d’un positró), a californi-233 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o entra en fissió espontània (amb emissió de diversos productes).
– californi-238 (238Cf; 238,06141 uma). Nucli format per 98 protons i 140 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,021 s. Decau bé a berqueli-238 (rarament; amb emissió d’un positró) o a curi-234 (rarament; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, normalment, entra en fissió espontània (amb emissió de diversos productes).
– californi-239 (239Cf; 239,06242 uma). Nucli format per 98 protons i 141 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 60 s. Decau normalment a curi-235 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a berqueli-239 (amb emissió d’un positró).
– californi-240 (240Cf; 240,06230 uma). Nucli format per 98 protons i 142 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 63,6 s. Decau normalment (98%) a curi-236 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a berqueli-240 (rarament; amb emissió d’un positró) o bé entra en fissió espontània (2%; amb emissió de diversos productes).
– californi-241 (241Cf; 241,06373 uma). Nucli format per 98 protons i 143 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 227 s (4 minuts). Decau majoritàriament (75%) a berqueli-241 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (25%), a curi-237 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– californi-242 (242Cf; 242,06370 uma). Nucli format per 98 protons i 144 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 209 s (3 minuts). Decau majoritàriament (80%) a curi-238 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a berqueli-242 (20%; amb emissió d’un positró) o entra en fissió espontània (0,014%; amb emissió de diversos productes).
– californi-243 (243Cf; 243,06543 uma). Nucli format per 98 protons i 145 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 642 s (11 minuts). Decau majoritàriament (86%) a berqueli-243 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (14%), a curi-239 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– californi-244 (244Cf; 244,066001 uma). Nucli format per 98 protons i 146 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1160 s (19 minuts). Decau normalment (99%) a californi-240 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a berqueli-244 (1%; per captura electrònica).
– californi-245 (245Cf; 245,068049 uma). Nucli format per 98 protons i 147 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2700 s (45 minuts). Decau majoritàriament (64%) a berqueli-245 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (36%), a curi-241 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Fou sintetitzat per primera vegada per Street et al. en 1950, encara que el confongueren inicialment com a l’isòtop 244.
– californi-246 (246Cf; 246,0688053 uma). Nucli format per 98 protons i 148 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,29•105 s (36 hores). Decau normalment a curi-242 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a berqueli-246 (0,0005%; per captura electrònica) o entra en fissió espontània (0,0002%; amb emissió de diversos productes).
– californi-247 (247Cf; 247,071001 uma). Nucli format per 98 protons i 149 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,12•104 s (3 hores). Decau normalment (99,96%) a berqueli-247 (per captura electrònica) o, alternativament (0,04%), a curi-243 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– californi-248 (248Cf; 248,072185 uma). Nucli format per 98 protons i 150 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,881•107 s (334 dies). Decau normalment (99,99%) a curi-244 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, entra en fissió espontània (0,0029%; amb emissió de diversos productes).
– californi-249 (249Cf; 249,0748535 uma). Nucli format per 98 protons i 151 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,11•1010 s (351 anys). Decau normalment a curi-245 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,0000005%), entra en fissió espontània (amb emissió de diversos productes). Posseeix un estat metastable (249mCf) a 144,98 keV, que té una semivida de 4,5•10-5 s. El 249Cf se sol obtindre a partir de la beta-desintegració de 249Bk.
– californi-250 (250Cf; 250,0764061 uma). Nucli format per 98 protons i 152 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,128•108 s (13 anys). Decau normalment (99,92%) a curi-246 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,077%), entra en fissió espontània (amb emissió de diversos productes).
– californi-251 (251Cf; 251,079587 uma). Nucli format per 98 protons i 153 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,8•1010 s (900 anys). Decau a curi-247, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Posseeix una elevada capacitat d’absorció de neutrons. Aquesta elevada capacitat també explica el baix rendiment de producció de 251Cf en reactors nuclears.
– californi-252 (252Cf; 252,081626 uma). Nucli format per 98 protons i 154 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,347•107 s (3 anys). Decau normalment (96,9%) a curi-248 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (3,09%), entra en fissió espontània (amb emissió de diversos productes; amb una taxa de 3,7 neutrons per fissió). És l’isòtop més freqüent. És utilitzat com a font de neutrons (0-13 MeV, amb valor mitjà de 2,3 MeV i modal de 1 MeV).
– californi-253 (253Cf; 253,085133 uma). Nucli format per 98 protons i 155 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,539•106 s (18 dies). Decau normalment (99,69%) a einsteini-253 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,31%), a curi-249 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– californi-254 (254Cf; 254,087323 uma). Nucli format per 98 protons i 156 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,23•106 s (61 dies). Normalment, entra en fissió espontània (99,69%; amb emissió de diversos productes) o, alternativament, decau a curi-250 (0,31%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o a fermi-254 (rarament; amb emissió de dos electrons).
– californi-255 (255Cf; 255,09105 uma). Nucli format per 98 protons i 157 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5100 s (85 minuts). Decau normalment (99,99%) a einsteini-255 (amb emissió d’un electró) o, alternativament, a curi-251 (0,00001%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o entra en fissió espontània (0,001%; amb emissió de diversos productes).
– californi-256 (256Cf; 256,09344 uma). Nucli format per 98 protons i 158 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 738 s (12 minuts). Normalment entra en fissió espontània (99%; amb emissió de diversos productes) o, alternativament, decau a einsteini-256 (1%; amb emissió d’un electró), a curi-252 (0,000001%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o a fermi-256 (rarament; amb emissió de dos electrons).

L’àtom neutre de californi conté 98 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f106s26p67s2. Així doncs, és inclòs entre els actínids (elements del període 7 del bloc f) i, dins d’aquests, en el grup f10 (el lantànid del qual és el disprosi). És comptat entre els metalls radioactius artificials i entre els actínids menors. L’estat d’oxidació més habitual és +3, encara que també el trobem amb +4, +2 i 0.

Micrografia d’un disc de californi metàl•lic, d’1 mm de radi

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el californi es presenta com un metall de color blanc i aspecte argentí. Se n’han descrit diversos al•lòtrops:
– alfa-californi (α-Cf). Cristal•litza en sistema doble hexagonal estretament empacat, amb una densitat de 15100 kg•m-3. És la forma estable en condicions estàndards. És un material tou (3-4 en l’escala de Mohs) i mal•leable. És ferromagnètic per sota de 51 K; antiferromagnètic fins a 66 K; i paramagnètic a més de 160 K. A temperatures superiors a 1150 K transiciona a β-Cf.
– beta-californi (β-Cf). Cristal•litza en sistema cúbic centrat en cares, amb una densitat de 8740 kg•m-3. A pressions de 48 GPa transiciona a un al•lòtrop de cristal•lització ortoròmbica.

En condicions estàndards de pressió, el californi elemental fon a 1173 K.

En condicions estàndards de pressió, el californi elemental bulliria a 1743 K.

Exposat a l’aire, el californi s’oxida lentament, procés accelerat en condicions d’humitat. És soluble únicament amb estat d’oxidació +3 (Cf3+). És l’actínid més pesant del qual s’ha observat la formació d’enllaços covalents.

El californi és aliable amb metalls lantànids.

Entre els compostos de californi trobem:
– halurs: CfF3 (sòlid de color verd brillant), CfF4 (sòlid de color verd), CfCl3 (sòlid de color verd maragda), CfBr2 (sòlid de color groc), CfI2 (sòlid de color violat fosc), CfI3 (sòlid de color llimona).
– òxids: Cf2O3 (sòlid de color groc-verd), CfO2 (sòlid de color bru-negre).
– hidròxid.
– borat: Cf[B6O8(OH)5] (sòlid de color verd pàl•lid).
– oxalat: sal insoluble.
– altres sals solubles: nitrat, sulfat.

No sembla que hi hagi generació californi en supernoves. En reactors nuclears naturals (com Oklo, actiu fa 1,7 milions d’anys) hi hauria producció de californi, però aquests reactors ja no serien presents en les condicions actuals de la Terra. La presència en mostres naturals, doncs, és antropogènica. Els tests nuclears atmosfèrics, particularment els fets entre 1945 i 1980, constituïren una aportació d’isòtops de californi (249Cf, 252Cf, 253Cf i 254Cf). Una altra font ambiental de californi la constitueixen els llocs on s’utilitza aquest material, bé en tractaments mèdics, en prospecció minera, etc. Finalment, hi ha producció de californi en les centrals nuclears: en els residus nuclears, el californi-251 és l’isòtop més pesant entre els que tenen semivides superiors a 4 anys.

La mobilitat ambiental del californi és reduïda per la seva insolubilitat en aigua. En sòls, la concentració de californi és 500 vegades més elevada en la fracció particulada que no pas en l’aigua intersticial.

El californi no és un bioelement per a cap organisme. L’elevada radioactivitat el fa tòxic, fins i tot de manera externa (p.ex. per les radiacions gamma del 249Cf o 251Cf). En cas d’ingesta d’aigües o aliments contaminats amb californi, la taxa d’absorció seria d’un 0,05%. D’aquesta fracció absorbida, un 65% seria absorbida pels ossos (amb una semivida biològica de 50 anys) i un 25% pel fetge (amb una semivida biològica de 20 anys). La radiació associada al californi és carcinògena i també pot afectar diverses funcions fisiològiques, com l’hematogènesi.

El californi: aspectes pràctics

La producció de californi a l’HFIR de l’ORNL és de l’ordre de 0,5 g (fonamentalment, 252Cf), i respon a la demanda industrial i de recerca. A banda de l’ORNL, l’únic altre centre del món que produeix californi-252 és l’Institut de Recerca de Reactors Atòmics de Dmitrovgrad, amb una capacitat de l’ordre del 10% en comparació amb el centre de Tennesse.

Els diferents isòtops de californi requereixen diversos procediments de síntesi en reactors nuclears i acceleradors de partícules:
– el californi-250 és sintetitzat amb el bombardament neutrònic de berqueli-249. Aquesta reacció produeix berqueli-250 que ràpidament decau a 250Cf.
– el californi-251 és sintetitzat pel bombardament neutrònic de 250Cf.
– el californi-252 és sintetitzat pel bombardament neutrònic de 250Cf. Hom pot també aconseguir mil•ligrams de 252Cf a partir de dianes transuràniques (americi, curi, plutoni) exposades a neutrons durant llargs períodes, procés que també dóna lloc a micrograms de 249Cf. L’ús de diferents isòtops de curi (244-248) com a matèria primera, irradiats amb neutrons en reactors específics, donen lloc principalment a californi-252 però també a altres isòtops de californi (249-255).

Esquema de la producció de radioisòtops a partir de l’urani-238 i fins al californi-253

La comercialització del 252Cf de l’ORNL es fa a través de la Comissió Reguladora Nuclear dels Estats Units, que limita els enviaments a uns pocs micrograms.

Les aplicacions del californi-252 tenen a veure amb la seva fissió espontània, que el converteixen en una font potent de neutrons. Un microgram de 252Cf emet 2,3 milions de neutrons per segon (3,7 neutrons per cada fissió espontània).

El californi-252 és utilitzat com a font iniciadora de neutrons en alguns reactors nuclears.

Fonts portàtils de neutrons fan ús de californi-252. Aquests fonts de neutrons són utilitzades en anàlisis per activació neutrònica, que permeten la detecció d’elements químics en quantitats traça. Aquests sistemes són incorporats en analitzadors de carbó i també en analitzadors de materials que utilitza la indústria cimentera. La radiografia de neutrons és utilitzada per la indústria aeronàutica i d’armament, on serveix a la detecció de corrosions, fractures, humitats, etc., i constitueix la principal aplicació quantitativa del californi-252 Alguns detectors portàtils de metall incorporen fonts de californi-252.

En prospecció mineral i petroliera, les sondes de neutrons (que empren habitualment fonts de californi-252) permeten la detecció del grau d’humitat de les diferents capes geològiques.

La radioteràpia de neutrons és utilitzada en medicina quan altres radiacions no són efectives o són contraindicades. Amb aquesta finalitat hom empra fonts de californi-252. Entre les neoplàsies que són tractades amb radiació de neutrons hi ha el càncer cervical, càncers cerebrals, etc.

El californi és utilitzat com a precursor en la producció d’elements transfèrmics, encara que únicament amb finalitats de recerca.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: