Кю́рий ( химический символ — Cm , от лат. Curium ) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 96.

Относится к семейству актиноидов .

Простое вещество кюрий — это синтезированный радиоактивный трансурановый металл серебристого цвета .

История

После завершения работ, связанных с плутонием , внимание исследователей Металлургической лаборатории (ныне — Аргоннская национальная лаборатория ) было обращено на синтез и идентификацию новых трансурановых элементов . В этой работе участвовали Г. Сиборг , А. Гиорсо , и . На протяжении довольно длительного периода синтезировать и идентифицировать элементы № 95 и № 96 не удавалось потому, что предполагалось, что они будут иметь сходство с плутонием и довольно легко окисляться до шестивалентного состояния. Но в 1944 году , когда было установлено, что эти элементы являются аналогами лантаноидов и входят в особую группу, называемую актиноидами , открытие состоялось. Первым, в 1944 году, был открыт кюрий. Его получили при бомбардировке ²³⁹ Pu α-частицами .

${\displaystyle \mathrm {{}_{94}^{239}Pu} +\mathrm {{}_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {{}_{96}^{242}Cm} +\mathrm {{}_{0}^{1}n} }$

Разделение америция и кюрия было сопряжено с большими трудностями, так как химически они очень схожи. Трудность разделения отображена в первоначальных названиях элементов «пандемониум» и «делириум», что в переводе с латыни означает «ад» и «бред». Они были разделены методом ионного обмена с использованием ионообменной смолы дауэкс-50 и α-оксиизобутирата аммония в качестве элюента .

Кюрий был выделен Л. В. Вернером и И. Перлманом в 1947 году в виде гидроксида , полученного из гидроксида америция , подвергнутого облучению нейтронами .

Происхождение названия

Назван в честь Пьера и Марии Кюри — по примеру расположенного в периодической таблице прямо над ним гадолиния , названного в честь химика Юхана Гадолина . В символе элемента (Cm) его латинского названия первая буква обозначает фамилию Кюри, вторая — имя Марии, а также последнюю в его полном названии — Curium .

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома кюрия: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6p ⁶ 5f ⁷ 6d ¹ 7s ² .

Кюрий — это радиоактивный металл серебристого цвета. Наиболее устойчивый изотоп ²⁴⁷ Cm.

Химические свойства

Наиболее стабильная степень окисления кюрия в водном растворе — +3 . Степень окисления +4 наблюдалась в твёрдой фазе в виде таких соединений, как оксид кюрия(IV) и . В водном растворе ион Cm ³⁺ имеет цвета от белого до бледно-зелёного .

Изучение химии кюрия осложнено его высокой радиоактивностью: растворы его солей подвержены интенсивному разогреву и радиолизу .

Получение

Определённые изотопы кюрия производят в атомных реакторах. Путём последовательного захвата нейтронов ядрами элементов-мишени урана или плутония происходит накопление атомов кюрия. Одна тонна отработанного ядерного топлива содержит около 20 грамм кюрия. После накопления кюрия в достаточных количествах его выделяют методами химической переработки, концентрируют и вырабатывают оксид кюрия.

Кюрий — крайне дорогой металл. На 2014 год он используется только в самых важных областях ядерных технологий. Тем не менее, в США и России существуют так называемые кюриевые программы, основной задачей которых являются :

• Максимальное увеличение количества кюрия в облучённом топливе.
• Максимальное сокращение сроков наработки кюрия.
• Разработка рациональных технологий облучения топлива и разработка топливных композиций.
• Снижение цен на кюрий.

Это связано с тем, что спрос на кюрий в основных его областях использования многократно превышает предложение. Получение достаточных количеств кюрия способно решить проблему производства компактных космических реакторов, самолётов с ядерными двигателями и др.

Согласно отчёту комиссии РАН под руководством академика В. А. Тартаковского от 23 апреля 2010 года, на исследовательских реакторах ГНЦ НИИАР (г. Димитровград ) создана уникальная технология производства кюрия-244 .

Изотопы и их применение

Кюрий-242 в виде окиси (плотность около 11,75 г/см ³ и период полураспада 162,8 суток ) применяется для производства компактных и чрезвычайно мощных радиоизотопных источников энергии (энерговыделение около 1169 Вт/см ³ ), а 1 грамм металлического кюрия-242 выделяет около 120 Вт. Несмотря на относительно небольшой период полураспада, продуктом его альфа-распада является заметно более долгоживущий плутоний-238 , благодаря чему источник тепла на основе кюрия-242 прослужит заметно дольше, чем, например, полониевый, но при этом заметно потеряет в тепловыделении (поскольку у дочернего продукта распада заметно меньше удельная активность, и, следовательно, удельное тепловыделение). Интегрированная энергия альфа-распада одного грамма кюрия-242 за год составляет приблизительно 480 кВт·ч .

Другой важной областью применения кюрия-242 является производство нейтронных источников высокой мощности для «поджигания» (запуска) специальных атомных реакторов.

Сходными свойствами обладает более тяжёлый изотоп кюрия — кюрий-244 (период полураспада 18,11 года ). Он также является альфа-излучателем, но его энерговыделение ниже, около 2,83 Вт/грамм. С некоторой небольшой вероятностью (1,37·10 ⁻⁶ ) кюрий-244 испытывает спонтанное деление, внося существенный вклад в нейтронный радиационный фон от отработавшего ядерного топлива некоторых реакторов.

Кюрий-245 (период полураспада 8,25 тыс. лет ) перспективен для создания компактных атомных реакторов с сверхвысоким энерговыделением. Изыскиваются способы рентабельного производства этого изотопа, который является почти чистым альфа-излучателем (вероятность спонтанного деления 6,1·10 ⁻⁹ ) .

Самым долгоживущим изотопом кюрия является альфа-активный (без признаков других типов радиоактивного распада) кюрий-247, период полураспада которого составляет 15,6 млн лет .

Кюрий как источник нейтронов

Четные изотопы кюрия обладают высокой интенсивностью спонтанного деления — миллионы и десятки миллионов делений на грамм в секунду, это на четыре порядка больше, чем изотопы плутония, и на 8-9 порядков больше, чем изотопы урана , при этом каждое деление дает в среднем 3 нейтрона. Поэтому кюрий иногда используется как компактный источник нейтронов, например, для нейтронно-активационного анализа (именно такой источник был установлен на марсоходе Кьюриосити ) . Благодаря высокой интенсивности спонтанного деления, именно изотопы кюрия вносят основной вклад в нейтронный фон ОЯТ , несмотря на то, что содержание кюрия в нем не превышает 40 г/т.

Безопасность

При употреблении кюрия только 0,05 % его всасывается в организм, из этого количества 45 % откладывается в печени ( период полувыведения — около 20 лет), 45 % — в костях (период полувыведения — около 50 лет), остальные 10 % выводятся из организма . При вдыхании кюрия он всасывается в организм гораздо лучше . Внутривенное введение растворов солей кюрия крысам приводило к опухоли кости , а вдыхание кюрия — к раку лёгких и раку печени .

Некоторые продукты распада кюрия испускают сильное бета- и гамма-излучение .

Изотопы кюрий-242 и кюрий-244 обладают исключительно высокой радиотоксичностью, притом кюрий-242 с более коротким периодом полураспада является крайне сильным ядом, значительно опаснее кюрия-244. Токсичность кюрия, как и токсичность всех трансурановых элементов , зависит от изотопного состава, и возрастает с увеличением доли относительно короткоживущих альфа-излучающих нуклидов.

Примечания

Литература

• Гольданский В. И. Элемент № 96 — Кюрий // Новые элементы в Периодической системе Д. И. Менделеева / Отв. ред. К. В. Астахов. — М. : Издательство Академии наук СССР, 1953. — С. 144—145. — 168 с. — (Научно-популярная серия).
• Кузнецов В. И. 96-й элемент-кюрий. Практическое использование кюрия // Трансурановые элементы. — М. : Знание, 1969. — С. 17—19. — 48 с. — (Физика, астрономия).
• Леенсон, Илья. . — М. : Corpus, 2017. — 464 с. — ISBN 978-5-17-095739-2 .
• Рич В. И. Кони и всадники (кюрий, америций) // В поисках элементов. — М. : Химия, 1985. — С. 115—117. — 168 с.
• , ORNL 1966
• , ORNL 1973

Ссылки

• (англ.)
• , Издательство «Наука», 1977.