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CALIFORNIUM

Le californium, élément chimique artificiel de symbole Cf, a été synthétisé pour la première fois en 1950. Son numéro atomique 98 le situe dans la classification périodique parmi les éléments transuraniens, après le curium et le berkélium.

Découverte

Après avoir préparé l’américium en provoquant la transmutation du plutonium par des neutrons, les chercheurs de Berkeley (Californie) obtinrent des quantités appréciables (quelques microgrammes) de l’isotope 242 du curium en soumettant l’américium aux neutrons. En bombardant cet isotope par des particules alpha, noyaux d’hélium accélérés, S. G. Thomson, K. Street, A. Ghiorso et G. T. Seaborg produisirent, en février 1950, un nouvel élément atomique Z=98 (puisque né de la fusion d’un noyau d’hélium Z=2 et d’une cible Z=96). Ce nouveau nucléide se désintégrait par émission de particules alpha avec une demi-vie de 44 minutes: d’après l’énergie de ces particules alpha, on pouvait prédire que l’isotope trouvé avait un nombre de masse A de 245 (147 neutrons).

Cet isotope a été produit, en 1951 et en 1954, par d’autres réactions nucléaires, grâce, par exemple, au bombardement d’uranium 238 par des projectiles de carbone. La réaction s’écrit schématiquement:

On en connaît dix-huit isotopes dont les nombres de masse sont compris entre 239 et 256; ²⁵¹Cf a la plus longue demi-vie (800 ans).

Les isotopes et leurs propriétés

Tous les isotopes se désintègrent par émission alpha et par capture électronique, à l’exception du 247 (par capture électronique seule), du 253 (par émission 廓^-) et du 254 (qui disparaît uniquement par fission spontanée). Les plus longues demi-vies sont, outre celle du 251 (800 ans), celle du 249 (360 ans), du 250 (13 ans), du 252 (2,65 ans) et du 248 (350 jours). Les isotopes les plus intéressants sont ²⁴⁹⁹⁸Cf et ²⁵²⁹⁸Cf.

Le premier a déjà une vie relativement longue et peut être produit en quantités appréciables dans les réacteurs à haut flux à partir d’une cible de curium 244. Les captures de neutrons produisent en effet ²⁴⁹⁹⁶Cm qui, par deux désintégrations 廓^- en série, se transmute en ²⁴⁹Cf. C’est sur cet isotope que l’on étudie le plus souvent les propriétés chimiques du californium.

L’isotope 252 a la particularité de se désintégrer partiellement par fission spontanée, et sa demi-vie plus longue que celle du ²⁵⁴Cf le rend très intéressant. Les sources de ²⁵²Cf constituent, en effet, un matériel de choix pour étudier la fission sans être obligé de placer une cible dans un flux de neutrons.

Propriétés chimiques

Le seul état d’oxydation connu du californium est III. Il ressemble beaucoup à ses prédécesseurs, le curium et le berkélium. Dans les séparations sur résines échangeuses d’ions, il est élué par le citrate d’ammonium avant le berkélium et le curium, comme Seaborg le prévoyait en comparant le comportement de ces éléments à celui des terres rares. Les nitrates, chlorures, perchlorates et sulfates sont solubles. Les fluorures et oxalates sont insolubles. Il peut être séparé du curium par extraction par le phosphate de tributyle.

Plusieurs composés solides ont été préparés, tels le chlorure, l’oxychlorure, l’iodure et l’oxyde Cf²³.

Production et utilisation

Deux méthodes permettent la synthèse des noyaux de numéro atomique 98. La première consiste à accumuler dans un noyau de grande stabilité, comme ²³⁸U ou même ²⁴²Pu, plusieurs neutrons supplémentaires avant qu’une désintégration intervienne. Cela est possible dans un réacteur à haut flux ou au cours d’une explosion thermonucléaire. On forme alors ²⁵²Pu ou ²⁵⁴Pu. Par une série de désintégrations 廓^-, le numéro atomique passe ensuite de 94 à 98. De même, on produit des grammes de ²⁵²Cf par irradiation neutronique de ²⁴⁴Cm. La seconde est due à un développement de la chimie nucléaire. En bombardant ²³⁸⁹²U par ¹²⁶C, on forme un noyau de fusion ²⁵⁰⁹⁸Cf qui évapore quelques neutrons. En bombardant par ¹⁴⁷N, on forme l’élément 99 qui peut évaporer un proton et quatre neutrons et conduit à ²⁴⁷Cf.

Les captures de neutrons cumulatives ont probablement lieu dans certaines étoiles et, en particulier, dans les supernovae. On a émis l’hypothèse que l’on pouvait ainsi atteindre un noyau de 164 neutrons. Le californium 254 (56 jours de demi-vie) serait formé en assez grande quantité et on a rapproché cette demi-vie de fission spontanée de la décroissance de la lumière qui suit l’explosion des supernovae de type I avec une demi-vie de 56 jours.

Les sources de californium 252 sont très demandées. Un milligramme de ²⁵²Cf produit environ un milliard de fissions par seconde. De plus, chaque fission libère 3,7 neutrons en moyenne, donc un de plus que l’uranium 235. Cela conduit à une source de neutrons de très faibles dimensions et pourtant déjà très intense. De plus, comme chaque fission projette deux fragments d’énergie moyenne totale de plus de 180 MeV, une telle source dégage spontanément 1 000 ergs par heure.

Pour ces raisons, les États-Unis et l’ex-U.R.S.S. ont un programme de production de californium dans les réacteurs à haut flux de neutrons. Les applications en analyse par activation, en hydrologie, en biologie et en médecine sont importantes.

• 1953; mot angl. (1950), de Californie, cet élément ayant été découvert à l'université de cet État

n. m. CHIM élément radioactif artificiel (symbole Cf) de numéro atomique Z = 98.

californium [kalifɔʀnjɔm] n. m.

ÉTYM. 1953; mot amér. (1950), l'élément ayant été découvert à l'Université de Californie.

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♦ Chim. Élément radioactif artificiel (n^o at. 98). || « On sait que le phénomène de scission d'un noyau lourd en deux fragments plus légers a lieu spontanément par exemple pour le californium-252 » (la Recherche, juil.-août 1974).