Kűrium

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Jump to navigation Jump to search
96 ameríciumkűriumberkélium
Gd

Cm

(Uqh)
   
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
96
Cm
Általános
Név, vegyjel, rendszám kűrium, Cm, 96
Elemi sorozat aktinoidák
Csoport, periódus, mező ?, 7, f
Megjelenés ezüstös
Atomtömeg (247) g/mol
Elektronszerkezet [Rn] 5f7 6d1 7s²
Elektronok héjanként 2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 13,51 g/cm³
Olvadáspont 1613 K
(1340 °C, 2444 °F)
Forráspont 3383 K
(3110 °C, 5630 °F)
Olvadáshő ? 15 kJ/mol
Gőznyomás
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 1788 1982        
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet hexagonális
Oxidációs szám 3
(amfoter oxid)
Elektronegativitás 1,3 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 581 kJ/mol
Egyebek
Mágnesség nincs adat
CAS-szám 7440-51-9
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A kűrium izotópjai
Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.
242Cm mest 160 nap SF - -
α 6,1 238Pu
243Cm mest 29,1 év α 6,169 239Pu
ε 0,009 243Am
SF - -
244Cm mest 18,1 év SF - -
α 5,902 240Pu
245Cm mest 8500 év SF - -
α 5,623 241Pu
246Cm mest 4730 év α 5,475 242Pu
SF - -
247Cm mest 15,6 E6 év α 5,353 243Pu
248Cm mest 340 E3 év α 5,162 244Pu
SF - -
250Cm mest 9000 év SF - -
α 5,169 246Pu
β- 0,037 250Bk
Hivatkozások

A kűrium a periódusos rendszer egyik eleme. Vegyjele Cm, rendszáma 96. A kűriumot Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, és Albert Ghiorso fedezte fel a Berkeley-i Kaliforniai Egyetemen.

Tulajdonságai[szerkesztés]

A kűrium a természetben nem található meg. kűrium-248 izotópot csak milligrammnyi mennyiségben állították elő, de kűrium-242-t és kűrium-244-et grammnyi mennyiségben készítenek, ami lehetővé teszi az elem egyes tulajdonságainak megállapítását. Kűrium-244-et nagyobb mennyiségben plutónium neutronokkal való bombázásával állítanak elő. A kűriumnak csak néhány ipari alkalmazása ismert, a jövőben azonban felhasználhatják radioizotópos termoelektromos generátorokban. A kűrium a csontszövetben felhalmozódik, sugárzása elroncsolja a csontvelőt és így leállítja a vörösvérsejt-képződést.

A kűrium kémiailag valamelyest hasonlít a ritkaföldfém homológjára, a gadolíniumra, de kristályszerkezete bonyolultabb. A kűrium ezüstfehér színű, reakcióképes, az alumíniumnál elektropozitívabb fém (a legtöbb háromértékű kűrium vegyület enyhén sárgás színű).

Sokat tanulmányozták radioizotópos termoelektromos generátorokban történő lehetséges felhasználását. A kűrium-242 akár 120 watt hőenergiát is szolgáltathat grammonként (W/g), nagyon rövid felezési ideje azonban nem teszi lehetővé hosszú élettartamú energiaforrás készítését. A kűrium-242 alfa-bomlással plutónium-238-cá alakulhat át, amely a radioizotópos termoelektromos generátorokban (RTG) leggyakrabban használt izotóp. A kűrium-244 RTG-kben történő felhasználását is vizsgálták, ennek maximális energiasűrűsége ~3 W/g,[1] de spontán hasadás révén ez az izotóp erős neutronsugárzást bocsát ki. A kűrum-243 30 év körüli felezési idejével és jó – ~1,6 W/g – energiasűrűségével ideális anyagnak tűnhet, de bomlástermékei jelentős mértékű gamma- és béta-sugárzást bocsátanak ki.

Vegyületei[szerkesztés]

Néhány vegyülete:

  • kűrium-dioxid (CmO2)
  • kűrium-trioxid (Cm2O3)
  • kűrium-bromid (CmBr3)
  • kűrium-klorid (CmCl3)
  • kűrium-tetrafluorid (CmF4)
  • kűrium-jodid (CmI3)

Története[szerkesztés]

A kűriumot elsőként 1944-ben állította elő Glenn T. Seaborg, Ralph A. James és Albert Ghiorso a Berkeley városban levő University of California-n.[2] A tudósok az elemet Marie Curie és férje, Pierre után nevezték el, akik a rádium felfedezésével és a radioaktivitás jelenségének tanulmányozásával váltak híressé. Ez volt az első alkalom, hogy egy kémiai elemet történelmi személyről neveztek el. A kűriumot kémiailag a Chicagói Egyetem Metallurgical Laboratory-ban (ma Argonne National Laboratory) azonosították. Ez volt a harmadikként felfedezett transzurán elem, noha a transzuránok sorában csak a negyedik. Berkeley-ben az 1,5 méteres ciklotronban plutónium-239 céltárgyat bombáztak alfa-részecskékkel, melynek során kűrium-242 (felezési ideje 163 nap) és egy szabad neutron keletkezett.[3]

23994Pu + 42He24296Cm + 10n

Mivel az új elemek – az amerícium és kűrium – felfedezése szorosan kapcsolódott a Manhattan tervhez, az eredmények titkosak voltak és nem lehetett publikálni őket. Seaborg az új elemek felfedezését egy gyerekeknek szóló rádióműsorban, a Quiz Kidsben jelentette be, öt nappal az American Chemical Society 1945. november 11-ei gyűlésén tartandó hivatalos előadást megelőzően.[4] Seaborg szabadalmaztatta is az új elemek szintézisét.[5]

Louis Werner és Isadore Perlman 1947-ben szemmel látható mennyiségű kűrium-242-hidroxid mintát állított elő a University of California-n, ők amerícium-241-et bombáztak neutronokkal.[6] A kűriumot elemi állapotban elsőként 1951-ben állították elő.[7][8]

Izotópjai[szerkesztés]

A kűrium 19 radioizotópját írták le, ezek közül a legstabilabb a Cm-247, 1,56·107 év felezési idővel, ezt követi a Cm-248 3,40·105 évvel, a Cm-250 9000 évvel és a Cm-245 8500 évvel. A többi radioaktív izotóp felezési ideje rövidebb mint 30 év, a többségé pedig 33 napnál is kevesebb. A kűriumnak 4 metastabil állapota is ismert, ezek közül a legstabilabb a Cm-244m (t½ 34 ms). A kűrium izotópjainak atomtömege 233,051 u (Cm-233) és 252,085 u (Cm-252) közé esik.

Tüzelőanyag-ciklus[szerkesztés]

A 238Pu és 244Cm közötti elemátalakulás folyamata LWR-ben (könnyűvizes reaktorban).[9]
A hasadás százalékos aránya 100 mínusz a feltüntetett százalékok.
Az elemátalakulás teljes sebessége nuklidtól függően nagymértékben változik.
A 245Cm–248Cm felezési ideje hosszú, bomlásuk elhanyagolható.
Termikus neutronra vonatkozó hatáskeresztmetszetek (barnban)
242Cm 243Cm 244Cm 245Cm 246Cm 247Cm
Hasadás 5 617 1,04 2145 0,14 81,90
Befogás 16 130 15,20 369 1,22 57
Befogás/hasadás arány 3,20 0,21 14,62 0,17 8,71 0,70
53 MWnap/kg kiégési szinten 20 év után kimerült alacsony dúsítású urán[10]
3 gyakori izotóp 51 3700 390
Gyorsneutronos reaktor kevert fém-oxidos hasadóanyag (5 minta átlaga, 66-120GWnap/t kiégési szint)[11]
Kűrium összesen 3,09·10−3% 27,64% 70,16% 2,166% 0,0376% 0,000928%

A páratlan tömegszámú izotópok maghasadásra képesek, a páros tömegszámúak csak befogják a neutronokat, de azt is csak kisebb sebességgel. A termikus reaktorokban ezért a páros tömegszámú izotópok a kiégés során felhalmozódnak.

Az energiatermelő reaktorokban használandó kevert-oxid fűtőanyag (MOX) nem, vagy csak kis mennyiségben tartalmazhat kűriumot, mivel a 248Cm neutronaktivációja során kalifornium keletkezik, amely erős neutron sugárzó. A kalifornium elszennyezné a tüzelőanyag-ciklus végét, és növelné a munkások sugárdózisát. Ezért ha termikus neutronos reaktorban másodlagos aktinoidákat akarnak fűtőanyagként használni, akkor abból el kell távolítani a kűriumot, vagy különleges fűtőelemrúdba kell helyezni, amelyben nincs más aktinoida.

Felhasználása[szerkesztés]

A 244Cm és 242Cm izotópok több éves vagy hónapos felezési idővel rendelkező erős alfa-sugárzók, mely folyamat során jelentős mennyiségű hőt termelnek. Ez a tulajdonságuk alkalmassá teszi őket alfa-sugárforrásként és radioizotópos termoelektromos generátorok hőforrásaként való felhasználásra.

Kűrium-244 sugárforrást használnak több amerikai és európai űrmisszió fedélzetén az alfa-részecske röntgenspektrométerben, például a Mars Exploration Roverben[12] és a Rosetta/Philae-ben is. Több jövőbeli küldetésen is javasolják RTG-ben való használatukat.[13][14]

Hivatkozások[szerkesztés]

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Curium című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.
  1. Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Band 7 a, Transurane, Teil A 2, p. 289.
  2. Hall, Nina. The New Chemistry: A Showcase for Modern Chemistry and Its Applications. Cambridge University Press, 8–9. o. (2000). ISBN 9780521452243 
  3. G. T. Seaborg, R. A. James, A. Ghiorso: "The New Element Curium (Atomic Number 96)", NNES PPR (National Nuclear Energy Series, Plutonium Project Record), Vol. 14B, The Transuranium Elements: Research Papers, Paper No. 22.2, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, 1949; Abstract; Typoskript (January 1948).
  4. PEPLING, RACHEL SHEREMETA: Chemical & Engineering News: It's Elemental: The Periodic Table – Americium, 2003 (Hozzáférés: 2008. december 7.)
  5. Glen T. Seaborg "Element" U.S. Patent 3161462  Issue date: December 1964
  6. L. B. Werner, I. Perlman: "Isolation of Curium", NNES PPR (National Nuclear Energy Series, Plutonium Project Record), Vol. 14 B, The Transuranium Elements: Research Papers, Paper No. 22.5, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, 1949.
  7. Wallmann, J. C., Crane, W. W. T.; Cunningham, B. B. (1951). „The Preparation and Some Properties of Curium Metal”. Journal of the American Chemical Society 73 (1), 493–494. o. DOI:10.1021/ja01145a537.  
  8. Werner, L. B., Perlman, I. (1951). „First Isolation of Curium"”. Journal of the American Chemical Society 73 (1), 5215–5217. o. DOI:10.1021/ja01155a063.  
  9. Sasahara, Akihiro (2004. szeptember 4.). „Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels”. Journal of Nuclear Science and Technology 41 (4), 448–456. o. DOI:10.3327/jnst.41.448.  
  10. Limited Proliferation-Resistance Benefits from Recycling Unseparated Transuranics and Lanthanides from Light-Water Reactor Spent Fuel (PDF)
  11. Analysis of Curium Isotopes in Mixed Oxide Fuel Irradiated in Fast Reactor (PDF). [2007. július 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. június 8.)
  12. R. Rieder, R. Gellert, J. Brückner, G. Klingelhöfer, G. Dreibus, A. Yen, S. W. Squyres (2003). „The new Athena alpha particle X-ray spectrometer for the Mars Exploration Rovers”. J. Geophysical Research 108, 8066. o. DOI:10.1029/2003JE002150.  
  13. Miskolczy, G. (1990). „Radioisotope Thermionic Converters for Space Applications”. Energy Conversion Engineering Conference (IECEC-90) 1, 222–226. o. DOI:10.1109/IECEC.1990.716874.  
  14. O’Brien,, R.C., Ambrosi, R. M.; Bannister, N.P.; Howe S.D.; Atkinso, H. V. (2008). „Safe radioisotope thermoelectric generators and heat sources for space applications”. Journal of Nuclear Materials 377 (3), 506–521. o. DOI:10.1016/j.jnucmat.2008.04.009.  

További információk[szerkesztés]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Kűrium témájú médiaállományokat.
Wikiszótár
Nézd meg curium kűrium címszót a Wikiszótárban!